神府礦區(qū)水資源利用與保護(hù)及其調(diào)控對(duì)策

劉 梅,王美英,秦東峰

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué),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(qū)蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源,已探明儲(chǔ)量近千億噸,已發(fā)展成為我國特大型煤田開發(fā)基地。在目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,能源危機(jī)日益加重的情況下,榆神府煤田的戰(zhàn)略地位越來越重要,是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保障。

礦區(qū)地勢(shì)西北高,東南低,西北部為毛烏素沙漠邊緣,地勢(shì)較平坦,東南部為黃土丘陵溝壑區(qū),東部黃河沿岸為土石山區(qū)。該區(qū)土地沙化嚴(yán)重,干旱、洪水、大風(fēng)、沙暴災(zāi)害頻繁,地形支離破碎,植被稀疏,生態(tài)環(huán)境極其脆弱。工農(nóng)業(yè)用水矛盾突出,水資源成為制約陜北能源基地發(fā)展的重要因素,成為政府、公眾及學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題。由于煤炭的開采使上覆含水層地下水涌入礦井,引發(fā)水系破壞,既使水資源浪費(fèi),也產(chǎn)生其他方面的生態(tài)環(huán)境問題。因此,保護(hù)好地下水資源,維持其可持續(xù)利用意義重大。本文在收集查閱榆神府礦區(qū)水資源方面文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,從水資源、水環(huán)境角度分析礦區(qū)水資源供需平衡,探究降水、地下水及其他水資源的相互轉(zhuǎn)化和組成結(jié)構(gòu),以求服務(wù)于礦區(qū)水資源的保護(hù)與合理利用。

1 水資源現(xiàn)狀分析

本區(qū)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(qū)外調(diào)水。根據(jù)區(qū)內(nèi)三測(cè)站的觀測(cè)資料,結(jié)合實(shí)際調(diào)查分析,礦區(qū)水資源總量為4.95億m3[1],去掉潛水蒸發(fā)量和開采的重復(fù)量,實(shí)際可開發(fā)基流水資源量為3.22億m3。在礦區(qū)大規(guī)模開發(fā)以前,利用水量僅占總徑流量的14%,據(jù)2008年神木和府谷水利工程供水、用水資料統(tǒng)計(jì),實(shí)際地表水源用水與地下水源用水總量已經(jīng)達(dá)到 1.15億 m3,占可開發(fā)基流水量35%。工業(yè)用水、城鎮(zhèn)用水迅速增長,平均每年增長13%。塌陷對(duì)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(shì)與河流水資源

該區(qū)地處黃土高原和毛烏素沙漠的過渡地帶,年降水量低,該區(qū)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(duì)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(duì)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(shì)。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(shí)年內(nèi)降水量更加集中。區(qū)內(nèi)降水量年際變化大,河川徑流年內(nèi)分配不均。按水文站觀測(cè)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(qū)內(nèi)分布3條黃河一級(jí)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(jīng)府谷東南沿線,成為沿岸城鎮(zhèn)、工礦豐富的過境河。本區(qū)地表水系不發(fā)育,河水補(bǔ)給主要是降水,占70%,地下水補(bǔ)給占30%。河水流量季節(jié)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(jù)多年的勘測(cè)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(xiàn)代溝谷沿岸,且富水性不均一,可做為臨時(shí)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(qū)水文地質(zhì)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(qū)內(nèi)分布著大面積燒變巖,神木北部礦區(qū)燒變巖主要分布于窟野河及各支溝沿岸。禿尾河西側(cè)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(dāng)燒變巖上有大面積薩拉烏蘇組的穩(wěn)定補(bǔ)給條件,就可形成良好儲(chǔ)水構(gòu)造,富水性為強(qiáng)或極強(qiáng)。僅神北礦區(qū)和榆神礦區(qū),燒變巖分布達(dá)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(zhuǎn)化補(bǔ)給。其特點(diǎn)是含水面積小,補(bǔ)給面積相對(duì)大,富水性強(qiáng)。在地形切割到地下水位線時(shí),燒變巖地下水形成下降泉自然排泄,本地區(qū)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(zhì)優(yōu)良[5]。

1.2.2 薩拉烏蘇組地下水 礦區(qū)用水主要取自第四紀(jì)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(bǔ)給。大量的水文地質(zhì)資料表明,薩拉烏蘇組是本區(qū)唯一具有供水前景的含水層。根據(jù)含水層的連續(xù)性及地下水的賦存特征,將其劃分為兩個(gè)單元,即神北區(qū)小型盆地型地下水和榆神區(qū)大型盆地型地下水。

神北區(qū)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(diǎn)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(qiáng)。榆神區(qū)大型盆地型地下水,一般每個(gè)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(diǎn)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(zhì)單元看,西北中上游地區(qū)為沙蓋區(qū),地下水資源較豐富,為地下水補(bǔ)給區(qū),東南為黃土梁峁溝谷區(qū),溝谷縱橫,地表徑流發(fā)育,為地下水溢流區(qū),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(qū)提供了豐富的地表水。

2 神府地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀

2.1 采煤塌陷對(duì)地下水的影響

據(jù)調(diào)查整個(gè)榆林市的采空區(qū)面積已達(dá)320 km2,僅神木一個(gè)縣的采空區(qū)面積就達(dá)99.12 km2,現(xiàn)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(gè)煤礦區(qū)發(fā)生了地面塌陷,當(dāng)?shù)氐乃吹毓瓬?、雙溝、母河溝等泉流量受到嚴(yán)重影響,僅神木縣目前已有20多個(gè)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?？咭昂訌?989-2001年流量減少非常明顯,已多次出現(xiàn)斷流,現(xiàn)今窟野河變成了一年2/3以上時(shí)間斷流的季節(jié)河。補(bǔ)連塔煤礦,采礦活動(dòng)引起地下水位大面積下降,造成補(bǔ)連河干涸。據(jù)統(tǒng)計(jì),神木縣目前有數(shù)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(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

2.2 礦坑水資源及利用途徑

神木縣2005年產(chǎn)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(shù)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(shè)大型礦坑水處理廠,其它煤礦浪費(fèi)了大量的水資源。

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

2.3 礦區(qū)用水需求在逐年增加

隨著礦區(qū)的大規(guī)模開發(fā),人口的增長,工業(yè)用水、城鎮(zhèn)用水迅速增長,以府谷、神木縣水利部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(yè)用水和城鎮(zhèn)用水增長較快,農(nóng)灌用水小幅增長,由于城鎮(zhèn)化發(fā)展快,盡管農(nóng)村引水工程得到較大的發(fā)展,但是農(nóng)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(yè)、城鎮(zhèn)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(diǎn)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(hù)利用水資源的思路與對(duì)策

以上的分析表明,在榆神府礦區(qū),煤炭資源開發(fā)對(duì)地表水和地下水的影響成為礦區(qū)最主要的環(huán)境地質(zhì)問題,給塌陷區(qū)村民的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活造成了一定的困難。大型煤礦對(duì)采礦塌陷、礦區(qū)綠化、煤矸石堆場(chǎng)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(tài)環(huán)境保護(hù)的建設(shè)資金,累計(jì)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(huán)境治理力度。工礦、企業(yè)、城鎮(zhèn)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(shè)用水,建議合理開發(fā)這部分寶貴的水資源。保護(hù)好礦區(qū)的水資源,使其得以可持續(xù)利用,對(duì)于保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)至關(guān)重要,就此,可考慮采取以下對(duì)策措施：

(1)要認(rèn)真吸取礦區(qū)以往煤炭資源大規(guī)模開發(fā)中水的教訓(xùn),運(yùn)用生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理方面的成功經(jīng)驗(yàn),優(yōu)先開發(fā)對(duì)水資源、生態(tài)環(huán)境影響不大地區(qū)的煤炭資源,避免過早或過大地破壞地下水含水層系統(tǒng),影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活及生態(tài)用水。

(2)繼續(xù)優(yōu)化大型煤礦對(duì)生態(tài)環(huán)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(bǔ)礦山生產(chǎn)用水的緊張狀況,同時(shí)減輕污水排放對(duì)環(huán)境的破壞。

(3)動(dòng)態(tài)研究礦區(qū)水環(huán)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(cè)網(wǎng)站,積累資料,研究開采后水資源變化規(guī)律以及大氣降水、地不水、地表水轉(zhuǎn)化規(guī)律,分析區(qū)內(nèi)水量平衡,以及中、長期缺水狀況。

(4)針對(duì)本區(qū)惡劣的自然環(huán)境,水資源保護(hù)應(yīng)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展,節(jié)約用水,綜合防治。建議本區(qū)建設(shè)大、中型水庫,調(diào)節(jié)洪水,引洪供水。繼續(xù)落實(shí)退耕還林還草國策,增加植被,改善生態(tài)環(huán)境,走綜合防治與水資源可持續(xù)利用之路。

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