基于Visual Modflow的干旱区矿井疏干水计算研究

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　　摘 要：矿山采掘过程中，为确保井下安全生产，必须排出水量可观的矿井水，直接排放不仅浪费水资源，而且对西北干旱区脆弱的生态环境造成不可逆的破坏。疏干水的循环利用对于缓解干旱区矿区水资源供需矛盾、最大限度地满足生产和生活及生态用水具有重要意义。
　　引言
　　218年9月召开的煤炭矿井水净化与综合利用技术研讨会上指出，全国煤炭开采每年损失矿井水60亿吨，相当于每年工业和民用水量的60%，同时，煤炭及相关产业用水紧张。2017年全国煤炭矿井利用率仅为72%。“水十条”也明确提出“推进矿井水综合利用，煤炭矿区的补充用水、周边地区生产和生态用水优先使用矿井水，加强洗煤废水循环利用”等。
　　西北地区特殊的水资源禀赋，导致西北干旱区生态环境恶劣，生态环境问题复杂多样[1] ，地下水资源在地区水资源结构和生态环境系统中起到了不可替代的主导作用，其中地下水的开采提供了干旱区大部分，甚至是全部所需的唯一水源，同时，地下水还是极为重要的生态环境因子[2] 。因此，客观科学的评价预测矿区疏干水资源量，是矿区水资源合理规划、管理、保护的前提条件，能够避免煤矿区水资源二次流失、保证经济—环境协调可持续发展。
　　1.礦区第四系疏干水量计算
　　模拟区地处北山山前冲洪积平原与基岩区，常年干旱少雨。主要的补给途径有基岩裂隙水和散流洪水补给。模拟区内地下水的主要开发点在太西煤二矿区（南矿区）处，主要为矿井疏干排水，计疏干井5眼，废井3眼；矿区东有民井一眼，供一户居民使用。本次主要模拟对象是区内的第四系地层，第四系层由北山基岩山区起至南部逐渐增厚，含水层也逐渐增厚；水位标高由北往南逐渐减小。
　　本次模拟时间为30年，水流模型采用非稳定流。根据地形图数据选取地形控制点，进行地表和层底高程赋值。北部边界水头赋值1403m，南部边界水头赋值为线性水头，起始水头1390m，结束水头1370m。存贮参数分4个区，由于区域范围较小，不进行分区。贮水率0.021，重力给水度0.21，有效孔隙度0.2，总孔隙度0.3。散洪入渗补给概化为面状补给，换算为面状补给量为13.79mm/yr。北部边界为给定流量边界，为20眼注水井，单井注水量12.01m3/d。本次模拟在南矿区内布井509眼，单井开采量12.01m3/d，开采周期30年，依此进行南矿区第四系排水可循环开采量的计算与评估，通过模型调试，评估疏干效果。10年时南矿区仅在北部部分网格单元疏干，30年时模型绝大部分恰好疏干完毕，疏干水量557.4万m3/a（图1）。
　　2.结论
　　太西煤民勤县红砂岗矿区第四系潜水对煤炭资源的开采有一定的影响，矿区煤炭资源如需要进一步开发，势必要对第四系含水层进行疏干。通过数值模拟计算，按照现有规划开采规模，研究区第四系含水层排水可循环利用量为557.4万m3/a，须持续疏干三十年，该部分水量可作为矿区开采工业用水循环使用，从而降低外排对生态环境的污染，缓解区域水资源的负荷。
　　参考文献：
　　[1] 周斌.甘肃省主要生态地质环境问题及环境保护对策研究[J]；甘肃地质；2011，20（4）：60-64.
　　[2] 王浩；仇亚琴；贾仰文.水资源评价的发展历程和趋势[J]；北京师范大学学报（自然科学版）；2010，03.
　　作者简介：
　　王文博（1989-），男，甘肃张掖人，水工环工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质勘查及评价工作。
　　（作者单位：甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院）
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