贵州省矿区地下水环境影响评价特点及方法——以织纳矿区织金区为例

薛金枝

(中煤科工集团南京设计研究院有限公司， 南京　210031)

贵州省矿区地下水环境影响评价特点及方法
——以织纳矿区织金区为例

薛金枝

(中煤科工集团南京设计研究院有限公司， 南京210031)

摘要：贵州省矿区岩溶区广布、水文地质条件复杂，同一矿区内常存在多个水文地质单元，其水文地质条件与其他占国内大多数的北方矿区差异较大。鉴于贵州省矿区的独特性，本文以织纳矿区织金区为例，通过分析矿区规划特点及地下水环境特点，提出贵州省矿区地下水环境影响评价特点及采用预测方法时需重点考虑的因素，比如计算导水裂隙带高度、影响半径、受影响水资源量时，尽量选取多个典型矿井进行评价；居民饮用水源泉点受影响情况逐个分析等。

关键词：贵州省；矿区地下水环境影响评价；特点；方法

2006年，国家发展改革委发布《国家发展改革委关于大型煤炭基地建设规划的批复》(发改能源[2006]352号)，后于2014年又发布了《国家发展改革委关于新疆大型煤炭基地建设规划的批复》(发改能源[2014]387号)，在全国共规划了14个大型煤炭基地(包含134个矿区)，其中神东、华东、两淮、新疆等13个大型煤炭基地位于北方地区，南方地区仅有云贵煤炭基地。云贵煤炭基地规划的13个矿区中，6个位于贵州省，其煤炭资源储量占云贵基地总储量的67%，对南方地区经济发展起着很重要的作用。受地质构造、岩性、气候等因素的控制，贵州省喀斯特地貌和岩溶发育强烈，规划矿区地下水环境与其他北方矿区差异很大，地下水环境影响评价及其采用的方法也具其特有的特点。本文以织纳矿区织金区为例，通过分析贵州省矿区规划及其地下水环境特点，提出贵州省矿区地下水环境影响评价特点，及工作中采用各种预测评价方法时需重点考虑的因素。

1贵州省矿区规划及其水文地质特点

1.1矿区规划特点

贵州省在长达10多亿年的地质历史时期，经历多次造山运动，形成复杂的构造形迹，地下断层带比较多，煤层连续性较差，规划矿区内的井田分布较为分散，各自独立。以织纳矿区织金区为例(图1)，矿区规划矿井17个，开采井田总面积511.6 km2，占矿区总面积的29.6%，矿井分布较为分散。

图1　矿区规划矿井分布情况

1.2矿区水文地质特点

贵州省处于西部特提斯构造域和东部濒太平洋构造域的交接地带，沉积地层发育齐全，自中元古界至第四系均有出露，其中碳酸盐岩最为发育。特殊的地质条件为贵州岩溶地貌发育奠定了物质基础，省内岩溶区广布，岩溶面积占全省土地总面积的73.55%，岩溶地下水资源量占全省地下水资源量的80.5%，地貌类型复杂，地表切割强烈，地表崎岖。在该地区，暗河(管道)类岩溶形态比国内其他岩溶地区较为多见。暗河(管道)类型的岩溶发育极不均一，岩溶水在暗河(管道)中的运动具有管渠水运动的性质，而在暗河(或管道)两侧往往无水或含水微弱；各暗河自成独立体系，暗河之间以及暗河与周围含水层间的水力联系很弱；在地表常常可追索到暗河的源头(地表水或落水洞)及出口(岩溶大泉)，也有极少数暗河潜入地下后未出露地表而进入地下水循环系统。另外，全省地处珠江和长江上游地段，加之地势高差大，山高坡陡，水土流失严重，土层浅薄，石漠化现象较为普遍。

以织纳矿区织金区为例，矿区内主要出露地层自下而上为二叠系中统茅口组(P2m)、上统峨嵋山玄武岩组(P3β)、龙潭组(P3l)和长兴-大隆组(P3c+d)，三叠系下统飞仙关组(T1f)/夜郎组(T1y)和永宁镇组(T1yn)，第四系(Q)。区域含水层主要有茅口组岩溶水、龙潭组基岩裂隙水、长兴-大隆组岩溶裂隙水、飞仙关组二段及四段/夜郎组玉龙山段岩溶水、永宁镇组岩溶水，各含水层间均有隔水层存在。

受地质构造、岩性、气候及溶蚀等因素的控制，矿区范围内地下溶洞、暗河发育强烈，地表泉点分布广泛，地下水与地表水联系密切，转化频繁。在岩溶较为发育的区域，大气降水、地表水体极易沿裂隙、节理进入地下水中，特别是在峰丛地形区域，漏斗、落水洞、溶洞较为发育，地表水在此地带往往变为伏流，地表水体转化为地下水。在侵蚀基准面、隔水岩层分布区及非岩溶分布区，地下水流动受到阻碍，在各级侵蚀面上以泉或暗河的形式流出，转化为地表水体，沿着地表向下游排泄。矿区地表河流分布广泛，地下水在矿区中部沿一级地表分水岭分别向南西、北东径流，最终以地表河流、暗河、泉形式汇集分别进入南部的三岔河、北部的六冲河。六冲河和三岔河均处于强烈的下切阶段，其发育受构造骨架、大断裂带及岩性控制，成为矿区地下水排泄区。

经地质勘探查明，矿区内主要暗河29条，长度2～83 km不等，流量枯水期9.87～550 L/s、平水期20～6 640 L/s，埋深小于50 m的1条、50～100 m的14条、100～1 000 m的4条、大于1 000 m的2条、未查明的8条，分布地层有茅口组(P2m)、飞仙关组(T1f)/夜郎组(T1y)和永宁镇组(T1yn)。区内出露泉点众多，以矿区内肥田矿为例，井田面积49.2 km2，占矿区总面积的2.85%，出露泉点共140个。

矿区地下水与地表水联系密切，转化频繁，地下水水文地质单元划分基本与地表水流域划分一致。从宏观角度来讲，矿区南北两个区域分别属于三岔河汇水型水文地质单元、六冲河汇水型水文地质单元，其分水岭位于矿区中部，具体位置见图1。但由于规划矿井不完全连续分布，矿区局部又各有其构造特点，从微观角度来讲，规划的各矿井又具有小范围各自独立的水文地质单元，且小范围水文地质单元中基岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶水各自的系统范围划分也有差异。

2矿区地下水环境影响评价特点及方法重点

矿区煤炭开发产生污废水(生活污水、矿井水)均进行处理，且达标排放会先进入地表水，经地表水自净后再进入暗河或落水洞，对地下水水质影响很小；煤炭开发产生堆存的固废主要是煤矸石，根据实际试验，煤矸石基本都属于一般工业固体废物，按照GB 18599—2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》要求，矸石堆放场不允许选在溶洞区上，且在实际生产中，不仅一般不会选在主要的岩溶含水层上，且多数会选在非岩溶地层，堆存场地基础均有一定的抗渗性，矸石淋溶水对地下水水质影响很小，故对地下水水质的影响一般不会成为矿区规划地下水环境影响评价的重点。

根据HJ 463—2009《规划环境影响评价技术导则 煤炭工业矿区总体规划》，矿区规划地下水环境影响评价主要针对矿区煤炭开采含水层破坏导致对区域水资源可能造成的影响，以及由此引发的对生态环境和居民生活环境的影响，最终关注点聚焦在对生态用水及居民用水的影响。矿区地下水环境影响预测内容一般包括导水裂隙带高度预测、影响半径预测、受影响水资源量预测，评价内容一般涉及对生态用水的影响、对居民用水(主要为泉水)的影响，由于贵州矿区的独特性，还会涉及到对地下暗河的影响等，下文结合贵州省矿区规划及其水文地质特点对上述六项内容进行分析。

2.1导水裂隙带高度计算

煤炭开采对上覆含水层影响的关键因素是导水裂隙带高度，在保证其高度小于煤层顶板到富水岩层底界面高度的情况下，方能确保不对含水层产生影响，使其水源不漏失，也确保了采煤工作的安全进行。导水裂隙带计算公式采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称“三下采煤规程”)附录六的推荐公式，在实际工作中出于保守考虑，防水安全煤岩柱垂高取导水裂隙带高度与保护层厚度之和。

以织纳矿区织金区为例，矿区煤层倾角一般在6～52° (α<55°)，煤层顶板岩性为软弱～坚硬，矿区局部各有其构造特点，各井田煤层情况存在差异，矿区内处于不同区域的典型井田煤层具体情况见表1。

表1　不同区域典型井田煤层情况

注：“/”表示井田内该煤层缺失或不可采。

由表1可见，各井田煤层情况存在差异，导水裂隙带高度计算不能只采用矿区地质报告中的煤层平均厚度来统一计算，尽可能选取多个典型矿井来逐个计算，导水裂隙带高度和保护层厚度计算公式采用“三下采煤规程”推荐公式。

2.2影响半径计算

影响半径计算与导水裂隙带高度计算情况类似，由于各井田煤层及地质情况存在差异，计算时不能只采用矿区地质报告中的平均渗透系统等来计算，需要选取多个典型矿井来逐个计算，条件具备时最好对每个矿井进行影响半径计算。影响半径是指煤层开采时导通的含水层的影响半径，贵州地区一般为龙潭组(煤系地层)和长兴-大隆组(直接上覆含水层)，长兴-大隆组虽为岩溶裂隙含水层，但基本不存在暗河等岩溶管道情形，且局部以碎屑岩为主、富水性弱，一般地层较薄，通常可与龙潭组一样采用地下水导则推荐的影响半径计算公式。

当含水层为承压水时，在开采初期影响半径计算公式可采用承压水抽水影响半径经验公式，公式如下：

式中：R—影响半径，m；

Sw—水位下降值，m；

K—渗透系数，m/d。

在开采后期，被导通含水层由承压转无压，或者在煤层埋深较浅及露头的地方，受导通影响的含水层表现出潜水的特征，可采用潜水抽水影响半径经验公式，公式如下：

式中：R—影响半径，m；

Sw—水位下降值，m；

H—潜水含水层厚度，m；

K—渗透系数，m/d。

2.3受影响水资源量计算

矿区煤炭开采对地下水资源量的影响主要是井下疏排水造成地下水资源量的损失，受影响的水量即为矿井涌水量。地下水资源量可分为静储量与动储量两部分，静储量与含水层本身的特征有关，为固定量，对其破坏是一次性的，计算公式为：

Q静=Hi×Si×μi

式中：Q静—采煤破坏的含水层静储量(m3)；

Hi—采煤破坏的含水层厚度(m)；

Si—采煤破坏的含水层面积(m2)；

μi—含水层给水度。

动储量与地形、构造、降水量、煤层埋深及采煤方法等因素有关，为一变量，贵州地区降雨丰富，大气降水是地下水主要补给来源，故煤炭开采所消耗的动储量采用大气降水渗入量，计算公式为：

Q动=αAS/ t

式中：α—降雨入渗系数；

A—年均降雨量(m)；

S—大气降水补给面积(m2)；

Q动—采煤破坏的地下水动储量(m3/a)。

以织纳矿区织金区内文家坝一矿为例，煤炭开采导水裂隙带全区导通龙潭组、长兴-大隆组，局部地段导通飞仙关组一段(为相对隔水层，富水性弱)，开采疏排的地下水资源来自上述3个地层，对永宁镇组、飞仙关组二段及四段、茅口组等主要岩溶含水层影响很小；经计算煤炭开采破坏的静储量为3 856.5万m3、动储量为263万m3/a，按照设计服务年限63.1 a，平均每年损失的含水层静储量约61.2万m3/a，即煤炭开采破坏的地下水资源中，81%来自含水层动储量资源，19%来自含水层自身储存的静储量资源。

贵州地区煤炭开采影响的地下水资源主要来自占地下水资源总量份额较小的3个地层(龙潭组、长兴-大隆组、飞仙关组一段)，且大部分为动储量、小部分为静储量，对区域富水性强且所占资源份额较大的各岩溶含水层影响很小，故贵州矿区煤炭开采对地下水资源的影响较小。煤炭开采对动储量的消耗，只是使地下水不再向下游径流，导致下游一些出露的泉点、暗河流量发生变化，即改变了局部地下水原有的径流排泄途径，但不会改变区域地下水整体流向，在后期有降水补给时含水层的富水性可再恢复至最初，从长远来看，矿区煤炭开采对地下水资源的累积影响较小。

相对于山西、内蒙等北方缺水地区而言，贵州地区煤炭开采对地下水资源量的影响较小，一般不会产生严重影响。

2.4对地下暗河的影响分析

以织纳矿区织金区为例，矿区内29条主要暗河位于茅口组(P2m)、飞仙关组/夜郎组(T1f/T1y)和永宁镇组(T1yn)等岩溶含水层中。煤炭开采导水裂隙带会使龙潭组、长兴组含水层遭到破坏，局部区域会影响飞仙关组/夜郎组含水层富水性，另外煤炭开采地层沉陷会使煤系地层上覆的飞仙关组/夜郎组、永宁镇组中的地下暗河流向受到影响，故位于飞仙关组/夜郎组的7条暗河、永宁镇组的8条暗河流量不会受影响，但会因受地层沉陷影响改变流向从而影响暗河出露点。茅口组含水层既不会受导通影响也不会受沉陷影响，故位于茅口组的14条暗河正常情况下流量不会受影响，出露点也不会受影响。

2.5生态用水受影响分析

生态用水主要靠第四系土层中的地下水。以织纳矿区织金区为例，矿区处于贵州省土壤侵蚀和石漠化中度敏感区，土壤资源较少，区内植被类型以农田植被(分布面积占41.64%)和灌丛植被(占30.20%)为主，其次为阔叶林(占14.10%)、草丛(占7.99%)、针叶林植被(占1.12%)等，其中农田植被以旱田为主、存在少量水田。矿区内农业植被、灌丛植被、草丛所需的涵养土层厚度一般较浅，涵养层水分主要靠大气降水补给；阔叶林、针叶林植被根系较深，一般生长在第四系土层分布较厚的区域，即矿区内林地根系用水主要为第四系浅层含水层，但由于矿区第四系土层分布的连续性较差，其中的地下水补给来源主要靠大气降水。

矿区煤炭开采对生态用水的影响主要表现在沉陷产生地裂缝和滑坡等对第四系含水层的影响。地裂缝会使部分水田中的水资源漏失而变为旱田，而对于旱地植被，尽管地裂缝会加剧土壤水份蒸发消耗，但由于当地降雨量远大于蒸发量，平、丰水期时煤炭开采地裂缝对植被产生影响较小；枯水期时地裂缝对植被产生影响较大，会使农田耕作条件变差、土壤含水保墒和肥力降低，导致农业减产和植被损失。另外，在煤层浅部及地表较陡的土坡边缘地带，开采沉陷严重破坏地面，会出现塌方和小滑坡，导致植被破坏、水土流失，对生态用水产生影响。

2.6居民供水(泉水)影响分析

贵州地区的居民生活用水水源多为泉水，且各个含水层均有出露。以织纳矿区织金区为例，矿区内织金县县城居民饮用水采取集中供水，供水水源取自金鱼池水源地(茅口组岩溶大泉)，处于规划开采区内的18个乡镇居民用水水源取自乡镇驻地附近的泉水(各个含水层均有出露)，零散农村居民生活用水均就近取用出露的泉水(各个含水层均有出露)，区内各个含水层均具有供水意义，其中主要是茅口组和永宁镇组岩溶水。

对于出露于煤系地层及其上覆各含水层的泉点，不但受煤炭开采导水裂隙带的影响，还会因煤炭开采地表沉陷影响出露点，主要有以下四种情况：

(1) 若泉点出露的含水层会被导水裂隙带导通，且泉点或泉点的补给径流区处于影响半径范围内，则该泉点会断流；

(2) 若泉点出露的含水层会被导水裂隙带导通，泉点和泉点的补给径流区均处于影响半径范围之外，且泉点和泉点的补给径流区均处于地表沉陷范围之外，则该泉点流量及出露点均不受影响；

(3) 若泉点出露的含水层未被导水裂隙带导通，但泉点或泉点的补给径流区处于地表沉陷范围之内，则泉点的出露点位置会受沉陷影响而改变；

(4) 若泉点出露的含水层未被导水裂隙带导通，且泉点和泉点的补给径流区均处于地表沉陷范围之外，则泉点流量和出露点均不受影响。

对于煤系地层下伏含水层，贵州地区一般为茅口组含水层，该含水层富水性极强，与煤系地层之间有较厚的峨嵋山玄武岩组隔水层，煤炭开采一般不导通茅口组含水层，且出于开采安全考虑，开采时必须确保不发生茅口组突水事故，且下伏含水层不受开采沉陷影响，故出露于煤系地层下伏含水层的泉点不受开采影响。

泉点受煤炭开采影响情况遵循上述规律，织金县县城居民饮用水源(金鱼池水源地)为茅口组岩溶大泉，不受煤炭开采疏排水影响；18个乡镇居民水源中，出露于煤系地层(龙潭组)的3个泉点会断流，出露于煤系地层上覆局部导通含水层的5个泉点会流量减少或出露点位置改变，出露于煤系地层上覆未导通含水层的4个泉点出露点位置会受开采沉陷影响而改变，出露于煤系地层下伏含水层的6个泉点出露点和流量均不会受影响；零散农村居民生活水源较多，未作逐一统计，其受影响情况遵循上述规律。

3结论

贵州地区岩溶区广布，暗河(管道)类岩溶形态较多，地下水条件比较复杂，一个矿区内经常存在多个水文地质单元，且规划的矿井分布较分散，各矿井煤层情况存在差异，矿井又具有小范围各自独立的水文地质单元，故在地下水评价时尽可能选择多个有代表性的矿井作为典型矿井，尤其在计算导水裂隙带高度、影响半径、受影响水资源量时，尽量多个典型矿井逐一分析评价，居民饮用水源泉点受影响情况逐个分析。

另外，贵州地区煤炭开采对富水性强且所占资源量份额较大的岩溶水影响很小，受影响的地下水资源主要为占地下水资源总量份额较小的裂隙水，且大部分为动储量、小部分为静储量，当地降雨量丰富，有降水补给时动储量可再恢复至最初，矿区煤炭开采对地下水资源的影响较小。由于当地降雨量远大于蒸发量，平、丰水期时煤炭开采地裂缝水分蒸发对生态用水影响较小；枯水期时地裂缝水分蒸发对生态用水影响较大，同时开采沉陷局部塌方、小滑坡等导致植被破坏、水土流失，对生态用水产生影响。

参考文献

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贵州省国土资源厅.贵州省地下水资源潜力评价及开发利用规划 [EB/O]. (2008-08-05). http://www.gzgtzy.gov.cn/Html/2008/08/05/20080805_566511_7214.html

地质矿产部 矿山水文地质工程地质回访调查组.岩溶充水矿山回访报告选辑.第一版.北京：地质出版社，1986：9.

环境保护部.HJ 463—2009.规划环境影响评价技术导则 煤炭工业矿区总体规划 .

环境保护部.HJ 610—2011.环境影响评价技术导则 地下水环境 .

Characteristics and methods for groundwater environmental impact assessment in mining area: a case study of Zhijin mining area of Guizhou province

Xue Jinzhi

(China Coal Technology & Engineering Group Nanjing Design &Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210031, China)

Abstract:In Guizhou Province, karst area was widespread and hydrogeological conditions were complex in mining areas. Usually there were more than 1 hydrogeological units in a mining area, which was very different to those in north China. In view of the uniqueness of Guizhou Province mining areas, this thesis reviewed the mining area planning and analyzed characteristics of groundwater environment in Zhijin Mining Area, and then put forward comments for groundwater environmental impact assessment and predicting methods for Guizhou Province mining areas. For example, when we calculated the height of water flowing fractured zone, influenced radius of groundwater and influenced water volume, plenty of typical mines should be included. When drinking water source was involved, each drinking spring should be analyzed.

Keywords:Guizhou Province; mining areas; groundwater environmental impact assessment; characteristics; methods

收稿日期：2015-09-14；2016-01-08修回

作者简介：薛金枝，女， 1982年生，硕士，工程师，研究方向:煤矿环境影响评价及环保工程设计。E-mail：cumt_xue@163.com

中图分类号：X820

文献标志码：A