煤炭礦區(qū)水資源承載力分析研究——以宣化－下花園礦區(qū)為例

石緞花

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1 引言

煤炭礦區(qū)水資源承載力分析是煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要組成部分，它是論證煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)境合理性的重要判據(jù)之一。

煤炭礦區(qū)的開(kāi)發(fā)具有自身的特點(diǎn)，由于煤炭資源和水資源共存于同一地質(zhì)體中，煤炭開(kāi)采的同時(shí)必然會(huì)對(duì)水資源造成破壞，二者的矛盾幾乎不可調(diào)和［1］。煤礦開(kāi)采對(duì)水資源的重要影響之一是煤炭開(kāi)采對(duì)含水層的破壞打破了地下水原有的補(bǔ)、徑、排條件，使地下水向礦坑或井下匯流，形成礦井水或礦坑水外排，因此如何妥善利用礦井水／礦坑水也是煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃的一個(gè)重要課題。

同時(shí)煤炭礦區(qū)的水資源利用亦有其獨(dú)有的特點(diǎn)。首先，煤炭礦區(qū)以煤炭開(kāi)采、洗選及下游深加工企業(yè)電廠、煤化工產(chǎn)業(yè)為主，用水單位相對(duì)單一，與區(qū)域人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等方面相關(guān)性較弱；其次，煤炭礦區(qū)產(chǎn)業(yè)構(gòu)成明確，其區(qū)域水資源總量、可利用量以及煤炭開(kāi)采、洗選、加工等所需用水量均較易獲得；第三，礦區(qū)下游產(chǎn)業(yè)主要是電廠、煤化工以及矸石、灰渣等綜合利用項(xiàng)目，這些行業(yè)用水主要是循環(huán)冷卻水或工藝補(bǔ)充水，對(duì)水質(zhì)的要求不是很高，因此處理后的污水和地表水、地下水均可作為其用水水源［2］。

綜合以上煤炭礦區(qū)的開(kāi)采特點(diǎn)和水資源利用特點(diǎn)，本文采用水資源供需平衡法分析宣化下花園礦區(qū)的水資源承載能力。

2 水資源供需平衡法

水資源供需平衡法是以區(qū)域水資源供需平衡為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)區(qū)域水資源總量、跨流域調(diào)水量、工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量、生活用水量、生態(tài)用水量等各種供需數(shù)量關(guān)系的對(duì)比和解析，來(lái)分析區(qū)域水資源承載能力的現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)水資源承載力的變化趨勢(shì)及其對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力［3］。其具體操作程序如下。

首先計(jì)算評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的可利用水資源總量W1，其計(jì)算式如下：

式中：WS為評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的地表水可利用資源量；WG為地下水可利用資源量；WR為地表水與地下水重復(fù)計(jì)算的水資源量；WT為跨流域調(diào)入評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的水資源量。

然后計(jì)算評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的需水量W2，其計(jì)算式如下：

式中：WA為評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)需水量；WI為工業(yè)需水量；WF為服務(wù)業(yè)需水量；WE為生態(tài)需水量。

若W1＞W(wǎng)2，則區(qū)域水資源可以支撐其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，反之則不能支撐。

水資源供需平衡分析是指在一定范圍內(nèi)不同時(shí)期的可供水量和需水量的供求關(guān)系分析，其意義在于：

（1）通過(guò)可供水量和蓄水量的分析，弄清楚水資源總量的供需現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題；

（2）通過(guò)不同時(shí)期不同用水單元的供需平衡分析，預(yù)測(cè)未來(lái)，了解水資源余缺的時(shí)空分布；

（3）是針對(duì)水資源供需矛盾，進(jìn)行開(kāi)源節(jié)流的總體規(guī)劃，明確水資源綜合開(kāi)發(fā)利用保護(hù)的主要目標(biāo)和方向，以期實(shí)現(xiàn)水資源的長(zhǎng)期供求計(jì)劃。

3 礦區(qū)規(guī)劃水源分析

宣化下花園礦區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“宣下礦區(qū)”）位于河北省張家口市東南，屬于我國(guó)13個(gè)大型煤炭基地冀中煤炭基地范圍內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬?gòu)埣铱谑泄茌牐婕跋禄▓@區(qū)、宣化區(qū)、宣化縣、涿鹿縣和懷來(lái)縣等二區(qū)三縣，屬壩下區(qū)域。礦區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°50′～115°22′，北緯40°16′～40°36′，礦區(qū)西起宣化、深井一線，東至懷來(lái)煤礦，北起宣化、黑岱山一線，南至武家溝，東西長(zhǎng)約50 km，南北寬5～20km，面積為502.25km2。

礦區(qū)總體規(guī)劃確定的水源從減少清潔水消耗出發(fā)提出了對(duì)煤礦礦井水和生產(chǎn)生活污水的復(fù)用，因此礦區(qū)未來(lái)可取用水源來(lái)源于三方面：礦區(qū)礦井水、礦區(qū)生產(chǎn)生活污水回用以及現(xiàn)有地下水供水系統(tǒng)。

3.1 礦井水

根據(jù)礦區(qū)以往開(kāi)發(fā)過(guò)程分析，煤炭開(kāi)采過(guò)程中井下排水量較大，礦井井下排水處理后可滿足礦井井下和地面工業(yè)用水，礦井排水是礦區(qū)寶貴的可利用的水資源。從井下排水水質(zhì)類型看，根據(jù)礦區(qū)的相關(guān)地質(zhì)資料，該區(qū)內(nèi)的礦井井下排水水質(zhì)較好，礦化度小于1.0g／L，預(yù)計(jì)礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)礦井穩(wěn)定疏干水量550.13萬(wàn)m3／年，但考慮到礦井水量計(jì)算精度較粗，以及枯水期、管路損失等影響，按70%計(jì)算礦井水可供水量，礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)礦井水可供水量為385.09萬(wàn)m3／年。宣下礦區(qū)礦井涌水量見(jiàn)表1。

表1 宣下礦區(qū)礦井正常涌水量

3.2 礦區(qū)生產(chǎn)生活污水

根據(jù)總體規(guī)劃，礦區(qū)規(guī)劃礦井、中心區(qū)輔助企業(yè)一般性生產(chǎn)、生活污廢水量約2350m3／d（85.78萬(wàn) m3／年），但考慮到污水水量的不穩(wěn)定，為保證水源可靠，煤礦生產(chǎn)生活污水可利用率按80%考慮，礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)生活污水可供水量為68.62萬(wàn)m3／年（表2）。

表2 宣下礦區(qū)生活污水利用量

3.3 礦區(qū)既有供水系統(tǒng)

（1）宣東二礦取水地點(diǎn)位于工業(yè)廣場(chǎng)東北角，取水方式為鑿井機(jī)械取水，井深92.3m，孔徑￠580，供水能力500m3／d。取水許可證（冀宣縣）字（2009）第00007號(hào)。風(fēng)井取水地點(diǎn)顧家營(yíng)東路邊，取水方式為鑿井機(jī)械取水，井深120m，孔徑￠300，供水能力300m3／d，取水許可證（冀宣縣）字（2009）第00005號(hào)。

（2）涿鹿煤礦的3個(gè)礦井的供水都是由馬家灣的自備井水抽到武家溝水塔，然后由供水管路分別送到3個(gè)礦井。供水水源取自地下水，供水能力為45m3／h。

（3）牛西煤礦工業(yè)場(chǎng)地生產(chǎn)、生活、消防用水水源取自桑干河北岸的河灘地大口井（D＝3m，H＝10m）淺層地下水，供水能力為700m3／d；礦井水經(jīng)處理后部分返回井下作為井下生產(chǎn)、消防用水。

（4）懷來(lái)中能煤炭貿(mào)易公司用水大部分是礦井水重復(fù)用水，前山機(jī)井地下水作為補(bǔ)充。前山供水能力為1000m3／d左右，保證礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)、居民區(qū)及周邊艾家溝村、亭上村、鴿子堂村、區(qū)上村的用水。

3.4 礦區(qū)水源選擇

井下排水是非常寶貴的水資源，本著水源選擇應(yīng)符合節(jié)約天然水資源、有利于環(huán)境保護(hù)的原則，優(yōu)先考慮將井下排水經(jīng)處理后作為供水水源。井下排水經(jīng)處理后可作為井下消防灑水、選煤廠、瓦斯發(fā)電廠、煤場(chǎng)灑水等供水水源；處理后的生活污水可以作為廠區(qū)綠化、道路灑水等供水水源；礦區(qū)生活用水取用地下水；棚戶區(qū)生活用水引自城市自來(lái)水管網(wǎng)。多余礦井水可供給下花園區(qū)玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)作工業(yè)用水。

4 礦區(qū)水資源供需平衡分析

宣下礦區(qū)近期和遠(yuǎn)期規(guī)劃各項(xiàng)目及其用水量見(jiàn)表3和表4。礦區(qū)近期需水量為9826m3／d（324.26萬(wàn) m3／年），礦區(qū)遠(yuǎn)期達(dá)產(chǎn)后總需水量為13426m3／d（490.05萬(wàn)m3／年）。礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)水量平衡圖見(jiàn)圖1所示。

由表3可知，礦區(qū)近期規(guī)劃項(xiàng)目無(wú)新增水源，也不新增用水，目前礦區(qū)的供水能力為23112.4m3／d，需水量為9826m3／d，富裕水量為13286.4m3／d，礦區(qū)規(guī)劃利用處理達(dá)標(biāo)后的礦井水替代現(xiàn)有各礦井地下水源，以最大限度地節(jié)約地下水資源，礦井水綜合利用后富裕水量為11501.4m3／d。

由表4可知，礦區(qū)遠(yuǎn)期新增項(xiàng)目有花園煤礦及選煤廠、花園煤礦瓦斯電廠、花園煤礦煤矸石燒結(jié)磚廠等，礦區(qū)的供水能力為27965.4m3／d，需水量為13426m3／d，富裕水量為14539.4m3／d，礦區(qū)規(guī)劃利用處理達(dá)標(biāo)后的礦井水替代現(xiàn)有各礦井地下水源，以最大限度地節(jié)約地下水資源，礦井水綜合利用后富裕水量為12404.4 m3／d。

表3 宣下礦區(qū)近期水資源平衡一覽 m3／d

表4 宣下礦區(qū)遠(yuǎn)期達(dá)產(chǎn)5.60Mt／年時(shí)水資源平衡一覽 m3／d

圖1 宜化下花園礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)水資源供需平衡

5 水資源承載結(jié)論

由表3、表4可知，宣下礦區(qū)近期和遠(yuǎn)期需水量在礦井水70%的回用率、在生產(chǎn)生活污水80%的回用率前提下，完全可以滿足，且有部分盈余，因而，礦區(qū)的生產(chǎn)用水是完全有保障的。多余的礦井水可以供給玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)作工業(yè)用水（根據(jù)《張家口市下花園區(qū)玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，預(yù)測(cè)玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)最高日總需水量1.96萬(wàn)m3／d，平均日需水量1.3萬(wàn)m3，能夠消納礦區(qū)多余礦井水），可以就近供給張家口市其他工業(yè)項(xiàng)目，也可部分用于荒山綠化生態(tài)用水，這樣做既符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策要求，又使得礦區(qū)礦井水利用率達(dá)到了100%。

綜上分析，宣下礦區(qū)屬于“大水礦區(qū)”，礦井水資源十分豐富，按照規(guī)劃提出“大力發(fā)展礦井水綜合利用，替代現(xiàn)有自備水源井”以及本報(bào)告提出的“富余礦井水統(tǒng)一集中綜合利用”建議，利用礦區(qū)豐富的礦井水資源，足可承載礦區(qū)將來(lái)規(guī)劃項(xiàng)目用水需求，且礦井水資源綜合利用也得到大大提高，并有富余水量供張家口市其他用水需求，緩解其水資源日益緊張的局面。

［1］吳玉生，趙亞平，楊亞靜.煤礦開(kāi)采對(duì)地下水資源的影響［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2004，18（6）：1～3.

［2］黃 華，殷同偉.礦區(qū)水資源承載力分析方法探討［C］.全國(guó)煤炭礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)技術(shù)研討暨《規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)條例》宣貫培訓(xùn)會(huì).北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［3］周艷欣，耿海清，陳 帆，等.煤炭礦區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)方法比選初探［J］，煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2012，32（2）：2～3.