蔣顯忠 金璐 喜英

摘要：本文選取新疆伊犁慶華二號(hào)露天煤礦作為研究對(duì)象，在對(duì)研究區(qū)內(nèi)區(qū)域水文地質(zhì)條件詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，分別采用水均衡法和給水度法計(jì)算了該露天煤礦的地下水資源量。研究結(jié)果表明：通過(guò)地下水資源均衡計(jì)算，該礦平原區(qū)和河谷區(qū)地下水均處于負(fù)均衡狀態(tài)，其中平原區(qū)均衡差值不大，而河谷區(qū)的總排泄量中礦區(qū)排水占地下水總排泄量的94%，所以礦區(qū)排水會(huì)造成河谷區(qū)段內(nèi)礦區(qū)周邊地下水水位下降。此外，平原區(qū)的地下水儲(chǔ)存量計(jì)算結(jié)果為-1312.5×104m3/a。通過(guò)對(duì)該礦地下水資源的評(píng)價(jià)和分析，可以為該礦開(kāi)采排水后對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響提供理論依據(jù)和科學(xué)評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：伊犁 露天煤礦 水均衡法 地下水資源評(píng)價(jià)

伊犁地處新疆維吾爾自治區(qū)西部天山背部的伊犁河谷內(nèi)，由于其獨(dú)特的自然地理環(huán)境，被譽(yù)為“塞外江南”、“中亞濕島”和“花城”。近年來(lái)，在國(guó)家絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的歷史進(jìn)程中，伊犁哈薩克自治州成為自治區(qū)重點(diǎn)的煤炭工業(yè)基地。充足的地下水資源是保障煤炭資源順利開(kāi)采和工業(yè)基地正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要條件，但是，煤炭資源的開(kāi)發(fā)對(duì)礦山及其周邊地質(zhì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生一定影響。因此，本文以新疆伊犁慶華二號(hào)露天煤礦為研究對(duì)象，利用水均衡法對(duì)該礦地下水資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，為煤礦開(kāi)采排水后對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響提供理論依據(jù)和科學(xué)評(píng)價(jià)。

1.研究區(qū)概況

研究區(qū)位于伊犁盆地北緣，皮里青河河谷及沖積平原，總體地形呈現(xiàn)北高南低的形態(tài)，地面高程在620～1280m之間。其中，平原區(qū)地形相對(duì)較平坦，地面高程在620～780m之間，地形坡度為8‰。此外，在研究區(qū)北段主要由河谷地貌和低山丘陵地貌組成，地形整體為北高南低，兩側(cè)高，中間低的形態(tài)。地貌類(lèi)型大致可分為中高山區(qū)、低山丘陵區(qū)和平原區(qū)三大類(lèi)型。

研究區(qū)地處歐亞大陸腹地，屬亞濕潤(rùn)大陸性溫帶氣候，是新疆降水量最多的地區(qū)。根據(jù)伊犁氣象站2007～2009年度的氣象資料，伊寧市近三年的氣溫在-26.7～38.5℃之間，平均氣溫為10.4℃，年降水量在169.6～329.5 mm之間；伊寧縣近三年的氣溫在-24.5～37.3℃之間，平均氣溫為10.4℃，年降水量在207.2～423.6mm之間。此外，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有伊犁河和皮里青河兩條地表河流，其中伊犁河沿研究區(qū)南部邊界由東向西流出，而皮里青河是由北向南穿越研究區(qū)域，同時(shí)也是本次研究區(qū)內(nèi)的主要河流。

2.水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

研究區(qū)內(nèi)主要分布有第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水和碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水主要分布在皮里青河河谷和山前沖洪積平原區(qū)，碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水主要分布在低山丘陵區(qū)。其單位涌水量變化在0.004～0.001L/s·d之間，水位埋深60～135m，礦化度一般大于1g/L，屬微弱含水層位。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

研究區(qū)內(nèi)地下水主要接受皮里青河入滲補(bǔ)給、暴雨洪流補(bǔ)給、降雨補(bǔ)給、渠道入滲補(bǔ)給、地下潛流補(bǔ)給及田間灌溉補(bǔ)給，由于研究區(qū)河谷段和平原區(qū)地形地貌的不同，其地下水的補(bǔ)給來(lái)源和形式也不同。區(qū)內(nèi)地下水因受地形、地貌變化的控制和影響，河谷段地下水主徑流帶方向與河流方向基本一致，約為SW210°，潛水的水力坡度為9～11‰；沖洪積平原區(qū)地下水的主徑流方向約為SW223°，潛水的水力坡度為11～14‰。區(qū)內(nèi)主要的地下水排泄方式為側(cè)向徑流，人工開(kāi)采、蒸發(fā)蒸騰和極少的泉水溢出。

2.3 地下水水化學(xué)特征

研究區(qū)第四系松散巖類(lèi)孔隙水水化學(xué)類(lèi)型為HCO3–Ca·Mg和HCO3·SO4–Ca·Mg型水，其中，HCO3–Ca·Mg型水主要分布在平原區(qū)大部分范圍內(nèi)，礦化度較低，一般在0.3～0.5g/L；HCO3·SO4–Ca·Mg型水主要分布在河谷區(qū)和巴彥岱一帶，礦化度一般小于0.5g/L左右。碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水化學(xué)類(lèi)型為SO4·HCO3–Ca·Na型水，礦化度為0.817～1.4g/L，pH值為7.77～8.0。

3.地下水資源量評(píng)價(jià)

由于研究區(qū)地形地貌主要分為平原區(qū)和河谷區(qū)，因此，區(qū)內(nèi)的均衡區(qū)同樣也分為兩區(qū)塊，一個(gè)是將山前傾斜平原作為一完整的水文地質(zhì)單元界定為一個(gè)均衡區(qū)，另外一個(gè)是將河谷段作為一個(gè)均衡區(qū)，分別對(duì)地下水資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1平原區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)

平原區(qū)的均衡區(qū)面積為210km2，計(jì)算均衡周期為一年時(shí)間。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及調(diào)查研究結(jié)果，綜合確定地下水均衡方程如式1所示[1]：

ΔQ=Q補(bǔ)-Q排 （式1）

其中：Q補(bǔ)=Q 潛+Q暴雨+ Q降水+ Q河補(bǔ)+ Q渠補(bǔ)+ Q田補(bǔ) （式2）

Q排=Q蒸發(fā)+Q流出+Q采+ Q泉 （式3）

式1、式2和式3中：ΔQ為地下水?儲(chǔ)存量的變化量（m3/a）；Q補(bǔ)為地下水的補(bǔ)給量（m3/a）；Q排為地下水的排泄量（m3/a）；Q潛為溝谷潛流補(bǔ)給量（m3/a）；Q暴雨為暴雨洪流入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q降水為降水入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q河補(bǔ)為河水入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q渠補(bǔ)為渠系水的入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q田補(bǔ)為田間灌溉入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q蒸發(fā)為潛水蒸發(fā)量（m3/a）；Q流出為地下水側(cè)向流出量（m3/a）；Q采為地下水開(kāi)采量（m3/a）；Q泉為泉水溢出量（m3/a）。

以式1地下水均衡方程為計(jì)算依據(jù)，對(duì)區(qū)內(nèi)平原區(qū)的各項(xiàng)均衡要素進(jìn)行計(jì)算，可以分別得到地下水的補(bǔ)給總量Q補(bǔ)=13131.62×104m3/a；地下水的總排泄量Q排= 1003.1×104m3/a。具體每一項(xiàng)的均衡要素計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。

地下水補(bǔ)給項(xiàng) 補(bǔ)給量

（104m3/a ） 地下水排泄項(xiàng) 排泄量

（104m3/a ） 均衡差（104m3/a ）

河谷潛流量補(bǔ)給 353 地下水開(kāi)采量 8553

暴雨洪流入滲

補(bǔ)給量 2390 側(cè)向流出 875

降水入滲補(bǔ)給量 442 潛水蒸發(fā) 702

河水入滲補(bǔ)給量 5394 泉水溢出量 4005

渠道入滲補(bǔ)給量 2859

田間灌水入滲

補(bǔ)給量 1693

合計(jì) 13132 14135 -1003

表1 平原區(qū)均衡區(qū)地下水均衡計(jì)算表

對(duì)于區(qū)內(nèi)平原區(qū)地下水儲(chǔ)存量的變化量主要采用給水度法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式4所示[2]：

ΔQ儲(chǔ)=μ·F·ΔH/Δt （式4）

式4中：μ為含水層給水度，取值0.25；F為參與均衡計(jì)算的面積（210km2）；ΔH/Δt為水位年降幅0.25m。

根據(jù)式4計(jì)算可得，平原區(qū)地下水儲(chǔ)存量為-1312.5×104m3/a。

因此，從以上計(jì)算結(jié)果中可以看出，平原區(qū)ΔQ與ΔQ儲(chǔ)相比，均衡差較小，該研究區(qū)平原區(qū)處于負(fù)均衡狀態(tài)，均衡差值不大，補(bǔ)排基本平衡。

3.2河谷區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)

河谷區(qū)內(nèi)以水文站至河谷出山口為南北邊界，河谷兩側(cè)因基巖隆起，地下水交換較弱，可視為隔水邊界。均衡區(qū)面積為12.5km2，計(jì)算均衡周期為一年時(shí)間。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及調(diào)查研究結(jié)果，綜合確定地下水均衡方程如式5所示[1]。

ΔQ=Q補(bǔ)-Q排 （式5）

其中：Q補(bǔ)=Q 潛+Q暴雨+ Q降水+ Q河補(bǔ) （式6）

Q排=Q蒸發(fā)+Q流出+Q采 （式7）

式5、式6和式7中：ΔQ為地下水?儲(chǔ)存量的變化量（m3/a）；Q補(bǔ)為地下水的補(bǔ)給量（m3/a）；Q排為地下水的排泄量（m3/a）；Q潛為溝谷潛流補(bǔ)給量（m3/a）；Q暴雨為暴雨洪流入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q降水為降水入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q河補(bǔ)為河水入滲補(bǔ)給量（m3/a）；Q蒸發(fā)為潛水蒸發(fā)量（m3/a）；Q流出為地下水側(cè)向流出量（m3/a）；Q采為地下水開(kāi)采量（m3/a）。

以式5地下水均衡方程為計(jì)算依據(jù)，對(duì)區(qū)內(nèi)平原區(qū)的各項(xiàng)均衡要素進(jìn)行計(jì)算，可以分別得到地下水的補(bǔ)給總量Q補(bǔ)=1588.25×104m3/a；地下水的總排泄量Q排= 5048×104m3/a。具體每一項(xiàng)的均衡要素計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 河谷區(qū)均衡區(qū)地下水均衡計(jì)算表

地下水補(bǔ)給項(xiàng) 補(bǔ)給量

（104m3/a ） 地下水排泄項(xiàng) 排泄量

（104m3/a） 均衡差

（104m3/a）

河谷潛流量補(bǔ)給 182.34 地下水開(kāi)采量 4760

降水入滲補(bǔ)給量 34.35 側(cè)向流出 230

河水入滲補(bǔ)給量 1192.06 潛水蒸發(fā) 57

暴雨入滲補(bǔ)給 179.5

合計(jì) 1588.25 5048 -3459.75

從以上計(jì)算可以看出，河谷區(qū)段內(nèi)地下水總補(bǔ)給量為1588.34×104m3/a，而總排泄量為5048×104m3/a，均衡差為-3459.75104m3/a，排泄量約是補(bǔ)給量的3.17倍。因此，河谷區(qū)均衡結(jié)果為負(fù)均衡。而排泄量中礦區(qū)排水占地下水總排泄量的94%，所以礦區(qū)排水會(huì)造成河谷區(qū)段內(nèi)礦區(qū)周邊地下水水位的下降，進(jìn)而對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

4.結(jié)論

（1）本文采用均衡法對(duì)該露天煤礦地下水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件的綜合分析，平原區(qū)地下水的補(bǔ)給總量Q補(bǔ)=13131.62×104m3/a，地下水的總排泄量Q排= 1003.1×104m3/a，均衡差值不大，處于負(fù)均衡狀態(tài)，補(bǔ)排基本平衡；河谷區(qū)地下水的補(bǔ)給總量Q補(bǔ)=1588.25×104m3/a；地下水的總排泄量Q排= 5048×104m3/a，均衡差為-3459.75104m3/a，河谷區(qū)處于負(fù)均衡狀態(tài)。

（2）采用給水度法計(jì)算了平原區(qū)的地下水儲(chǔ)存量，計(jì)算結(jié)果為-1312.5×104m3/a；在研究區(qū)地下水排泄量中，礦區(qū)排水占地下水總排泄量的94%，所以礦區(qū)排水會(huì)造成河谷區(qū)段內(nèi)礦區(qū)周邊地下水水位下降，當(dāng)該礦開(kāi)采排水后會(huì)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹劍峰， 遲寶明，王文科，等.專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 鄒立芝， 楊昌兵， 侯杰. 關(guān)于給水度的定義[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)， 1994， （1）：31-33.