山西省大同礦區(qū)水環(huán)境分析及水資源保護(hù)

張春燕

(山西省煤炭資源地質(zhì)局)

大同礦區(qū)位于大同市西南部，大同市的大小煤礦均集中在這里，是主要煤炭工業(yè)區(qū)。隨著煤炭資源的不斷開發(fā)，其周圍環(huán)境不同程度地受到了影響，尤其是對(duì)水環(huán)境的影響日漸嚴(yán)重。采煤使礦區(qū)地表水局部滲漏，地下水位下降，采區(qū)已有的水源工程設(shè)施受到破壞，礦坑排水對(duì)環(huán)境又造成了嚴(yán)重的破壞。因此，探討煤炭開采所造成的水環(huán)境問題以及水資源的有效保護(hù)已成為一個(gè)迫切的研究課題。

1 礦區(qū)概況

大同礦區(qū)地處山西省北部—大同煤田內(nèi)，東以口泉山脈與大同斷陷盆地相隔，地貌上屬低山丘陵區(qū)，地形起伏大，溝壑發(fā)育，地表有大面積的第三、四系松散沉積物覆蓋。煤礦主要集中在口泉溝、云岡溝及其兩側(cè)。十里河、口泉溝為本區(qū)的主要水系，也是礦井排水、工業(yè)廢水及生活污水的出口。

本區(qū)屬于半干旱大陸性氣候，晝夜溫差大，降水量小，蒸發(fā)量大，屬缺水地區(qū)。地層自下而上依次為太古界集寧群變質(zhì)巖類、寒武-奧陶系海相碳酸鹽巖類、石炭二疊系和侏羅系含煤地層、白堊系、第三系及第四系地層。整個(gè)區(qū)域呈一倍東走向的不對(duì)稱復(fù)式向斜構(gòu)造，東南翼陡窄，西南翼寬緩。區(qū)內(nèi)除第四系沖積層和基巖風(fēng)化殼含水量相對(duì)豐富外，其下伏中生界、古生界地層，巖石堅(jiān)固結(jié)實(shí)，裂隙巖溶不發(fā)育，巖石一般含水微弱。

2 采煤對(duì)礦區(qū)水環(huán)境及水資源的影響

2.1 水量變化

煤礦開采排水，首先改變了采區(qū)范圍地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，使地下水的流場(chǎng)、流向發(fā)生變化，在“礦井三帶”影響范圍內(nèi)，地下水可以直接流入礦井；其次，局部改變了自然條件下降水與地表水和地下水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，在采區(qū)范圍內(nèi)，“三水”均補(bǔ)給礦坑水；最后，受煤礦開采三帶的影響，導(dǎo)致煤系各含水層發(fā)生了水力聯(lián)系，引起含水層水位下降，水量發(fā)生變化。

從目前各煤礦水文地質(zhì)條件及配水現(xiàn)狀分析，采煤對(duì)水量影響主要表現(xiàn)在：

1) 煤礦長期排水，多數(shù)煤礦未加以綜合利用，造成水資源浪費(fèi)，使礦區(qū)地下水資源更趨緊張。

2) 煤礦開拓過程中，地下水穿透含煤地層向下部礦坑滲透，使上部含水層的水量減少，水位下降，進(jìn)而造成了當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟щy。

3) 由于長期排水形成以礦坑為中心的降落漏斗，使采區(qū)地下水位下降，井泉水量減少，河流徑流量減少或斷流，進(jìn)而影響河流下游的水量正常補(bǔ)給。

4) 煤礦停采后，地下采空區(qū)成為集水空間，形成采空區(qū)積水，同時(shí)各含水層的水位逐漸恢復(fù)。地下采空區(qū)儲(chǔ)水量逐步增加，為今后的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供了新的水源。

5) 礦坑排水除一部分轉(zhuǎn)化為潛流和滲入地下含水層外，另一部分轉(zhuǎn)化為地面水，使得有些原已干枯的河段又出現(xiàn)了水流，如口泉河靠礦坑水補(bǔ)給，當(dāng)?shù)V坑排水停止，河水隨之枯竭。

2.2 水質(zhì)污染

1) 污染來源。礦區(qū)開采煤炭對(duì)水體造成污染的來源有：礦坑排水、固體廢渣、洗選煤廢水以及生活污水。

a) 礦坑排水。煤礦開采時(shí)形成的礦坑水，是受到污染的地下水。煤層中含有P、Cl、As、B、Hg、Pb、Cd、C、Zn等元素，煤層一旦被揭露并和地下水相遇，將發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，如溶濾、離解、氧化等，使煤中一部分元素轉(zhuǎn)移進(jìn)入地下水體或者與地下水反應(yīng)生成新的化合物。根據(jù)礦坑水水質(zhì)抽樣監(jiān)測(cè)資料，礦坑水普遍硬度偏高，PH值偏酸性，部分煤礦礦坑水含有Hg、Cr、As、Co、Zn、Cu元素和氟化物。按照GB8978-88《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB3838-88《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB5749-85《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)礦坑排水水質(zhì)綜合分析評(píng)價(jià)結(jié)果：懸浮物、PH值、Hg、As、氟化物在部分礦井超過GB3838-88和GB5749-85標(biāo)準(zhǔn)要求，但礦坑排水水質(zhì)符合GB8978-88最高允許排放濃度對(duì)水質(zhì)的要求。

b) 固體廢渣。煤炭開采過程中，同時(shí)還有大量的固體廢棄物如煤矸石，在煤炭初選中被剔除掉，煤矸石大量堆積，形成黑灰色人工矸石山丘地貌，既破壞了周圍景觀的和諧，又爭占了耕地，還引發(fā)了多種環(huán)境效應(yīng)。煤矸石長期暴露在空氣中，加快了風(fēng)化進(jìn)程，一方面，煤矸石所含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等成分易氧化自燃，產(chǎn)生大量CO、NO、SO2、H2S，苯并芘等廢氣，對(duì)空氣環(huán)境造成污染；另一方面，大量的有機(jī)質(zhì)成分和可溶性硫化物、重金屬鹽類，甚至某些廢石含有放射性元素等，通過風(fēng)化、大氣降雨淋濾，將進(jìn)入地表水體，并進(jìn)一步下滲到地下水體。

c) 洗選煤廢水。洗選煤是一種對(duì)原煤進(jìn)行潔凈處理的工藝過程，以提高煤炭質(zhì)量和利用效率，除掉部分無效燃燒物質(zhì)和有害元素成分。在利用水進(jìn)行洗濾過程中，可使原煤部分有機(jī)質(zhì)或無機(jī)物含量減少，從而使洗選煤廢水含有大量的懸浮物、重金屬離子和各類浮選劑。

d) 生活污水。礦區(qū)居住人口密集，生活污水排放亦不能忽視。生活污水中一般含有懸浮物或溶解態(tài)的有機(jī)質(zhì)(如纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等)，還含有氮、硫、磷等無機(jī)鹽類和各種微生物。

2) 地表水。十里河和口泉溝為區(qū)內(nèi)的主要水體，而礦區(qū)內(nèi)煤礦多沿河道兩側(cè)分布，因而礦區(qū)地表水的污染亦集中在這兩條河道中。

十里河從西向東橫貫礦區(qū)北部，途經(jīng)東周窯、舊高山、燕子山、四臺(tái)、云岡和晉華宮等礦，最后注入大同平原。沿途接受各大小煤礦礦坑水、洗選煤廢水和生活污水的排入，直至在下游河段，河水水質(zhì)惡化嚴(yán)重，已逐漸成為礦區(qū)內(nèi)一條污河。

口泉溝發(fā)源于左云縣南，貫穿礦區(qū)中北部，途徑王村、挖金灣、雁崖、四老溝、白洞、同家梁和永定莊煤礦，最后流向東部平原。據(jù)資料記載，口泉溝曾常年流水，由于后來煤礦的大規(guī)模開采，河水沿途滲漏而轉(zhuǎn)入地下，基本斷流。目前，河水主要接受沿途各煤礦的礦坑水、洗選煤廢水和生活污水，已屬一條污水排放河道。

3) 地下水。

a) 淺層地下水。受礦井采動(dòng)產(chǎn)生的三帶影響，地表污染水體沿途向下滲和降雨淋濾固體廢渣下滲的速度將加快，必然造成淺層地下水的串層污染，使地下水水質(zhì)向差的方向發(fā)展。

b)深層地下水。由于煤炭的大量開采，煤礦井下水的大量外排，從而引起了地下水位的持續(xù)降低，在采區(qū)范圍內(nèi)，地下水將產(chǎn)生強(qiáng)烈的水文地球化學(xué)效應(yīng)。

首先破壞了地下水的補(bǔ)排平衡，使水巖系統(tǒng)的物理-化學(xué)動(dòng)力均衡產(chǎn)生變化，局部疏干帶的產(chǎn)生擴(kuò)大了固液相間的比例而使系統(tǒng)中相互作用效應(yīng)加劇，特別是氧化作用加強(qiáng)，促使了Ca、Mg轉(zhuǎn)入水中，造成地下水硬度、礦化度增高。其次，由于水位下降改變了地下水徑流條件，使原先物理-化學(xué)環(huán)境中平衡的額定組分遷移規(guī)律發(fā)生變化，特別是具有可變化合價(jià)元素絡(luò)合生成物(Fe、Mn等)在水中遷移活化起來，這些物質(zhì)的氧化不斷地消耗著地下水的氧化-還原電位，致使水中聚集和保持了無氧環(huán)境下運(yùn)移的大量元素。

從礦坑水抽樣化驗(yàn)資料分析表明，采區(qū)周圍地下水硬度和礦化度均偏高，其水中所含元素成分增多。

3 礦區(qū)水環(huán)境變化帶來的問題

3.1 供水緊張

基于礦區(qū)水環(huán)境現(xiàn)狀，目前大同礦區(qū)的生活生產(chǎn)用水不得不利用區(qū)外供水。據(jù)大同煤礦集團(tuán)公司2000年統(tǒng)計(jì)，全公司日供水總量達(dá)12.61萬m3，其中自取水6.4萬m3，外購水6.21萬m3，外購水占供水總量近50%，而且首先滿足生產(chǎn)用水，致使礦區(qū)居民生活用水非常緊張，使大量職工住宅樓水壓不足，農(nóng)村生活用水尚待解決，礦區(qū)供需水矛盾是一個(gè)迫切而艱巨的任務(wù)，必須盡快采取合理有效的措施。

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損

煤炭開采排水，造成地下水位下降，地面裂縫和塌陷等現(xiàn)象的發(fā)生，造成部分水源工程破壞，使礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和農(nóng)村人畜吃水困難。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)范圍內(nèi)因采煤而造成的水源工程報(bào)廢有10多處，有200多個(gè)村莊缺水和近萬畝水澆地灌溉水短缺。煤炭開采排水是主要原因之一。

3.3 生態(tài)環(huán)境退化

礦區(qū)為低山丘陵地貌，地表植被稀疏，屬生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。采煤不僅造成地表塌陷和地面沉降，而且使近地表潛水水位下降，泉水流量減少或斷流，草木吸收水分不足，水土流失嚴(yán)重，從而加重了自然生態(tài)環(huán)境的退化。

4 水環(huán)境問題治理與水資源保護(hù)對(duì)策

隨著大同礦區(qū)人口的急劇增長，煤炭工業(yè)的深化改革和企業(yè)規(guī)模的壯大，水資源短缺和水環(huán)境問題已成為一個(gè)越來越突出的矛盾，為了有效地保護(hù)水資源，改變礦區(qū)水環(huán)境現(xiàn)狀，大同市政府及大同煤礦集團(tuán)公司必須從可持續(xù)發(fā)展的新理念出發(fā)，做好水資源可持續(xù)開發(fā)利用的應(yīng)變對(duì)策。既要有遠(yuǎn)期打算，又要有近期規(guī)劃，還要做好現(xiàn)期布局的調(diào)整和轉(zhuǎn)變。

4.1 引黃入晉工程

從大同礦區(qū)的水文地質(zhì)條件分析，作為唯一地下取水目的含水層-第四系沖積層，不論在丘陵山區(qū)還是在大同盆地，已無更大的開發(fā)前景。大同礦區(qū)一直以平原區(qū)的兩大水源地(時(shí)莊和下窩寨)供水，現(xiàn)有資料分析表明，大同平原區(qū)因地下水的超量開采，已形成了大小不一的地下水降落漏斗，其范圍在不斷擴(kuò)大，水位在持續(xù)下降，同時(shí)由此而帶來了諸多的環(huán)境問題，如地面沉陷、地表裂隙等。

引黃入晉工程的實(shí)施，可大大地緩解大同市的供水緊張局面，從而使大同礦區(qū)的供需水矛盾得以根本改變。該工程從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)出發(fā)，以期推進(jìn)大同礦區(qū)乃至大同市工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和城市化建設(shè)的布局。但該工程的實(shí)現(xiàn)還需要一定的時(shí)間，同時(shí)還要做好環(huán)境影響可行性評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)成本的合理化工作。

4.2 煤炭工業(yè)發(fā)展的整改

大同礦區(qū)要推進(jìn)今后煤炭工業(yè)的有序發(fā)展，必須以可持續(xù)發(fā)展為戰(zhàn)略指導(dǎo)方針，既要開發(fā)煤炭資源，又要注重保護(hù)環(huán)境，尤其是要深入開展水環(huán)境的優(yōu)化治理和水資源的系統(tǒng)管理，如制定相應(yīng)的水資源保護(hù)法規(guī)，采區(qū)適宜的水環(huán)境治理方法和改良措施。具體而言，如建立污水處理設(shè)施，對(duì)礦坑排水、洗選煤廢水處理后排放；規(guī)劃煤矸石固體廢棄物堆放場(chǎng)地，采取相應(yīng)的防滲措施，推進(jìn)利用煤矸石發(fā)電和制作建材等。

4.3 開發(fā)新的取水水源

為了緩解大同礦區(qū)近期的供水緊張狀況，大同礦區(qū)應(yīng)探尋新的供水水源，開展相應(yīng)的勘察和研究工作。

1) 口泉南巖溶水的開發(fā)。據(jù)以往勘探資料，口泉南部寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶發(fā)育，儲(chǔ)存的巖溶水具有一定的開發(fā)價(jià)值。

2) 采空區(qū)積水的利用。大同礦區(qū)煤炭開采所形成的采空區(qū)遍布，部分采空區(qū)內(nèi)積水面利于地下水的匯集而形成采空區(qū)積水。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)積水面積分布較廣，積水量較大，并具一定的分布貯存特征，且采空區(qū)積水經(jīng)適當(dāng)?shù)奈锢砗突瘜W(xué)方法處理后，可以滿足工業(yè)用水或農(nóng)業(yè)灌溉用水的標(biāo)準(zhǔn)。因此，大同礦區(qū)應(yīng)深入開展采空區(qū)積水的探測(cè)和分析研究，進(jìn)一步確定其分布范圍和積水規(guī)模，并將地下采空區(qū)積水作為一個(gè)“地下水庫”，納入系統(tǒng)化的管理，一方面可以作為新的取水水源，另一方面可以為煤炭的進(jìn)一步開采提供防治水害的可靠依據(jù)，避免突水事故的發(fā)生。

4.4 水資源保護(hù)的認(rèn)識(shí)

從大同礦區(qū)水環(huán)境問題和水資源供求現(xiàn)狀分析，要徹底改變現(xiàn)狀，不僅是一個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的問題，更重要的是一個(gè)思想觀念轉(zhuǎn)換的過程。

首先，當(dāng)?shù)卣I(lǐng)導(dǎo)要具有環(huán)保意識(shí)，要綜觀全局，著眼未來，在制定地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策的同時(shí)，應(yīng)充分考慮到水資源的保護(hù)和管理，并積極開展對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)如何協(xié)調(diào)的大討論。

其次，由當(dāng)?shù)卣疇款^，在地方群眾中大力加強(qiáng)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約用水的宣傳和教育，使每一個(gè)人都有緊迫感責(zé)任感，在思想意識(shí)上樹立關(guān)愛生存環(huán)境，珍惜每一點(diǎn)水的新理念。

最后，充分發(fā)揮地方政府的監(jiān)管職權(quán)，正確處理好地方經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展與有效保護(hù)環(huán)境的關(guān)系，調(diào)整地方經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)環(huán)境防污治本的力度。

5 結(jié)束語

大同礦區(qū)煤炭的開發(fā)，在國家的能源建設(shè)中占舉足輕重的地位，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但隨著煤炭的逐年開采，卻給礦區(qū)帶來了水環(huán)境惡化、水資源匱乏等諸多問題。如何協(xié)調(diào)煤炭工業(yè)的長足有序發(fā)展和環(huán)境的有效保護(hù)，是大同礦區(qū)相關(guān)部門目前主要探討的課題，尤其在水環(huán)境現(xiàn)狀治理方面和水資源保護(hù)及開發(fā)利用方面，應(yīng)相應(yīng)制定優(yōu)化對(duì)策和改良措施，這是緩解水資源供需矛盾，保持工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的必然選擇。

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