基于地下水系统的矿区水资源评价方法研究

武珂 田云露 武小云 张琛

摘 要：矿井水是一种宝贵的资源，实施矿井水资源化利用，对保护环境和节约水资源具有重要的意义，也是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。基于此，本文主要探讨基于地下水系统的矿区水资源评价方法，以期丰富和发展矿区水资源评价理论与方法。

关键词：矿区;水资源;地下水系统;评价方法

中图分类号：TV211.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0086-03

Abstract： Mine water is a kind of precious resource. The utilization of mine water resources is of great significance to protect the environment and save water resources. It is also an inevitable requirement for building a resource-saving and environment-friendly society. Based on this， this paper mainly discussed the evaluation method of mine water resources based on groundwater system， in order to enrich and develop the theory and method of mine water resources evaluation.

Keywords： mining area;water resources;groundwater system;assessment method

1 研究背景

水资源匮乏是当今世界性焦点问题，其阻碍了经济的发展，影响了人们的生活水平[1]。我国水资源严重短缺，北方矿区尤为严重。在煤矿开采过程中，大量的矿井水被排放。据统计，全国煤矿每年外排矿井水约2.2×109m3，利用率却不到20%[2]。可见，矿井水是采矿区的一种特殊水资源。其是地表水、地下水和其他水的混合物，具有经济和生态价值[3]。同时，矿井水资源不同于地表水资源和地下水资源，其具有自身独特的特点，因此应单独评估。

科学开发矿井水和矿井水给水源化是解决矿区水资源短缺问题的最有效途径。将煤矿矿井水资源化，使之具有经济效益、环境效益及社会效益，在建设节约型社会的今天具有非常重要的现实意义[4]。矿井水资源与地下水密不可分。在煤矿开采过程中，排泄的大量地下水主要由两部分组成：孔隙含水层释出的地下水和岩溶含水层排出的地下水。因此，矿井地下水资源化的首要问题是矿区地下水资源评价，精确资源评价量是资源化的基础，但在评价过程中不能脱离地下水系统，否则会出现不必要的误差，其评价也不足信。本文根据矿区的特点，利用地下水系统理论分析区域水文地质条件，研究矿井水的形成，评价、管理和保护地下水资源，为矿区水资源评价提供可靠的科学依据[5]。

2 矿区水资源化的必要性

有效利用矿区水不仅可以减少废水量，还可以减少地下水开采量，增加了资源利用的经济效益。有效利用矿井水使之成为新的给水源，减少了淡水资源量的消耗[6]，实现了“优质水、好利用”的原则，且减少或避免了远程给水等问题。此外，其缓解了开滦矿区甚至整个京津地区严重缺水的局面，使水资源的使用更加经济高效。矿井水资源有效利用减少了矿井水对地表水系统的污染，阻塞了污染源，美化了采矿环境[7]，实现了经济、环境和社会效益的统一。同时，矿区水资源化具有重要的意义。①开创了城市供水的新模式。为缺水的市区提供了一个水源可靠、水量充沛、水质优良的供水基地。②全年实现矿井水的资源利用，改变了矿井水的传统。过去，煤矿公司只专注于煤炭资源的开采，忽视了地下水的使用，导致宝贵的地下水损失严重。矿山的水资源及煤矿的煤炭开采和水的生产，不仅使煤炭的商业化成为可能，也为适应煤矿产业结构提供了有效途径。③提高了公司的环保意识，促进矿山的文明管理，有效改善了煤矿周边环境。

3 构建基于地下水系统的矿区水资源评价体方法

矿井水是一种特殊类型的水资源，不科学的开发方式可能导致许多环境问题，如沉降和水质恶化。因此，合理开发矿井水资源是保持地下水可再生能力的重要途径[8]。为了合理开发利用矿井水资源，有必要确定矿井水资源的质量概况和三维空间领域分布特征，掌握矿井水的补给排泄因果，并对其进行合理评估。这对矿井水资源合理开发利用具有重要意义[9]。

在评估矿井水资源时，要充分考虑矿井水资源的类型，并将其视为区域水资源的一部分，纳入区域水资源系统进行研究。同时，分别评估矿井水资源的特殊性。评估的基本出发点是尽量减少矿井水对周边环境的影响并充分利用矿井水资源[10]。評估目的是通过合理评估，实现合理开发，有效利用，优化配置，有效保护和综合管理，实现经济、环境和社会效益最大化。为了更加精确地评价矿井水资源，为矿区水资源化提供科学依据，为此构建了基于地下水系统的矿区水资源评价体系，如图1所示。对于该评价体系，需要阐述三方面的关键问题。

第一，利用地下水系统理论，分析区域水分地质条件，分析地下水的补径排关系，确定评价区的评价范围与边界条件。与矿井水资源评价不同的是，基于地下水系统的矿区水资源评价方法能根据地下水系统确定矿区的地下水子系统，能整体评价并反映矿区的水文地质条件和矿区的水资源特征;能利用地下水系统理论精确评价范围;能利用地下水系统确定评价范围边界条件和补径排关系，提高水均衡法的精度和数值模拟仿真度。

第二，矿井水资源量的计算与评价。矿井水资源量的评价方法主要有解析法、数值法、Q-S曲线外推法和水均衡法和比拟法等。

①根据矿床的充水因素及水文地质条件的复杂程度，选择合适的评价方法。位于当地侵蚀基准面之上，以降水入渗补给的矿床，应采用水均衡法;水文地质条件简单或中等的矿床，可采用解析法或比拟法;水文地质条件复杂的大水矿床，应采用数值方法[11]。

②根据掌握的水文地质条件信息量，选择合适的评价方法。对于不少于一个水文年的完整均衡域的补给与排泄项的动态资料，可采用水均衡法;当抽水试验的水位降深达到预测标高水柱高度的1/3～1/2时，可采用Q-S曲线外推法[12];当含水层结构、水动力学参数的确定与边界的概化依据充分时，可采用解析法;当掌握含水层的非均质各向异向、非等厚等结构特征及其边界条件，并能够数值模型的建立、识别、预测所需的完整信息数据时，采用数值法，提高矿井水资源评价的精度。

第三，矿区水资源化可行分析。考虑到煤矿水含量的复杂性和该地区的特性，现有的处理和再利用技术尚不完善。不同的工艺应该用于不同的水质条件。根据该地区矿井水的质量，结合目前国内外最先进的矿山处理工艺，并结合矿区的经济、地质条件模拟出最适合的方法流程，从而获得矿区的采矿资源，实现经济、社会和环境效益的统一。

4 评价方法

①确定矿区的地下水系统，该系统能整体评价且能反映矿区水文地质条件和矿区水资源特征。

②为了正确评价矿井水补给资源和允许开采量，考虑开采水平，本着以排为主，排供结合的原则，以计算岩溶水补给和储存量为前提，评价目前开采+20m水平时的矿井水允许开采量，并预测[±]0m水平时的总排水量。

③利用地下水系统理论确定评价区的系统边界。确定评价系统的补给边界及补给类型，查明评价区主要含水层的富水性和涌水量，这些为计算该系统的天然补给量及储存量提供了主要依据。

④利用多年降水、开采（排水）等资料，采取开采条件下的排泄量，评价矿区水补给量和允许开采量。

⑤利用多年的开采量和水位动态资料，利用Q～f（s）曲线法，评价目前开采+20m水平时的矿井水允许开采量，并预测评价[±]0、-50、-100m水平时的允许开采量。

⑥考虑不同需水量和矿区各矿井排水量情况，对矿井水排水量进行分析评价。

5 结论

矿井水是一种宝贵的资源，实施矿井水资源化利用，对保护环境和节约水资源具有重要的意义，也是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。基于地下水系统的矿区水资源评价方法能精确评价范围、确定评价区的边界条件和分析地下水的补径排关系。同时，能对矿区水资源进行整体评价，也能反映矿区的水文地质条件和矿区的水资源特征，为矿区水资源化提供科学依据，丰富和发展矿区水资源評价理论与方法。

参考文献：

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