神府礦區水資源利用與保護及其調控對策

劉 梅,王美英,秦東峰

(1.西北農林科技大學,陜西 楊陵 712100;2.陜西省府谷縣水電局,陜西府谷 719400;3.旬邑縣煙草專賣局咸陽市煙草公司旬邑分公司,陜西旬邑711300)

神府地區蘊藏著豐富的煤炭資源,已探明儲量近千億噸,已發展成為我國特大型煤田開發基地。在目前我國經濟發展迅速,能源危機日益加重的情況下,榆神府煤田的戰略地位越來越重要,是我國經濟持續快速發展的重要保障。

礦區地勢西北高,東南低,西北部為毛烏素沙漠邊緣,地勢較平坦,東南部為黃土丘陵溝壑區,東部黃河沿岸為土石山區。該區土地沙化嚴重,干旱、洪水、大風、沙暴災害頻繁,地形支離破碎,植被稀疏,生態環境極其脆弱。工農業用水矛盾突出,水資源成為制約陜北能源基地發展的重要因素,成為政府、公眾及學者關注的熱點和焦點問題。由于煤炭的開采使上覆含水層地下水涌入礦井,引發水系破壞,既使水資源浪費,也產生其他方面的生態環境問題。因此,保護好地下水資源,維持其可持續利用意義重大。本文在收集查閱榆神府礦區水資源方面文獻的基礎上,從水資源、水環境角度分析礦區水資源供需平衡,探究降水、地下水及其他水資源的相互轉化和組成結構,以求服務于礦區水資源的保護與合理利用。

1 水資源現狀分析

本區水資源主要是降水形成的地表水、地下水,府谷縣沿黃河可以提取豐富過境水,目前尚沒有從區外調水。根據區內三測站的觀測資料,結合實際調查分析,礦區水資源總量為4.95億m3[1],去掉潛水蒸發量和開采的重復量,實際可開發基流水資源量為3.22億m3。在礦區大規模開發以前,利用水量僅占總徑流量的14%,據2008年神木和府谷水利工程供水、用水資料統計,實際地表水源用水與地下水源用水總量已經達到 1.15億 m3,占可開發基流水量35%。工業用水、城鎮用水迅速增長,平均每年增長13%。塌陷對地下水的破壞以及用水需求的較快增加,使水資源供需矛盾更加突出。

1.1 降水量的變化趨勢與河流水資源

該區地處黃土高原和毛烏素沙漠的過渡地帶,年降水量低,該區干燥度2.2～4.0,年降水量250～450 mm,且70%集中在7-9月[3]。以神木站為代表,1961-1995年最大年降水量819.1 mm(1967年),最小年降水量108.6 mm(1965年),最大值是最小值的7.5倍。從年降水量變化過程看,存在明顯的干濕交替。60年代為相對濕潤期,年降水量比多年平均值高5.9%;70-80年代中期(1971-1986年)為相對干燥期,年降水量比多年平均值偏少7.1%;80年代末期至90年代(1987-1995年)降水量比多年平均值增加1.5%,總體上看,60年代以來,降水量呈減少趨勢。35 a遞減了2.4%[2]。2000年以來,降水量有所增加,年平均降水量較35年平均值增加6%左右。但年際變化較大,同時年內降水量更加集中。區內降水量年際變化大,河川徑流年內分配不均。按水文站觀測資料分析[1],神木站多年平均河川徑流量為5.5億m3,折合徑流深75.37 mm。

區內分布3條黃河一級支流,分別是榆溪河,禿尾河,窟野河,由西北向東南匯入黃河。黃河流經府谷東南沿線,成為沿岸城鎮、工礦豐富的過境河。本區地表水系不發育,河水補給主要是降水,占70%,地下水補給占30%。河水流量季節性變化大,夏秋季多山洪,冬季流量極少。

1.2 地下水資源

根據多年的勘測成果[3],具有供水意義的地下水主要賦存于燒變巖、第四系薩拉烏蘇組中,河谷沖積層地下水也有一定的供水意義。燒變巖地下水分布范圍小,主要集中在現代溝谷沿岸,且富水性不均一,可做為臨時性水源地。薩拉烏蘇組地下水賦于煤層上部,分布較廣,但各區水文地質條件差異較大。沖積層則主要分布于窟野河河谷。

1.2.1 燒變巖地下水 礦區內分布著大面積燒變巖,神木北部礦區燒變巖主要分布于窟野河及各支溝沿岸。禿尾河西側燒變巖分布面積廣,南起大河塔,北到袁家溝。燒變巖含水層滲透性好,大部分可視為透水而不含水或弱含水層,但當燒變巖上有大面積薩拉烏蘇組的穩定補給條件,就可形成良好儲水構造,富水性為強或極強。僅神北礦區和榆神礦區,燒變巖分布達800 km2以上,含有較豐富的地下水,并接受大氣降水和薩拉烏蘇組地下水的轉化補給。其特點是含水面積小,補給面積相對大,富水性強。在地形切割到地下水位線時,燒變巖地下水形成下降泉自然排泄,本地區許多大泉都出自燒變巖,單泉流量多大于100 m3/d,最大為30 758.4 m3/d,水質優良[5]。

1.2.2 薩拉烏蘇組地下水 礦區用水主要取自第四紀薩拉烏蘇組砂層水,薩拉烏蘇組地下水接受大氣降水的入滲補給。大量的水文地質資料表明,薩拉烏蘇組是本區唯一具有供水前景的含水層。根據含水層的連續性及地下水的賦存特征,將其劃分為兩個單元,即神北區小型盆地型地下水和榆神區大型盆地型地下水。

神北區薩拉烏蘇組厚度由低洼處向邊緣處變薄,含水層厚度也是如此。地下水在最低部富集,其特點是含水面積較小,含水層厚度較大,含水集中,富水性中等至強。榆神區大型盆地型地下水,一般每個泉域的匯水范圍多在100 km2以上,含水層厚度15～28 m,水位埋深1～15 m,單泉流量多大于800 m3/d[4],富水性中等至弱.含水層分布面積大,而排泄點卻很小。

1.2.3 河谷沖積層地下水 具有供水意義的河谷沖積層地下水主要分布于窟野河沿岸。在大柳塔、店塔及神木縣城附近,沖積層分布寬廣。含水層厚2.80～9.51 m,地下水位埋深0.50～3.28 m[4]。單井涌水量50～800 m3/d,但由于含水層泥沙含量稍高,地下水開采較困難。

1.2.4 地下泉水 從水文地質單元看,西北中上游地區為沙蓋區,地下水資源較豐富,為地下水補給區,東南為黃土梁峁溝谷區,溝谷縱橫,地表徑流發育,為地下水溢流區,大的泉水均分布在溢流帶,基本呈北東方向,匯入禿尾河和窟野河,許多大泉以泉群分布,一般泉流量大于1 000 m3/d。分布在窟野河流域的大泉有：哈拉溝、考考賴溝、雙溝、柳根溝、母河溝、考考烏素溝、常家溝、麻家塔溝、孫家岔、黃羊城;禿尾河流域的大泉有：清水溝、彩溝、紅柳溝、黑龍溝、青草界、袁家溝、宮泊溝、圪丑溝,而且禿尾河流域大泉流量比窟野河大泉出水量普遍較大,大泉的存在,為本區提供了豐富的地表水。

2 神府地區水資源利用現狀

2.1 采煤塌陷對地下水的影響

據調查整個榆林市的采空區面積已達320 km2,僅神木一個縣的采空區面積就達99.12 km2,現已塌陷44 km2,而且每年還以20 km2的速度在延伸[4]。大柳塔一帶已有6個煤礦區發生了地面塌陷,當地的水源地哈拉溝、雙溝、母河溝等泉流量受到嚴重影響,僅神木縣目前已有20多個泉眼干枯。由于塌陷裂隙橫切河流,使匯入河道的徑流漏失,造成河流斷流。窟野河從1989-2001年流量減少非常明顯,已多次出現斷流,現今窟野河變成了一年2/3以上時間斷流的季節河。補連塔煤礦,采礦活動引起地下水位大面積下降,造成補連河干涸。據統計,神木縣目前有數十條河流地表徑流斷流。部分地段地下水位下降7～16 m,民井79%干涸,土壤濕度降低,生態環境進一步惡化。

2.2 礦坑水資源及利用途徑

神木縣2005年產煤量為3 500萬t,神東公司為10 241萬t,府谷縣為2 200萬t,一般大型煤礦平均噸煤排水系數為0.20 m3/t,地方及中小煤礦平均為0.8～1.0 m3/t[5]。所以粗略估算：10241×0.2=2048萬m3,5700×0.9=5130萬m3,因采煤礦坑排放的水資源總量為7 178萬m3,接近神木縣各部門年用水總量,除神東公司建設大型礦坑水處理廠,其它煤礦浪費了大量的水資源。

這些礦井水除懸浮物超標外,其他各項指標基本符合工業用水要求,通過簡單的滲濾就可以作為電廠冷卻水或生態環境用水,甚至可以作為生活飲用水。其利用途徑一是直接進行凈化處理后使用,二是從地面鉆井抽取礦井水,再反向補給到薩拉烏蘇組中,經過薩拉烏蘇組的自然滲濾,形成地下水再取水。

2.3 礦區用水需求在逐年增加

隨著礦區的大規模開發,人口的增長,工業用水、城鎮用水迅速增長,以府谷、神木縣水利部門統計數據為例(表1),府谷縣從2003-2009年總用水量逐年增加,2003年為2 226萬m3,2009年為3 562萬m3,2009年比2003年用水量增加了60%。其中工業用水和城鎮用水增長較快,農灌用水小幅增長,由于城鎮化發展快,盡管農村引水工程得到較大的發展,但是農村生活用水總量沒有變化。府谷縣城在黃河邊上,豐富的黃河過境水為工業、城鎮提供了便利,所以黃河引提水和淺井水為主要供水水源(表2)。神木縣水資源分布特點是地下水埋藏淺,淺井水利用廣泛。

表1 府谷、神木縣2003-2009年各部門用水量 萬m3

表2 府谷、神木縣2003-2009年水利工程供水量 萬m3

3 保護利用水資源的思路與對策

以上的分析表明,在榆神府礦區,煤炭資源開發對地表水和地下水的影響成為礦區最主要的環境地質問題,給塌陷區村民的農業生產和生活造成了一定的困難。大型煤礦對采礦塌陷、礦區綠化、煤矸石堆場覆蓋、覆墾、礦坑廢水處理等措施到位,效果顯著,(如神東公司,從噸煤成本中提取0.45元,作為生態環境保護的建設資金,累計投入5億元)。而地方礦和小型煤礦基本不做任何工作,今后地方礦和小型煤礦需加大環境治理力度。工礦、企業、城鎮用水需求在逐年增加,是不可逆的,以府谷為例平均每年增長13%。供需矛盾趨緊,地下水開采加劇。礦井水利用率低,但總量可觀,可以解決大約5%～15%的能源基地建設用水,建議合理開發這部分寶貴的水資源。保護好礦區的水資源,使其得以可持續利用,對于保障區域經濟發展和生態建設至關重要,就此,可考慮采取以下對策措施：

(1)要認真吸取礦區以往煤炭資源大規模開發中水的教訓,運用生態環境保護與綜合治理方面的成功經驗,優先開發對水資源、生態環境影響不大地區的煤炭資源,避免過早或過大地破壞地下水含水層系統,影響工農業生產、生活及生態用水。

(2)繼續優化大型煤礦對生態環境的治理措施,遏制小煤礦亂墾亂挖,大型礦井水建立污水處理廠,凈化后的礦井水可用于井下降塵、洗煤、電廠和綠化用水,可彌補礦山生產用水的緊張狀況,同時減輕污水排放對環境的破壞。

(3)動態研究礦區水環境變化,礦坑水是造成水資源減少的重要原因,建立礦坑水、河流、地下水的觀測網站,積累資料,研究開采后水資源變化規律以及大氣降水、地不水、地表水轉化規律,分析區內水量平衡,以及中、長期缺水狀況。

(4)針對本區惡劣的自然環境,水資源保護應與生態環境建設協調發展,節約用水,綜合防治。建議本區建設大、中型水庫,調節洪水,引洪供水。繼續落實退耕還林還草國策,增加植被,改善生態環境,走綜合防治與水資源可持續利用之路。

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