新疆伊通縣某礦區(qū)地下水資源利用研究

新疆伊通縣某礦區(qū)地下水資源利用研究

1水保水源的確定榆神礦區(qū)位于陜西省榆陽區(qū)和神木縣交界處。礦區(qū)面積大,煤質好,煤中硫、磷等有毒有害元素含量低,灰分產率低,只有6%～9%,發(fā)熱量高。是我國乃至世界上罕見的優(yōu)質煤炭資源,被專家稱為“環(huán)保煤”。然而,榆神礦區(qū)地處干旱半干旱的毛烏蘇沙漠和黃土高原接壤地區(qū),水資源短缺,生態(tài)環(huán)境脆弱,供水水源一直是制約礦區(qū)開發(fā)的關鍵。通過大量資料的分析研究,我們提出礦區(qū)開發(fā)的初期水源采取礦區(qū)東部各泉域燒變巖地下水,中長期則采取礦區(qū)西部的薩拉烏蘇組(Q3s)地下水和洛河組(K2L)地下水。同時,礦井水通過自然下滲凈化補給地下水,豐富地下水資源,保持礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡和不斷改善,促使礦區(qū)開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。2礦區(qū)蒸發(fā)量和地形本區(qū)為大陸性干旱、半干旱氣候,年降水量108.1～819.1mm,多年平均436.7mm,蒸發(fā)量是降水量的4～5倍。地形西北高、東南低。礦區(qū)東、西部分別是黃河一級支流窟野河、榆溪河,黃河一級支流禿尾河從礦區(qū)流過。河流泥沙含量大,沿途接受薩拉烏蘇組、燒變巖地下水的補給。2.1燒變巖地下水富水盆地作用榆神礦區(qū)及其附近具有供水意義的含水層有侏羅系燒變巖含水層和第四系薩拉烏蘇組含水層。燒變巖是由于煤層自燃導致圍巖變質而形成的裂隙發(fā)育、巖體破碎的一種特殊巖體,它有利于地下水的儲存和富集,在構造有利部位可形成地下水富水盆地。燒變巖上覆薩拉烏蘇組沙層,巖性以粉沙、細沙、中沙及粉沙質粘土為主,疏松,分選性較好,易于接受大氣降水的下滲補給,并轉化為燒變巖地下水。在禿尾河流域兩岸,分布有袁家溝、黑龍溝、彩兔溝、清水溝、紅柳溝和青草界溝等大泉,各泉域水文地質特征均不相同。2.1.1大氣降水補給km2。薩拉烏蘇組含水層厚度一般20m,上游較厚,約60m,富水性強。薩拉烏蘇組下伏為第三系三趾馬紅土(N2)隔水層,厚度10～20m,泉域上部為薩拉烏蘇組松散沙層,下部為燒變巖,接受大氣降水補給,以下降泉的形式排泄。泉水從薩拉烏蘇組和燒變巖中流出,溝頭為薩拉烏蘇組泉水,流量6198m3/d,中游北側小支溝為燒變巖泉,雖然此處燒變巖泉域范圍很小,但3-1煤燒變巖在此處裂隙非常發(fā)育,燒變巖的泉流量達17798.4m3/d,該泉北側約1km處為跌水崖電站,電站水庫蓄水后,可能通過燒變巖補給泉水。水質為HCO3—Ca型,礦化度0.192g/L。經計算,天然資源量約為8.20×104m3/d,估算可開采量為5.27×104m3/d。2.1.2地下水水土流失源km2。含水層厚度一般20m,第三系三趾馬紅土隔水層厚度30～40m,溝長約10km,在溝頭以大泉形式流出,泉流量為26296.7m3/d,在其下游不遠處還有一支溝,流量15492.4m3/d。據調查,在該泉域上游沙漠灘地有兩個海子相連,海子水也是地下水的補給來源之一。該泉域地下水水質為HCO3—Ca·Na型,礦化度0.155g/L。地下水天然資源量8.31×104m3/d,估算可開采量4.86×104m3/d。2.1.3地下水保水水質km2。泉域含水層為3-1煤頂板燒變巖,泉流量6207.8m3/d,主要接受薩拉烏蘇組地下水的側向補給和大氣降水補給,含水層厚度一般20m,三趾馬紅土隔水層厚度10～20m。地下水水質為HCO3—Ca·Na型,礦化度0.163g/L。天然資源量為1.19×104m3/d,估算可開采量0.7×104m3/d。2.1.4地下水補徑排、消滲保滲km2,泉域地下水從3-1煤燒變巖中流出,較大泉有3處,總流量11923.2m3/d,泉流量穩(wěn)定,主要接受薩拉烏蘇組地下水的補給和大氣降水補給,補給范圍大,多年平均大氣降水入滲補給量為8.26×104m3/d,是泉流量的一倍多,該泉域上游就是大保當灘地,含水層在分水嶺一帶厚度10m左右,至灘地一帶厚20m,三趾馬紅土隔水層厚度30～40m。地下水水質為HCO3—Ca型,礦化度0.202g/L。估算可開采量3.21×104m3/d。2.1.5地下水補徑排、消能期、氣藏期以蘇-烏蘇組km2,泉水分別從薩拉烏蘇組和燒變巖中流出,該泉域上游含水層厚度10m左右,三趾馬紅土隔水層厚度40～100m。薩拉烏蘇組泉流量5185.5m3/d,泉流量穩(wěn)定,燒變巖泉流量12960m3/d,主要接受薩拉烏蘇組地下水的補給和大氣降水補給,補給范圍大,地下水水質為HCO3—Ca·Na型,礦化度0.2g/L。估算可開采量1.74×104m3/d。2.1.6地下水開采量估算km2,上游為薩拉烏蘇組,一般厚度10m,三趾馬紅土隔水層厚度20～40m,該泉域東部邊界為窟野河與禿尾河分水嶺,地勢較高,而溝頭地勢較低,松散沙層接受大氣降水入滲補給后,向低洼處匯集,形成富水區(qū)。以下降泉形式排泄,泉流量29255m3/d,地下水水質為HCO3—Ca型,礦化度0.148g/L。天然資源量4.15×104m3/d,估算可開采量3.21×104m3/d。以上各泉域均接受大氣降水的入滲補給,通過薩拉烏蘇組下滲到燒變巖中,并在構造有利部位形成地下水富水盆地,當河流侵蝕到其地下水位時,形成下降泉,排泄地下水。2.2地下水開采量預測榆溪河上游是廣闊的毛烏蘇沙漠地區(qū),地表沙丘、沙梁連綿起伏,植被稀疏。主要含水層為薩拉烏蘇組沙層潛水和白堊系洛河組砂巖裂隙潛水、承壓水。薩拉烏蘇組沙層在榆溪河上游地區(qū)厚度較大,最厚達140多米,單井涌水量可達2000m3/d以上,地下水資源豐富。據初步估算,該地區(qū)薩拉烏蘇組地下水的總可開采量可達30×104m3/d。洛河組也是本地區(qū)的主要含水層,含水層厚度0～100m,單井涌水量200～2000m3/d,開采量可觀。3地下水的長期排放榆神礦區(qū)開發(fā)在即,礦區(qū)的供水問題是當務之急,根據大量水文地質資料的分析研究,筆者認為礦區(qū)開發(fā)的臨時性供水水源應選擇礦區(qū)附近的燒變巖地下水,長期供水水源應選擇榆溪河上游的薩拉烏蘇組地下水和洛河組地下水。3.1地下水源水源區(qū)礦區(qū)首先開發(fā)大保當煤礦、錦界煤礦,前者設計年產原煤初期500×104t,后期1000×104t,后者設計年產500×104t。本著就近取水的原則,首選水源地是井田東部的袁家溝、青草界溝、彩兔溝和黑龍溝等,其水源均為燒變巖水。其中大保當煤礦選用黑龍溝泉水和彩兔溝泉水,可開采量約5.56×104m3/d,錦界煤礦選用青草界泉域地下水,可開采量約3.21×104m3/d,在水量不足時可從袁家溝泉域引水,引水距離很近,基本可以滿足礦區(qū)開發(fā)的初期用水。3.2地下水開采量預測礦區(qū)開發(fā)的永久性水源應選擇榆溪河流域地下水,本區(qū)延安組煤層埋藏深度大,煤層開發(fā)一般不容易影響到地表,而且各含水層厚度大,地下水補給范圍廣闊,補給量充沛,地下水資源豐富,是榆神礦區(qū)開發(fā)理想的永久供水水源,預計榆溪河上游地區(qū)地下水可開采量至少30×104m3/d。3.3開采對地下水保水措施的影響在礦區(qū)開發(fā)過程中,應采取積極措施,保護地下水資源,一是地下水的開采方式,宜直接引用泉水、河水,而不宜井采;二是在煤層開采對地下水含水系統(tǒng)有影響的地區(qū),暫時不開采或緩采,待取得可靠的保水措施后,再開采煤炭資源,同時,對于礦井水,宜進行回灌利用。據研究,薩拉烏蘇組沙層對礦井水有較好的凈化作用,大保當地區(qū)薩拉烏蘇組厚度較大,為20～40m,礦井水通過薩拉烏蘇組再回灌到各泉域的含水系統(tǒng)中,補給并豐富地下水資源,不僅做到了資源的合理開發(fā)利用,同時對環(huán)境保護也有積極的作用。4地下水及其排放源通過對大量資料的分析研究,認為榆神礦區(qū)開發(fā)的用水問題可以就地解決。臨時性水源選擇燒變巖地下