基于Visual Modflow的干旱區(qū)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(chǎn)，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(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境造成不可逆的破壞。疏干水的循環(huán)利用對于緩解干旱區(qū)礦區(qū)水資源供需矛盾、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活及生態(tài)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(shù)研討會上指出，全國煤炭開采每年損失礦井水60億噸，相當(dāng)于每年工業(yè)和民用水量的60%，同時，煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)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(qū)的補充用水、周邊地區(qū)生產(chǎn)和生態(tài)用水優(yōu)先使用礦井水，加強洗煤廢水循環(huán)利用”等。

西北地區(qū)特殊的水資源稟賦，導(dǎo)致西北干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣，生態(tài)環(huán)境問題復(fù)雜多樣[1] ，地下水資源在地區(qū)水資源結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中起到了不可替代的主導(dǎo)作用，其中地下水的開采提供了干旱區(qū)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(tài)環(huán)境因子[2] 。因此，客觀科學(xué)的評價預(yù)測礦區(qū)疏干水資源量，是礦區(qū)水資源合理規(guī)劃、管理、保護的前提條件，能夠避免煤礦區(qū)水資源二次流失、保證經(jīng)濟—環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

1.礦區(qū)第四系疏干水量計算

模擬區(qū)地處北山山前沖洪積平原與基巖區(qū)，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(qū)內(nèi)地下水的主要開發(fā)點在太西煤二礦區(qū)（南礦區(qū)）處，主要為礦井疏干排水，計疏干井5眼，廢井3眼；礦區(qū)東有民井一眼，供一戶居民使用。本次主要模擬對象是區(qū)內(nèi)的第四系地層，第四系層由北山基巖山區(qū)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(wěn)定流。根據(jù)地形圖數(shù)據(jù)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(jié)束水頭1370m。存貯參數(shù)分4個區(qū)，由于區(qū)域范圍較小，不進行分區(qū)。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(qū)內(nèi)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(qū)第四系排水可循環(huán)開采量的計算與評估，通過模型調(diào)試，評估疏干效果。10年時南礦區(qū)僅在北部部分網(wǎng)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(jié)論

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

參考文獻：

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

[2] 王浩；仇亞琴；賈仰文.水資源評價的發(fā)展歷程和趨勢[J]；北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）；2010，03.

作者簡介：

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

（作者單位：甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院）