云南省严重缺水地区地下水勘查示范工程实例

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1 前言

1.1 云南省区域缺水状况

云南省正常年水资源总量中地下水占33.3%，因时空分布极不均匀而造成广大地区严重干旱缺水。云南省国土面积为39.4万km²，其中岩溶面积11.09万km²，红层面积11.26万km²，全省人口4288万人。据省政府公布现有缺水人口为500万人，特别是东经102°以东碳酸盐岩连片分布的滇东地区，1998年全省受旱灾耕地面积达1347万亩，成灾761万亩，绝收138万亩，干旱造成397万人、229万头大牲畜饮水困难，旱灾直接经济损失22.5亿元。云南省共有63个贫困县，其中缺水人口约250万人，缺水大牲畜约116万头。分布于滇东岩溶地区的24个贫困县，因碳酸盐岩连片分布，地表多为干谷，人畜饮水困难，有缺水人口约76万人，缺水大牲畜约十余万头。部分地区人畜饮水需翻山越岭到数公里以外的地方取水，水费可高达每方60元。由于缺水导致人民生活困难，人均收入500元左右。缺水已成为制约地区经济发展的一个主要因素。在滇中3.6万km²的红层分布区，缺水人口约100 万人，缺水大牲畜约22 万头。据预测，全省2005年和2010年的水量缺口分别为42亿m³/a和95亿m³/a。

1.2 找水的意义及成果

云南省是一个集边疆、少数民族、山区为一体，各方面发展很不平衡的省份。总人口4288万人，20%的人口散居于15万个自然村，贫困人口405万人，100万人生活在生存条件极为恶劣的山区。农村人畜饮水困难问题，直接关系到人民群众身体健康、密切党群关系、增强民族团结、繁荣稳定边疆、巩固和发展农村经济、帮助脱贫致富的大事。近年来，云南省地质调查院在贫困岩溶区找水，取得了可喜的成绩，仅1998、1999年施工的探采结合井取水量就达16535.27 m³/d，解决岩溶干旱山区72655人和12097头大牲畜的饮水困难及部分农田抗旱保苗用水。同时，还采取了暗河截流、封堵暗河出口建库、利用溶洼成库等手段，用多种方式开发利用岩溶地下水，取得了良好的社会经济效益，扩大了社会影响。

本文按高原断陷盆地、岩溶谷坡、岩溶山间河谷、峰丛洼地、江河分水岭五种类型的取水实例，介绍如下。

2 云南省鲁甸茨院乡钻井提水工程——高原断陷盆地类型

2.1 示范区缺水状况

鲁甸县地处滇东北岩溶区，为国家级贫困县，位于昭通地区南部，面积1519 km²，人口36.2万，辖1镇、13乡、82个自然村，其中9个乡镇缺水，缺水人口4.6万。9个缺水乡镇当中，茨院回族自治乡缺水尤为突出，2.1万人就有1.75万人缺水，4.5万亩耕地有3.8万亩缺水，缺水人口、缺水耕地的比例分别占83.3%和84.4%。严重缺水极大地制约了当地社会经济的发展。

2.2 水文地质条件

茨院乡位于昭鲁盆地西南部，多年平均气温 12.1℃，年平均降水量 891.7 mm，盆底高程1900 m左右，周边山地海拔2200～2800 m，盆底有缓丘分布，相对高差100 m左右，昭鲁盆地水文地质单元面积约830 km²。盆地内富水地段较多，茨院乡位于茨院-桃源富水地段内。茨院-桃源富水地段（图1），属裸露—浅覆盖单斜白云岩潜流-承压流型，覆盖层为Q、N粘土，含水层为D₂ q、D₃ z，岩性为泥灰岩、白云岩，含水层顶板埋深 0～45 m，地下水位埋深0～28 m，泉水平均流量3.03 L/s。茨院-桃源富水地段具有富水性强、水质良好、埋藏浅易开采等特点，是乡镇及村寨集中供水的较好水源地。

图1 茨院-桃源富水地段水文地质结构剖面图

2.3 项目实施的工作程序

严重缺水地区地下水勘查论文集（第一集）

2.4 勘探试验技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了昭鲁盆地地下水单元的边界，查明了岩溶在空间上的发育规律，岩溶水的补径排条件及动态变化特征，圈定了富水地段。

（2）地球物理勘探：利用音频大地电场测量扫面，快速高效地确定找水靶区，布置激电测深剖面和五极纵轴测深、环形测深点，相互对比验证，较可靠地确定钻孔孔位。

（3）水文地质钻探：利用气体反循环钻进技术方法，极大地提高了工作效率；通过抽水试验，获得富水地段重要的水文地质参数（表1）；水质符合国家生活饮用水标准。

表1 茨院-桃源富水地段水文地质参数表

2.5 成果和效益

茨院乡钻井提水工程，施工2个钻孔，深度分别为250.70 m和250.57 m，涌水量分别为2666.55 m³/d和1692.50 m³/d。经钻探和物探成果证实，昭鲁盆地覆盖型岩溶区在地面以下150～160 m、310～330 m段为强岩溶发育段，岩溶水丰富，即深部岩溶水还有较大的开发潜力。钻孔成井后已移交当地乡政府，并建成供水厂。目前，供水厂除满足茨院乡政府驻地3000多人的生活饮用水及4000多头大牲畜饮水外，还可供300亩耕地的抗旱保苗用水。

茨院乡钻井提水工程的成功实施，解决了当地的严重缺水问题，为当地农业生产的发展和人民生活水平的提高提供了有利条件。取得了良好的社会经济效益，受到了当地干部群众的一致好评，为类似地区扶贫找水起到了示范作用。

3 云南省文山柳井天窗提水工程——岩溶谷坡类型

3.1 示范区缺水状况

文山县柳井乡地处滇东南岩溶区，位于文山县南部，为云南省扶贫攻坚乡之一。全乡土地面积172.8 km²，人口15118人，其中彝、壮、苗、傣等少数民族人口占65%，系少数民族集居的边疆贫困乡，人均收入482元。目前尚有6596人未解决温饱，10965人和数千头大牲畜饮水困难。位于海拔1300 m左右，年降水量1300～1400 mm，最高气温34.3℃，最低气温6.1℃。由于地处岩溶山区，无地表河流，地表水资源奇缺，大部分村寨每年2月至6月，需翻山越岭到十余公里外的斗嘴和盘龙河靠人背马驮取水，最困难时水费可高达60元/m³。若遇旱年，庄稼严重减产，饮水更为艰难，干旱缺水已成为制约全乡社会经济发展的首要因素。

3.2 水文地质条件

柳井乡地貌属溶蚀侵蚀低中山，以峰丛洼地地貌类型为主，地层以泥盆系、石炭系等灰岩、白云岩为主。断裂构造以北东向为主，多具正断层性质。岩溶形态多样，岩溶发育极不均一，落水洞、洼地、漏斗溶洞等常见，降水入渗系数高达0.7～0.8。地下水极为丰富，年平均径流模数为10.15～43.04 L/s·km²，地下水总体向北东径流。地下暗河发育，地下水以管流为主，动态变化大，水位埋深100～120 m，最大水位变幅可达80 m，白石岩暗河系统干流长32 km，汇水补给面积680 km²，通过柳井乡南西部的野猪塘、新发寨、长石盆等地（图2）。

图2 白石岩暗河平面图

柳井天窗位于新发寨南部约1 km处，总长602 m，坡降35‰，进口部位30 m范围内狭窄，弯道多而急，最窄处仅40cm。底部与暗河相通，溶洞总体走向北西，洞内曲折。暗河埋深121.2 m，枯季流量33.75 L/s。

3.3 项目实施的工作程序

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3.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了地下暗河的分布特征，水量、水质的变化，天窗的空间展布。

（2）测量：为取得暗河天窗的精确数据，采用红外测距、经纬仪进行测量。

（3）高扬程大流量提水：为大大降低工程造价，设计两处180°的环形转弯，最大限度地减小了水头损失，同时避免了开凿50余米斜硐的工程量。洞口至取水点管道安装长425 m，弯道26个，高差121.2 m，洞口至高位水池高差60 m，管道安装长135 m，总长560 m，提水总高差186 m，提水量1000 m³/d。

3.5 成果和效益

柳井天窗提水工程，抽水量1000 m³/d，解决了柳井乡、新发寨等15个自然村3137人及1794头大牲畜的人畜饮用水困难问题和1000亩旱作物的用水问题。结束了该乡严重缺乏人畜饮用水的历史。同时使上千人旱季运水的劳动力从水荒中解脱出来，每年至少可多创造60万元的劳动力价值。在柳井地区，有水就可以大面积种植三七及果树、经济林，不但可推动地方经济发展，且对当地的生态环境建设起到了积极的作用。滇东南地区，暗河天窗较为普遍，该提水项目的成功实施，为岩溶石山找水、多方式开发利用深埋地下水开辟了一条新路，提供了示范经验。

4 云南省文山白石岩暗河水库——岩溶山间河谷类型

4.1 示范区缺水状况

白石岩暗河流域地处云南省文山州文山县盘龙河右岸。盘龙河横剖面呈“V"字形，切割深度300 m左右，该流域处于文山县严重缺水的古木、柳井地区，枯水季节电力不足，农业缺水问题突出，有1.9万人和数千头大牲畜饮水困难。

4.2 水文地质条件

白石岩暗河出口位于追栗街乡白石岩村岩脚下东方红电站技改增容工程下游 100 m处，东经104°21′25″，北纬23°15′59″。暗河处于杨柳井向斜构造核部，补给区地貌类型以峰丛洼地为主，海拔一般1300～1700 m。年降水量1300～1400 mm，最高气温34.3℃，最低气温6.1℃。地下水赋存于泥盆系—石炭系碳酸盐岩岩溶溶隙洞管内，向斜翼部分布的D₁ p 页岩，厚30～60 m，未被断裂切割，连续性好，除暗河出口处（白石岩—糯米科一带），均构成良好的隔水边界。白石岩暗河由大倮者、水尾等地暗河支流汇集后于白石岩村出露，大致由南西向北东径流。杨柳井的西部为主要的补给区。暗河流域汇水面积约为680 km² ，暗河干流长约32 km（图3），水力坡度1.5‰，水位埋深50～210 m，水质类型为HCO₃-Ca型。理论计算，年径流量为2.20 亿～3.60 亿 m³ ，流量大、水力资源丰富，具有兴建地下水库的基本条件。

暗河出口段分上下两层溶洞：上层溶洞，高程1144 m，洞高15 m，洞宽18 m，为干溶洞；下层溶洞，高程1105.5 m，高18.3 m，宽8 m，水深10.3 m，水下是15.2 m厚的砂砾层，无胶结，水面标高为1110.82～1105.50 m，流量为1.53～23.5 m³/s。暗河出口段与盘龙河右岸成垂直相交，枯水季节水位高程为1105.5 m，水面宽4.50～5.40 m，水深2.87～6.00 m，断面平均流速0.112～0.73 m/s，出口处与盘龙河水位齐平。暗河水位线以下岩体岩溶不发育，钻孔压水试验Q小于0.005 L/s·m。

图3 白石岩暗河纵剖面图

4.3 项目实施的工作程序

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4.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了流域内岩溶发育程度，地下暗河的分布特征，水量变化。

（2）充分利用已有工程确定渗漏问题：渗漏是水库兴建后能否达到预期目的的关键问题，暗河出口旁东方红电站坝后蓄水位为1193 m时，在临岸仅发现一处暗河来水，水量较稳定，流量为0.5 L/s，漏水点标高为1180 m，判断暗河堵体与盘龙河之间的临岸地段，当暗河水位在标高1180 m以上时将发生临岸渗漏。暗河水位线以下岩体岩溶不发育，不存在渗漏。

（3）不清基、不围堰，高压灌浆处理坝基。因坝位处水深10.3 m，砂砾层厚度15.2 m，按常规施工方法要在坝位前后堵隔水围堰，而洞内大型机械无法施工，靠人工投入人力将十分庞大。因此，采取不清基、不围堰，在坝位处砂砾层上堆放不同级配的块石，浇灌混凝土，预埋直径2.4 m的过水管，迎水面铺隔水膜，之后采用高压灌浆技术，实施自上而下灌浆，加固砂砾层、堆石强度，使其成为坝体（图4）。

（4）堵体工程分期进行。暗河堵体选择在距离暗河出口116 m处的溶洞内，此处暗河较窄。第一期工程堵体按60 m水头设计，把堵体浇筑至1127.0 m高程，蓄水300万m³。第二期工程是进行1127～1142 m高程之间的堵体浇筑和加强第一期堵体结构，水位总高为126 m，兴利蓄水量为2353万m³，经过试堵阶段后期抬高水位进行验证，渗漏问题不突出。第三期工程是在第一、二期工程成功的基础上进行从1142 m高程直到洞顶（封顶）和坝后式电站建设地下厂房。

4.5 成果和效益

对白石岩暗河的出口采用不清基、不围堰，高压灌浆处理坝基进行封堵，使地下水位抬升形成一座地下水库。将地下水位抬高至1210 m高程后，形成地下水总库容为2.2亿m³，可利用落差60 m，可利用水量为1.32亿m³的地下水库。未淹没农田，不需要搬迁居民点，实现了对下游电站的时段放水调节，缓解了文山电网峰谷差带来的电力供求矛盾，年发电量3586.8万度，增加收入538万元，增加农田灌溉1750亩，解决40616人、6262头大牲畜的人畜饮用水，每年可节约水费300万元。

图4 白石岩暗河出口纵剖面图

此暗河出口筑坝蓄水成库的成功，为岩溶地区开发利用地下暗河提供了宝贵的经验，起到了示范作用。

5 云南省广南珠琳暗河截流工程——峰丛洼地类型

5.1 示范区缺水状况

云南省广南县珠琳处于滇东南高原斜坡地带干旱的岩溶石山地区，地表水资源严重缺乏，农业灌溉和人畜生活用水极为困难，严重地制约该区工农业生产发展。苏都库为云南省广南县珠琳镇所辖的一个自然村，位于珠琳镇南东约8 km处，面积约1 km²的一个封闭岩溶洼地中，洼地中无落水洞（图5）。该村人口约400余人，大牲畜百余头，在村南东洼地边缘有一季节泉出露，泉水枯季断流，使得该村田地均为雷响田，人畜饮用水均要到数公里外人担马驮。雨季有时又遭受洪水之灾。

5.2 水文地质条件

珠琳地区处于南盘江水系支流清水江和西洋江的分水岭地带，属裸露—半裸露岩溶山区，呈峰丛（林）洼地、谷地、溶丘洼地等岩溶地貌形态。年均气温16.7℃，年均降水量845.3 mm。地表无常年性河流，地表水奇缺。总体地势自西向东降低，海拔高程1200～1960 m，大部分地区海拔高程1400 m左右，相对高差200 m左右。相对最低侵蚀基准面为东部的旧莫河，水面高程1200 m。

区内岩溶在垂向上具明显的成层性。发育了三层溶洞，第一层规模最大，海拔高程1200 m，成为暗河出口；第二层规模较小，海拔高程1400～1450 m，多成为大泉出口或季节性排水通道；第三层规模亦较小，高程大于1500 m，为干溶洞。

出露地层以二叠系吴家坪组（P₂w）灰岩、三叠系个旧组（T₂g）灰岩、白云岩为主，岩层浅部褶皱极为发育。区内断裂较发育，主要有北东向和北西向两组。北东向断裂常具压性、压扭性特点。由于T₁x、T₁y薄层泥质灰岩、泥岩的存在，造成含水层在垂向上的成层性和相对独立性。地下水不能全部流入主径流区参加区域深循环，在裸露的补给区出现季节性或常年性的地下水排泄点，枯季泉流量一般0～25 L/s，年变幅一般小于10倍，个别可达20倍。地下水径流模数为10.15～43.04 L/（s·km²）。

图5 苏都库水文地质平面图

5.3 项目实施的工作程序

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5.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了地下水的补、径、排特征，地下水埋深较浅，具管洞流并呈现出阶梯状降低，地表、地下水转换较频繁的特点。

（2）地球物理勘探：在季节泉周边布置激电测深剖面和五极纵轴测深、环形测深点剖面，相互对比验证，确定暗河管道埋深底板约为12 m，经过季节泉后自南向北延伸。

（3）爆破施工筑堵体：由于12 m深度以下岩溶不发育，故对季节泉口实施爆破不会造成上层地下水的漏失。实施爆破后，发现一岩溶管道，横断面呈不规则状，高1.8 m左右，宽2 m左右，顶板埋深8 m，地下水流向330°，流量15.01 L/s。实施截堵时考虑到洼地呈封闭状且无落水洞，若将管道全部封堵，地下水位抬高至地面后，势必造成整个洼地的淹没。因此，工程设计兼顾旱季截流取水及雨季排洪，将堵体设计在洞口的中间部位，这样当地下水位抬高至地面后，旱季引水利用，雨季开启泄洪口将洪水泄入堵体后面的岩溶管道中流走（图6）。

图6 苏都库暗河截流剖面图

5.5 成果和效益

该暗河截流工程量小，造价低，成功地获得枯季流量1296.86 m³/d，需时用、余则泄，直接解决了苏都库村及周围3个小村子约700余人、200余头大牲畜饮用水的困难，使300余亩雷响田变成了水田。400余亩旱地变成了水浇地。使当地群众不再为水而发愁，安心耕作。不但粮食能自足，田地里还种上了时鲜蔬菜，以前的荒山上长起了果树，当地群众解决了温饱，正向小康迈进，社会效益、环境效益及经济效益皆十分显著。为滇东南峰丛洼地区浅埋暗河的开发利用提供了又一途径。

6 云南省蒙自五里冲盲谷无坝水库——江河分水岭类型

6.1 示范区缺水状况

五里冲水库位于云南省蒙自县南部，距蒙自县城 22 km。蒙自县为滇东南干旱缺水严重的地区之一，有人口31.5万人，耕地面积27803公顷，其中旱地20106公顷，县城因水源不足而严重缺水，相对缺水量44%。五里冲水库，位于珠江水系南盘江流域，由于水库流域面积较小，仅有集雨面积25.4 km²，来水量远远满足不了设计库容要求，故该水库修建了长达20多公里的引水渠道，从元江水系一级支流的南溪河跨流域引水入库。

6.2 水文地质条件

五里冲水库位于南盘江与元江分水岭地带的绿水河源头，岩溶山地与非岩溶的中深切割的中山山地接触带上，两者以盲谷、串珠状洼地、漏斗等相连接。岩溶山地标高在1700～1800 m以上，高出盲谷底部300～400 m。盲谷四周多陡岩、斜坡、溶洞。其库容7949万m³，正常蓄水高程1458 m，蓄水深106 m（不含地下）。流域内标高1350～2200 m，年均气温18.6℃左右，年降雨1300～1400 mm，五里冲河平均流量0.46 m³/s，在盲谷终端落水洞处流入地下（图7），成为五里冲地下河——九股水暗河源头，落水洞口标高1352 m。在其南部1130 m标高的小窝子以泉的形式溢出，再沿峡谷地形汇入绿水河。绿水河在汇入元江处标高仅130 m。

水库区由一岩溶盲谷及发育于砂板岩区的南北两支沟组成。库区处于三叠系个旧组（T₂ g）、寒武系歇马场组（）碳酸盐岩与非碳酸盐岩南北向断裂接触带两侧，T₂ g 为灰岩、白云岩组成，其岩溶十分发育。由砂板岩组成。个旧组岩溶地层断裂构造发育，近南北向的 F₁ 断层是主控断裂，纵贯库区，并成为非岩溶区与岩溶区的分界线。此外，其北西向、北东向及近东西向断裂都较发育，把库区岩层切割成块状。

个旧组灰岩在枢纽区为其第三段（T₂g^c），厚约500 m，除中部有27～65 m厚的黑色炭质板岩夹薄层生物碎屑泥晶灰岩外，均为质纯层厚、可溶性强的厚层至块状的泥晶、亮晶灰岩，地层一般陡倾至直立。岩溶现象十分复杂，发育强度极不均匀，岩溶发育有由上向下递减的现象，而无明显的分层发育规律，最深的古岩溶下限为高程1183.82 m，为紫红色钙质粘土全充填。

五里冲地下河洞管系统北起五里冲岩溶盲谷，南至小窝子及座坡泉口，直线长9～11km，高差150～220 m，上游段有分支，已探明的五里冲洞、龙宝洞、期白邑洞、岩峰洞等洞穴总长度3224 m，占管洞总长度的24.4%。其洞穴管道系统多呈双层单管多支的洞-厅-管结构。平均坡降 14‰～17‰。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号暗河是五里冲地下河的入口组成部分，洞口处于盲谷末端。洞底暗河枯季流量为0.2 m³/s，流速0.32 m/s。暗河水位低于西侧地下水位，高于东侧地下水位呈半悬挂状态。有 KM7、KM8 洞等大型洞穴群。五里冲地下河管道系统，绝大部分发育于 T₂ g ^c 质纯厚层灰岩中，主要受南北向区域性断裂控制，大的溶洞、厅堂又与北西向或北东向断裂关系密切。

图7 五里冲水库流域水文地质略图

6.3 项目实施的工作程序

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6.4 找水及开发工程新技术

（1）采用水文地质调查、洞穴探险、工程地质勘查、示踪试验、平硐勘探、廊道灌浆、井中透视、地质雷达、CT图像、原位声波、弹模试验等多种方法手段。

（2）防渗帷幕南北两端插入相对隔水的砂板岩地层中，把岩溶发育强烈、强透水的个旧组（T₂ g）灰岩全部包围起来，防渗效果理想，做到了充分利用有利地质条件，合理布置帷幕，降低了工程造价。

（3）防渗帷幕是在岩溶地层中设置的悬挂式帷幕，即帷幕底界未能插入隔水岩层，仍在岩溶地层中，极大地减少了工作量，降低了造价。从蓄水至今看来，帷幕是成功的。

（4）在已建成的廊道内，由下层→中层→上层分层采用4～6MPa压力，小口径钻进，孔口封闭，自上而下分段钻灌，不待凝，灌前压水，孔内循环、集中供浆的高压灌浆技术，成功地处理了岩溶地层的强渗漏问题，形成了共三层总高260 m，长1330 m，面积26.2×10⁴ m²的防渗帷幕。

（5）超高超薄防渗墙通过溶洞间破碎岩体。在中层廊道开挖中，先后遇KM7、KM8特大型溶洞，其体积都在10×10⁴ m³以上，如何处理好如此巨大的岩溶洞穴系统，达到防渗、稳定安全的目的，国内外少有成功先例，技术上要求创新。经补充勘探，利用KM7与KM8之间残留岩体设置高105 m，厚2～2.5 m，宽50 m的超高超薄钢筋混凝土防渗墙起防渗作用，左右与帷幕相连，下部与堵头相结。

（6）采用加密高压灌浆技术，成功处理特殊复杂的溶塌堆积体。在帷幕北段的中层及上层廊道中发现了结构复杂的体内无空洞的溶洞塌陷堆积体，其在帷幕线上长30～70 m，面积3200 m²，体积在10×10⁴ m³以上。采取先封闭固结，逐渐加压，终止压力控制在4MPa。对特大耗浆段还采用了限流、待凝、加速凝剂、复灌、控压、冲砂等综合措施，终于使这一段软弱复杂岩体达到了工程设计要求。现经蓄水考验，仍处于安全稳定中。

6.5 成果和效益

五里冲水库是利用天然岩溶盲谷堵洞、帷幕高压灌浆处理岩溶地层渗漏建成的无坝中型水库。库容7949×10⁴ m³，正常蓄水高程1458 m，蓄水深106 m。1997年已开始向蒙自供水，发挥效益。水库的建成，大大地改善了蒙自县的供水状况，一年可向蒙自供水8161×10⁴ m³，可增加灌溉面积10万亩，改善灌溉面积2.3万亩，向城市及工业供水1210×10⁴ m³，使蒙自水利化程度由37%提高到70%以上，是振兴蒙自经济的一项重大工程。五里冲水库是在地质条件十分复杂，岩溶极其发育的地区建成的一项水利工程。超高超薄防渗墙的建成、加密高压灌浆技术成功地处理了特殊复杂的溶塌堆积体，为我国岩溶地区兴建无坝水库提供了一个成功的范例。