采煤保水實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)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(xiàn)實(shí)；采煤保水，在煤炭開采的同時最大限度地保護(hù)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(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，為轉(zhuǎn)型跨越發(fā)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(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型。山區(qū)、丘陵區(qū)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(chǎn)外流型水系，絕大部分河流發(fā)源于境內(nèi)，向省外發(fā)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(wèi)河等河流的發(fā)源地，汾河是黃河第二大支流。山西的河流大多發(fā)源于東西兩翼山區(qū)，具有山地型河流的特點(diǎn)，河長比較短，坡度比較陡。據(jù)統(tǒng)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?。缓拥辣冉狄话阍?‰以上，普遍具有源短流急，侵蝕切割嚴(yán)重的特點(diǎn)。

1.2 氣候

山西屬中緯度大陸性季風(fēng)氣候。中南部屬暖溫帶，內(nèi)長城以北屬溫帶。春季短促、少雨干旱多風(fēng)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(qū)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(guān)系。夏季風(fēng)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(dá)3～4，且存在連續(xù)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(zāi)害性天氣，出現(xiàn)頻次高，受災(zāi)范圍大，持續(xù)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(fù)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(jù)1993年聯(lián)合國“國際人口行動”提出的“水緊缺指標(biāo)”，人均水資源量低于500 m3屬于嚴(yán)重缺水的區(qū)域，我省總體上屬于嚴(yán)重缺水的省份。此外，我省自20世紀(jì)70年代末以來，降水量、河川徑流量和水資源總量都出現(xiàn)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(jìn)一步加劇。

1.4 水資源開發(fā)利用存在的問題

1.4.1 水資源形勢嚴(yán)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(jì)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(yán)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(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，煤炭、火電、煤化工、冶金、建材工業(yè)的產(chǎn)量有了幾倍甚至十幾倍的增長。同時，城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活用水、生態(tài)用水都迅速增加。當(dāng)前，供水短缺已經(jīng)成為制約山西經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的“瓶頸”和“短板”，成為不可忽視、不容回避的關(guān)系全局的重大戰(zhàn)略問題。

1.4.2 水資源調(diào)控配置能力低，水源建設(shè)嚴(yán)重滯后

我省大部分為山區(qū)和丘陵區(qū)，地高水低，坡陡流急，水源工程建設(shè)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(xù)幾個小時，如果沒有控制性調(diào)蓄工程很難利用。多數(shù)河流發(fā)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(shè)大中型水庫條件的壩址多分布在兩翼，向盆地區(qū)供水需要高揚(yáng)程反向提水，工程所需投資大，運(yùn)行成本高。由于水源工程建設(shè)滯后，我省現(xiàn)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(qū)中排名倒數(shù)第一。

1.4.3 地下水超采嚴(yán)重

由于地表水源工程供水能力不足，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)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(dá)到7.31億m3，出現(xiàn)了21處比較大的超采區(qū)。近幾年我省結(jié)合地表水源工程建設(shè)采取了一系列關(guān)井壓采措施，但由于替代的地表水源尚未到達(dá)，現(xiàn)狀地下水年超采量仍達(dá)5億m3，由此引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)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(xiàn)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?xùn)|、西山、霍西及沁水六大煤田。全省119個縣級行政區(qū)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(chǎn)煤炭95.11億t，占全國同期煤炭生產(chǎn)總量的1/4以上，累計外調(diào)煤炭68.39億t，占全國省際凈調(diào)出量的70%以上。2010年全省原煤產(chǎn)量為7.4億t，全省煤礦經(jīng)過整合重組，減少為1 053個，單礦平均產(chǎn)能120萬t，進(jìn)入大礦時代。

2.2 采煤對水資源的影響破壞機(jī)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(diǎn)。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(dāng)?shù)剞r(nóng)村生活、農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)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(nóng)業(yè)非常重要的水源。例如娘子關(guān)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(jìn)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(jìn)一邊排水。煤炭采出之后還將造成采空區(qū)的地表塌陷、裂縫貫通。這些都直接導(dǎo)致含水層破壞、水量漏失、水質(zhì)污染、環(huán)境惡化。到2010年底為止，山西采煤形成的采空區(qū)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(qū)大部分分布在山前地區(qū)，是地下水主徑流帶，對地下水影響破壞嚴(yán)重。

采煤對地下水的影響主要表現(xiàn)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(fā)生垮落，形成垮落帶和導(dǎo)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(dǎo)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(qū)域地下水資源量減少，地下水位下降、水井報廢、泉水?dāng)嗔?。例如，霍州團(tuán)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(yōu)質(zhì)巖溶地下水變成了團(tuán)柏河的礦坑污水，導(dǎo)致郭莊泉流量銳減。又如西山煤電集團(tuán)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(yán)重超采，導(dǎo)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(xiàn)為：大面積、高強(qiáng)度的煤炭開采造成采礦區(qū)及周邊地區(qū)的地表沉陷和地裂縫，導(dǎo)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(jī)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(yán)重，對地表水的影響也更大。例如，根據(jù)在建的某大型煤礦設(shè)計報告，該礦設(shè)計年產(chǎn)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(qū)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(qū)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(gòu)成威脅。與600萬t的煤炭產(chǎn)量相比這個代價不可謂不大。呂梁山區(qū)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(zhì)的影響主要表現(xiàn)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(yán)重污染了地表水，還通過滲漏污染礦區(qū)周圍的地下水，使水資源喪失使用價值。此外由于礦區(qū)附近粉塵污染嚴(yán)重，河道被煤粉覆蓋，河水往往變成黑色。

煤礦采空區(qū)在很長時間內(nèi)將持續(xù)匯集地下水，將其污染成為酸性很強(qiáng)的老窯積水。平均開采1 t煤對應(yīng)的采空區(qū)體積約為0.7 m3。例如王家?guī)X煤礦發(fā)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?guī)X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(yán)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(chǎn)匯流條件和地下水的入滲補(bǔ)給條件，也徹底破壞了淺層地下水的賦存條件，對礦區(qū)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(jù)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(yè)面利用的礦井排水，包括降塵、注漿用水和被產(chǎn)品帶走的水等；二是排出到地面的礦井水；三是排入采空區(qū)，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(fā)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(shí)地調(diào)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(jié)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(jù)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(jù)《山西省水資源公報》，2009年山西全省平均降水量492 mm，相當(dāng)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(huán)條件已經(jīng)造成非常重大的影響，一部分破壞屬于永久性的，難以恢復(fù)的，這將對山西水資源的可持續(xù)利用造成不可彌補(bǔ)的影響。

3 關(guān)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(yán)格的保護(hù)措施和補(bǔ)償修復(fù)措施可以控制、減少影響破壞的程度。自1980年開始建設(shè)國家能源重化工基地以來，我省陸續(xù)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(qiáng)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(chǎn)量就大體相當(dāng)于1949年全年的產(chǎn)量（267萬t），“十二五”末將達(dá)到10億t。研究、制定、實(shí)施加強(qiáng)采煤保水對策措施，保護(hù)極其有限的水資源刻不容緩。

3.1 完善水法規(guī)，依法保護(hù)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?xiàng)l例》《山西省泉域水資源保護(hù)條例》等地方法規(guī)，劃定了泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和水源地保護(hù)區(qū)?！渡轿魇∪蛩Y源保護(hù)條例》規(guī)定在19個巖溶泉域的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、省和市確定的重要水源地保護(hù)區(qū)以及汾河、沁河、桑干河等主要河流源頭保護(hù)區(qū)禁止新建、改建、擴(kuò)建煤礦。在一般保護(hù)區(qū)新建、改建、擴(kuò)建煤礦項(xiàng)目，須委托具有相應(yīng)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行煤炭生產(chǎn)對水資源的影響評價，編制該建設(shè)項(xiàng)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(zhǔn)。但是《山西省泉域水資源保護(hù)條例》只是在泉域范圍內(nèi)適用，我省19個重點(diǎn)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(hù)目前仍存在法律法規(guī)空白。建議在《山西省水資源管理?xiàng)l例》中增加相應(yīng)的規(guī)定條文。同時明確要求煤礦在投產(chǎn)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(nóng)村飲水工程破壞的補(bǔ)償方案。

3.2 建立健全煤礦水環(huán)境影響評價制度

目前我省部分新建、擴(kuò)建、改建的煤礦項(xiàng)目按照發(fā)改、環(huán)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(kuò)建、改建的煤礦項(xiàng)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(xiàng)目已經(jīng)違規(guī)開工。已經(jīng)批準(zhǔn)了水環(huán)評專項(xiàng)報告的煤礦是否落實(shí)了各項(xiàng)采煤保水措施也沒有一個有效的監(jiān)督考核制度。建議盡快出臺相應(yīng)規(guī)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(jìn)行掠奪式開發(fā)就會破壞水資源的可持續(xù)利用，導(dǎo)致資源枯竭。目前我省實(shí)行的煤礦水環(huán)境影響評價制度是針對單個項(xiàng)目的，沒有考慮區(qū)域煤炭的開發(fā)是否超過水資源的承載能力。例如朔南煤田開發(fā)在即，煤田內(nèi)先后有幾個600萬～1 000萬t級的大型煤礦進(jìn)行勘探設(shè)計，但朔南煤田開發(fā)對于桑干河源區(qū)及神頭泉會造成多大影響卻沒有一個單位負(fù)責(zé)進(jìn)行論證。我認(rèn)為，應(yīng)該按照國家規(guī)劃環(huán)評的有關(guān)規(guī)定，對大型煤田的開采建立區(qū)域水環(huán)境影響評價制度。以煤田為單元開展水環(huán)境影響評價，論證在桑干河源區(qū)及神頭泉不受到嚴(yán)重影響的前提下，可以安排多大規(guī)模的煤炭開采，布局幾個煤礦，然后再進(jìn)行單個項(xiàng)目的水環(huán)評。在制定全省煤炭發(fā)展規(guī)劃時，也必須考慮我省水資源的承受能力，進(jìn)行專項(xiàng)評價。

3.3 加大水資源保護(hù)修復(fù)補(bǔ)償?shù)耐度肓Χ?/h3>

2007年起，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)我省開始征收煤炭可持續(xù)發(fā)展基金，并將生態(tài)修復(fù)作為基金的使用重點(diǎn)，近幾年來每年大約投入10多億元用于水生態(tài)修復(fù)。汾河生態(tài)修復(fù)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(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到每年15億m3左右，每年新增加的采空區(qū)面積上千平方公里，投入的補(bǔ)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(yùn)行成本也在2元左右，進(jìn)一步加大水資源保護(hù)修復(fù)補(bǔ)償?shù)耐度肓Χ仁菍?shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用必不可少的條件。

3.4 建設(shè)“山西大水網(wǎng)”調(diào)水解困

我省煤炭開采區(qū)由于地表水、地下水遭到破壞，產(chǎn)水量減少，供水能力降低，導(dǎo)致水資源承載能力嚴(yán)重不足，多數(shù)區(qū)域平時用水已經(jīng)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(jīng)濟(jì)又好又快的發(fā)展，必須盡快提高區(qū)域及跨區(qū)域的水資源配置能力，特別是黃河水的利用能力，補(bǔ)償被破壞的供水能力，滿足轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的水需求，增加抗御特大干旱的能力。

黃河干流自偏關(guān)老牛灣流入山西，至垣曲馬蹄窩出山西，流經(jīng)我省長度965 km，流經(jīng)忻州、呂梁、臨汾、運(yùn)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(shí)施提黃工程提供了得天獨(dú)厚的條件。根據(jù)國務(wù)院“八七”分水方案，山西省黃河水的可耗用指標(biāo)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(dǎo)致我省供水嚴(yán)重短缺、制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善的主要原因是水源工程建設(shè)滯后。

我省興水戰(zhàn)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(xué)有效地涵養(yǎng)地下水，使地下水儲量逐步得以恢復(fù)。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(bǔ)充和應(yīng)急。為了實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略，需要盡快建設(shè)一批地表水骨干調(diào)蓄工程。從2007年起經(jīng)過四年實(shí)施，興水戰(zhàn)略取得了決定性勝利。35項(xiàng)應(yīng)急水源工程已有28項(xiàng)相繼建成并投入運(yùn)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(zhuǎn)為水資源配置能力不足的問題。為了貫徹落實(shí)中央一號文件的精神，山西省委、省政府在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，于2011年3月啟動了“山西大水網(wǎng)”建設(shè)。“山西大水網(wǎng)”是在我省興水戰(zhàn)略35項(xiàng)應(yīng)急水源工程基本建成，地表水供需宏觀達(dá)到平衡的基礎(chǔ)上，通過建設(shè)河庫互連互通工程，以解決水資源空間分布不均、地區(qū)用水差異較大的問題，在空間和時間上滿足各地區(qū)用水需求的工程體系。

“大水網(wǎng)”建設(shè)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(qū)域；二是河庫連接后，提高各區(qū)域特別是城市和經(jīng)濟(jì)中心區(qū)用水的保證率，尤其是特大干旱年份用水的保證率。大水網(wǎng)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(shè)覆蓋全省六大盆地和主要經(jīng)濟(jì)中心區(qū)的十大骨干供水體系（十橫）為骨架，通過連通工程建設(shè)，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(wǎng)絡(luò)，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(fā)利用實(shí)現(xiàn)由“水瓶頸”向“水支撐”的跨越性轉(zhuǎn)變。

在高強(qiáng)度開采煤炭資源的同時，采取有效措施保護(hù)好水資源，以水資源的可持續(xù)利用保障我省轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是我們面臨的重大課題和艱巨任務(wù)，我們一定以認(rèn)真的態(tài)度，負(fù)責(zé)的精神，科學(xué)的措施，不懈的工作把這一光榮艱巨的任務(wù)完成好。