邢臺(tái)市西部礦區(qū)礦坑排水現(xiàn)狀和綜合利用分析

郭金印，陳峨印

(1.河北省邢臺(tái)縣水務(wù)局，河北 邢臺(tái) 054001;2.河北省邢臺(tái)水文水資源勘測局，河北 邢臺(tái) 054001)

邢臺(tái)市是一個(gè)嚴(yán)重缺水的城市，水資源入不敷出，作為供水水源的百泉泉域巖溶水已處于超采狀態(tài)，并由此出現(xiàn)了巖溶水水位持續(xù)下降，達(dá)活泉、百泉兩大泉群相繼斷流等水環(huán)境問題。邢臺(tái)市煤、鐵、石膏等固體礦產(chǎn)資源豐富，主要分布于百泉泉域補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)，屬巖溶充水的礦床，尤其是鐵礦，在開采過程中抽排了大量的巖溶水。但由于歷史的原因，對(duì)礦山排水的管理和綜合利用十分有限，大量礦坑排水白白浪費(fèi)。同時(shí)礦坑大量排水，更加劇了泉域巖溶水的超采，巖溶水水位區(qū)域性、持續(xù)性下降的趨勢更加明顯，下降幅度和速率顯著增大，水資源緊缺狀況更加突出。充分利用礦坑排水，是緩解水資源供需矛盾，恢復(fù)百泉水生態(tài)環(huán)境的重要途徑，因此，研究其排水現(xiàn)狀及利用對(duì)策，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省太行山南段的東麓低山丘陵區(qū)，北起綦村—大油村一帶，南到北洺河一線，西自許堅(jiān)固—洪山一帶，東到南高村—北掌村一帶。該區(qū)鐵礦資源豐富，為我國著名邯邢式鐵礦(屬巖溶充水矽卡巖型鐵礦)，已探明儲(chǔ)量5.0億 t左右，均分布于百泉泉域補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)。百泉泉域面積3 843 km2，其西部為變質(zhì)巖間接補(bǔ)給區(qū)，中部為灰?guī)r裸露及淺埋補(bǔ)給區(qū)，東部為灰?guī)r隱伏徑流排泄區(qū)。境內(nèi)有白馬河、七里河、沙河、馬河、北洺河等河流進(jìn)入灰?guī)r裸露區(qū)后漏失補(bǔ)給地下水，宏觀上巖溶水呈自西向東徑流，并向巖溶水強(qiáng)逕流帶內(nèi)匯集，受邢臺(tái)—內(nèi)邱大斷裂阻水作用，巖溶水溢出，形成百泉。百泉泉域在地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌等多種因素控制下構(gòu)成了一個(gè)以降水和河流滲漏為補(bǔ)給、以泉和人工開采為排泄的基本完整、獨(dú)立、封閉的水文地質(zhì)單元。泉域內(nèi)巖溶地下水最大逕流長度46 km，最大循環(huán)深度標(biāo)高－650 m左右。排泄點(diǎn)(百泉)出露標(biāo)高為60～71.5 m。天然條件下，區(qū)域內(nèi)巖溶地下水集中于邢臺(tái)百泉泉域排泄，水量大且穩(wěn)定，然而，從20世紀(jì)80年代至今，由于多數(shù)礦山大降深疏干排水和工農(nóng)業(yè)超額抽取地下水 ，泉水逐漸減少直至斷流，近年來水位持續(xù)下降趨勢明顯。

2 礦坑排水現(xiàn)狀

2.1 礦山排水來源

鐵礦床產(chǎn)于奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖與火成巖接觸帶中，并以奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r為礦體圍巖。在巖漿順層侵入和沿構(gòu)造裂隙侵入過程中，由于應(yīng)力、溫度以及熱液化學(xué)等綜合作用，使可溶碳酸鹽巖在接觸帶附近巖溶發(fā)育，具備和形成了地下水的富集和運(yùn)移的場所，形成了鐵礦床充水含水層。

鐵礦床充水含水層(奧陶系中統(tǒng)巖溶水)補(bǔ)給來源主要為大氣降水，其補(bǔ)給形式以西部山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給和河流滲漏補(bǔ)給為主，次為礦區(qū)內(nèi)局部灰?guī)r裸露區(qū)接受大氣降水的直接補(bǔ)給。由于鐵礦床所處的位置以及巖溶含水層富水性、導(dǎo)水性、補(bǔ)逕排條件的不同，使得礦床開采水文地質(zhì)條件存在明顯的差異，其富水性，除綦村(淺部開采)礦區(qū)由于巖體的切割，圍巖蝕變，巖溶不發(fā)育，鉆孔單位涌水量一般不超過0.42 m3/h·m外，其它礦區(qū)均為地下水富集區(qū)，鉆孔單位涌水量一般在 1.75～25.75 m3/h·m 之間。

2.2 礦坑排水現(xiàn)狀

2.2.1 礦山開采及排水概況

研究區(qū)礦山主要分布在邢臺(tái)市西部沙河市王窯、趙窯、全呼、鎖會(huì)、中關(guān)、白澗、西郝莊、東郝莊、毛村、綦村、新城等地附近，共171個(gè)礦點(diǎn)。將礦區(qū)分為王窯、西郝莊、綦村、新城四個(gè)礦區(qū)。各礦山均為豎井開拓的地下開采，采用水倉積水水泵排水。排水至地面后，進(jìn)入沖溝，沿溝谷自然向下游排放，于低洼處積存并在途中滲入地下或蒸發(fā)消耗，排水量較大的集中排水，可最終排入沙河。

2.2.2 礦坑排水水質(zhì)

礦坑排水以奧陶系中統(tǒng)巖溶水為主，原水質(zhì)一般比較好，礦化度大多小于500 mg/L，只是在水流不暢的局部地段礦化度可能出現(xiàn)大于1 000 mg/L?；瘜W(xué)類型以HCO3－Ca或Ca·Mg型水為主。清潔的巖溶水進(jìn)入巷道或采空區(qū)后，受到采礦活動(dòng)的污染，混入粉塵，固體懸浮物增加，并因溶濾作用使某些離子增加，懸浮物、Fe3+、SO42－含量超過飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)受到污染，但水質(zhì)整體上屬于地下水質(zhì)量分類中的Ⅲ類水，可直接用于農(nóng)田灌溉，適當(dāng)凈化處理后可做為工業(yè)及生活用水。

2.2.3 礦坑排水水量

1996年以前，礦坑排水量相對(duì)穩(wěn)定，從97年開始，隨著鐵礦市場需求和價(jià)格的提高，鐵礦開采規(guī)模增大，開采深度下延，礦坑排水量呈現(xiàn)出逐年增大的趨勢。到2004年底，政府部門從安全角度出發(fā)，開始對(duì)區(qū)內(nèi)鐵礦進(jìn)行停產(chǎn)(或部分停產(chǎn))整頓(停產(chǎn)期間仍需排水)，排水量又出現(xiàn)了暫時(shí)性的 明顯回落。研究區(qū)1992～2004年鐵礦坑排水量見表1。

表1 研究區(qū)鐵礦坑排水量統(tǒng)計(jì)表

2.2.4 礦坑排水利用現(xiàn)狀

礦坑現(xiàn)狀排水去向主要是向礦區(qū)附近的溝谷排放，四處漫流。其礦坑排水利用方式主要用于選礦、礦區(qū)生活用水、附近村民生活用水以及礦坑排水所經(jīng)的沿途農(nóng)田灌溉用水，其余未被利用的剩余水一般沿溝谷渠排走，存在著礦坑排水浪費(fèi)現(xiàn)象。以2004年礦坑排水量10 129.73×104m3為例，年利用的水量為1 233.7×104m3，約占全年排水量的12%左右，未被利用的水量為8 896.03×104m3，約占全年排水量的88%左右，說明未被利用的礦坑排水可開發(fā)利用的潛力較大。

該區(qū)礦坑排水利用率低的主要原因:一是對(duì)礦坑排水資源在思想上認(rèn)識(shí)不足，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。二是排供結(jié)合需要政府行政部門的參與統(tǒng)籌，并需要進(jìn)行專門的評(píng)估和資金的投入。三是礦區(qū)附近其它工業(yè)不發(fā)達(dá)，又多為丘陵荒地，耕地少，地形起伏較大不便利用。

3 礦坑排水利用途徑與措施

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，固體礦產(chǎn)資源需求量增加，必然造成礦山開采深度和面積進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)礦坑排水量也會(huì)逐漸增加，影響泉域內(nèi)巖溶水水環(huán)境，使泉域內(nèi)水資源短缺局面日益突出。因此，從泉域系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)把供水與排水作為一個(gè)整體統(tǒng)一考慮，綜合利用礦坑排水，實(shí)現(xiàn)排供結(jié)合，不但可以降低礦山開采成本，緩和供水矛盾，實(shí)現(xiàn)礦坑排水資源的可持續(xù)利用，而且對(duì)泉域內(nèi)水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也具有積極的作用。

3.1 礦坑排水綜合利用的途經(jīng)

礦坑排水要排供結(jié)合，綜合利用，廢水資源化，實(shí)現(xiàn)礦坑排水水資源化可持續(xù)利用發(fā)展的道路，提高礦坑排水利用率，實(shí)現(xiàn)最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)《邢臺(tái)市2010年長期規(guī)劃綱要》，2010年全市需求水量約為 25.5億 m3，缺水 13.0億 m3左右。因此，各級(jí)行政主管部門應(yīng)加強(qiáng)礦山排水治理和綜合利用，把礦坑排水盡快納入總體規(guī)劃中，合理調(diào)配，統(tǒng)一管理。礦坑排水綜合利用的途經(jīng):

(1)排水和農(nóng)田灌溉相結(jié)合:由于礦坑排水中不含有特殊有毒物質(zhì)，常常不經(jīng)處理或簡單處理即可做為農(nóng)業(yè)用水。

(2)排水和工業(yè)用水相結(jié)合:作為工業(yè)用水必須按照工業(yè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格處理后方可使用。

(3)排水和生活用水相結(jié)合:礦坑排水作為生活用水，必須嚴(yán)格按照生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行凈化和消毒處理，并按照要求定期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測。首先礦坑排水經(jīng)預(yù)處理后，通過管道輸入市區(qū)，根據(jù)生活用水對(duì)水質(zhì)的要求，在邢臺(tái)附近建立水處理廠對(duì)礦坑排水進(jìn)一步凈化處理，處理后的礦坑排水進(jìn)入城市供水系統(tǒng)，送達(dá)用戶。

(4)啟動(dòng)巖溶地下水的滲流工程:由于巖溶含水層是一個(gè)巨大的地下水庫，要充分發(fā)揮巖溶水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。因此，可選擇鐵礦區(qū)以北的沙河河谷強(qiáng)滲漏段，建立巖溶地下水入滲場所，充分利用礦坑排水對(duì)巖溶水進(jìn)行入滲補(bǔ)給。但對(duì)入滲補(bǔ)給巖溶水的這部分的礦坑排水應(yīng)預(yù)先進(jìn)行沉淀和水質(zhì)處理，使水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行入滲回灌補(bǔ)給巖溶地下水，避免造成巖溶地下水的污染。