淺談礦山開采環境影響評價地下水水位預測

宮玉奎，李朝長

（1.核工業天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業勘查技術總院，安徽蕪湖241000）

淺談礦山開采環境影響評價地下水水位預測

宮玉奎*1，李朝長2

（1.核工業天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業勘查技術總院，安徽蕪湖241000）

通過對礦區地質、水文地質條件分析，確定地下水含水層、隔水層、地下水補、徑、排關系，研究其分布規律及特征，建立相關的數學模型空間關系，預測地下水于礦山開采條件下，影響半徑、影響值及地下水位變化地段水位值，從而達到地下水環境影響的預測評價，制定相應的措施。

地下水水位；影響半徑；含水層、隔水層；環境影響

1 礦山概況

礦區位于低山丘陵地段，地形北東高、中部低，呈一北西走向溝谷地形，最高點為西北部山脊，標高716.80m，最低點為南東部的溝谷出口，標高568m，相對高差148.8m。地形切割中等，自然坡度一般為15°～25°，局部沖溝邊坡達35°。周邊地表水系不發育。礦山范圍內為荒山和林地，無農田和居民點分布，外圍居民點位于北部低緩溝谷區，最近距礦山為6km。

全年氣候資源豐富，春末夏初多雨，秋多干旱，冬多寒霜，年平均氣溫19.6℃～20.4℃，最冷月(1月)平均氣溫9.311.0℃，最熱月(7月)平均氣溫27.4℃～28.7℃，年極端最高氣溫38.3℃～41.0℃，年極端最低氣溫-6.0℃～-4.0℃，無霜期300～315d，年降水量1500～1900mm，全年≥0.1mm降水日數160～180d。

2 礦山地質條件

本區包氣帶巖性由第四系殘坡積粉質粘土、沖洪積砂土與新近堆填的填土組成。

2.1 土層結構

（1）填土，由殘坡積粉質粘土、全—強風化粉砂巖或砂巖、塊石、及建筑垃圾等組成，為近10年堆填，結構不均勻，松散，未壓實，層厚為0～3m，平均厚度大于2.5m。

（2）粉質粘土，主要分布于低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂組成，為原巖劇烈風化殘積坡積形成，結構較均勻，層厚為2～6.2m，平均厚度大于4.7m。

（3）礫砂土，主要分布于礦區外圍北側低丘陵及其坡地，褐色，由粘粒及少量粉砂組成，為沖洪積形成，結構不均勻，層厚2.5～5.0m。

2.2 含水巖組

（1）第四系松散巖類孔隙含水巖組：零散分布于礦區及其外圍的緩坡溝谷地帶，由第四系砂礫石層等組成的沖洪積層，厚約2.5～5m。該層結構松散，透水性較好，富水性較差，無泉水出露，屬弱含水層，為孔隙水，主要靠大氣降雨補給。由于地形坡度較大，有利于孔隙水的自然排泄。

（2）碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組：由石炭系下統石蹬子組（C1s）灰巖、生物碎屑灰巖、含泥質灰巖、白云質灰巖、白云巖組成，主要為巖溶裂隙水，民窿坑道中沿節理裂隙有滴水，坑道流量為0.2～＞1.0L/s。該層單位涌水量為0.4～0.56 L/s·m（鉆孔SHK5抽水試驗過程中降深為10m時，涌水量為4.0L/s，降深為3.77m時，涌水量為2.08L/s），滲透系數為0.85～1.15m/d。按鉆孔單位涌水量富水性中等。該層淺部+600m標高以上為強溶蝕段，富水性強—中等，導水性強，連通性好。

（3）變質巖類裂隙含水巖組：為矽卡巖、大理巖，其含水性、富水性較弱，主要為風化裂隙水，坑道流量為0～0.30L/s。

（4）花崗巖風化裂隙含水巖組：巖性為細粒、細中粒斑狀黑云母花崗巖，淺部巖石風化節理裂隙較發育，含弱裂隙水。

2.3 隔水層

第一組為第四系粘土層，由粘土、粉質粘土及少量碎石等組成的殘坡積土，厚約2～5m。第二組為燕山第四期花崗巖，巖性為細粒、細中粒斑狀黑云母花崗巖，裂隙不發育，不含水，為隔水體。第三組為石炭系下統石蹬子組砂頁巖，巖性為砂巖、砂質頁巖、鐵質砂巖、粉砂巖，薄層炭質頁巖及薄層煤，厚度穩定，不含水，為隔水體。

3 地下水水位測量

地下水水位選礦區內代表性鉆孔，分別于枯水期與豐水期測量。

4 地下水補給、徑流、排泄條件

表1 地下水水位、水溫觀測結果

大氣降水的補給：它是礦區地下水的主要補給方式。地表無水體，大氣降雨多順沖溝流走，對地下水的補給較差。礦區雨水入滲補給量的大小受地勢、地貌、地質構造及水土保持狀況等影響很大，表現為地形起伏明顯、坡度陡、植被條件差，降水后易產生地表徑流，入滲補給量較小。地表徑流的補給：在礦區開采范圍外的北部地區，第四系沖洪積砂礫土較發育，地表水徑流會在該區域有一定的補給。地下徑流補給：受各含水層儲水條件（或水壓力狀態）的改變及隔水層厚度變化和礦區范圍內接觸帶構造的影響，各主要含水層之間常常發生水力聯系，形成含水層之間的補給。礦區地層與構造簡單，大范圍內地下水水力聯系較差，往往分割成若干區域性地下水單元。礦區地下水和地表水運動方向大體一致。地下水徑流方向受地層坡度和巖層傾向影響，由W、E向中部溝谷匯聚，在分水嶺附近分別向NW、SE徑流。礦體分布于當地侵蝕基準面以上，礦區水文地質條件較簡單，礦床水文地質類型屬于弱裂隙充水礦床。在礦山開采條件下，開采排水成為礦區地下水排泄的唯一途徑。

5 地下水環境影響半徑計算

計算模型：根據《環境影響評價技術導則 地下水環境》(HJ610-2011)，區域地下水均為潛水或微承壓水，影響半徑可采用下列公式進行計算：

式中：R——影響半徑，m；

S——水位降深，m；

H——潛水含水層厚度，m；

K——含水層滲透系數，m/d。

根據環境影響評價環境水文地質勘查礦區潛水含水層平均厚度30m，含水層滲透系數為1.14m/d，水位平均降深30m，計算得影響半徑為496m、項目開采至+550m標高時，水位降深60m，計算得影響半徑為992m。

6 水位影響分析計算

影響地下水位過程主要在采礦過程中坑道涌水導致地下水位下降。根據水文地質勘查報告，礦區及周圍水文地質條件簡單，可采用解析法分析本項目對地下水水位影響。

潛水層水位影響計算公式可采用下式：

式中：H0——潛水含水層初始厚度，m；

h——預測點穩定含水層厚度，m；

k——含水層滲透系數，m/d；

i——開采井編號，1～n；

Qi——第i號井開采量，m3/d；

ri——預測點到第i號井的距離，m；

Ri——第i號井的影響半徑，m。

由于本項目簡化為群井模式，上式簡化為：

抽水井做3個落程，最大降深S1為10m，抽水試驗穩定時間不少于8h，停泵后觀測恢復水位，記錄有關試驗參數。單井的抽水試驗，三次降深分別為10m、6.68m、3.77m。抽水試驗現場資料，繪制q=f(s)關系曲線，綜合分析，q=f(s)關系曲線屬Ⅲ類曲線，區內地下水抽水試驗表明地下水類型為潛水型。按有關規范，單井抽水最大涌水量取S=0.5H，根據水文地質條件及地區經驗，單井最大涌水量取210m3/d。

抽水試驗按潛水非完整井公式計算含水層的滲透系數k，公式如下：

式中：k——滲透系數,m/d；

Q——涌水量，m3/d；

L——過濾器長度，m；

S——水位降深，m；

r——抽水井半徑，m。

圖1 SHK5抽水試驗Q-S曲線圖

7 水位結果預測

根據水文地質勘查報告，潛水含水層平均厚度30m，滲透系數為1.14m/d，水位平均降深30m，依式計算得影響半徑為496m、項目開采至+550m標高時，水位降深60m，計算得影響半徑為992m。影響半徑取1000m，礦坑涌水量取500m3/d，依式（3）計算礦區周圍10個點，采礦期地下水水位值，計算結果如表2所示。

8 總結

礦坑涌水位于第一個隔水層以下，礦坑涌水排水不會導致地表土壤層孔隙水減少，基本不影響地表植被生長。坑采對地下水的影響小，未產生地下水疏干作用，對生態影響小，不會對自然保護區的生態環境、景觀環境造成重大威脅。由表2可知，礦坑涌水量較小(僅500t/d)，采礦期間，地下水實際下降較少，預測點地下水位下降最多1.2m。

表2 地下水水位預測結果

地下水影響主要是礦坑涌水導致地下水位下降影響。閉礦后，將對坑道內涌水處進行封堵，礦坑涌水量將減弱，對地下水水位影響將低于采礦期影響。

9 體會

采礦時對地下水影響主要為礦坑涌水導致地下水水位下降，礦坑涌水水量較小(500t/d)，采礦過程中對地下水水位影響較小，離礦區邊界60m處地下水水位最大降深僅1.2m。該項目地下水環境保護措施主要為采坑內對涌水點及時封堵，減少礦坑涌水量，防止地下水水位大幅下降。建設單位應建立和完善水環境監測制度，對采礦區、選礦區、尾礦庫下游地下水進行監測。地下水監測每年至少兩次，分豐水期和枯水期進行，重點區域和出現異常情況下應增加監測頻率。

[1]HJ610—2011環境影響評價技術導則—地下水環境[S].

[2] 中華人民共和國環境影響評價法[S].

[3]GB50027供水水文地質勘察規范[S].

[4]YS5215-2000抽水試驗規程[S].

[5]西安礦業學院數學教研室編著，數學地質基礎與方法[M].煤炭工業出版社，1979.

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A

1004-5716(2015)02-0098-03

2014-03-11

2014-03-14

宮玉奎（1963-），男（漢族），天津人，工程師，現從事水文地質與環境工程地質工作。