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西南岩溶石山地区面积辽阔，是我国三大脆弱生态环境之一，存在一系列资源和环境问题，其中，干旱缺水和日趋严重的石漠化最为突出。西南岩溶水资源丰富，大部分储存在地下河中，目前己开发利用量仅占允许开采资源的14.54％，具有较大开发潜力。但十分发育的地下岩溶空间导致“三水”快速转化，地下水分布不均、埋深大、开发困难等因素，制约了地下水的有效开发利用，形成工程性缺水局面。溶洼成库方式是岩溶水资源开发的重要途径之一，对解决工程性缺水局面和提高岩溶水资源利用效率具有重要意义。
本研究选题正是在这种背景下提出的，针对堵洞溶洼成库这一岩溶水开发方式开展相关研究。笔者阅读了大量国内外区域岩溶的研究成果，总结了岩溶动力学理论的形成和研究方法的发展历程，分析了国内外岩溶水资源开发工程和技术方法的现状。在此基础上，首先分析了岭谷型岩溶区代表性岩溶水系统的水文地质特征，提出了其区域水文地质结构概念模型。依托地质调查项目，再以湖南湘西大龙洞地下河堵洞溶洼成库为典型实例，深入研究了工程涉及的水资源量、岩溶渗漏、稳定性评价和水土流失对水库寿命的影响等科学问题。研究成果既可为具相似水文地质条件的岩溶流域水资源开发工程提供借鉴和积累经验，又可为地方重要水利工程建设提供科学支撑。
本文以大量调查、观测和分析资料为基础。开展了1/5万水文地质调查，面积231.8km2；重点地区1/1万工程地质调查，面积27km2；坝区1/2千工程地质测绘，面积4km2；在坝区、库岸布置了多种地球物理勘探剖面，共计3850个物理点，选择三个物探异常点，实施605m/3孔钻探加以验证，解译结果均与实际相符；有针对性地开展了岩溶地质和地质构造的调查和研究。建立控制断面水文观测站4处，观测1～2个水文年；选择了三种主要生态环境类型，建立水土流失观测站，观测一个水文年，采集泥沙分析样品2600组；岩、土化学成分分析38件；水质分析30件;岩石力学参数测试3组；地下水示踪试验1次；以及岩溶洞穴探测等调查和分析工作。
研究内容和成果主要有三大方面：
一、以黔北道真县上坝地区、重庆北碚——南川县剖面和湘西洛塔地区为代表，总结分析了岭谷型岩溶区的水文地质特征。碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层，北东向地质构造呈束状褶皱，向斜和背斜构造交替出现，背斜山两翼碎屑岩剥蚀成岭，其间石灰岩出露形成岩溶槽谷，发育有顺岩层走向地下河等特征，是岭谷型岩溶区独具特色的水文地质特征。宏观地貌表现为“一山一槽二岭”或“一山二槽三岭”的景观。岩溶地下水的补、径、排条件严格受地形地貌、岩性、构造线和地表水文网的控制。在裸露型峰丛山区，地下河高悬于向斜谷地发育，其结构多较为简单，岩溶水系统独立，是对水库防渗有利的方面。在埋藏型谷地区则形成储水构造。但地表水系斜交岩层走向深切形成峡谷，岩溶地下河系统完整性受到破坏，在河谷常有多层地下河排泄出口，横向断裂构造可能导致岩溶含水层“击穿”和岩溶穿层发育，这对地下水开发工程十分有害，常是堵洞成库难以发现的岩溶渗漏通道。
二、湘西大龙洞地下河系统是岭谷型岩溶水系统的典型代表。本文对其岩溶发育特征、岩溶水系统和水资源评价、坝区和库岸稳定性评价、岩溶渗漏、水土流失对工程的影响、以及成库方案等6个方面进行了深入研究。
(一)岩溶发育特征及系统边界
水质分析和调查资料显示，区内地下水类型主要为碳酸盐岩岩溶水，赋存于溶蚀裂隙、孔隙、溶洞及地下河管道中。地下河主要发育在上寒武统的比条组(∈3b)中厚灰岩中，上寒武统的车夫组(∈3C)的下部中-薄层状泥质灰岩、灰质云岩、泥灰岩构成地下河河床相对隔水底板。岩溶发育受地层岩性和构造控制，地下河主体顺岩层走向发育，但受到多期断裂构造改造，上游发育多条支流。
大龙洞地下河系统东北部与鬼冲地下河毗邻，地下水示踪试验结果证实，天然条件下无水力联系。根据物探和钻探资料分析，枯季地下分水岭标高约660m，建库后可能发生改变而连通。地下河系统西部与牛角河东岸沿线接壤，地形高差200～300m，岩层倾向台地。根据分水岭两侧地下水出露位置和水化学特征、地质构造条件、表层岩溶带厚度、试堵蓄水水点流量无明显变化、物探资料和钻孔揭露情况等信息，综合分析认为，边界各段枯季地下分水岭的最低标高在640～660m之间。流域南部地下分水岭海拔标高在800m以上。东部边界主要由碎屑岩组成，地表和地下分水岭基本一致，标高在900～1023m之间。
(二)水资源和水质评价
对地下河系统结构进行了研究，提出了岩溶水系统结构概念模型，在此基础上进行了岩溶水系统划分。应用2003年、1961年、1965年、1966年四个水文年水文观测资料和各分区多年平均降雨量，对水资源进行计算和评价。
采用入渗系数法和迳流模数法计算得到天然资源量和可采资源量等；通过水文分析法，求得不同降水频率年份的迳流量和天然资源量，认为2003水文年为偏枯年。统计法求得在天然和建库条件下的可采资源量。用动态分析法，计算了可采资源量和天然调蓄量，认为大旱年份系统天然调蓄量仍小于估测地下库容。水资源量满足建高水头、大库容调节水库要求。
以地下水水质分析成果为基础，选取pH值、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氟化物等9项因子进行评价。评价结果显示，大部分地下水点质量级别为优良，适于饮用；少数表层岩溶泉水质较差；地下河水因上游地表河水补给受到N02-轻微污染;地下水对混凝土无腐蚀作用。与20年前比较，岩溶地下水自然调节能力减弱，大气降水入渗量相对减少，而排泄量有所增大。
(三)稳定性分析
根据基础地质条件，大龙洞所在区域未发现活动断层，地震烈度为Ⅵ度区，区域地壳稳定性好。根据钻孔岩心、节理裂隙调查资料、岩块力学试验成果分析，距地下河出口120m范围内为Ⅳ类硬岩，稳定性较好。米良垭口断层破碎带为Ⅲ类软-硬岩，稳定性相对较差。
坝区采用实测岩石力学参数，水库至700m标高时，计算得原规划上坝址顶板岩层、坝肩岩体具有较好稳定性。原规划下坝址岩体属BⅣ1类或BⅣ2类工程地质岩体，位置距悬崖仅100m，悬崖地带张性断层发育，岩体稳定性较差，不宜建坝。水库蓄水至700m时，按水平滑面滑移结构体的稳定性计算公式，计算得米良垭口山体稳定系数k=6.1，＞1，说明其整体稳定性仍较好。
(四)岩溶渗漏分析
600m标高以下，渗漏主要发生在坝区，渗漏量较小，680m水头时不会通过表层岩溶带向库外渗漏，主要沿断裂带上岩溶发育带发生渗漏。以1∶5万和1∶1万水文地质工程地质调查资料为基础，综合分析物探和钻探资料，确定了位于库岸断裂构造上的9个主要岩溶渗漏段。估算蓄水高程为600m时，渗漏量为179.91/s；680m时，为20541/s，此时按100％的防渗断面估算，防渗面积为57601 m2。文中提出了防渗技术建议。
在地下河出口及其邻近地表河、地下河上游地表河段进行同步输沙特征监测，两个水文年的研究结果均显示，地下河与地表河输沙率呈同步变化特征，平均悬移质输沙模数分别为37.26～58.33 t/km2.a和56.82～76.80 t/km2.a，最大日平均输沙率分别为540mg/l和890 mg/l，地表河均略大于地下河，说明地下河空间以大型岩溶管道为主，连通性好，系统水力坡度大，对泥沙输出和减轻地下空间淤积有利。最大日平均输沙率均与最大流量峰值对应，说明水土流失主要发生在暴雨期间。
选择三种典型生态环境类型的代表性汇水区，用GIS在1∶1万地形图上求得汇水面积，汇水处修建观测堰，观测场雨产流过程和采集泥沙分析样品。结果显示，三种类型的平均悬移质输沙模数为65.35～884.78 t/km2.a，最大瞬时输沙率为2926 mg/l，发生在准暴雨期间的森林类。结果还说明，以往普遍使用的该地区水土流失模数比实际监测值要大得多，与实际情况不相符。因此，要准确地评价水土流失对水库工程的影响，需具体分析流域地形地貌、土壤和植被发育特征、降雨分布特征和系统水文地质结构等因素的影响，并进行实地监测，才能作出较客观的评价。计算结果显示，在建库条件下，50年总淤积量不超过地下库容的10％。说明水土流失造成的水库淤积程度并不严重，但目前尚无法预测淤积会发生在地下河空间的哪些部位和危害程度，仍需有防范措施。
(六)成库方案
综合分析成库具备的地质、水文地质和工程地质条件，认为大龙洞水库正常蓄水位以680m较适宜，可在确保工程安全运营的原则下充分利用丰富的水资源。高于680m高程可能发生库岸表层岩溶带的漫渗，防渗工作量会大大增加。原规划上坝址建坝地质环境适宜。
三、溶洼成库模式
在湘西大龙洞地下河溶洼成库研究成果基础上，结合我国西南已有的6个代表性溶洼成库工程实例，笔者论述了溶洼成库的工作方法，提出了溶洼成库的4种主要模式。