西石門鐵礦環(huán)境水文地質(zhì)分析與評價(jià)

文孝貴

(河北省西石門鐵礦,河北 邯鄲 056303)

西石門鐵礦環(huán)境水文地質(zhì)分析與評價(jià)

文孝貴

(河北省西石門鐵礦,河北 邯鄲 056303)

通過分析西石門鐵礦環(huán)境水文地質(zhì)特征,依據(jù)水環(huán)境污染綜合評價(jià)指數(shù)方法對礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀進(jìn)行了評價(jià)。簡要闡述了礦區(qū)生產(chǎn)和老窿水的存在對地下水資源造成的影響,礦區(qū)井巷工程在地下水位以下施工后地下水環(huán)境的一些變化趨勢及初步預(yù)防措施,為將來礦區(qū)深部生產(chǎn)過程中提供了參考資料。

環(huán)境水文地質(zhì);西石門鐵礦;老窿水;質(zhì)量評價(jià)

0 引言

西石門鐵礦位于太行山東麓丘陵區(qū)之武安盆地西側(cè),周圍被閃長巖體所包圍,是一個(gè)老礦山,屬于大型磁鐵礦床,建礦已有 39年歷史,現(xiàn)階段該礦已進(jìn)入了深部開采階段,深部開拓工程正在逐步實(shí)施。通過遍布全礦區(qū)建礦初期的 200多個(gè)鉆孔和現(xiàn)階段新增加 50多個(gè)鉆孔資料可以看出,礦區(qū)四周基本為閃長巖體所包圍,底部火成巖封閉,石灰?guī)r體近南北延伸并向東傾伏于礦山巖體之中,區(qū)內(nèi)石灰?guī)r體僅通過西北、東北及南部“口子”與區(qū)域石灰?guī)r體相連,天然條件下礦區(qū)地下水主要接受馬河及大氣降水的垂向補(bǔ)給,通過三個(gè)“口子”向區(qū)外流泄,礦區(qū)為一相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。本文通過分析研究該區(qū)已有的環(huán)境水文地質(zhì)資料,結(jié)合礦區(qū)深部開拓工程開展以來新收集的環(huán)境水文地質(zhì)數(shù)據(jù),進(jìn)行了礦區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)和深部開拓工程施工后的一些趨勢,為將來礦區(qū)環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理,保障礦山生產(chǎn)生活供水奠定基礎(chǔ)。

1 礦區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)特征

本區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū),夏季炎熱,冬季寒冷,多年平均降水量 546.1mm,最大年降水量 1 374mm(1963),最小年降水量 243.6mm(1986),多年平均蒸發(fā)量為 1 808mm;歷年降水量年際變化大,年內(nèi)分配不均,7、8、9三個(gè)月占全年降水量的 70%以上。豐水年和枯水年呈周期性變化,一般7～11年出現(xiàn)一個(gè)周期。目前,礦山開采標(biāo)高 +40 m,正常涌水量為 12 000m3/d左右。深部開拓工程的疏干工程主要是在 -120m水平展開,目的是將地下水位疏干至 -80 m水平以下,為西石門鐵礦深部開采提供條件。

馬河于鎖會(huì)彎從西向東進(jìn)入礦區(qū),至一線附近折向東南,經(jīng)西石門村東流出礦區(qū)。河床標(biāo)高 +265～+285 m,平均坡度千分之六左右。河床寬度 300～700 m,平均 504 m,河床切割深度 15～20 m,沉積物為洪沖積的砂礫石層,厚度3.5～20m。河床在西北地段切過灰?guī)r,其第四系直接覆蓋于奧陶系灰?guī)r之上,長達(dá) 2100 m。馬河為一間歇性河流,平時(shí)干涸,唯洪水期有短暫徑流。1973年最大流量 72.9m3/s,流經(jīng)石灰?guī)r地段漏失量達(dá) 4萬 m3/d以上。1987年西石門鐵礦對馬河進(jìn)行了鋪底,并于 2005～2008年又陸續(xù)對馬河進(jìn)行了綜合治理,取得了顯著的效果。

80年代以后,隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和礦山開發(fā),區(qū)域地下水開采量逐漸增大,地下水位下降,三個(gè)“口子”或者封閉或者聯(lián)系微弱,礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水聯(lián)系微弱。

礦區(qū)含水層主要有奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r含水層、第四系河床砂礫石潛水含水層及閃長巖風(fēng)化裂隙潛水含水層,其中,奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r含水層為主要含水層,基底閃長巖、第四系黃土及冰積泥礫層為相對隔水層。

2 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)

通過進(jìn)行環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查,獲取地下水調(diào)查分析資料。監(jiān)測項(xiàng)目包括 pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物 、砷、汞 、鉻 (六價(jià) )、總硬 度、鉛、氟、鎘、鐵 、錳 、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物等。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行單項(xiàng)組分評價(jià)和綜合評價(jià)。

2.1 評價(jià)計(jì)算

首先,根據(jù)西石門鐵礦地下水的基本特征和所獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)情況,依據(jù)我國 1993年制訂的地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848-93),將地下水分為五類。本次研究主要數(shù)據(jù)為 8個(gè)水樣分析成果,其中 S4、S7和 S8是確認(rèn)受老窿水影響的地下水樣。通過分析確定,對其中所監(jiān)測的 pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉻(六價(jià))、總硬度、鉛、氟、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)等單項(xiàng)組分進(jìn)行了分類。分類結(jié)果見表 1。

按式(1)和式(2)計(jì)算各水樣的綜合評分值 F。

本次采用 8個(gè)水樣的測試成果進(jìn)行計(jì)算和評價(jià)。在確定各單項(xiàng)組分所屬的質(zhì)量類別后,參照地下水質(zhì)單項(xiàng)組分評價(jià)分值,分別給予單項(xiàng)組分評價(jià)分值 Fi。(表 1、表 2)

2.2 結(jié)果評述

在本次評價(jià)中,通過計(jì)算獲得 8個(gè)水樣的綜合指數(shù),以綜合指數(shù) 4.25為臨界值,用來進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量分級(jí)(表 3、表4)。

從評價(jià)地下水環(huán)境質(zhì)量可以看出,除 S1水質(zhì)為良好外,其它各水樣中,6個(gè)水質(zhì)較差,1個(gè)水質(zhì)極差。礦區(qū)地下水的總硬度、硫酸鹽普遍超標(biāo),地下水為鍋垢很多、軟沉淀物、不起泡或半起泡、半腐蝕性 -腐蝕性水,水質(zhì)的化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg或 HCO3·SO4-Ca· Mg型。受老窿水影響的地下水,水質(zhì)分析成果中顯示亞硝酸鹽含量比未受老窿水影響的地下水高,而總硬度相比較有所降低,但仍屬于總硬度和硫酸鹽超標(biāo)的地下水。

受老窿水影響的地下水不能夠作為飲用水使用,但經(jīng)處理后仍能作為工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水。未受老窿水影響的地下水,經(jīng)處理后可以綜合利用。

礦山開采近 30年以來,礦區(qū)已成為一個(gè)相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元,與區(qū)域性水文地質(zhì)單元聯(lián)系甚微,構(gòu)成了一個(gè)孤立的地下水系統(tǒng)。礦區(qū)可使用的供水水源井共有 11口,供水水源井的水位標(biāo)高均在 0m水平左右,水泵的置泵標(biāo)高在-40～-155m之間,其中 6個(gè)在 -95m(含)以上。礦區(qū)供水水源井均未受到老窿水的影響。

表1 單項(xiàng)組分質(zhì)量類別

表2 地下水質(zhì)單項(xiàng)組分評價(jià)分值(Fi)

表3 評價(jià)指數(shù)計(jì)算結(jié)果表

表4 分級(jí)結(jié)果表

3 水環(huán)境變化趨勢預(yù)測

3.1 水質(zhì)的變化

隨著開采深度的加大,加之疏干后引起的水位下降,以及礦區(qū)所在的區(qū)域地下水系統(tǒng)地下水位的整體下降,必然導(dǎo)致礦區(qū)接受區(qū)域地下水補(bǔ)給的進(jìn)一步減少,礦區(qū)現(xiàn)有的地下水循環(huán)系統(tǒng)會(huì)被打破,從而形成一個(gè)更為孤立單一的地下水系統(tǒng)?？傆捕?、溶解性總固體將受這一因素的影響而增大。

礦井開發(fā)過程中,配套生產(chǎn)設(shè)施和相應(yīng)生活設(shè)施的持續(xù)運(yùn)行,導(dǎo)致區(qū)內(nèi)污水產(chǎn)出將會(huì)進(jìn)一步累積。一般其組成大致有以下幾個(gè)部分:礦井廢水、選廠及排尾產(chǎn)生的污水、生活污水和醫(yī)院廢水等。目前礦山已建立了多個(gè)污水處理池,各類污水中,選廠和排尾產(chǎn)生的污水循環(huán)利用率已達(dá)到 90%;生活污水和醫(yī)院污水經(jīng)處理后也被用作生產(chǎn)用水,其利用率達(dá)到 60%左右;礦井廢水則絕大多數(shù)進(jìn)入了地下含水層,其成為區(qū)內(nèi)主要的污水累積項(xiàng)。礦井廢水的主要污染物為巖粉、爆炸物殘留、腐蝕的木支護(hù)等,含有較多無機(jī)和有機(jī)碳元素,會(huì)使水中的硝酸鹽和 COD值偏高。

老窿水的影響范圍擴(kuò)大,進(jìn)一步向深部發(fā)展,補(bǔ)給水源越來越多的受到老窿水的影響,深部開拓工程的進(jìn)一步 實(shí)施,加快了深部地下水的循環(huán),地下水質(zhì)中亞硝酸鹽含量將升高。

本區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降雨量 546.1mm。礦區(qū)地下水主要補(bǔ)給源為大氣降水,在有限的補(bǔ)給量的基礎(chǔ)上,礦坑排水將主要消耗區(qū)內(nèi)地下水的靜儲(chǔ)量。地下水質(zhì)量隨礦山生產(chǎn)及區(qū)內(nèi)的工農(nóng)業(yè)用水的增多而降低等級(jí)。

3.2 水量的變化

本區(qū)地下水補(bǔ)給量有限,礦坑排水將主要消耗區(qū)內(nèi)地下水的靜儲(chǔ)量,而礦山生產(chǎn)及區(qū)內(nèi)的工農(nóng)業(yè)用水也較大,礦山排水將使礦山供水水源地供水井水位下移,出水能力下降,出現(xiàn)掉泵現(xiàn)象。例如中南區(qū)的中央采水井群 11口采水井,采水置泵標(biāo)高多在 -60～-105m之間,僅有 9號(hào)管井置泵標(biāo)高在 -155 m,而南區(qū)最終疏干在 -120m水平,屆時(shí)這些水井可能出現(xiàn)掉泵甚至無水可采現(xiàn)象,生產(chǎn)和生活用水到時(shí)將成為問題,因此應(yīng)做好詳細(xì)的礦山排水綜合利用方案,充分利用礦坑水。

[1]竇貽儉,李春華.環(huán)境科學(xué)原理[M].南京:南京大學(xué)出版社,1998.

[2]陸雍森.環(huán)境評價(jià)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1999.

[3]GB/T 14848-93.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]蔣輝.環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1993.

[5]吳恩江.長清井田環(huán)境水文地質(zhì)特征分析與評價(jià)[J].中國煤田地質(zhì),2001,13(4):45-46.

Analysis and Evaluation on the Environm ental H ydrogeological Characteristicsin Xishimen Iron M ine Field

W EN Xiao-gui
(Xishimen Iron Mine HebeiProvince Handan 056303)

Absrtact:On the basis of analysis of the environmental hyd rogeological charac teristics in Xishimen iron m ine field,the water environmental pollution comp rehensive index method has been adopted for the evaluation of ground water.The impacts on the underground water resource resu lting from the development of them ining area and the existed old gob area fu ll of water have been briefly described,and some measures to prevent ground water pollution afterm ining have been put forward in this paper,which can p rovide certain reference data for the deeper underground m ining.

environmenta l;hydrogeology;Xishimen iron m ine field;old gob fu ll of water;quality evaluation

P641.4+63

B

1004-1184(2011)01-0150-02

2010-09-07

文孝貴(1984-),男,湖南耒陽人,助理工程師,主要從事水文地質(zhì)工作。