邢台市矿山水文地质情况及采动变化分析

（河北地质大学，河北 石家庄 050031）

邢台市高新技术产业开发区（以下简称高开区）位于河北省南部，太行山东麓，邢台市区东南部。随着经济的发展，矿山能源开采与环境发展之间的矛盾日趋尖锐。正确分析井下水补给量和排泄量，为能源的可持续利用及科学管理提供依据。

国内外学者对邢台地区矿井水文均衡情况进行了大量的研究。邵爱军等(1996)[2]用水量均衡法确定了腾发量，根据土壤水动力学原理，推导了某些矿山难以测定的均衡要素的计算公式；许胜宝等(2005)[3]对湘西矿床富集区地下水进行了均衡分析,并构建了均衡模型,对井下水的补给进行了评价；陈引峰等(2004)[4]运用地下水动态资料,对栾城县井下水均衡进行了初步分析和研究；Richard(1956)[5]首次提出零通量面法，其根本是包气带中的均衡量的测定，随后便应用到大量的研究中。Cooper(1990)[6]应用零通量面法对英格兰白垩系矿层井下水进行了补给量的研究，证明年均补给量占降水量的27%。此外，水位动态法适用于潜水含水层，Healy and Cook（2002）[7]认为只要确定井下水位上升量和含水层给水度，就可以利用该方法计算出补给量。Healy(2007)[8]提出井下水均衡的本质是质量守恒原理，进行均衡情况分析，不受时空尺度的限制,对流域的水均衡提出了水量平衡方程式。

1 研究区概况

研究区属于暖温带半湿润季风性大陆气候，多年平均降水量500.4mm，多年平均径流深17.9mm多年平均水面蒸发量1230.9mm。研究区水文分类主要分浅层和深层井水，浅层水为孔隙潜水。深层水以内丘至邢台弧形断裂为界，以西为岩溶水，以东为孔隙水。浅层含水层与深层含水层之间由10m～40m左右的粘性土隔离，基本没有水力联系。本次进行浅层水水均衡分析。

研究区地下水主要接受大气降水、灌溉回归和地下水侧向径流补给，然后由西向东径流，在东部边界排出区外。浅层水文地质图见图1。

2 水均衡分析

本次研究矿区水文均衡区为邢台市开发区行政界内所包括的范围，面积较大。

2.1 均衡方程

根据均衡区各地层水文补给和排泄条件，地下水补给包括：大气降水入渗补给、井灌回归补给量、侧向径流补给。井下水排泄包括：人工开采（包括矿山开采及矿区周边生活用水开采）、侧向径流排泄。

根据研究区均衡项，建立均衡方程式如下：

式中：Q降渗—大气降水入渗补给量；Q灌—井灌回归补给量；Q侧补—井下水侧向径流补给量；Q开采—孔隙水开采量；Q侧排—井下水侧向径流排泄量；Q储变—井下水储变量。

2.2 均衡项计算

根据《河北省邢台市区水资源中长期供求计划报告》，确定均衡计算参数，降水入渗系数粘性土α=0.238、砂类土α=0.446；潜水给水度μ=0.06；灌溉回归系数β=0.12；渗透系数K=55m/d。

2.2.1 井下水补给量的计算

（1）降水入渗补给量

计算公式：

式中：Q降-降水入渗补给量（104m3/a）；P-年降水量(mm/a)；α-降水入渗系数；F-计算区面积（km2），粘性土面积37km2、砂类土面积21km2。

（2）井灌回归量

图1 浅层孔隙水文地质图

计算公式：

式中：Q井-井灌回归量（104m3/a）；Q灌开-井灌开采量（104m3/a）；β-井灌回归系数，取0.12。

（3）侧向流入量

计算公式：

式中：Q侧入-侧向流入量（104m3/a）；K-计算断面含水层渗透系数（m/d）；M-计算断面含水层厚度（m）；B-计算断面宽度（m）；I-垂直计算断面的水力坡度。

根据研究区水文地质条件，水力坡度取0.0033；计算断面按实际宽度取7.0km；补给断面的含水层平均厚度取19m。

经计算断面侧向径流补给量为881.1×104m3/a。

综上，均衡区内浅层井下水年均总补给量为1892.0×104m3。

2.2.2 井下水量计算

（1）人工开采量

地下水开采包括：工业开采和生活用水开采。工业开采量和生活用水开采量依据实测统计值，农业开采量依据定额法计算值。该区人工开采地下水总量为164.7×104m3/a。

（2）井下水侧向径流排泄量

依据计算公示（4），均衡区东部边界为排泄断面，其水力坡度取平均值0.0017，断面宽度6.0km，计算断面径流排泄量为389.1×104m3/a。

综上，均衡区内井下水年均总排泄量为193.8×104m3。

2.2.3 储变量的计算

均衡区内孔隙水储变量计算公式为：

式中：Q储变-地下水储存量的变化量（104m3）；μ-水位变动带的给水度；F-均衡区面积（km2）；ΔH—均衡时间内年均水位变差（m）。

根据研究区水文地质条件，潜水层给水度0.06，均衡区面积58km2，均衡期内研究区地下水水位年平均下降0.19m。

均衡期内井下水储存量的变化量年均减少66.1×104m3。

3 结论

在分析研究矿区水文地质条件的基础上，总结了浅矿层水文补给和排泄项。计算得出均衡区内静下水年均总补给量为182.0×104m3，年均总排泄量为193.8×104m3，排泄量大于补给量，为负均衡，年均均衡差为-50.8×104m3。均衡期内地下水年均储存量变化量减少11.1×104m3，与均衡差比较接近。