摘要：
煤矿开采过程中大量疏干水被直接排放，造成了地下水资源的严重浪费，引起了地下水水位的下降，特别是北方部分干旱半干旱地区，水资源短缺已经成为影响矿区发展的决定因素。笔者在查阅大量疏干水排放引起地下水水位下降的文献的基础上，对北方煤矿区的水文地质条件、疏干水排放对地下水水位的影响以及存在的问题进行了较为系统的综述，最后提出了相关的建议，并对未来研究方向进行了展望。
关键词：煤矿疏干水 地下水 水位 北方地区
中图分类号：X52
文献标识码：
文章编号：1007-0370 (2011) 08-0006-03
The influence of dewatering discharge on groundwater level in north coal mine
Ji Guangqing Zhang Shuli Li Jing
Abstract：
Much of dewatering is discharged directly in the process of coal mining. It has lead to both waste of groundwater and decline of groundwater level. Water shortage has become the determinants of mine development, especially in the north part of the arid and semi arid areas. A systematic review is given by author on the basis of extensive literature. It is about hydrogeological conditions, the influence of dewatering discharge on groundwater level and the problems in north coal mine. Author has also carried on the forecast to the futurology direction.
Key words：
dewatering; groundwater level; north coal mine
引言
我国北方地区是一个煤炭储量丰富，水资源匮乏的地区，其煤炭储量占全国的2/3，然而水含量却只占全国的19%，这种富煤少水的矛盾严重影响了北方部分地区经济的发展［1，2］地下水以其水质良好、分布广泛、变化稳定 以及便于利用的优点成为北方地区理想的供水水源。但是，在水资源缺乏的北方地区，煤炭资源的开发却又不可避免地对当地自然生态状况产生极大的扰动，特别是对开采区域范围内的水文地质环境产生极为明显的不可逆作用［3~5］。
疏干水是指在采煤过程中人为破坏了含水层中地下水原有的赋存状态，使地下水沿着裂隙渗入井下采掘空间形成的，也是地下水资源的一部分［6，7］。在地下水补给不足的情况下，煤矿的开采和疏干水的排放打破了地下水自然状态下补给、排泄平衡，形成以矿坑为中心的地下水降水漏斗，造成区域地下水位下降。北方煤矿区多是资源性缺水地区,，天然降水较少，大量地下水被疏干，再加上矿区水资源管理不到位，配置不合理，利用率低等因素，更加剧了矿区水资源的供求矛盾［8~10］。因此，对煤矿区疏干水排放与地下水水位动态的研究，尤其是我国北方煤矿矿区充水岩层水位的监测与分析，对查明矿区水文地质条件、预测矿区充水的来源与变化以及采取合理的节水措施具有重要作用，是矿区最基本也是最重要的水文地质工作［11］。对于系统研究疏干水排放与地下水水位关系的文章较少，大部分都是在研究其他地下水问题时对地下水水位稍作论述，笔者也期望本篇文章能起到抛砖引玉的作用，为今后此类研究提供借鉴。
1 北方地区水文地质概况
1.1 华北赋煤区
主要含煤岩系为晚古生代的石炭--二叠纪地层，由碎屑岩、泥质岩及少量石灰岩和煤层组成，总厚度为600~1000m。石炭--二叠纪含煤岩系直接覆盖在中奥陶统的风化剥蚀面上，中奥陶统为巨厚石灰岩，含丰富的岩溶水，煤系含有多层薄层灰岩，灰岩含水层至煤层的间距一般几米至几十米不等，水文地质条件十分复杂，加之地质构造、采动破坏等因素的影响，致使在采掘过程中很容易发生底板突水事故［12］。
1.2 东北赋煤区
东北赋煤区以大兴安岭为界大体可以分为两个部分。大兴安岭以东主要为早白垩世煤系地层，以碎屑岩为主。一般以风化带裂隙含水带为主，层间裂隙含水层为辅。地下水运动主要在浅部风化裂隙带中，在风化裂隙带下部为微裂隙带和构造裂隙带，存在着封闭状态的地下水；大兴安岭以西包括伊敏、霍林河等中西部断陷盆地，水文地质条件独特，煤层是主要的含水层。煤层中的成岩裂隙和风化裂隙较发育，地表降雨后，通过新生界松散层补给煤层的裂隙，使煤层成为主要含水层。雨季时煤层充水，只有将煤层水疏干才能采煤。这类煤田由于赋存深度浅，煤层本身富水性，水动力强［13，14］。
1.3 西北赋煤区
西北赋煤区包括柴北-祁连、准南和塔北等煤田或含煤区。地势较高，降水量稀少，大部分地区有黄土覆盖，黄土渗透性能较差，降水后大部分顺沟渠流走，很少能透过黄土层补给基岩。基岩中的含水层绝大部分为碎屑岩，岩层中夹有粘土层或粘土质，含水性微弱，渗透性能较差，含水层对煤层充水较差，对主要开采煤层基本无威胁［13，15］。
2 现状分析
2.1 居民饮水出现困难
浅层裂隙地下水一般来说是农村人畜饮水的主要水源，由于煤矿开采和矿井排水疏干了地下水，导致矿井区域地下水大幅度下降，水位长期不能恢复，矿区周围井水干枯，泉水水量减少甚至断流［16］。例如：元宝山露天煤矿由于强制疏干，地下水位严重下降，直接影响了附近3镇、18个行政村、30家工业企业、7.06万人口、5.28万头(只) 生畜的用水所需。部分农户不得不靠原始的背、挑、拉等方式解决用水，甚至出现了买水吃的现象，加大了农民的劳动强度，增加了农民经济负担［17］；榆神府矿区长期的疏干排水使地下水位下降，泉水断流，减少了地下潜流。资料记载，黄羊城沟中的一口水井，1995年凿成后，出水量达780m3/d以上，到2002年出水量不到260m3/d，衰减67%；大柳塔镇白家渠引水工程建设之初日取水1000m3, 目前已无水可取［18］。
2.2 工农业生产受到影响
煤炭开采抽排水，会造成地下水水位下降，地面裂缝和塌陷等现象的发生，从而导致部分水源工程被破坏，使工农业生产用水受到影响［16］。例如，元宝山矿区由于地下水下降严重，区域内农机井大量报废，农田无法适时灌溉，造成大面积作物减产，抵御自然灾害的能力下降。2004年影响区内已有169眼农机井报废，5330hm2农田无法适时灌溉，另有1330hm2农田也受到不同程度的影响。同时地下水位下降严重，致使影响区域内企业生产供水保证率降低，不得不投入大量经费开辟新的水源，购置新的设备，企业生产成本提高，利润下降，严重时企业被迫停产［19］。
2.3 生态环境退化
煤矿的开采引起地下水环境发生变化，其对生态环境带来的影响一般认为是长期性的，在维持自身稳定性较小的生态脆弱区，有可能导致矿区生态环境破坏后难以恢复。再如煤矿开采引起的土地沙化、植被减少、海水入侵等现象在短时期内是难以恢复的。元宝山矿区地下水位急剧下降，土地沙化持续蔓延，地表植被破坏严重，已有近330hm2树木干旱枯死［17］。
3 疏干水排放对地下水水位的影响
3.1 对浅层地下水的影响
浅层地下水是工农业和生活用水的主要水源，与外界联系也最为紧密，在露天煤炭开发过程中是最容易受到影响的地下水类型［20，21］。据调查，北方矿区浅层水源多取自第四系冲、洪积层，深层水源多采于奥陶系灰岩。第四系孔隙含水层的主要水文地质特征是含水层较为疏松，堆积物成分较复杂，分选也差，常以基岩为隔水底板，地下水埋藏较浅，且与大气降水有密切关系。渗透系数变化范围很大，较易受到污染［22］。在露天采煤的过程中，煤系地层及上覆松散岩类大部分被破坏，垂向裂缝增多、增大，产生的冒裂带与上覆含水层导通，上部潜水沿冒裂带裂隙流入坑道系统。在煤矿开采初期，涌水量很大，当上部含水层被疏干后，便形成以露天矿坑为中心的地下水降水漏斗，造成区域地下水位下降［21，23］。元宝山露天煤矿自1990年8月起正式疏干地下水以来，先后共投入疏干井125 眼，多年日疏干水量50×104m3/d。到1992年10月，水位下降达26m，是地下潜水含水层厚度的1/2。到2007年已经排出地下水12亿m3，是地下净储量的5倍。由于长期持续地疏干地下水，造成周边地区地下水位下降严重，影响范围达到200多km2［24］。
3.2 对深层地下水的影响
深层水为裂隙水和岩溶水。裂隙水的主要水文地质类型有风化、层间、脉状裂隙水，它可以存在于沉积岩、火成岩或变质岩裂隙之中，其中沉积岩的裂隙水一般贮量丰富，具有开采价值。岩溶水的主要水文地质类型有裸露型、覆盖型和埋藏型，其主要水文地质特征是空间分布不均一，动态变化较复杂，深层水一般与大气降水关系不密切，不易受到污染［22］。采煤过程中地下水储存空间转变为地下水漏斗，大量地下水通过该漏斗进入矿区，形成以矿井为中心的降落漏斗，改变了原有的补、径、排条件，使地下水向矿坑汇流，在其影响半径之内，地下水流加快，水位下降，贮存量减少，局部由承压转为无压，导致煤系地层以上裂隙水受到明显的破坏，使原有的含水层变为透水层，原有的水井干枯。深层地下水位一旦下降，很难在短时期内得到恢复［25］。例如，唐山市是一个以煤炭开采为基础发展起来的城市，采煤过程中产生的矿井疏干水约1.5×108m3，大部分作为废水外排，不仅加剧了水资源的紧张局面，而且也污染了水环境。由于矿区多分布在市区及其周围，连续多年的开采地下水资源，造成市区地下水位大幅度下降。据统计，第四系孔隙水地下水位下降速率1.50m/a，奥陶系灰岩裂隙水下降速率2.20m/a［26］。
4 存在问题分析
北方地区属资源性缺水地区，气候干旱天然降水少，地下水接受地表水的补给较少，再加上水资源管理不到位，配置不合理，利用率低等因素，更加剧了煤矿区水资源的供求矛盾。在煤矿区疏干水的利用和排放过程中仍然存在一定的问题。
4.1 缺少区域性的宏观统筹规划，管理不到位
2006年之前，国家对矿井水（包括疏干水）没有将其列为水资源开发利用，单纯地进行排污收费，甚至罚款，打击了矿山企业回收利用矿井水的积极性。多年来的疏干水排放已经造成了地下水水位的下降，短时间内无法恢复。不同部门之间，行业之间缺乏沟通，自行开采地下水，出现了疏干水浪费而附近地下水重复开采的局面，导致了矿区附近地下水水位的下降［27，28］。
4.2 处理技术落后，疏干水利用率低，浪费严重
矿井水处理中的自动检测和自动控制技术方面应用开发较少，处理设备目前多采用地表水处理设备，很少有适合于矿井水质特点的专用水处理设备。大量的矿井疏干水不得不就地排放，不仅污染了当地的地表水，而且造成了地下水资源的浪费。再者，长期以来人们对于矿区疏干水的利用意识还很淡薄，虽然矿井疏干水长年的大量排放，但是人们没有对矿井水水质、水量进行全面的系统的研究分析，或者只重视水质，而缺乏对水量的评估，致使矿井水的回收利用工艺针对性不强，前期的设计过程不够完善，使得处理效果不够理想，矿井疏干水利用率较低。另外，在矿井水开发利用的科研投入上也十分不够，单靠一些单位分散进行实践探索，成效缓慢［26，28，29］。
4.3 缺少相应的技术规范和必要的政策引导
没有国家规范矿井水利用的技术和管理标准，也缺少对生产过程和产品质量的监督和管理，矿井水处理利用不规范。同时，国家也缺乏相应的政策引导和奖励机制，企业和个人对于疏干水的利用积极性不高。
5 措施建议
5.1 制定相应的区域地下水管理法律制度，做到有法可依、有法必依、奖惩分明
5.2 统一规划管理，不同部门间合理分配水源，推行水资源有偿使用。统筹经济、社会、环境三者的效益，通过行政管理手段，并利用经济杠杆作用，采取政府让煤矿有偿使用，煤矿向市场售水等办法，对煤矿区地下水资源做到合理使用，避免水资源浪费。
5.3 改进技术，提高疏干水利用率。采用国内外先进经验的技术，进行科技攻关，引进污水处理设施和相应的节水设施，统一规划输水管线，减少矿区地下水资源的浪费，提高疏干水利用效率。
5.4 以地下水超采区、土壤盐渍化区为重点，建立完善地下水监测监控网络。重视地下水方面专业人才的培养，围绕地下水资源可持续利用中的关键问题，进行科技攻关，为科学合理的开发利用、保护和管理地下水资源提供可靠依据。
5.5 建立地下水库。对于采空区积水量大且有积水补给的煤矿区，可以建立地下水库，把地下水暂时储存起来，作为备用水源，一方面解决了矿区排水造成的资源浪费，另一方面在干旱用水季节缓解了用水难问题。
5.6 加大宣传力度，提高节水意识。利用报刊、电视、广播等宣传媒体，从实施可持续发展战略的高度，加强地下水知识的科普教育；宣传地下水管理先进地区的经验，使全社会都来了解、重视、关心和支持地下水管理工作。
5.7
煤矿开采前进行必要的环境规划与环境影响评价，煤矿开采中进行地下水的监测和管理，煤矿开采后进行相应的环境影响后评估，把规划、管理、评估和监测进行有机结合，做到煤矿区地下水资源的有效利用。
6 总结
提高矿区疏干水的利用率、遏制地下水水位的降低，不但可防止水资源流失，避免对水环境造成污染，而且对于缓解矿区供水不足、改善矿区生态环境、最大限度地满足生产和生活用水需求，实现经济效益、环境效益和社会效益的统一具有重要意义。以往的研究主要集中在疏干水水质的处理上，而对于疏干水排放对地下水水资源量的研究相对较少，应予以重视。煤矿区地下水水资源量评估往往以监测为主，缺少相应的地下水系统模型构建和评估管理系统，应加强此方面的研究。笔者认为，对于未来矿区疏干水排放与地下水资源关系的研究和探讨应该着重放在政策、管理、新技术等方面，疏干水资源化利用将会具有更广阔的前景。
参考文献
［1］孙红星,童有德,邹人和.煤矿区水资源的保护及污染防治〔J〕.中国煤炭,2000,26(3):9-11.
［2］宋先松,石培基,金蓉.中国水资源空间分布不均引发的供需矛盾分析〔J〕.干旱区研究,2005,22(2):162-166.
［3］王大纯,张人权,史毅虹等.水文地质学基础〔J〕.北京:地质出版社.1995.
［4］徐宗学等.水文模型〔M〕.北京:科学出版社. 2009.
［5］吴玉生,赵亚平,杨亚静.煤矿开采对地下水资源的影响〔J〕.能源环境保护,2004,18(6):1-3.
［6］王天平,解建仓,张建龙等.基于突变理论的西王寨矿区矿井疏干水开发利用风险评价〔J〕.西安理工大学学报,2010,26(4):417-423.
［7］李元实,多金环,董德明.火电项目环境影响评价中污染控制水平分析〔J〕.环境科学研究,2006,19(3):117-121.
［8］解虹,崔延森,姚江.充分利用疏干水,优化配置水资源〔J〕.内蒙古水利,2007,4:122-123.
［9］郑继东,李东艳,胡斌等.焦作煤矿区浅层地下水污染成因及特征研究〔J〕.能源环境保护,2003,17(3):28-32.
［10］黄劲松,李洪林,牛路明.露天矿地下水环境影响评价若干问题的探讨〔J〕.煤炭工程,2007:73-76.
［11］张文慧.福建马坑铁矿主要充水岩层地下水水位动态特征〔J〕.有色金属,2010,62(2):39-43.
［12］卜昌森,张希诚,尹万才等.“华北型”煤田岩溶水害及防治现状〔J〕.地质评价,2001,47(4):405-410.
［13］中国煤田区域水文地质概况［EB/OL］.中国煤矿安全生产网,［2010-6-5］.http://www.mkaq.org/Article/anquanzs/201006/Article_26476_2.html.
［14］王晓光,邹淑芳,王恩德.东北地区地下水资源可持续利用的主要问题和对策浅析〔J〕.地质通报,2005,24(2):156-159.
［15］潘志刚.西北地区煤层气藏形成条件剖析〔J〕.湘潭师范学院学报(自然科学版),2004,26(1):112-116.
［16］杨绍萍,丁坚平,曹兴民.煤矿开采对毕节地区地下水环境的影响研究〔J〕.地下水,2009,31(141):103-105.
［17］王秀兰.浅析元宝山露天矿疏干排水存在的问题〔J〕.内蒙古环境保护,2002,14(4):12-13.
［18］王力,卫三平,王全九.榆神府煤田开采对地下水和植被的影响〔J〕.煤炭学报,2008,33(12):1408-1414.
［19］李俊,王艳梅,赵敏志.露天煤矿对地下水超采的环境影响及对策探讨〔J〕.中国水利,2004,4:68-69.
［20］沈继方,于青春,胡章喜.矿床水位地质学〔M〕.武汉:中国地质大学出版社.1992.
［21］孟凡生,王业耀.煤矿开采环境影响评价中地下水问题探析〔J〕.地下水,2007,29(1):81-84.
［22］宁建宏.试论北方煤矿区环评中地下水源地的评价〔J〕.煤矿环境保护,1996,10(5):51-53.
［23］张大民.张家峁井田内小煤矿开采对地下水的影响〔J〕.地下水,2008,30(1):32-34.
［24］张朝喜.元宝山露天煤矿矿区地下水防治及其开发利用探讨〔J〕.人民黄河,1997,6:23-28.
［25］曲红娟.晋中市煤矿开采对水环境的影响评价及治理措施〔J〕.地下水,2009,31(2):92-94.
［26］刘文利,李太山,赵凤琴等.唐山市矿井疏干水的资源化利用〔J〕.环境科学与管理,2007,32(2):142-144.
［27］李甲亮,姜军,王亚博.煤矿矿井水资源化与循环经济〔J〕.能源环境保护,2004,18(1):20-24.
［28］袁航,石辉.矿井水资源利用的研究进展与展望〔J〕.水资源与水工程学报,2008,19(5):50-57.
［29］赵伟,董慧.新疆地下水资源开发利用中存在问题及对策〔J〕.地下水,2004,26(1):23-26.
收稿日期：2011-05-16
作者简介：姬广青（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向为环境规划与管理.