基于Visual Modflow的干旱區礦井疏干水計算研究

王文博 趙榮昌

摘 要：礦山采掘過程中，為確保井下安全生產，必須排出水量可觀的礦井水，直接排放不僅浪費水資源，而且對西北干旱區脆弱的生態環境造成不可逆的破壞。疏干水的循環利用對于緩解干旱區礦區水資源供需矛盾、最大限度地滿足生產和生活及生態用水具有重要意義。

引言

218年9月召開的煤炭礦井水凈化與綜合利用技術研討會上指出，全國煤炭開采每年損失礦井水60億噸，相當于每年工業和民用水量的60%，同時，煤炭及相關產業用水緊張。2017年全國煤炭礦井利用率僅為72%。“水十條”也明確提出“推進礦井水綜合利用，煤炭礦區的補充用水、周邊地區生產和生態用水優先使用礦井水，加強洗煤廢水循環利用”等。

西北地區特殊的水資源稟賦，導致西北干旱區生態環境惡劣，生態環境問題復雜多樣[1] ，地下水資源在地區水資源結構和生態環境系統中起到了不可替代的主導作用，其中地下水的開采提供了干旱區大部分，甚至是全部所需的唯一水源，同時，地下水還是極為重要的生態環境因子[2] 。因此，客觀科學的評價預測礦區疏干水資源量，是礦區水資源合理規劃、管理、保護的前提條件，能夠避免煤礦區水資源二次流失、保證經濟—環境協調可持續發展。

1.礦區第四系疏干水量計算

模擬區地處北山山前沖洪積平原與基巖區，常年干旱少雨。主要的補給途徑有基巖裂隙水和散流洪水補給。模擬區內地下水的主要開發點在太西煤二礦區（南礦區）處，主要為礦井疏干排水，計疏干井5眼，廢井3眼；礦區東有民井一眼，供一戶居民使用。本次主要模擬對象是區內的第四系地層，第四系層由北山基巖山區起至南部逐漸增厚，含水層也逐漸增厚；水位標高由北往南逐漸減小。

本次模擬時間為30年，水流模型采用非穩定流。根據地形圖數據選取地形控制點，進行地表和層底高程賦值。北部邊界水頭賦值1403m，南部邊界水頭賦值為線性水頭，起始水頭1390m，結束水頭1370m。存貯參數分4個區，由于區域范圍較小，不進行分區。貯水率0.021，重力給水度0.21，有效孔隙度0.2，總孔隙度0.3。散洪入滲補給概化為面狀補給，換算為面狀補給量為13.79mm/yr。北部邊界為給定流量邊界，為20眼注水井，單井注水量12.01m3/d。本次模擬在南礦區內布井509眼，單井開采量12.01m3/d，開采周期30年，依此進行南礦區第四系排水可循環開采量的計算與評估，通過模型調試，評估疏干效果。10年時南礦區僅在北部部分網格單元疏干，30年時模型絕大部分恰好疏干完畢，疏干水量557.4萬m3/a（圖1）。

2.結論

太西煤民勤縣紅砂崗礦區第四系潛水對煤炭資源的開采有一定的影響，礦區煤炭資源如需要進一步開發，勢必要對第四系含水層進行疏干。通過數值模擬計算，按照現有規劃開采規模，研究區第四系含水層排水可循環利用量為557.4萬m3/a，須持續疏干三十年，該部分水量可作為礦區開采工業用水循環使用，從而降低外排對生態環境的污染，緩解區域水資源的負荷。

參考文獻：

[1] 周斌.甘肅省主要生態地質環境問題及環境保護對策研究[J]；甘肅地質；2011，20（4）：60-64.

[2] 王浩；仇亞琴；賈仰文.水資源評價的發展歷程和趨勢[J]；北京師范大學學報（自然科學版）；2010，03.

作者簡介：

王文博（1989-），男，甘肅張掖人，水工環工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質勘查及評價工作。

（作者單位：甘肅省地礦局水文地質工程地質勘察院）