淮南潘谢矿区采煤沉陷对水利工程体系影响分析

2014-12-24李泽青吴永生刘福田

安徽建筑大学学报 2014年5期

李泽青，刘锦，吴永生，刘福田

（1.安徽省水利水电勘测设计院，合肥 230088；2.煤矿生态环境保护国家工程实验室，淮南 232001）

1 淮南潘谢矿区采煤沉陷概况

淮南潘谢矿区位于淮河中游淮河以北地区，从西到东，分布了谢桥矿、张集矿、顾北矿、顾桥矿、丁集矿、朱集矿、潘四矿、潘三矿、潘一矿、潘二矿和后备资源区。潘谢矿区总体规划煤炭资源储量为273.55亿t，矿井和后备区面积为1256.37km2。

潘谢矿区煤炭资源储量丰富，埋藏较深，属煤层群开采，可采煤层厚，均采用井工开采，采煤方法采用全部冒落法。由于该区域属平原地区，地势平坦，煤炭地下开采必然形成地表沉陷，现已形成相当规模的沉陷水域。据统计［1～3］，2010年采煤沉陷面积为108.3km2（指沉陷大于0.1m，下同）、地面最大下沉值为7.5m。预计2020年潘谢矿区采煤沉陷面积为243.7km2、地面最大下沉值为12.0m，预计2030年采煤沉陷面积为339.3km2、地面最大下沉值为15.2m。

2 潘谢矿区水利工程体系现状［2～4］

潘谢矿区采煤沉陷涉及水系有西淝河下游、永幸河、架河和泥河等，流域总面积2562km2。该区域目前已基本形成了以河道、堤防、沟渠、闸站等组成的防洪、排涝、灌溉工程体系。

西淝河下游河道长72.4km，流域面积1621km2，两岸修筑了左、右堤，长分别为56.02km和12.5km。河口建有老、新西淝闸，设计流量分别为300m3／s和320m3／s。西淝河沿岸有圩区 47处，圩堤长 191.9km，保护面积169.8km2，兴建涵闸78座、排涝站33座。主要支流有苏沟、济河、港河等。苏沟长45.2km，有圩区3处，保护面积13.7km2，圩堤长26.9km，兴建泵站3座；济河长63km，有圩区3处，保护面积9.9km2，圩堤长18.3km，河道上建有引水、蓄水闸5座；港河长32km，入淝口建有港河闸，设计流量212m3／s，有圩区7处，保护面积21.1km2，圩堤长29.5km，兴建泵站3座。

永幸河是1974年开挖的一条排灌两用的人工河道，长43km，流域面积180km2。永幸河水系所在的永幸河灌区是有灌溉面积55万亩的大型灌区，区内有总长约150km的14条大沟，以及引水闸、节制闸、渡槽、跌水、倒虹吸和泵站等约480处建筑物，组成能排能灌的排灌体系。永幸河枢纽由抽水站、节制闸、防洪排涝闸等建筑物组成，永幸河站，设计排涝流量80m3／s、灌溉流量40m3／s。

架河流域总面积205km2，其中架河下游城北湖和戴家湖两处洼地，集水面积分别为154km2和51km2。架河出口建有架河闸和架河站，设计流量分别为67m3／s和23.4m3／s，城北湖靠淮河处正在建设城北湖站，设计流量100m3／s。城北湖汇水区内有3条大沟，圩区4处，圩堤长11.82km，保护面积5.03km2。戴家湖汇水区内有2条大沟，圩区2处，圩堤长11.9km，保护面积12.8km2。

泥河流域总面积为556km2，其中泥河干流388km2，黑河168km2。泥河干流55.65km，黑河长24km。泥河流域有圩区7处及潘一矿封闭堤、潘集区政府防洪堤，堤防总长73km，保护面积121km2。泥河流域出口有青年闸和芦沟大站，设计流量分别为153m3／s和120m3／s，区内有10条排涝大沟，总长37.1km。

3 采煤沉陷影响水利设施情况［1～4］

3.1 西淝河下游水系

西淝河下游流域范围内煤炭资源丰富，淮南煤电基地大部分位于西淝河下游及其支流范围内。采煤沉陷影响的主要水利工程设施包括西淝河左堤、生产圩堤、河道和大沟。具体见表1：

表1 采煤沉陷影响西淝河水系主要水利设施统计表

3.2 永幸河灌区

根据采煤沉陷预计分析［1～4］，采煤沉陷范围和程度随着地下煤炭资源的大规模开采，将不断加大，对永幸河灌区干支渠、主要建筑物等灌溉工程设施将产生较大影响。现状（2010年）采煤沉陷影响永幸河总干渠长度为2.3km，累计最大下沉值为1.5m；预计2020年、2030年永幸河灌区输水总干渠采煤沉陷影响长度分别为3.4km和9.6km，累计最大下沉值分别为5m和9m，幸福沟、友谊沟、凤蒙沟等主要输水渠道也受采煤沉陷影响。具体见表2。

表2 采煤沉陷影响永幸河灌区主要渠道统计表

3.3 架河水系

架河水系包括架河和依沟，现状（2010年）采煤沉陷影响架河河道长度为1.9km、累计最大下沉值为1.5m，影响依沟长度1.7km、累计最大下沉值0.1m。预计2020年、2030年，采煤沉陷影响架河河道长度分别为4.1km和6.6km，累计最大下沉值分别为4m和7m；采煤沉陷影响依沟长度分别为2.83km和5.4km，累计最大下沉值分别为3m和8m。

3.4 泥河水系

根据采煤沉陷预计［1～4］，泥河流域采煤沉陷范围主要沿泥河干流偏北位置分布，包括：泥河和黑河干流，利民新河、东南干渠、架河北干渠、顾高新河、芦沟、柳沟等17条主要大沟，泥南圩、谢街圩、潘一矿封闭堤等5条圩堤。沉陷影响具体见表3。

表3 采煤沉陷影响泥河水系主要水利设施统计表

4 采煤沉陷对水利工程体系影响分析

根据《淮南潘谢矿区采煤沉陷预测报告》［1］及现场调查分析［2～4］，采煤沉陷2010年影响河道33.3km、堤防 33.7km，2020年预计影响河道50.7km、堤防 65.5km，2030年预计影响河道62.9km、堤防75.7km。淮南潘谢矿区采煤沉陷对所涉及水系的防洪、除涝、灌溉等均有影响。

（1）采煤沉陷对防洪的影响。潘谢矿区煤炭的开采［5，6］，将导致西淝河左堤及圩区堤防发生沉陷。西淝河左堤［4］作为淮北大堤涡西堤圈的内隔堤，是超标准洪水确保茨南淝左区的防洪屏障，是淮河流域防洪体系的重要组成部分，也是防御西淝河下游流域洪水的重要屏障，而圩区堤防也是每个圩区防洪安全的保障。采煤沉陷将导致堤防发生开裂、沉陷，对流域防洪安全是不利的，影响较大。

（2）采煤沉陷对除涝的影响。采煤沉陷区的形成，扩大了流域承泄涝水的容积，有利于区域内涝水的自排，一方面可以降低汛期沉陷区所在区域干支流水位，为内涝水自排创造一定的有利条件；另一方面部分涝水可以直接排入采煤沉陷区，扩大区域涝水自排的途径，缩短涝水面上的滞留时间，增加了自排抢排的机会。采煤沉陷对流域除涝有一定的有利作用［7，8］。

（3）采煤沉陷对灌溉的影响。采煤沉陷将导致大量沟渠、闸涵、泵站遭到破坏，沟渠、泵站因采煤沉陷使其输水、抽水的功能丧失，闸涵因采煤沉陷使其丧失蓄水、输水、节制的功能［9，10］。采煤沉陷导致灌溉设施的破坏，对灌溉是不利的，但采煤沉陷区的客观存在增加了对当地地表水的调蓄能力，辅助工程措施可新增供水量，对缓解采煤沉陷区周边供水区域的水资源供需矛盾有利。