淺談礦山開采環(huán)境影響評(píng)價(jià)地下水水位預(yù)測(cè)

宮玉奎，李朝長(zhǎng)

（1.核工業(yè)天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241000）

淺談礦山開采環(huán)境影響評(píng)價(jià)地下水水位預(yù)測(cè)

宮玉奎*1，李朝長(zhǎng)2

（1.核工業(yè)天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241000）

通過(guò)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析，確定地下水含水層、隔水層、地下水補(bǔ)、徑、排關(guān)系，研究其分布規(guī)律及特征，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型空間關(guān)系，預(yù)測(cè)地下水于礦山開采條件下，影響半徑、影響值及地下水位變化地段水位值，從而達(dá)到地下水環(huán)境影響的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，制定相應(yīng)的措施。

地下水水位；影響半徑；含水層、隔水層；環(huán)境影響

1 礦山概況

礦區(qū)位于低山丘陵地段，地形北東高、中部低，呈一北西走向溝谷地形，最高點(diǎn)為西北部山脊，標(biāo)高716.80m，最低點(diǎn)為南東部的溝谷出口，標(biāo)高568m，相對(duì)高差148.8m。地形切割中等，自然坡度一般為15°～25°，局部沖溝邊坡達(dá)35°。周邊地表水系不發(fā)育。礦山范圍內(nèi)為荒山和林地，無(wú)農(nóng)田和居民點(diǎn)分布，外圍居民點(diǎn)位于北部低緩溝谷區(qū)，最近距礦山為6km。

全年氣候資源豐富，春末夏初多雨，秋多干旱，冬多寒霜，年平均氣溫19.6℃～20.4℃，最冷月(1月)平均氣溫9.311.0℃，最熱月(7月)平均氣溫27.4℃～28.7℃，年極端最高氣溫38.3℃～41.0℃，年極端最低氣溫-6.0℃～-4.0℃，無(wú)霜期300～315d，年降水量1500～1900mm，全年≥0.1mm降水日數(shù)160～180d。

2 礦山地質(zhì)條件

本區(qū)包氣帶巖性由第四系殘坡積粉質(zhì)粘土、沖洪積砂土與新近堆填的填土組成。

2.1 土層結(jié)構(gòu)

（1）填土，由殘坡積粉質(zhì)粘土、全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖或砂巖、塊石、及建筑垃圾等組成，為近10年堆填，結(jié)構(gòu)不均勻，松散，未壓實(shí)，層厚為0～3m，平均厚度大于2.5m。

（2）粉質(zhì)粘土，主要分布于低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂組成，為原巖劇烈風(fēng)化殘積坡積形成，結(jié)構(gòu)較均勻，層厚為2～6.2m，平均厚度大于4.7m。

（3）礫砂土，主要分布于礦區(qū)外圍北側(cè)低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂組成，為沖洪積形成，結(jié)構(gòu)不均勻，層厚2.5～5.0m。

2.2 含水巖組

（1）第四系松散巖類孔隙含水巖組：零散分布于礦區(qū)及其外圍的緩坡溝谷地帶，由第四系砂礫石層等組成的沖洪積層，厚約2.5～5m。該層結(jié)構(gòu)松散，透水性較好，富水性較差，無(wú)泉水出露，屬弱含水層，為孔隙水，主要靠大氣降雨補(bǔ)給。由于地形坡度較大，有利于孔隙水的自然排泄。

（2）碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組：由石炭系下統(tǒng)石蹬子組（C1s）灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖組成，主要為巖溶裂隙水，民窿坑道中沿節(jié)理裂隙有滴水，坑道流量為0.2～＞1.0L/s。該層單位涌水量為0.4～0.56 L/s·m（鉆孔SHK5抽水試驗(yàn)過(guò)程中降深為10m時(shí)，涌水量為4.0L/s，降深為3.77m時(shí)，涌水量為2.08L/s），滲透系數(shù)為0.85～1.15m/d。按鉆孔單位涌水量富水性中等。該層淺部+600m標(biāo)高以上為強(qiáng)溶蝕段，富水性強(qiáng)—中等，導(dǎo)水性強(qiáng)，連通性好。

（3）變質(zhì)巖類裂隙含水巖組：為矽卡巖、大理巖，其含水性、富水性較弱，主要為風(fēng)化裂隙水，坑道流量為0～0.30L/s。

（4）花崗巖風(fēng)化裂隙含水巖組：巖性為細(xì)粒、細(xì)中粒斑狀黑云母花崗巖，淺部巖石風(fēng)化節(jié)理裂隙較發(fā)育，含弱裂隙水。

2.3 隔水層

第一組為第四系粘土層，由粘土、粉質(zhì)粘土及少量碎石等組成的殘坡積土，厚約2～5m。第二組為燕山第四期花崗巖，巖性為細(xì)粒、細(xì)中粒斑狀黑云母花崗巖，裂隙不發(fā)育，不含水，為隔水體。第三組為石炭系下統(tǒng)石蹬子組砂頁(yè)巖，巖性為砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、鐵質(zhì)砂巖、粉砂巖，薄層炭質(zhì)頁(yè)巖及薄層煤，厚度穩(wěn)定，不含水，為隔水體。

3 地下水水位測(cè)量

地下水水位選礦區(qū)內(nèi)代表性鉆孔，分別于枯水期與豐水期測(cè)量。

4 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

表1 地下水水位、水溫觀測(cè)結(jié)果

大氣降水的補(bǔ)給：它是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給方式。地表無(wú)水體，大氣降雨多順沖溝流走，對(duì)地下水的補(bǔ)給較差。礦區(qū)雨水入滲補(bǔ)給量的大小受地勢(shì)、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及水土保持狀況等影響很大，表現(xiàn)為地形起伏明顯、坡度陡、植被條件差，降水后易產(chǎn)生地表徑流，入滲補(bǔ)給量較小。地表徑流的補(bǔ)給：在礦區(qū)開采范圍外的北部地區(qū)，第四系沖洪積砂礫土較發(fā)育，地表水徑流會(huì)在該區(qū)域有一定的補(bǔ)給。地下徑流補(bǔ)給：受各含水層儲(chǔ)水條件（或水壓力狀態(tài)）的改變及隔水層厚度變化和礦區(qū)范圍內(nèi)接觸帶構(gòu)造的影響，各主要含水層之間常常發(fā)生水力聯(lián)系，形成含水層之間的補(bǔ)給。礦區(qū)地層與構(gòu)造簡(jiǎn)單，大范圍內(nèi)地下水水力聯(lián)系較差，往往分割成若干區(qū)域性地下水單元。礦區(qū)地下水和地表水運(yùn)動(dòng)方向大體一致。地下水徑流方向受地層坡度和巖層傾向影響，由W、E向中部溝谷匯聚，在分水嶺附近分別向NW、SE徑流。礦體分布于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，礦床水文地質(zhì)類型屬于弱裂隙充水礦床。在礦山開采條件下，開采排水成為礦區(qū)地下水排泄的唯一途徑。

5 地下水環(huán)境影響半徑計(jì)算

計(jì)算模型：根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ610-2011)，區(qū)域地下水均為潛水或微承壓水，影響半徑可采用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：R——影響半徑，m；

S——水位降深，m；

H——潛水含水層厚度，m；

K——含水層滲透系數(shù)，m/d。

根據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)環(huán)境水文地質(zhì)勘查礦區(qū)潛水含水層平均厚度30m，含水層滲透系數(shù)為1.14m/d，水位平均降深30m，計(jì)算得影響半徑為496m、項(xiàng)目開采至+550m標(biāo)高時(shí)，水位降深60m，計(jì)算得影響半徑為992m。

6 水位影響分析計(jì)算

影響地下水位過(guò)程主要在采礦過(guò)程中坑道涌水導(dǎo)致地下水位下降。根據(jù)水文地質(zhì)勘查報(bào)告，礦區(qū)及周圍水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，可采用解析法分析本項(xiàng)目對(duì)地下水水位影響。

潛水層水位影響計(jì)算公式可采用下式：

式中：H0——潛水含水層初始厚度，m；

h——預(yù)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定含水層厚度，m；

k——含水層滲透系數(shù)，m/d；

i——開采井編號(hào)，1～n；

Qi——第i號(hào)井開采量，m3/d；

ri——預(yù)測(cè)點(diǎn)到第i號(hào)井的距離，m；

Ri——第i號(hào)井的影響半徑，m。

由于本項(xiàng)目簡(jiǎn)化為群井模式，上式簡(jiǎn)化為：

抽水井做3個(gè)落程，最大降深S1為10m，抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間不少于8h，停泵后觀測(cè)恢復(fù)水位，記錄有關(guān)試驗(yàn)參數(shù)。單井的抽水試驗(yàn)，三次降深分別為10m、6.68m、3.77m。抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)資料，繪制q=f(s)關(guān)系曲線，綜合分析，q=f(s)關(guān)系曲線屬Ⅲ類曲線，區(qū)內(nèi)地下水抽水試驗(yàn)表明地下水類型為潛水型。按有關(guān)規(guī)范，單井抽水最大涌水量取S=0.5H，根據(jù)水文地質(zhì)條件及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，單井最大涌水量取210m3/d。

抽水試驗(yàn)按潛水非完整井公式計(jì)算含水層的滲透系數(shù)k，公式如下：

式中：k——滲透系數(shù),m/d；

Q——涌水量，m3/d；

L——過(guò)濾器長(zhǎng)度，m；

S——水位降深，m；

r——抽水井半徑，m。

圖1 SHK5抽水試驗(yàn)Q-S曲線圖

7 水位結(jié)果預(yù)測(cè)

根據(jù)水文地質(zhì)勘查報(bào)告，潛水含水層平均厚度30m，滲透系數(shù)為1.14m/d，水位平均降深30m，依式計(jì)算得影響半徑為496m、項(xiàng)目開采至+550m標(biāo)高時(shí)，水位降深60m，計(jì)算得影響半徑為992m。影響半徑取1000m，礦坑涌水量取500m3/d，依式（3）計(jì)算礦區(qū)周圍10個(gè)點(diǎn)，采礦期地下水水位值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

8 總結(jié)

礦坑涌水位于第一個(gè)隔水層以下，礦坑涌水排水不會(huì)導(dǎo)致地表土壤層孔隙水減少，基本不影響地表植被生長(zhǎng)。坑采對(duì)地下水的影響小，未產(chǎn)生地下水疏干作用，對(duì)生態(tài)影響小，不會(huì)對(duì)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境、景觀環(huán)境造成重大威脅。由表2可知，礦坑涌水量較小(僅500t/d)，采礦期間，地下水實(shí)際下降較少，預(yù)測(cè)點(diǎn)地下水位下降最多1.2m。

表2 地下水水位預(yù)測(cè)結(jié)果

地下水影響主要是礦坑涌水導(dǎo)致地下水位下降影響。閉礦后，將對(duì)坑道內(nèi)涌水處進(jìn)行封堵，礦坑涌水量將減弱，對(duì)地下水水位影響將低于采礦期影響。

9 體會(huì)

采礦時(shí)對(duì)地下水影響主要為礦坑涌水導(dǎo)致地下水水位下降，礦坑涌水水量較小(500t/d)，采礦過(guò)程中對(duì)地下水水位影響較小，離礦區(qū)邊界60m處地下水水位最大降深僅1.2m。該項(xiàng)目地下水環(huán)境保護(hù)措施主要為采坑內(nèi)對(duì)涌水點(diǎn)及時(shí)封堵，減少礦坑涌水量，防止地下水水位大幅下降。建設(shè)單位應(yīng)建立和完善水環(huán)境監(jiān)測(cè)制度，對(duì)采礦區(qū)、選礦區(qū)、尾礦庫(kù)下游地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地下水監(jiān)測(cè)每年至少兩次，分豐水期和枯水期進(jìn)行，重點(diǎn)區(qū)域和出現(xiàn)異常情況下應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻率。

[1]HJ610—2011環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—地下水環(huán)境[S].

[2] 中華人民共和國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)法[S].

[3]GB50027供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[4]YS5215-2000抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]西安礦業(yè)學(xué)院數(shù)學(xué)教研室編著，數(shù)學(xué)地質(zhì)基礎(chǔ)與方法[M].煤炭工業(yè)出版社，1979.

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A

1004-5716(2015)02-0098-03

2014-03-11

2014-03-14

宮玉奎（1963-），男（漢族），天津人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)與環(huán)境工程地質(zhì)工作。