采煤保水实现水资源的可持续利用

薛凤海

（山西省水资源管理中心，山西 太原 030002）

山西之长在于煤，山西之短在于水，这是我省的基本省情；水煤共生，煤炭开采影响破坏水资源是我省不可回避的客观现实；采煤保水，在煤炭开采的同时最大限度地保护水资源，是我省必须倾全力解决的重大问题；只有把这个问题解决好，才能实现水资源的可持续利用，为转型跨越发展提供水资源保障。

1 山西的水资源情况

1.1 自然地理

山西省地处华北西部，黄土高原东翼，太行山以东，黄河中游，全省总面积156 271 km2。境内有山地、丘陵、高原、盆地、台地等多种地貌类型。山区、丘陵区占总面积的2/3以上，大部分海拔在1 000～2 000 m之间。

山西省的河流分属黄河、海河两大流域。其中黄河流域总面积97 138 km2，占全省总面积的62%；海河流域总面积59 133 km2，占全省总面积的38%。全省流域面积大于1万km2的较大河流有5条，分别是黄河流域的汾河、沁河，海河流域的桑干河、漳河、滹沱河。山西河流属于自产外流型水系，绝大部分河流发源于境内，向省外发散流出。大体上向西、向南流的属黄河水系，向东流的属海河水系。山西是海河流域永定河、大清河、子牙河、漳河、卫河等河流的发源地，汾河是黄河第二大支流。山西的河流大多发源于东西两翼山区，具有山地型河流的特点，河长比较短，坡度比较陡。据统计，河长大于150 km的河流只有8条，绝大部分河流长度只有几十公里，流域纵深比较小；河道比降一般在3‰以上，普遍具有源短流急，侵蚀切割严重的特点。

1.2 气候

山西属中纬度大陆性季风气候。中南部属暖温带，内长城以北属温带。春季短促、少雨干旱多风沙；夏季高温多暴雨，南北起讫时间相差较大；秋季温和晴朗；冬季降水稀少、寒冷干燥。光热资源较丰富，水分资源不足。

全省多年平均降水量（1956—2000年系列）为508.8 mm，大部分地区介于650～350 mm之间，降水量分布由东南向西北递减，但与地形高程有密切关系。夏季风带来的暖湿气流是降水的主要水汽来源，6—9月降水占全年降水总量的70%以上。降水量年际变化大，最大与最小年降水比值可达3～4，且存在连续枯水年情况。由于降水量不足、时空分布不均，干旱成为山西最主要的灾害性天气，出现频次高，受灾范围大，持续时间长。有“十年九旱”之说。

1.3 水资源量

1956—2000年系列全省多年平均水资源总量123.8亿m3，其中河川径流量86.77亿m3，地下水不重复量37.03亿m3。

全省人均占有水资源量381 m3，为全国平均值的17%，每公顷占有水资源量2 700 m3，为全国平均值的11%。根据1993年联合国“国际人口行动”提出的“水紧缺指标”，人均水资源量低于500 m3属于严重缺水的区域，我省总体上属于严重缺水的省份。此外，我省自20世纪70年代末以来，降水量、河川径流量和水资源总量都出现了明显的衰减趋势，与1956—1979年系列比较，降水量减少9%，河川径流量减少36%，水资源总量减少23%，水资源短缺程度进一步加剧。

1.4 水资源开发利用存在的问题

1.4.1 水资源形势严峻，水供需矛盾尖锐

山西省人均占有水资源量381 m3，仅为全国平均值的17%。自20世纪70年代后期以来，我省处于一个较长的枯水时期，使得本来就很紧张的水资源形势变得更加严峻。而自1980年以后，为了保证国家对能源的需要，山西的能源工业及相关产业迅速发展，煤炭、火电、煤化工、冶金、建材工业的产量有了几倍甚至十几倍的增长。同时，城镇和农村生活用水、生态用水都迅速增加。当前，供水短缺已经成为制约山西经济社会发展的“瓶颈”和“短板”，成为不可忽视、不容回避的关系全局的重大战略问题。

1.4.2 水资源调控配置能力低，水源建设严重滞后

我省大部分为山区和丘陵区，地高水低，坡陡流急，水源工程建设难度大。由于大部分径流量集中在汛期3个月，一场洪水往往只持续几个小时，如果没有控制性调蓄工程很难利用。多数河流发源于东西两山分水岭，一般要到省界附近才汇集起来形成水量丰富的大河，具有建设大中型水库条件的坝址多分布在两翼，向盆地区供水需要高扬程反向提水，工程所需投资大，运行成本高。由于水源工程建设滞后，我省现状的人均供水量仅170 m3，为全国平均值448 m3的38%，在全国各省、市、自治区中排名倒数第一。

1.4.3 地下水超采严重

由于地表水源工程供水能力不足，为满足经济发展对供水的需求，自1972年以后，我省地下水开采量逐年增加，年开采量从11亿m3增加到近40亿m3，成为主要供水水源。2000年全省超采量达到7.31亿m3，出现了21处比较大的超采区。近几年我省结合地表水源工程建设采取了一系列关井压采措施，但由于替代的地表水源尚未到达，现状地下水年超采量仍达5亿m3，由此引发了一系列环境地质问题。

2 煤炭开采对水资源的影响破坏

2.1 山西煤炭开采情况

山西是煤炭大省，煤田分布广泛，全省含煤面积6.2万km2，占国土面积的40.2%，现有煤炭资源储量超过6 500亿t。自北向南分布有大同、宁武、河东、西山、霍西及沁水六大煤田。全省119个县级行政区中，94个有煤，占80%。

新中国成立以来，山西累计开采煤炭127亿t。其中1978—2009年的31年，累计生产煤炭95.11亿t，占全国同期煤炭生产总量的1/4以上，累计外调煤炭68.39亿t，占全国省际净调出量的70%以上。2010年全省原煤产量为7.4亿t，全省煤矿经过整合重组，减少为1 053个，单矿平均产能120万t，进入大矿时代。

2.2 采煤对水资源的影响破坏机理

山西之长在于煤，山西之短在于水。水煤共生，煤层、含水层、隔水层交互沉积是山西煤炭资源的赋存特点。山西的可采煤层主要为石炭系的山西组、太原组煤层，仅在大同煤田分布有侏罗系煤层。开采深度大部分在500 m以浅，大部分煤层之上有孔隙、裂隙含水层，这些含水层一般都是当地农村生活、农业灌溉、城镇供水的主要开采层。煤系地层本身也含有裂隙水，煤系地层以下为奥陶系岩溶含水层。山西省的奥陶系岩溶地下水和岩溶泉水是城市和工农业非常重要的水源。例如娘子关泉对于阳泉市、兰村泉对于太原市、神头泉对于朔州市、辛安泉对于长治市而言都是城市的生命线。开采煤炭，“楼上”的孔隙裂隙含水层的水要漏下来，“楼下”的岩溶含水层由于水头高要涌进来，“中间”的煤系地层裂隙水要排出来，为了矿井不被水淹就必须一边掘进一边排水。煤炭采出之后还将造成采空区的地表塌陷、裂缝贯通。这些都直接导致含水层破坏、水量漏失、水质污染、环境恶化。到2010年底为止，山西采煤形成的采空区面积超过2万km2，占全省国土总面积的12.8%。而且这些采空区大部分分布在山前地区，是地下水主径流带，对地下水影响破坏严重。

采煤对地下水的影响主要表现为：煤炭开采在地下形成纵横交错的垂向竖井、斜井以及水平巷道、斜巷道。煤层开采后顶板发生垮落，形成垮落带和导水裂隙带。受其影响含水层与开采煤层之间的隔水层被破坏，导致各类含水层地下水快速渗漏和外排，疏干了煤系地层和上覆岩系中的孔隙裂隙地下水，影响了下伏的奥陶系岩溶水。形成了以矿井为中心的大面积降落漏斗，使得区域地下水资源量减少，地下水位下降、水井报废、泉水断流。例如，霍州团柏煤矿位于郭庄泉域的主径流带，煤矿开采过程中每天排岩溶地下水3万～5万m3，把郭庄泉的优质岩溶地下水变成了团柏河的矿坑污水，导致郭庄泉流量锐减。又如西山煤电集团位于太原西山的几个煤矿多年来大量排水，年排水量1 200万m3，并在白家庄矿710 m水平巷道建立了岩溶水供水水源地，日供水量5 000 m3。由于泉域地下水的严重超采，导致著名的晋祠泉于1994年完全断流，且地下水位以每年2 m的速度下降。

采煤对地表水的影响主要表现为：大面积、高强度的煤炭开采造成采矿区及周边地区的地表沉陷和地裂缝，导致河水渗漏，河道变形、断流、干涸。特别是大矿由于回采率高，井田面积大，采用综合机械化采煤，回采率高，基本上是一次采全高，造成的地表沉陷往往比小煤窑开采更为严重，对地表水的影响也更大。例如，根据在建的某大型煤矿设计报告，该矿设计年产量600万t，井田范围全部在上党盆地，开采后的地表最大沉陷量4.5 m，塌陷区涉及93个村庄，10.6万人，1.33万hm2耕地、0.67万hm2水浇地；其中62个村庄4.5万人需要搬迁。井田影响区河道最大下沉约3 m，河道变形，将影响河道行洪条件，对河道防洪安全构成威胁。与600万t的煤炭产量相比这个代价不可谓不大。吕梁山区临县某煤矿开采后的地表最大沉陷量超过10 m。

采煤对水质的影响主要表现为：井下矿坑水渗漏污染了深层地下水，外排的矿坑污水不仅严重污染了地表水，还通过渗漏污染矿区周围的地下水，使水资源丧失使用价值。此外由于矿区附近粉尘污染严重，河道被煤粉覆盖，河水往往变成黑色。

煤矿采空区在很长时间内将持续汇集地下水，将其污染成为酸性很强的老窑积水。平均开采1 t煤对应的采空区体积约为0.7 m3。例如王家岭煤矿发生突水事故的原因就是打通了老窑的积水。

此外在山西还有安太堡、安家岭等特大型露天煤矿，采用露天开采方式虽然基本没有矿坑排水，但是对于水资源的破坏更严重、更彻底。由于露天矿的开采方式为开挖剥离，完全破坏了地表水产汇流条件和地下水的入渗补给条件，也彻底破坏了浅层地下水的赋存条件，对矿区水资源造成极大的破坏。

2.3 采煤对水资源的影响破坏的定量分析

根据我省的情况，采煤过程中的矿井取用水主要包括四部分：一是在井下或采掘作业面利用的矿井排水，包括降尘、注浆用水和被产品带走的水等；二是排出到地面的矿井水；三是排入采空区，成为无法利用的老窑积水；四是通过断层、陷落柱、钻孔、坑道漏失污染其它含水层的水量。

2001年，山西省发改委组织了《煤炭开采对水资源的破坏影响及评价》专题研究，通过对全省5 403个煤矿的实地调查和研究分析，得出了吨煤平均破坏、漏失2.48 m3水资源的结论，第一次全面定量反映了山西采煤对水资源的影响和破坏情况。根据估算，近几年山西每年因采煤影响破坏污染的水资源量超过15亿m3。约占全省水资源总量的1/8。

根据《山西省水资源公报》，2009年山西全省平均降水量492 mm，相当于平水年份，但全年河川径流量只有47.7亿m3，水资源总量85.8亿m3，比1980—2000年系列的平均值分别减少了34.5%和21%，这说明山西煤炭开采对水资源的循环条件已经造成非常重大的影响，一部分破坏属于永久性的，难以恢复的，这将对山西水资源的可持续利用造成不可弥补的影响。

3 关于我省采煤保水的对策与建议

可以说，只要采煤，对水资源特别是对地下水造成影响破坏是不可避免的，但是通过采取严格的保护措施和补偿修复措施可以控制、减少影响破坏的程度。自1980年开始建设国家能源重化工基地以来，我省陆续采取了一系列对策措施，力图控制、减轻煤炭开采对水资源的影响破坏，也取得了一定效果。但是必须看到，由于煤炭开采的强度越来越大，带来的破坏也将越来越大。2010年全省煤矿一天的产量就大体相当于1949年全年的产量（267万t），“十二五”末将达到10亿t。研究、制定、实施加强采煤保水对策措施，保护极其有限的水资源刻不容缓。

3.1 完善水法规，依法保护水资源

针对采煤对水资源的影响破坏，我省采取了一系列措施，制定了《山西省水资源管理条例》《山西省泉域水资源保护条例》等地方法规，划定了泉域重点保护区和水源地保护区。《山西省泉域水资源保护条例》规定在19个岩溶泉域的重点保护区、省和市确定的重要水源地保护区以及汾河、沁河、桑干河等主要河流源头保护区禁止新建、改建、扩建煤矿。在一般保护区新建、改建、扩建煤矿项目，须委托具有相应资质的机构进行煤炭生产对水资源的影响评价，编制该建设项目煤炭开采对水资源影响评价报告，报水行政主管部门审查批准。但是《山西省泉域水资源保护条例》只是在泉域范围内适用，我省19个重点岩溶大泉的泉域总面积为65 613 km2，占全省面积的42%，对于泉域以外采煤对地下水、主要河流、水体、水源地的保护目前仍存在法律法规空白。建议在《山西省水资源管理条例》中增加相应的规定条文。同时明确要求煤矿在投产以前必须制订采煤保水措施、矿井水处理回用方案以及对水源工程特别是农村饮水工程破坏的补偿方案。

3.2 建立健全煤矿水环境影响评价制度

目前我省部分新建、扩建、改建的煤矿项目按照发改、环保、水利部门的要求开展了煤炭开采对水资源影响评价报告的编制、送审，但大部分新建、扩建、改建的煤矿项目没有按照要求编制煤炭开采对水资源影响评价报告并报水利部门审查，一些项目已经违规开工。已经批准了水环评专项报告的煤矿是否落实了各项采煤保水措施也没有一个有效的监督考核制度。建议尽快出台相应规定、制度。

水资源的承载能力是有限的，超过水资源的承载能力进行掠夺式开发就会破坏水资源的可持续利用，导致资源枯竭。目前我省实行的煤矿水环境影响评价制度是针对单个项目的，没有考虑区域煤炭的开发是否超过水资源的承载能力。例如朔南煤田开发在即，煤田内先后有几个600万～1 000万t级的大型煤矿进行勘探设计，但朔南煤田开发对于桑干河源区及神头泉会造成多大影响却没有一个单位负责进行论证。我认为，应该按照国家规划环评的有关规定，对大型煤田的开采建立区域水环境影响评价制度。以煤田为单元开展水环境影响评价，论证在桑干河源区及神头泉不受到严重影响的前提下，可以安排多大规模的煤炭开采，布局几个煤矿，然后再进行单个项目的水环评。在制定全省煤炭发展规划时，也必须考虑我省水资源的承受能力，进行专项评价。

3.3 加大水资源保护修复补偿的投入力度

2007年起，经国务院批准我省开始征收煤炭可持续发展基金，并将生态修复作为基金的使用重点，近几年来每年大约投入10多亿元用于水生态修复。汾河生态修复的资金大部分来源于此。但是由于煤炭开采对水资源破坏的强度已经达到每年15亿m3左右，每年新增加的采空区面积上千平方公里，投入的补偿资金相比是太不够了。目前，我省新建的水利工程平均增加1 m3供水能力大约需要20元基建投资，供水运行成本也在2元左右，进一步加大水资源保护修复补偿的投入力度是实现水资源可持续利用必不可少的条件。

3.4 建设“山西大水网”调水解困

我省煤炭开采区由于地表水、地下水遭到破坏，产水量减少，供水能力降低，导致水资源承载能力严重不足，多数区域平时用水已经很紧张，更缺乏抵御特大干旱的能力。为了保证国家的能源安全，保障山西国民经济又好又快的发展，必须尽快提高区域及跨区域的水资源配置能力，特别是黄河水的利用能力，补偿被破坏的供水能力，满足转型跨越发展的水需求，增加抗御特大干旱的能力。

黄河干流自偏关老牛湾流入山西，至垣曲马蹄窝出山西，流经我省长度965 km，流经忻州、吕梁、临汾、运城四市的19个县（市）。黄河干流龙门、三门峡水文站多年平均天然径流量分别为379亿m3，483亿m3，水量丰沛，保证率高，为我省实施提黄工程提供了得天独厚的条件。根据国务院“八七”分水方案，山西省黄河水的可耗用指标为43.1亿m3，但2010年全省黄河干流水的利用量只有8亿m3。

导致我省供水严重短缺、制约经济社会发展和生态环境改善的主要原因是水源工程建设滞后。

我省兴水战略的总体思路是在丰水年和正常年份，主要使用地表水，科学有效地涵养地下水，使地下水储量逐步得以恢复。在干旱年份，地表水供给不足的情况下，动用地下水储备资源予以补充和应急。为了实现这一战略，需要尽快建设一批地表水骨干调蓄工程。从2007年起经过四年实施，兴水战略取得了决定性胜利。35项应急水源工程已有28项相继建成并投入运行，地表水供水能力和提引黄河水的能力有了很大提高。我省面临的主要水问题将由“十一五”时期的拦蓄不足转为水资源配置能力不足的问题。为了贯彻落实中央一号文件的精神，山西省委、省政府在充分调研的基础上，于2011年3月启动了“山西大水网”建设。“山西大水网”是在我省兴水战略35项应急水源工程基本建成，地表水供需宏观达到平衡的基础上，通过建设河库互连互通工程，以解决水资源空间分布不均、地区用水差异较大的问题，在空间和时间上满足各地区用水需求的工程体系。

“大水网”建设主要是两大功能：一是将蓄起来的水和黄河干流的水配置到需要水的区域；二是河库连接后，提高各区域特别是城市和经济中心区用水的保证率，尤其是特大干旱年份用水的保证率。大水网以纵贯我省南北的黄河北干流和汾河两条天然河道为主线（两纵），以建设覆盖全省六大盆地和主要经济中心区的十大骨干供水体系（十横）为骨架，通过连通工程建设，将黄河、汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河这六大河流及各河流上的大中型水库、泵站相连通，形成“两纵十横、六河连通”的供水网络，使全省总供水能力由目前的63亿m3提高到86亿m3，水资源开发利用实现由“水瓶颈”向“水支撑”的跨越性转变。

在高强度开采煤炭资源的同时，采取有效措施保护好水资源，以水资源的可持续利用保障我省转型跨越发展战略目标的实现，是我们面临的重大课题和艰巨任务，我们一定以认真的态度，负责的精神，科学的措施，不懈的工作把这一光荣艰巨的任务完成好。