新疆伊犁庆华二号露天煤矿地下水资源评价

蒋显忠 金璐 喜英

摘要：本文选取新疆伊犁庆华二号露天煤矿作为研究对象，在对研究区内区域水文地质条件详细分析的基础上，分别采用水均衡法和给水度法计算了该露天煤矿的地下水资源量。研究结果表明：通过地下水资源均衡计算，该矿平原区和河谷区地下水均处于负均衡状态，其中平原区均衡差值不大，而河谷区的总排泄量中矿区排水占地下水总排泄量的94%，所以矿区排水会造成河谷区段内矿区周边地下水水位下降。此外，平原区的地下水储存量计算结果为-1312.5×104m3/a。通过对该矿地下水资源的评价和分析，可以为该矿开采排水后对周边地质环境的影响提供理论依据和科学评价。

关键词：伊犁 露天煤矿 水均衡法 地下水资源评价

伊犁地处新疆维吾尔自治区西部天山背部的伊犁河谷内，由于其独特的自然地理环境，被誉为“塞外江南”、“中亚湿岛”和“花城”。近年来，在国家丝绸之路经济带建设和煤炭工业结构调整的历史进程中，伊犁哈萨克自治州成为自治区重点的煤炭工业基地。充足的地下水资源是保障煤炭资源顺利开采和工业基地正常运转的首要条件，但是，煤炭资源的开发对矿山及其周边地质环境也会产生一定影响。因此，本文以新疆伊犁庆华二号露天煤矿为研究对象，利用水均衡法对该矿地下水资源进行了评价研究，为煤矿开采排水后对周边地质环境的影响提供理论依据和科学评价。

1.研究区概况

研究区位于伊犁盆地北缘，皮里青河河谷及冲积平原，总体地形呈现北高南低的形态，地面高程在620～1280m之间。其中，平原区地形相对较平坦，地面高程在620～780m之间，地形坡度为8‰。此外，在研究区北段主要由河谷地貌和低山丘陵地貌组成，地形整体为北高南低，两侧高，中间低的形态。地貌类型大致可分为中高山区、低山丘陵区和平原区三大类型。

研究区地处欧亚大陆腹地，属亚湿润大陆性温带气候，是新疆降水量最多的地区。根据伊犁气象站2007～2009年度的气象资料，伊宁市近三年的气温在-26.7～38.5℃之间，平均气温为10.4℃，年降水量在169.6～329.5 mm之间；伊宁县近三年的气温在-24.5～37.3℃之间，平均气温为10.4℃，年降水量在207.2～423.6mm之间。此外，研究区内主要发育有伊犁河和皮里青河两条地表河流，其中伊犁河沿研究区南部边界由东向西流出，而皮里青河是由北向南穿越研究区域，同时也是本次研究区内的主要河流。

2.水文地质条件

2.1 地下水赋存条件及分布规律

研究区内主要分布有第四系松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类孔隙裂隙水。松散岩类孔隙水主要分布在皮里青河河谷和山前沖洪积平原区，碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布在低山丘陵区。其单位涌水量变化在0.004～0.001L/s·d之间，水位埋深60～135m，矿化度一般大于1g/L，属微弱含水层位。

2.2 地下水补给、径流和排泄条件

研究区内地下水主要接受皮里青河入渗补给、暴雨洪流补给、降雨补给、渠道入渗补给、地下潜流补给及田间灌溉补给，由于研究区河谷段和平原区地形地貌的不同，其地下水的补给来源和形式也不同。区内地下水因受地形、地貌变化的控制和影响，河谷段地下水主径流带方向与河流方向基本一致，约为SW210°，潜水的水力坡度为9～11‰；冲洪积平原区地下水的主径流方向约为SW223°，潜水的水力坡度为11～14‰。区内主要的地下水排泄方式为侧向径流，人工开采、蒸发蒸腾和极少的泉水溢出。

2.3 地下水水化学特征

研究区第四系松散岩类孔隙水水化学类型为HCO3–Ca·Mg和HCO3·SO4–Ca·Mg型水，其中，HCO3–Ca·Mg型水主要分布在平原区大部分范围内，矿化度较低，一般在0.3～0.5g/L；HCO3·SO4–Ca·Mg型水主要分布在河谷区和巴彦岱一带，矿化度一般小于0.5g/L左右。碎屑岩类孔隙裂隙水化学类型为SO4·HCO3–Ca·Na型水，矿化度为0.817～1.4g/L，pH值为7.77～8.0。

3.地下水资源量评价

由于研究区地形地貌主要分为平原区和河谷区，因此，区内的均衡区同样也分为两区块，一个是将山前倾斜平原作为一完整的水文地质单元界定为一个均衡区，另外一个是将河谷段作为一个均衡区，分别对地下水资源量进行评价。

3.1平原区地下水资源评价

平原区的均衡区面积为210km2，计算均衡周期为一年时间。根据研究区内水文地质条件及调查研究结果，综合确定地下水均衡方程如式1所示[1]：

ΔQ=Q补-Q排 （式1）

其中：Q补=Q 潜+Q暴雨+ Q降水+ Q河补+ Q渠补+ Q田补 （式2）

Q排=Q蒸发+Q流出+Q采+ Q泉 （式3）

式1、式2和式3中：ΔQ为地下水?储存量的变化量（m3/a）；Q补为地下水的补给量（m3/a）；Q排为地下水的排泄量（m3/a）；Q潜为沟谷潜流补给量（m3/a）；Q暴雨为暴雨洪流入渗补给量（m3/a）；Q降水为降水入渗补给量（m3/a）；Q河补为河水入渗补给量（m3/a）；Q渠补为渠系水的入渗补给量（m3/a）；Q田补为田间灌溉入渗补给量（m3/a）；Q蒸发为潜水蒸发量（m3/a）；Q流出为地下水侧向流出量（m3/a）；Q采为地下水开采量（m3/a）；Q泉为泉水溢出量（m3/a）。

以式1地下水均衡方程为计算依据，对区内平原区的各项均衡要素进行计算，可以分别得到地下水的补给总量Q补=13131.62×104m3/a；地下水的总排泄量Q排= 1003.1×104m3/a。具体每一项的均衡要素计算结果见表1所示。

地下水补给项 补给量

（104m3/a ） 地下水排泄项 排泄量

（104m3/a ） 均衡差（104m3/a ）

河谷潜流量补给 353 地下水开采量 8553

暴雨洪流入渗

补给量 2390 侧向流出 875

降水入渗补给量 442 潜水蒸发 702

河水入渗补给量 5394 泉水溢出量 4005

渠道入渗补给量 2859

田间灌水入渗

补给量 1693

合计 13132 14135 -1003

表1 平原区均衡区地下水均衡计算表

对于区内平原区地下水储存量的变化量主要采用给水度法进行计算，计算公式如式4所示[2]：

ΔQ储=μ·F·ΔH/Δt （式4）

式4中：μ为含水层给水度，取值0.25；F为参与均衡计算的面积（210km2）；ΔH/Δt为水位年降幅0.25m。

根据式4计算可得，平原区地下水储存量为-1312.5×104m3/a。

因此，从以上计算结果中可以看出，平原区ΔQ与ΔQ储相比，均衡差较小，该研究区平原区处于负均衡状态，均衡差值不大，补排基本平衡。

3.2河谷区地下水资源评价

河谷区内以水文站至河谷出山口为南北边界，河谷两侧因基岩隆起，地下水交换较弱，可视为隔水边界。均衡区面积为12.5km2，计算均衡周期为一年时间。根据研究区内水文地质条件及调查研究结果，综合确定地下水均衡方程如式5所示[1]。

ΔQ=Q补-Q排 （式5）

其中：Q补=Q 潜+Q暴雨+ Q降水+ Q河补 （式6）

Q排=Q蒸发+Q流出+Q采 （式7）

式5、式6和式7中：ΔQ为地下水?储存量的变化量（m3/a）；Q补为地下水的补给量（m3/a）；Q排为地下水的排泄量（m3/a）；Q潜为沟谷潜流补给量（m3/a）；Q暴雨为暴雨洪流入渗补给量（m3/a）；Q降水为降水入渗补给量（m3/a）；Q河补为河水入渗补给量（m3/a）；Q蒸发为潜水蒸发量（m3/a）；Q流出为地下水侧向流出量（m3/a）；Q采为地下水开采量（m3/a）。

以式5地下水均衡方程为计算依据，对区内平原区的各项均衡要素进行计算，可以分别得到地下水的补给总量Q补=1588.25×104m3/a；地下水的总排泄量Q排= 5048×104m3/a。具体每一项的均衡要素计算结果见表2所示。

表2 河谷区均衡区地下水均衡计算表

地下水补给项 补给量

（104m3/a ） 地下水排泄项 排泄量

（104m3/a） 均衡差

（104m3/a）

河谷潜流量补给 182.34 地下水开采量 4760

降水入渗补给量 34.35 侧向流出 230

河水入渗补给量 1192.06 潜水蒸发 57

暴雨入渗补给 179.5

合计 1588.25 5048 -3459.75

从以上计算可以看出，河谷区段内地下水总补给量为1588.34×104m3/a，而总排泄量为5048×104m3/a，均衡差为-3459.75104m3/a，排泄量约是补给量的3.17倍。因此，河谷区均衡结果为负均衡。而排泄量中矿区排水占地下水总排泄量的94%，所以矿区排水会造成河谷区段内矿区周边地下水水位的下降，进而对周边地质环境产生一定的影响。

4.结论

（1）本文采用均衡法对该露天煤矿地下水资源进行评价。通过对研究区内水文地质条件的综合分析，平原区地下水的补给总量Q补=13131.62×104m3/a，地下水的总排泄量Q排= 1003.1×104m3/a，均衡差值不大，處于负均衡状态，补排基本平衡；河谷区地下水的补给总量Q补=1588.25×104m3/a；地下水的总排泄量Q排= 5048×104m3/a，均衡差为-3459.75104m3/a，河谷区处于负均衡状态。

（2）采用给水度法计算了平原区的地下水储存量，计算结果为-1312.5×104m3/a；在研究区地下水排泄量中，矿区排水占地下水总排泄量的94%，所以矿区排水会造成河谷区段内矿区周边地下水水位下降，当该矿开采排水后会对周边地质环境产生一定的影响。

参考文献

[1] 曹剑峰， 迟宝明，王文科，等.专门水文地质学[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 邹立芝， 杨昌兵， 侯杰. 关于给水度的定义[J]. 水文地质工程地质， 1994， （1）：31-33.