采煤保水實現水資源的可持續利用

薛鳳海

（山西省水資源管理中心，山西 太原 030002）

山西之長在于煤，山西之短在于水，這是我省的基本省情；水煤共生，煤炭開采影響破壞水資源是我省不可回避的客觀現實；采煤保水，在煤炭開采的同時最大限度地保護水資源，是我省必須傾全力解決的重大問題；只有把這個問題解決好，才能實現水資源的可持續利用，為轉型跨越發展提供水資源保障。

1 山西的水資源情況

1.1 自然地理

山西省地處華北西部，黃土高原東翼，太行山以東，黃河中游，全省總面積156 271 km2。境內有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型。山區、丘陵區占總面積的2/3以上，大部分海拔在1 000～2 000 m之間。

山西省的河流分屬黃河、海河兩大流域。其中黃河流域總面積97 138 km2，占全省總面積的62%；海河流域總面積59 133 km2，占全省總面積的38%。全省流域面積大于1萬km2的較大河流有5條，分別是黃河流域的汾河、沁河，海河流域的桑干河、漳河、滹沱河。山西河流屬于自產外流型水系，絕大部分河流發源于境內，向省外發散流出。大體上向西、向南流的屬黃河水系，向東流的屬海河水系。山西是海河流域永定河、大清河、子牙河、漳河、衛河等河流的發源地，汾河是黃河第二大支流。山西的河流大多發源于東西兩翼山區，具有山地型河流的特點，河長比較短，坡度比較陡。據統計，河長大于150 km的河流只有8條，絕大部分河流長度只有幾十公里，流域縱深比較小；河道比降一般在3‰以上，普遍具有源短流急，侵蝕切割嚴重的特點。

1.2 氣候

山西屬中緯度大陸性季風氣候。中南部屬暖溫帶，內長城以北屬溫帶。春季短促、少雨干旱多風沙；夏季高溫多暴雨，南北起訖時間相差較大；秋季溫和晴朗；冬季降水稀少、寒冷干燥。光熱資源較豐富，水分資源不足。

全省多年平均降水量（1956—2000年系列）為508.8 mm，大部分地區介于650～350 mm之間，降水量分布由東南向西北遞減，但與地形高程有密切關系。夏季風帶來的暖濕氣流是降水的主要水汽來源，6—9月降水占全年降水總量的70%以上。降水量年際變化大，最大與最小年降水比值可達3～4，且存在連續枯水年情況。由于降水量不足、時空分布不均，干旱成為山西最主要的災害性天氣，出現頻次高，受災范圍大，持續時間長。有“十年九旱”之說。

1.3 水資源量

1956—2000年系列全省多年平均水資源總量123.8億m3，其中河川徑流量86.77億m3，地下水不重復量37.03億m3。

全省人均占有水資源量381 m3，為全國平均值的17%，每公頃占有水資源量2 700 m3，為全國平均值的11%。根據1993年聯合國“國際人口行動”提出的“水緊缺指標”，人均水資源量低于500 m3屬于嚴重缺水的區域，我省總體上屬于嚴重缺水的省份。此外，我省自20世紀70年代末以來，降水量、河川徑流量和水資源總量都出現了明顯的衰減趨勢，與1956—1979年系列比較，降水量減少9%，河川徑流量減少36%，水資源總量減少23%，水資源短缺程度進一步加劇。

1.4 水資源開發利用存在的問題

1.4.1 水資源形勢嚴峻，水供需矛盾尖銳

山西省人均占有水資源量381 m3，僅為全國平均值的17%。自20世紀70年代后期以來，我省處于一個較長的枯水時期，使得本來就很緊張的水資源形勢變得更加嚴峻。而自1980年以后，為了保證國家對能源的需要，山西的能源工業及相關產業迅速發展，煤炭、火電、煤化工、冶金、建材工業的產量有了幾倍甚至十幾倍的增長。同時，城鎮和農村生活用水、生態用水都迅速增加。當前，供水短缺已經成為制約山西經濟社會發展的“瓶頸”和“短板”，成為不可忽視、不容回避的關系全局的重大戰略問題。

1.4.2 水資源調控配置能力低，水源建設嚴重滯后

我省大部分為山區和丘陵區，地高水低，坡陡流急，水源工程建設難度大。由于大部分徑流量集中在汛期3個月，一場洪水往往只持續幾個小時，如果沒有控制性調蓄工程很難利用。多數河流發源于東西兩山分水嶺，一般要到省界附近才匯集起來形成水量豐富的大河，具有建設大中型水庫條件的壩址多分布在兩翼，向盆地區供水需要高揚程反向提水，工程所需投資大，運行成本高。由于水源工程建設滯后，我省現狀的人均供水量僅170 m3，為全國平均值448 m3的38%，在全國各省、市、自治區中排名倒數第一。

1.4.3 地下水超采嚴重

由于地表水源工程供水能力不足，為滿足經濟發展對供水的需求，自1972年以后，我省地下水開采量逐年增加，年開采量從11億m3增加到近40億m3，成為主要供水水源。2000年全省超采量達到7.31億m3，出現了21處比較大的超采區。近幾年我省結合地表水源工程建設采取了一系列關井壓采措施，但由于替代的地表水源尚未到達，現狀地下水年超采量仍達5億m3，由此引發了一系列環境地質問題。

2 煤炭開采對水資源的影響破壞

2.1 山西煤炭開采情況

山西是煤炭大省，煤田分布廣泛，全省含煤面積6.2萬km2，占國土面積的40.2%，現有煤炭資源儲量超過6 500億t。自北向南分布有大同、寧武、河東、西山、霍西及沁水六大煤田。全省119個縣級行政區中，94個有煤，占80%。

新中國成立以來，山西累計開采煤炭127億t。其中1978—2009年的31年，累計生產煤炭95.11億t，占全國同期煤炭生產總量的1/4以上，累計外調煤炭68.39億t，占全國省際凈調出量的70%以上。2010年全省原煤產量為7.4億t，全省煤礦經過整合重組，減少為1 053個，單礦平均產能120萬t，進入大礦時代。

2.2 采煤對水資源的影響破壞機理

山西之長在于煤，山西之短在于水。水煤共生，煤層、含水層、隔水層交互沉積是山西煤炭資源的賦存特點。山西的可采煤層主要為石炭系的山西組、太原組煤層，僅在大同煤田分布有侏羅系煤層。開采深度大部分在500 m以淺，大部分煤層之上有孔隙、裂隙含水層，這些含水層一般都是當地農村生活、農業灌溉、城鎮供水的主要開采層。煤系地層本身也含有裂隙水，煤系地層以下為奧陶系巖溶含水層。山西省的奧陶系巖溶地下水和巖溶泉水是城市和工農業非常重要的水源。例如娘子關泉對于陽泉市、蘭村泉對于太原市、神頭泉對于朔州市、辛安泉對于長治市而言都是城市的生命線。開采煤炭，“樓上”的孔隙裂隙含水層的水要漏下來，“樓下”的巖溶含水層由于水頭高要涌進來，“中間”的煤系地層裂隙水要排出來，為了礦井不被水淹就必須一邊掘進一邊排水。煤炭采出之后還將造成采空區的地表塌陷、裂縫貫通。這些都直接導致含水層破壞、水量漏失、水質污染、環境惡化。到2010年底為止，山西采煤形成的采空區面積超過2萬km2，占全省國土總面積的12.8%。而且這些采空區大部分分布在山前地區，是地下水主徑流帶，對地下水影響破壞嚴重。

采煤對地下水的影響主要表現為：煤炭開采在地下形成縱橫交錯的垂向豎井、斜井以及水平巷道、斜巷道。煤層開采后頂板發生垮落，形成垮落帶和導水裂隙帶。受其影響含水層與開采煤層之間的隔水層被破壞，導致各類含水層地下水快速滲漏和外排，疏干了煤系地層和上覆巖系中的孔隙裂隙地下水，影響了下伏的奧陶系巖溶水。形成了以礦井為中心的大面積降落漏斗，使得區域地下水資源量減少，地下水位下降、水井報廢、泉水斷流。例如，霍州團柏煤礦位于郭莊泉域的主徑流帶，煤礦開采過程中每天排巖溶地下水3萬～5萬m3，把郭莊泉的優質巖溶地下水變成了團柏河的礦坑污水，導致郭莊泉流量銳減。又如西山煤電集團位于太原西山的幾個煤礦多年來大量排水，年排水量1 200萬m3，并在白家莊礦710 m水平巷道建立了巖溶水供水水源地，日供水量5 000 m3。由于泉域地下水的嚴重超采，導致著名的晉祠泉于1994年完全斷流，且地下水位以每年2 m的速度下降。

采煤對地表水的影響主要表現為：大面積、高強度的煤炭開采造成采礦區及周邊地區的地表沉陷和地裂縫，導致河水滲漏，河道變形、斷流、干涸。特別是大礦由于回采率高，井田面積大，采用綜合機械化采煤，回采率高，基本上是一次采全高，造成的地表沉陷往往比小煤窯開采更為嚴重，對地表水的影響也更大。例如，根據在建的某大型煤礦設計報告，該礦設計年產量600萬t，井田范圍全部在上黨盆地，開采后的地表最大沉陷量4.5 m，塌陷區涉及93個村莊，10.6萬人，1.33萬hm2耕地、0.67萬hm2水澆地；其中62個村莊4.5萬人需要搬遷。井田影響區河道最大下沉約3 m，河道變形，將影響河道行洪條件，對河道防洪安全構成威脅。與600萬t的煤炭產量相比這個代價不可謂不大。呂梁山區臨縣某煤礦開采后的地表最大沉陷量超過10 m。

采煤對水質的影響主要表現為：井下礦坑水滲漏污染了深層地下水，外排的礦坑污水不僅嚴重污染了地表水，還通過滲漏污染礦區周圍的地下水，使水資源喪失使用價值。此外由于礦區附近粉塵污染嚴重，河道被煤粉覆蓋，河水往往變成黑色。

煤礦采空區在很長時間內將持續匯集地下水，將其污染成為酸性很強的老窯積水。平均開采1 t煤對應的采空區體積約為0.7 m3。例如王家嶺煤礦發生突水事故的原因就是打通了老窯的積水。

此外在山西還有安太堡、安家嶺等特大型露天煤礦，采用露天開采方式雖然基本沒有礦坑排水，但是對于水資源的破壞更嚴重、更徹底。由于露天礦的開采方式為開挖剝離，完全破壞了地表水產匯流條件和地下水的入滲補給條件，也徹底破壞了淺層地下水的賦存條件，對礦區水資源造成極大的破壞。

2.3 采煤對水資源的影響破壞的定量分析

根據我省的情況，采煤過程中的礦井取用水主要包括四部分：一是在井下或采掘作業面利用的礦井排水，包括降塵、注漿用水和被產品帶走的水等；二是排出到地面的礦井水；三是排入采空區，成為無法利用的老窯積水；四是通過斷層、陷落柱、鉆孔、坑道漏失污染其它含水層的水量。

2001年，山西省發改委組織了《煤炭開采對水資源的破壞影響及評價》專題研究，通過對全省5 403個煤礦的實地調查和研究分析，得出了噸煤平均破壞、漏失2.48 m3水資源的結論，第一次全面定量反映了山西采煤對水資源的影響和破壞情況。根據估算，近幾年山西每年因采煤影響破壞污染的水資源量超過15億m3。約占全省水資源總量的1/8。

根據《山西省水資源公報》，2009年山西全省平均降水量492 mm，相當于平水年份，但全年河川徑流量只有47.7億m3，水資源總量85.8億m3，比1980—2000年系列的平均值分別減少了34.5%和21%，這說明山西煤炭開采對水資源的循環條件已經造成非常重大的影響，一部分破壞屬于永久性的，難以恢復的，這將對山西水資源的可持續利用造成不可彌補的影響。

3 關于我省采煤保水的對策與建議

可以說，只要采煤，對水資源特別是對地下水造成影響破壞是不可避免的，但是通過采取嚴格的保護措施和補償修復措施可以控制、減少影響破壞的程度。自1980年開始建設國家能源重化工基地以來，我省陸續采取了一系列對策措施，力圖控制、減輕煤炭開采對水資源的影響破壞，也取得了一定效果。但是必須看到，由于煤炭開采的強度越來越大，帶來的破壞也將越來越大。2010年全省煤礦一天的產量就大體相當于1949年全年的產量（267萬t），“十二五”末將達到10億t。研究、制定、實施加強采煤保水對策措施，保護極其有限的水資源刻不容緩。

3.1 完善水法規，依法保護水資源

針對采煤對水資源的影響破壞，我省采取了一系列措施，制定了《山西省水資源管理條例》《山西省泉域水資源保護條例》等地方法規，劃定了泉域重點保護區和水源地保護區。《山西省泉域水資源保護條例》規定在19個巖溶泉域的重點保護區、省和市確定的重要水源地保護區以及汾河、沁河、桑干河等主要河流源頭保護區禁止新建、改建、擴建煤礦。在一般保護區新建、改建、擴建煤礦項目，須委托具有相應資質的機構進行煤炭生產對水資源的影響評價，編制該建設項目煤炭開采對水資源影響評價報告，報水行政主管部門審查批準。但是《山西省泉域水資源保護條例》只是在泉域范圍內適用，我省19個重點巖溶大泉的泉域總面積為65 613 km2，占全省面積的42%，對于泉域以外采煤對地下水、主要河流、水體、水源地的保護目前仍存在法律法規空白。建議在《山西省水資源管理條例》中增加相應的規定條文。同時明確要求煤礦在投產以前必須制訂采煤保水措施、礦井水處理回用方案以及對水源工程特別是農村飲水工程破壞的補償方案。

3.2 建立健全煤礦水環境影響評價制度

目前我省部分新建、擴建、改建的煤礦項目按照發改、環保、水利部門的要求開展了煤炭開采對水資源影響評價報告的編制、送審，但大部分新建、擴建、改建的煤礦項目沒有按照要求編制煤炭開采對水資源影響評價報告并報水利部門審查，一些項目已經違規開工。已經批準了水環評專項報告的煤礦是否落實了各項采煤保水措施也沒有一個有效的監督考核制度。建議盡快出臺相應規定、制度。

水資源的承載能力是有限的，超過水資源的承載能力進行掠奪式開發就會破壞水資源的可持續利用，導致資源枯竭。目前我省實行的煤礦水環境影響評價制度是針對單個項目的，沒有考慮區域煤炭的開發是否超過水資源的承載能力。例如朔南煤田開發在即，煤田內先后有幾個600萬～1 000萬t級的大型煤礦進行勘探設計，但朔南煤田開發對于桑干河源區及神頭泉會造成多大影響卻沒有一個單位負責進行論證。我認為，應該按照國家規劃環評的有關規定，對大型煤田的開采建立區域水環境影響評價制度。以煤田為單元開展水環境影響評價，論證在桑干河源區及神頭泉不受到嚴重影響的前提下，可以安排多大規模的煤炭開采，布局幾個煤礦，然后再進行單個項目的水環評。在制定全省煤炭發展規劃時，也必須考慮我省水資源的承受能力，進行專項評價。

3.3 加大水資源保護修復補償的投入力度

2007年起，經國務院批準我省開始征收煤炭可持續發展基金，并將生態修復作為基金的使用重點，近幾年來每年大約投入10多億元用于水生態修復。汾河生態修復的資金大部分來源于此。但是由于煤炭開采對水資源破壞的強度已經達到每年15億m3左右，每年新增加的采空區面積上千平方公里，投入的補償資金相比是太不夠了。目前，我省新建的水利工程平均增加1 m3供水能力大約需要20元基建投資，供水運行成本也在2元左右，進一步加大水資源保護修復補償的投入力度是實現水資源可持續利用必不可少的條件。

3.4 建設“山西大水網”調水解困

我省煤炭開采區由于地表水、地下水遭到破壞，產水量減少，供水能力降低，導致水資源承載能力嚴重不足，多數區域平時用水已經很緊張，更缺乏抵御特大干旱的能力。為了保證國家的能源安全，保障山西國民經濟又好又快的發展，必須盡快提高區域及跨區域的水資源配置能力，特別是黃河水的利用能力，補償被破壞的供水能力，滿足轉型跨越發展的水需求，增加抗御特大干旱的能力。

黃河干流自偏關老牛灣流入山西，至垣曲馬蹄窩出山西，流經我省長度965 km，流經忻州、呂梁、臨汾、運城四市的19個縣（市）。黃河干流龍門、三門峽水文站多年平均天然徑流量分別為379億m3，483億m3，水量豐沛，保證率高，為我省實施提黃工程提供了得天獨厚的條件。根據國務院“八七”分水方案，山西省黃河水的可耗用指標為43.1億m3，但2010年全省黃河干流水的利用量只有8億m3。

導致我省供水嚴重短缺、制約經濟社會發展和生態環境改善的主要原因是水源工程建設滯后。

我省興水戰略的總體思路是在豐水年和正常年份，主要使用地表水，科學有效地涵養地下水，使地下水儲量逐步得以恢復。在干旱年份，地表水供給不足的情況下，動用地下水儲備資源予以補充和應急。為了實現這一戰略，需要盡快建設一批地表水骨干調蓄工程。從2007年起經過四年實施，興水戰略取得了決定性勝利。35項應急水源工程已有28項相繼建成并投入運行，地表水供水能力和提引黃河水的能力有了很大提高。我省面臨的主要水問題將由“十一五”時期的攔蓄不足轉為水資源配置能力不足的問題。為了貫徹落實中央一號文件的精神，山西省委、省政府在充分調研的基礎上，于2011年3月啟動了“山西大水網”建設。“山西大水網”是在我省興水戰略35項應急水源工程基本建成，地表水供需宏觀達到平衡的基礎上，通過建設河庫互連互通工程，以解決水資源空間分布不均、地區用水差異較大的問題，在空間和時間上滿足各地區用水需求的工程體系。

“大水網”建設主要是兩大功能：一是將蓄起來的水和黃河干流的水配置到需要水的區域；二是河庫連接后，提高各區域特別是城市和經濟中心區用水的保證率，尤其是特大干旱年份用水的保證率。大水網以縱貫我省南北的黃河北干流和汾河兩條天然河道為主線（兩縱），以建設覆蓋全省六大盆地和主要經濟中心區的十大骨干供水體系（十橫）為骨架，通過連通工程建設，將黃河、汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河這六大河流及各河流上的大中型水庫、泵站相連通，形成“兩縱十橫、六河連通”的供水網絡，使全省總供水能力由目前的63億m3提高到86億m3，水資源開發利用實現由“水瓶頸”向“水支撐”的跨越性轉變。

在高強度開采煤炭資源的同時，采取有效措施保護好水資源，以水資源的可持續利用保障我省轉型跨越發展戰略目標的實現，是我們面臨的重大課題和艱巨任務，我們一定以認真的態度，負責的精神，科學的措施，不懈的工作把這一光榮艱巨的任務完成好。