浅谈矿山开采环境影响评价地下水水位预测

宫玉奎，李朝长

（1.核工业天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工业勘查技术总院，安徽芜湖241000）

浅谈矿山开采环境影响评价地下水水位预测

宫玉奎*1，李朝长2

（1.核工业天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工业勘查技术总院，安徽芜湖241000）

通过对矿区地质、水文地质条件分析，确定地下水含水层、隔水层、地下水补、径、排关系，研究其分布规律及特征，建立相关的数学模型空间关系，预测地下水于矿山开采条件下，影响半径、影响值及地下水位变化地段水位值，从而达到地下水环境影响的预测评价，制定相应的措施。

地下水水位；影响半径；含水层、隔水层；环境影响

1 矿山概况

矿区位于低山丘陵地段，地形北东高、中部低，呈一北西走向沟谷地形，最高点为西北部山脊，标高716.80m，最低点为南东部的沟谷出口，标高568m，相对高差148.8m。地形切割中等，自然坡度一般为15°～25°，局部冲沟边坡达35°。周边地表水系不发育。矿山范围内为荒山和林地，无农田和居民点分布，外围居民点位于北部低缓沟谷区，最近距矿山为6km。

全年气候资源丰富，春末夏初多雨，秋多干旱，冬多寒霜，年平均气温19.6℃～20.4℃，最冷月(1月)平均气温9.311.0℃，最热月(7月)平均气温27.4℃～28.7℃，年极端最高气温38.3℃～41.0℃，年极端最低气温-6.0℃～-4.0℃，无霜期300～315d，年降水量1500～1900mm，全年≥0.1mm降水日数160～180d。

2 矿山地质条件

本区包气带岩性由第四系残坡积粉质粘土、冲洪积砂土与新近堆填的填土组成。

2.1 土层结构

（1）填土，由残坡积粉质粘土、全—强风化粉砂岩或砂岩、块石、及建筑垃圾等组成，为近10年堆填，结构不均匀，松散，未压实，层厚为0～3m，平均厚度大于2.5m。

（2）粉质粘土，主要分布于低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂组成，为原岩剧烈风化残积坡积形成，结构较均匀，层厚为2～6.2m，平均厚度大于4.7m。

（3）砾砂土，主要分布于矿区外围北侧低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂组成，为冲洪积形成，结构不均匀，层厚2.5～5.0m。

2.2 含水岩组

（1）第四系松散岩类孔隙含水岩组：零散分布于矿区及其外围的缓坡沟谷地带，由第四系砂砾石层等组成的冲洪积层，厚约2.5～5m。该层结构松散，透水性较好，富水性较差，无泉水出露，属弱含水层，为孔隙水，主要靠大气降雨补给。由于地形坡度较大，有利于孔隙水的自然排泄。

（2）碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组：由石炭系下统石蹬子组（C1s）灰岩、生物碎屑灰岩、含泥质灰岩、白云质灰岩、白云岩组成，主要为岩溶裂隙水，民窿坑道中沿节理裂隙有滴水，坑道流量为0.2～＞1.0L/s。该层单位涌水量为0.4～0.56 L/s·m（钻孔SHK5抽水试验过程中降深为10m时，涌水量为4.0L/s，降深为3.77m时，涌水量为2.08L/s），渗透系数为0.85～1.15m/d。按钻孔单位涌水量富水性中等。该层浅部+600m标高以上为强溶蚀段，富水性强—中等，导水性强，连通性好。

（3）变质岩类裂隙含水岩组：为矽卡岩、大理岩，其含水性、富水性较弱，主要为风化裂隙水，坑道流量为0～0.30L/s。

（4）花岗岩风化裂隙含水岩组：岩性为细粒、细中粒斑状黑云母花岗岩，浅部岩石风化节理裂隙较发育，含弱裂隙水。

2.3 隔水层

第一组为第四系粘土层，由粘土、粉质粘土及少量碎石等组成的残坡积土，厚约2～5m。第二组为燕山第四期花岗岩，岩性为细粒、细中粒斑状黑云母花岗岩，裂隙不发育，不含水，为隔水体。第三组为石炭系下统石蹬子组砂页岩，岩性为砂岩、砂质页岩、铁质砂岩、粉砂岩，薄层炭质页岩及薄层煤，厚度稳定，不含水，为隔水体。

3 地下水水位测量

地下水水位选矿区内代表性钻孔，分别于枯水期与丰水期测量。

4 地下水补给、径流、排泄条件

表1 地下水水位、水温观测结果

大气降水的补给：它是矿区地下水的主要补给方式。地表无水体，大气降雨多顺冲沟流走，对地下水的补给较差。矿区雨水入渗补给量的大小受地势、地貌、地质构造及水土保持状况等影响很大，表现为地形起伏明显、坡度陡、植被条件差，降水后易产生地表径流，入渗补给量较小。地表径流的补给：在矿区开采范围外的北部地区，第四系冲洪积砂砾土较发育，地表水径流会在该区域有一定的补给。地下径流补给：受各含水层储水条件（或水压力状态）的改变及隔水层厚度变化和矿区范围内接触带构造的影响，各主要含水层之间常常发生水力联系，形成含水层之间的补给。矿区地层与构造简单，大范围内地下水水力联系较差，往往分割成若干区域性地下水单元。矿区地下水和地表水运动方向大体一致。地下水径流方向受地层坡度和岩层倾向影响，由W、E向中部沟谷汇聚，在分水岭附近分别向NW、SE径流。矿体分布于当地侵蚀基准面以上，矿区水文地质条件较简单，矿床水文地质类型属于弱裂隙充水矿床。在矿山开采条件下，开采排水成为矿区地下水排泄的唯一途径。

5 地下水环境影响半径计算

计算模型：根据《环境影响评价技术导则 地下水环境》(HJ610-2011)，区域地下水均为潜水或微承压水，影响半径可采用下列公式进行计算：

式中：R——影响半径，m；

S——水位降深，m；

H——潜水含水层厚度，m；

K——含水层渗透系数，m/d。

根据环境影响评价环境水文地质勘查矿区潜水含水层平均厚度30m，含水层渗透系数为1.14m/d，水位平均降深30m，计算得影响半径为496m、项目开采至+550m标高时，水位降深60m，计算得影响半径为992m。

6 水位影响分析计算

影响地下水位过程主要在采矿过程中坑道涌水导致地下水位下降。根据水文地质勘查报告，矿区及周围水文地质条件简单，可采用解析法分析本项目对地下水水位影响。

潜水层水位影响计算公式可采用下式：

式中：H0——潜水含水层初始厚度，m；

h——预测点稳定含水层厚度，m；

k——含水层渗透系数，m/d；

i——开采井编号，1～n；

Qi——第i号井开采量，m3/d；

ri——预测点到第i号井的距离，m；

Ri——第i号井的影响半径，m。

由于本项目简化为群井模式，上式简化为：

抽水井做3个落程，最大降深S1为10m，抽水试验稳定时间不少于8h，停泵后观测恢复水位，记录有关试验参数。单井的抽水试验，三次降深分别为10m、6.68m、3.77m。抽水试验现场资料，绘制q=f(s)关系曲线，综合分析，q=f(s)关系曲线属Ⅲ类曲线，区内地下水抽水试验表明地下水类型为潜水型。按有关规范，单井抽水最大涌水量取S=0.5H，根据水文地质条件及地区经验，单井最大涌水量取210m3/d。

抽水试验按潜水非完整井公式计算含水层的渗透系数k，公式如下：

式中：k——渗透系数,m/d；

Q——涌水量，m3/d；

L——过滤器长度，m；

S——水位降深，m；

r——抽水井半径，m。

图1 SHK5抽水试验Q-S曲线图

7 水位结果预测

根据水文地质勘查报告，潜水含水层平均厚度30m，渗透系数为1.14m/d，水位平均降深30m，依式计算得影响半径为496m、项目开采至+550m标高时，水位降深60m，计算得影响半径为992m。影响半径取1000m，矿坑涌水量取500m3/d，依式（3）计算矿区周围10个点，采矿期地下水水位值，计算结果如表2所示。

8 总结

矿坑涌水位于第一个隔水层以下，矿坑涌水排水不会导致地表土壤层孔隙水减少，基本不影响地表植被生长。坑采对地下水的影响小，未产生地下水疏干作用，对生态影响小，不会对自然保护区的生态环境、景观环境造成重大威胁。由表2可知，矿坑涌水量较小(仅500t/d)，采矿期间，地下水实际下降较少，预测点地下水位下降最多1.2m。

表2 地下水水位预测结果

地下水影响主要是矿坑涌水导致地下水位下降影响。闭矿后，将对坑道内涌水处进行封堵，矿坑涌水量将减弱，对地下水水位影响将低于采矿期影响。

9 体会

采矿时对地下水影响主要为矿坑涌水导致地下水水位下降，矿坑涌水水量较小(500t/d)，采矿过程中对地下水水位影响较小，离矿区边界60m处地下水水位最大降深仅1.2m。该项目地下水环境保护措施主要为采坑内对涌水点及时封堵，减少矿坑涌水量，防止地下水水位大幅下降。建设单位应建立和完善水环境监测制度，对采矿区、选矿区、尾矿库下游地下水进行监测。地下水监测每年至少两次，分丰水期和枯水期进行，重点区域和出现异常情况下应增加监测频率。

[1]HJ610—2011环境影响评价技术导则—地下水环境[S].

[2] 中华人民共和国环境影响评价法[S].

[3]GB50027供水水文地质勘察规范[S].

[4]YS5215-2000抽水试验规程[S].

[5]西安矿业学院数学教研室编著，数学地质基础与方法[M].煤炭工业出版社，1979.

X141

A

1004-5716(2015)02-0098-03

2014-03-11

2014-03-14

宫玉奎（1963-），男（汉族），天津人，工程师，现从事水文地质与环境工程地质工作。