4.1.2.1 楚雄示范区
楚雄市处于滇中红层区中西部，是楚雄彝族自治州、楚雄市两级政府所在地和政治、经济、文化中心，辖区范围地理坐标为：东经100°52′50″～101°48′58″，北纬24°29′11″～25°15′12″。2004年末总人口49.4万人，农民人均年纯收入2304元。国土面积4482km2，其中红层分布面积3422km2，占市辖面积的76%，集中分布于中东部的15个乡镇。全市共有缺水人口48699人，缺水大牲畜29678头，涉及19个乡镇372个自然村，东部坝区乡镇是缺水较为严重的地区。
勘查示范区位于楚雄市东部，涉及苍岭、富民、永安、云龙、紫溪5个镇（图4.2）。除落花冲、小云甸示范点处于元江水系外，其余均处于金沙江支流龙川江流域。按示范点开采的地下水类型，主要有溶蚀裂隙孔隙水和层间裂隙水；按示范点所处的地貌类型，主要为向斜盆地、丘陵和山间河谷。
示范区地处滇中红层腹地，为金沙江、元江的分水岭地带，属侵蚀、剥蚀中山地貌，高原台面保存相对完好，山顶齐平，宏观地形连绵舒展，切割较浅，总体为平直垅状山脊与宽缓沟谷相间。以中深丘槽谷和浅丘宽谷地貌为主，局部为低中山斜坡地貌，沿龙川江及其支流串珠状展布着吕合、楚雄、饱满街、腰站街、子午、新街等河谷盆地。盆地内地形低缓，外围为丘陵低山，局部为低中山区，一般切割深50～300m。村寨主要坐落于盆地、宽谷中的河流阶地或边缘缓坡，以及山区、半山区的斜坡、台地或沟源缓坡地带。
示范区属亚热带高原季风气候区。据楚雄市气象站观测资料，1971～2004年多年平均降雨量900.25mm，最丰年降雨量 1342.80mm（2001年），最枯年降雨量 485.80mm（1980年）；多年平均水面蒸发量1809.40mm，蒸发最强期为3～5月。降雨80%以上集中在6～10月，冬春季节干旱少雨，最长连续无降水日数在100天以上；立体气候突出，降雨量随高程的增加而增大；枯雨季分明。区内水资源时空分布不均，除龙川江、马龙河、打苴河等主干河流外，支流沟谷大多短浅，冬春季节久旱无雨而无长年流水。
图4.2 楚雄示范区地貌类型及勘查示范点分布图
1―低中山斜坡地形；2―中深丘槽谷地形；3―浅丘宽谷地形；4―河谷盆地；5―地貌类型界线；6―地表分水岭；7―河流；8―市县界线；9―乡镇界线；10―州市政府驻地；11―乡镇政府驻地；12―勘查示范点及地名
示范区大面积出露侏罗系、白垩系红色地层，盆地、宽谷有第四系冲洪积砂质粘土、砂砾石层分布，一般厚5～20m。侏罗系中、下统以泥质岩为主间夹砂岩，上统妥甸组（J3t）为钙质泥岩夹泥灰岩。白垩系高峰寺组（K1g）、马头山组（K2m）以砂岩为主，砂岩层厚占地层总厚的70%～90%；普昌河组（K1p）、江底河组（K2j）则以粉砂质泥岩、钙质泥岩和泥灰岩等泥质岩为主，间夹粉细砂岩，局部含膏盐层。红层岩性总体上以泥岩、粉砂质泥岩为主间夹粉细砂岩、泥灰岩等，显示出泥岩―粉砂质泥岩―泥质粉砂岩―粉细砂岩的多旋回沉积特征。受构造影响，岩层倾角较陡，多在20°～50°间，局部近于直立甚至倒转，构造裂隙发育。
勘查示范区以复式向斜构造为主体，并发育有次级褶皱及派生的纵向断层。平行分布有新街-子午街向斜、楚雄向斜、腰站街-饱满街向斜和高峰哨断层、迤干断层等，构成了示范区的基本构造格局（图4.3），褶皱形态从西到东由紧密长轴型向宽缓短轴型（穹隆、碗状向斜）转化。向斜核部多为江底河组（K2j），向两翼依次是马头山组（K2m）、普昌河组（K1p）和高峰寺组（K1g），至背斜核部变为妥甸组（J3t），并形成背斜成山、向斜成盆谷的地貌景观。
图4.3 楚雄市勘查示范区构造纲要图
1―第四系；2―中新统；3―白垩系；4―侏罗系；5―逆断层；6―平移断层；7―性质不明断层；8―向斜；9―背斜；10―穹隆；11―地层界线；12―不整合地层界线；13―断层编号；14―褶皱编号；15―河流；16―市域界线
断层：7―小瓦古断层；8―小箐河断层；9―观音寺断层；10―高峰哨断层；11―迤干断层；12―孔家庄断层褶皱：（6）―白衣河背斜；（7）―干家箐背斜；（8）―田心向斜；（9）―雪里光背斜；（10）―子午街向斜；（11）―中石坝背斜；（12）―楚雄向斜；（13）―览经穹窿；（14）―饱满街向斜
地下水类型有松散岩类孔隙水、风化裂隙水、层间裂隙水、脉状裂隙水和溶蚀裂隙孔隙水五大类，后四类地下水的含水层都为红层。
松散岩类孔隙水：主要分布于龙川江、马龙河河谷第四系冲洪积层内，含水层以中下部的砂砾石层为主，厚数米至十几米。因受污染较重，一般不能作生活用水，勘查示范也未将其纳入。
风化裂隙水的分布与赋存受基岩风化带的制约。勘查示范区内的红层都形成有风化带，但由于地形地貌、岩性、构造的差异，风化带的发育和空间分布很不均一，富水性差异亦很大。通常在盆地边缘、缓坡台地和泥质岩集中分布地段，风化带保存完好，平面分布面积大，垂向厚度亦较大，地下水封闭条件相对较好，地下水较易富集。而在深丘槽谷和低山区，地形破碎，切割较深，地层倾角普遍较大，风化带发育不全或被沟谷切割完全暴露，封闭条件差，风化裂隙含水层分布零星并仅有季节性贮水功能，不具供水意义。
层间裂隙水主要赋存在裂隙较发育、厚度较稳定的砂岩、粉砂岩层里，富水性强弱有别。高峰寺组（K1g）、马头山组（K2m）地层以砂岩为主，连续砂岩层厚达80～340m，砂岩裂隙率2.0%～7.4%，是示范区主要的层间裂隙含水层，富水性丰富―中等，深井单井涌水量一般大于300m3/d。普昌河组（K1p）则以泥质岩为主间夹厚度不等的砂岩、粉砂岩，砂岩累计厚度一般小于10%，单层厚几十厘米至十数米，裂隙较发育，水量中等―贫乏，深井单井涌水量一般小于100m3/d。
层间裂隙水含水层的富水性在不同构造部位差异较大。断层影响带、褶皱构造转折端，水量丰富。向斜两翼地段的富水性与岩层倾角相关，倾角20°～50°的部位富水性较好，水量较大；地层倒转及陡立（倾角70°～80°）部位，富水性较差。
示范区广泛分布的侏罗系上统妥甸组（J3t）和白垩系上统江底河组（K2j）以泥质岩为主，普遍富含钙质或夹有泥灰岩、泥质白云岩夹层，泥灰岩、泥质白云岩连续沉积厚度可达数十米，岩性层交替频繁。一般均有溶隙和蜂窝状溶孔发育，顺层面溶蚀裂隙、溶孔发育，赋存溶蚀裂隙孔隙水，溶孔、溶隙是其主要的导水、储水空隙。其富水性除受岩层产状和地形等的控制外，还与含水层的钙质含量相关，一般钙质含量越高，溶孔、溶隙就越发育，富水性就越好。溶孔、溶隙的大小、连通性等也影响到其富水性，泥质岩全―强风化层因风化完全多呈土状，并将溶孔、溶隙充填，含水性较差。
脉状裂隙水仅沿断层分布，范围较窄，区内仅在迤干断层带见有。
示范区以褶皱为基本构造格局，地形与构造形态基本一致，新街-子午街向斜、楚雄向斜、腰站街-饱满街向斜等是主要的储水构造，构成以向斜盆地、谷地为中心的水文地质单元。由于向斜翼部多为砂岩层、粉砂岩夹泥岩，核部则以钙质泥岩、泥灰岩等可溶岩层为主，盆地边缘和缓坡台地还有厚度较大的风化层分布，因而就一个盆地来说其地下水类型具有多样性。风化裂隙水大多分布局限、连续性差，往往以一个微地貌单元构成相对独立完整的补、径、排系统，主要为降雨渗入补给，于风化裂隙中顺坡径流，以蒸发、斜坡前缘渗出、人工开采及地下径流等形式进行排泄，地下水动态变化较大，部分仅有季节性贮水功能。层间裂隙水接受降雨和沟、塘等地表水体的补给，由于砂岩含水层与泥岩相对隔水层相间分布，形成相邻沟谷间梁状、脊状分水岭，地下水主要沿砂岩层面、裂隙顺走向、顺坡向径流，由盆周山坡顺坡向盆地内径流汇集，一部分在坡脚或侵蚀谷地内以泉或片状散流的形式排泄，一部分则沿层面向深部径流并在核部富集并作深层径流排泄或沿断裂带溢出，通过蒸发、补给河水排泄，以及人工开采消耗。
示范区地下水动态随降雨和地表水的变化而变化。枯季地下水水位下降，雨季水位上升，水位变幅各地不一，从1～3m到7～8m不等。泉水大多雨季流量大，枯季流量小，一般变幅2～5倍。尤以风化裂隙水变化大，每到枯季一些小流量泉水和农民于红层中开挖的集水池就断流，往往造成部分农民饮水困难。
示范区构造活动较强烈，褶皱、裂隙较发育，地形切割较深，地下水排泄条件较好，水流交替迅速。除河谷第四系冲洪积孔隙水遭受工农业污染严重不能饮用，局部含膏盐地层区水质较差外，其余大多水质较好，地下水化学类型以HCO3-Ca型、HCO3-Ca ・ Mg型及HCO3・SO4-Ca・Mg型为主，硬度一般小于450mg/L，矿化度大多为200～1000mg/L。盆地内地下水的循环径流深度亦较大，咸、淡水界面埋深一般大于100m，150m以下由于径流循环减弱，盐分、矿物质聚集，层间裂隙水、溶蚀裂隙孔隙水矿化度增高，硫酸根、氯离子、铁、锰等组分超标，并随深度增加，水质变差。
由于季风气候的影响，示范区冬春季节连旱时间长，加之红层对水资源的涵养、调节能力较弱，枯季短浅溪沟、泉水和小坝塘等常常断流、干涸，造成整体上的季节性的资源型缺水。随着农村人口增长、存栏大牲畜增加，需水量猛增，原来的供水源地和工程规模更显得供水不足。近年来，因工业污染加剧，水产养殖业迅猛发展，农药化肥的大量使用，使供水源地受到严重污染，河水、库塘水和松散层孔隙水水质恶化，一些村寨原来的饮用水源变得不能饮用，导致“水质型缺水”的村寨持续增加。现有的农村人饮工程中，有相当数量是管道引水、明渠输水，因普遍运行年限已久，管道老化常常堵塞、破损，渠道太长，受污染极为严重，导致供水极不正常、饮水极不卫生。上述原因导致示范区农村人畜饮用水资源短缺并日趋突出，缺水面较大，干旱时节一些村寨要到几百米甚至一二千米外的江河、库塘中挑水，遇到连旱，更对农村饮水安全构成巨大的威胁。据调查统计，示范区5个坝区乡镇共有缺水村庄144个，缺水人口4890 户22291人，缺水大牲畜8320 头，缺水类型以季节性的资源型缺水和水质型缺水为主，部分为工程型缺水。寻找新的洁净水源、探索新的取水技术和途径用于解决农村人畜饮水困难具有重要意义。
示范区先后有不少单位进行过不同目的、不同精度的以盆地为中心的水文地质工作。以往的水文地质工作都着重于寻找大中型集中供水水源地，勘查的目标含水层主要是高峰寺组（K1g）、马头山组（K2m）的砂岩和江底河组（K2j）钙质泥岩、粉砂岩、泥灰岩等，并将单井涌水量小于100m3/d、泉流量小于0.1 L/s、地下水径流模数小于0.1 L/s・km2的含水层列为不具开采意义的含水层，对泥质岩集中分布区的砂岩夹层的赋水性及其供水意义未进行专门的研究，对不同地貌单元、不同含水介质条件下风化裂隙水的富水性、动态特征、水质等情况了解不够，适合农村缺水地区分散式供水的工程经验不足。
4.1.2.2 大姚示范区
大姚县位于楚雄州北部，地理坐标为：东经100°53′～101°42′，北纬25°33′～26°24′，面积4146km2，皆为红层，仅白垩系地层就占县域面积的60%以上。2004年年末总人口280272人，农业人口占91.54%，农业产值2.9亿元，农民人均纯收入600～2200元。全县有71419人存在饮用水困难，涉及全部乡镇、94个村委会、338个自然村、11371户。
勘查示范区位于大姚县中南部，涉及新街乡、仓街镇2个乡镇，主要示范点布置在中学、小学和缺水村庄（图4.4）。按示范点开采的地下水类型，主要有溶蚀裂隙孔隙水和层间裂隙水；按示范点所处的地貌类型，主要为宽谷和丘陵。
勘查示范区地处滇中红层区北部，为金沙江支流蜻蛉河中游地带。中部以丘陵地貌为主，沟谷发育，相对高差80～150m；地形破碎，山脊线连续性差，但总体伸展方向可辨；谷坡上缓下陡，构成垄岗槽谷和丘陵宽谷的地貌景观。向四周渔泡江、六苴河和龙街河的分水岭地带，渐变为低中山地貌，山脊线较完整，山顶浑圆，沟谷呈“V”形，切割深200～500m，山坡坡度25°～35°，支沟树枝状密集发育。总体地貌与昙华山-龙山向斜南段形态协调一致，形成大姚-新街向斜盆地。
区内属亚热带高原季风气候，年均气温15.6℃，年均降雨量796.8mm，5～10月为雨季，降雨占全年的92.4%。最丰年降雨1078.6mm（1961年），最枯年降雨520.0mm（1988年）。年均水面蒸发量2754.0mm，相对湿度65%。蜻蛉河及其支流新街河穿过示范区，沿河谷分布有金碧、仓街、七街、大古衙、碧么等多个不规则堆积盆（谷）地，村庄大多坐落于盆地、谷地边缘，以水库、溪沟、泉水和第四系孔隙水浅井作生活用水水源。受降雨影响，主干河流枯、雨季流量变幅大，枯季一些短小支流、溪沟及泉水流量骤减，以至断流，造成农村生活用水困难。
图4.4 大姚示范区地貌类型及勘查示范点分布图
1―中山地貌；2―低中山地貌；3―垄岗槽谷地貌；4―丘陵宽谷地貌；5―河谷堆积地貌；6―地貌类型界线；7―县、乡镇界线；8―河流；9―地表分水岭；10―县、乡镇政府驻地；11―勘查示范点及地名
勘查示范区出露地层有第四系全新统（Qh）冲洪积层、古近系赵家店组（Ez）、白垩系江底河组（K2j）和马头山组（K1m），以江底河组（K2j）分布最为广泛，几乎遍布整个示范区。第四系全新统（Qh）冲洪积层仅呈带状分布于较大河流沿岸。赵家店组（Ez）、马头山组（K1m）以细―中粒长石或岩屑石英砂岩、粉砂岩为主夹泥岩和钙泥质粉砂岩。江底河组（K2j）则为泥岩、粉细砂岩夹钙质泥岩、钙质粉砂岩及泥灰岩等，其中江底河组三段（K2j3）地层在大姚―芦川―石羊一带分布广泛，突出特点是中部、上部普遍含有蓝石棉和膏盐层，部分层段为岩盐矿层、芒硝矿层和含盐、含钙芒硝岩层，“盐霜”、卤泉较多，是示范内区的主要含盐层，在云南红层中具有代表性，石羊盐厂就是从中抽取卤水制盐。
示范区以近南北向和北西向的宽缓短轴褶皱为主要构造形迹（图4.5），背斜紧密，向斜宽缓，并具有核部地层舒展平缓、两翼岩层倾角向外逐渐变陡的特点。以昙华山-龙山向斜为核心，向外围发育有较多次级同层褶皱，一般呈箱型（屉型）、短轴状，轴向随岩层走向而扭曲，枢纽起伏多变，较小的褶皱在示范区内随处可见，致使岩层起伏多变。
图4.5 大姚勘查示范区构造纲要图
1―背斜轴；2―向斜轴；3―次级背斜；4―次级向斜；5―穹窿构造；6―碗状向斜；7―正断层；8―遥感解译断层；9―地层界线及代号；10―大姚向斜盆地汇水边界；11―水系；12―勘查示范点
地下水类型有松散岩类孔隙水、风化裂隙水、层间裂隙水和溶蚀裂隙孔隙水四大类，脉状裂隙水少见。
松散岩类孔隙含水层为第四系全新统冲积层（Qh），以粘土、有机质粘土、含砾粘土为主，砂砾石层主要分布在蜻蛉河、新街河河谷，在主支沟交汇口附近多呈透镜状分布，水位埋深0.45～1.20m。砂砾石层最大钻孔涌水量129m3/d，民井涌水量116m3/d，富水性与砂砾石层厚度有关。总体上砂砾石层分布较为局限且厚度较薄，勘查示范未将其列入。
风化裂隙水的分布与楚雄勘查示范区类似，具有风化带连续性较差，富水性差异很大，多数风化带仅具季节性储水功能等特点，不具有普遍供水意义，勘查示范也未对其进行专门研究。
层间裂隙水主要赋存于古近系赵家店组（Ez）、白垩系江底河组四段（K2j4）和马头山组（K1m）的砂岩、粉砂岩层中。马头山组（K1m）的岩性组合和赋水特点与楚雄示范区相似，在大姚地区其泉流量为0.8～2.2 L/s，一般地下径流模数0.7～2.5 L/s・km2，最大单井涌水量达2936m3/d，一般为250～800m3/d，最小89m3/d。赵家店组（Ez）上部为砂岩夹粉砂岩及薄层泥岩，下部为泥岩、泥质粉砂岩夹砂岩或砂、泥岩互层，砂岩单层厚度一般小于1m。裂隙发育，面裂隙率2%～5%，张开度好，透水性强。泉流量0.039～3.173 L/s，流量大于0.500 L/s的泉点占35.7%，地下径流模数1.4～3.6 L/s・km2，孔深150～200m的钻孔涌水量80～389m3/d，富水性强。江底河组四段（K2j4）为中层状钙质粉砂岩与泥岩互层，局部夹泥灰岩，地下径流模数0.6～0.7 L/s・km2，泉流量一般为0.10～0.80 L/s，最大 3.34 L/s，最小 0.025 L/s，流量大于 0.50 L/s 的泉点占48.2%，富水性强。
溶蚀裂隙孔隙水赋存于江底河组一～三段（K2j1－3）地层的溶蚀裂隙中。江底河组一、二段（K2j1、K2j2）的含水介质特征与楚雄勘查示范区相同，地下径流模数3.5～4.8 L/s・km2，泉流量一般0.1～1.0L/s，最大达4.2L/s，0.1～0.5L/s的泉点占58%，0.5～1.0L/s的泉点占21%，富水性强，均匀性好。三段（K2j3）因含有盐层易溶蚀，盐溶现象和溶蚀孔洞多见，溶蚀裂隙发育且宽大，因而也赋存有溶蚀裂隙孔隙水。含盐层位一般风化较强，风化带厚度较大，浅部风化层的裂隙多被溶蚀再充填而密闭，风化带富水性较差；而地下水位以下，中―微风化带，裂隙多被溶蚀扩宽，透水性强。导致该段地层富水性较好但不均匀，表现为泉流量数值离散性较大。示范区K2j3地层中出露的45个泉点中，泉流量集中在0.1～0.5 L/s和大于1.0 L/s两个区域，分别占泉点总数的53.4%和22.2%；泉流量小于0.1 L/s和0.5～1.0 L/s的泉点仅占总数的15.5%和8.9%。
地下水总体由大姚-新街向斜盆地四周向中部径流。因沟谷发育、地形破碎，形成很多相对独立的水文地质单元，地下水靠降雨渗入补给，顺坡径流，具就地补给、就近于沟谷底部排泄的特点，宽谷中是地下水富集和打井取水有利场所。由于地形切割深度不大，为松散土层浅覆盖，地下水位埋深3～15m，地下水蒸发和蒸腾强烈。地下水动态在构造侵蚀山区受季节影响较大，泉流量雨季剧增，雨季末期达最大，旱季骤减，甚至干枯，多属峰态型―波态型。在丘陵谷地区，因排泄条件较差，水流交替迟缓，地下水动态季节性水位变幅不明显，一般变幅小于1m，动态稳定，地下水动态类型多属稳态型―波态型。
示范区的岩相古地理、岩石化学成分和地形地貌条件，决定了地下水化学类型的复杂性。江底河组三段（K2j3）以外的地区，石膏、芒硝和岩盐等可溶盐层含量少、分布零星，加之浅部地下水径流排泄较畅、交替迅速，地下水水质普遍较好，水化学类型以HCO3-Ca、HCO3・SO4-Ca・Mg型为主，矿化度一般500～1000mg/L，仅在局部丘陵区弱径流带因滞留盐分较多导致水质超标，大多呈孤立的水点出现。江底河组三段（K2j3）中可溶盐层含量多、分布广，浅部风化裂隙多被垂直淋滤的盐分充填而密闭，地下水径流滞缓，水质复杂，泉水或民井水质都较差，有涩味。地下水化学类型多为SO4・ HCO3-Ca、Cl・HCO3-Ca和SO4-Ca型，矿化度大于1000mg/L的微咸水居多，硫酸根、溶解性总固体、总硬度、总铁等多超标，并多呈片状出现。
由于气象水文、地形地貌和地质条件的一致性，大姚示范区的缺水状况和特点与楚雄示范区基本相同。丘陵谷地区人口稠集，城镇规模大，分布密集，工厂较多，农业生产发达，造成了地表水和浅层松散层孔隙水的严重污染。取样化验表明芦川、夏家坝等地的民井和作为饮用水源的沟水，感官性能差，锰、铁含量普遍偏高，微生物指标多超限，甚至还出现砷超标，水质差，按“农村实施《生活饮用水卫生标准》准则”评价多在三级以下；仓街一带的个别民井除亚硝酸盐、总硬度、矿化度、铅超标外，硝酸盐还超标10 倍以上，显示第四系松散层孔隙水遭受了地表污水的入渗污染，地下水的防污性能较差。除水质型缺水外，丘陵谷地区地表水资源相对匮乏，也导致季节性资源型缺水，区内8个乡镇共有缺水人口55028 人，占全县缺水人口的77%，成为大姚农村生活用水最困难的地区。
示范区水文地质研究程度较低，除外围的六苴铜矿进行过矿区水文地质工作外，仅做过1∶20万区域水文地质普查。地下水开发利用程度较低，除民井和零星管井外，没有大规模的、系统的地下水开发工程。根据楚雄红层勘查示范经验，针对大姚示范区可溶盐含量较高、地下水水质复杂多变、咸水多见的水文地质特点，将含盐层分布区寻找可供开发利用的地下水解决农村饮用水困难和进一步验证、总结前期探索出的开发工程的地区适宜性、供水方式的可行性作为研究的主要内容。