科技日报记者 雍黎 实习生 雷雍
“有了水井，学校再也不用看天接水了。”近日，重庆市秀山县官庄镇太阳小学的师生们打开水龙头就用到了清凉的井水。这得益于重庆市地勘局208地质队的岩溶找水技术，让饱受缺水困扰的山区小学“解了渴”。
9月4日，记者从重庆市地质矿产勘查开发局了解到，该局208地质队研究项目《重庆市岩溶贫困山区找水关键技术研究与示范》近期获得2021年度重庆市科技进步三等奖。该项目实现了岩溶地下水勘查钻取的重大突破，为重庆岩溶山区百姓解决了缺水难题。
理论创新 制定标准实现快速找水
为何大江大河流经的重庆会缺水？
“重庆是典型的‘人在高处走，水在低处流’。”水工环地质正高级工程师、208地质队原党委书记杜春兰说，重庆市大部分地区属于山地、丘陵，喀斯特地貌突出，有丰富的过境水，但开发利用难度大。
重庆秀山梅江岩溶供水。208地质队供图
特别是重庆市岩溶面积接近3万平方公里，占辖区面积的三分之一，岩层中有大量的管道、大型溶蚀裂隙和溶蚀孔隙，降水量很快就转化成地下水。所谓“地表水滚滚流，地下水贵如油”，这就是重庆高山岩溶区缺水的真实写照。
“岩溶水最大的问题就是水资源分布不均，可以说最难的就是找水。”重庆市地矿局208地质队科创副总工程师、科创中心主任吕玉香说，因为岩溶地质结构复杂，长期以来，岩溶水的运移及富集规律一直是业界的热点和难点。
根据含水层的空隙性质，地下水可分为三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。砂岩地区孔隙大，水资源分布均衡，具有良好的渗透性，打水成功率一般在80%—90%，岩溶地区以碳酸盐类岩石为主，质地最为致密，水资源分布渗透性在空间上变化最为复杂，“找水就像在躲猫猫，以前打水成功率只有30%左右。”吕玉香说，渝东南岩溶区曾是国家连片贫困山区，缺水问题是该区域发展的桎梏。
为解决岩溶找水问题，曾攻克了重庆红层找水“禁区”，缓解60万群众饮水困难的208地质队开始攻克岩溶地下水找水难题。
“我们从2006年就开始研究岩溶地区缺水问题，2012年开始承接了相关的3个科研项目，将多年的研究系统化，并制定成标准。”回忆当年研究的情形，杜春兰说。
“通过创新找水理论，钻井成功出水率从31%提升至70%。”吕玉香介绍，项目团队先后对渝东南渝东北溶岩地下水富集规律、岩溶储水构造，以及找水勘查标准进行研究，并进行系统总结。首次划定重庆市岩溶地区26个富水区块，并根据地形、地貌、地质、岩性的特征提出10个“找水标志”，丰富了水文地质理论，为多种方式开采岩溶地下水提供了依据。
截至目前，208地质队编制了《重庆市岩溶地区找水勘查标准》，实施岩溶供水示范项目13个，完成钻97个，成井68个，解决了8万多人饮水问题。
技术创新 解决取水供水难题
水找到了，如何取水成为地质队员们要解决的又一难题。
“岩溶地质结构复杂，原来的打孔方式难度大、成本高、效率低。”吕玉香介绍，以前打一口井要30天，岩溶地区发生缺水情况往往在夏季高温时节，“不可能让缺水的百姓等这么久。”
潜孔冲击锥施工现场。208地质队供图
对此，项目组紧急攻关，研发了“潜孔冲击锥”，通过改进钻探工艺，形成了动力头式钻机多工艺空气钻进技术，钻进效率高，每小时可钻20米以上，且不需要排渣，成本极低，并将单孔钻平均施工时间缩短到了3天。
“现在一旦有岩溶地区发生缺水情况需要打井，我们从找井到出水，三五天就能搞定。”吕玉香表示，通过科技创新，他们获得“潜孔冲击锥”“水平孔或斜孔钻具升降系统”“四驱斜孔摄像系统”3项发明专利和16项实用新型专利。提高了钻井效率、钻孔成井率，降低了安全风险。
“水找到了，钻出来了，送到老乡家，工作才算圆满。”吕玉香表示，农村供水和城市供水情况迥异，为更好地保障地下水到村到户，单位结合各类典型地形条件，因地制宜提出了高位蓄水自来水模式、定点自取供水模式和直接入校供水模式等多种供水模式，研发了“典型槽谷斜坡区拦蓄引用防洪保土与水资源利用系统”等3项实用新型专利，并开展应用示范。
如今，208地质队的三项发明专利与三种供水模式已在重庆酉阳、巫山、秀山等20多个区县推广与应用。
虽然解决了岩溶水资源利用难题，但208队的研究没有停步。吕玉香表示，岩溶地下水的污染问题是她的老师袁道先院士关注的重点，也是208地质队正在研究的方向。下一步，208地质队计划在岩溶地下水污染风险识别、评价、防控、监测，岩溶区污染场地污染源溯源、精准防控、防控措施有效性等方面开展深入研究，解决岩溶地下水污染防治难题。
