宫玉奎,李朝长
(1.核工业天冿工程勘察院,天冿301800;2.安徽省核工业勘查技术总院,安徽芜湖241000)
浅谈矿山开采环境影响评价地下水水位预测
宫玉奎*1,李朝长2
(1.核工业天冿工程勘察院,天冿301800;2.安徽省核工业勘查技术总院,安徽芜湖241000)
通过对矿区地质、水文地质条件分析,确定地下水含水层、隔水层、地下水补、径、排关系,研究其分布规律及特征,建立相关的数学模型空间关系,预测地下水于矿山开采条件下,影响半径、影响值及地下水位变化地段水位值,从而达到地下水环境影响的预测评价,制定相应的措施。
地下水水位;影响半径;含水层、隔水层;环境影响
矿区位于低山丘陵地段,地形北东高、中部低,呈一北西走向沟谷地形,最高点为西北部山脊,标高716.80m,最低点为南东部的沟谷出口,标高568m,相对高差148.8m。地形切割中等,自然坡度一般为15°~25°,局部冲沟边坡达35°。周边地表水系不发育。矿山范围内为荒山和林地,无农田和居民点分布,外围居民点位于北部低缓沟谷区,最近距矿山为6km。
全年气候资源丰富,春末夏初多雨,秋多干旱,冬多寒霜,年平均气温19.6℃~20.4℃,最冷月(1月)平均气温9.311.0℃,最热月(7月)平均气温27.4℃~28.7℃,年极端最高气温38.3℃~41.0℃,年极端最低气温-6.0℃~-4.0℃,无霜期300~315d,年降水量1500~1900mm,全年≥0.1mm降水日数160~180d。
本区包气带岩性由第四系残坡积粉质粘土、冲洪积砂土与新近堆填的填土组成。
2.1 土层结构
(1)填土,由残坡积粉质粘土、全—强风化粉砂岩或砂岩、块石、及建筑垃圾等组成,为近10年堆填,结构不均匀,松散,未压实,层厚为0~3m,平均厚度大于2.5m。
(2)粉质粘土,主要分布于低丘陵及其坡地,褐色,由粘粒及少量粉砂组成,为原岩剧烈风化残积坡积形成,结构较均匀,层厚为2~6.2m,平均厚度大于4.7m。
(3)砾砂土,主要分布于矿区外围北侧低丘陵及其坡地,褐色,由粘粒及少量粉砂组成,为冲洪积形成,结构不均匀,层厚2.5~5.0m。
2.2 含水岩组
(1)第四系松散岩类孔隙含水岩组:零散分布于矿区及其外围的缓坡沟谷地带,由第四系砂砾石层等组成的冲洪积层,厚约2.5~5m。该层结构松散,透水性较好,富水性较差,无泉水出露,属弱含水层,为孔隙水,主要靠大气降雨补给。由于地形坡度较大,有利于孔隙水的自然排泄。
(2)碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组:由石炭系下统石蹬子组(C1s)灰岩、生物碎屑灰岩、含泥质灰岩、白云质灰岩、白云岩组成,主要为岩溶裂隙水,民窿坑道中沿节理裂隙有滴水,坑道流量为0.2~>1.0L/s。该层单位涌水量为0.4~0.56 L/s·m(钻孔SHK5抽水试验过程中降深为10m时,涌水量为4.0L/s,降深为3.77m时,涌水量为2.08L/s),渗透系数为0.85~1.15m/d。按钻孔单位涌水量富水性中等。该层浅部+600m标高以上为强溶蚀段,富水性强—中等,导水性强,连通性好。
(3)变质岩类裂隙含水岩组:为矽卡岩、大理岩,其含水性、富水性较弱,主要为风化裂隙水,坑道流量为0~0.30L/s。
(4)花岗岩风化裂隙含水岩组:岩性为细粒、细中粒斑状黑云母花岗岩,浅部岩石风化节理裂隙较发育,含弱裂隙水。
2.3 隔水层
第一组为第四系粘土层,由粘土、粉质粘土及少量碎石等组成的残坡积土,厚约2~5m。第二组为燕山第四期花岗岩,岩性为细粒、细中粒斑状黑云母花岗岩,裂隙不发育,不含水,为隔水体。第三组为石炭系下统石蹬子组砂页岩,岩性为砂岩、砂质页岩、铁质砂岩、粉砂岩,薄层炭质页岩及薄层煤,厚度稳定,不含水,为隔水体。
地下水水位选矿区内代表性钻孔,分别于枯水期与丰水期测量。
表1 地下水水位、水温观测结果
大气降水的补给:它是矿区地下水的主要补给方式。地表无水体,大气降雨多顺冲沟流走,对地下水的补给较差。矿区雨水入渗补给量的大小受地势、地貌、地质构造及水土保持状况等影响很大,表现为地形起伏明显、坡度陡、植被条件差,降水后易产生地表径流,入渗补给量较小。地表径流的补给:在矿区开采范围外的北部地区,第四系冲洪积砂砾土较发育,地表水径流会在该区域有一定的补给。地下径流补给:受各含水层储水条件(或水压力状态)的改变及隔水层厚度变化和矿区范围内接触带构造的影响,各主要含水层之间常常发生水力联系,形成含水层之间的补给。矿区地层与构造简单,大范围内地下水水力联系较差,往往分割成若干区域性地下水单元。矿区地下水和地表水运动方向大体一致。地下水径流方向受地层坡度和岩层倾向影响,由W、E向中部沟谷汇聚,在分水岭附近分别向NW、SE径流。矿体分布于当地侵蚀基准面以上,矿区水文地质条件较简单,矿床水文地质类型属于弱裂隙充水矿床。在矿山开采条件下,开采排水成为矿区地下水排泄的唯一途径。
计算模型:根据《环境影响评价技术导则 地下水环境》(HJ610-2011),区域地下水均为潜水或微承压水,影响半径可采用下列公式进行计算:
式中:R——影响半径,m;
S——水位降深,m;
H——潜水含水层厚度,m;
K——含水层渗透系数,m/d。
根据环境影响评价环境水文地质勘查矿区潜水含水层平均厚度30m,含水层渗透系数为1.14m/d,水位平均降深30m,计算得影响半径为496m、项目开采至+550m标高时,水位降深60m,计算得影响半径为992m。
影响地下水位过程主要在采矿过程中坑道涌水导致地下水位下降。根据水文地质勘查报告,矿区及周围水文地质条件简单,可采用解析法分析本项目对地下水水位影响。
潜水层水位影响计算公式可采用下式:
式中:H0——潜水含水层初始厚度,m;
h——预测点稳定含水层厚度,m;
k——含水层渗透系数,m/d;
i——开采井编号,1~n;
Qi——第i号井开采量,m3/d;
ri——预测点到第i号井的距离,m;
Ri——第i号井的影响半径,m。
由于本项目简化为群井模式,上式简化为:
抽水井做3个落程,最大降深S1为10m,抽水试验稳定时间不少于8h,停泵后观测恢复水位,记录有关试验参数。单井的抽水试验,三次降深分别为10m、6.68m、3.77m。抽水试验现场资料,绘制q=f(s)关系曲线,综合分析,q=f(s)关系曲线属Ⅲ类曲线,区内地下水抽水试验表明地下水类型为潜水型。按有关规范,单井抽水最大涌水量取S=0.5H,根据水文地质条件及地区经验,单井最大涌水量取210m3/d。
抽水试验按潜水非完整井公式计算含水层的渗透系数k,公式如下:
式中:k——渗透系数,m/d;
Q——涌水量,m3/d;
L——过滤器长度,m;
S——水位降深,m;
r——抽水井半径,m。
图1 SHK5抽水试验Q-S曲线图
根据水文地质勘查报告,潜水含水层平均厚度30m,渗透系数为1.14m/d,水位平均降深30m,依式计算得影响半径为496m、项目开采至+550m标高时,水位降深60m,计算得影响半径为992m。影响半径取1000m,矿坑涌水量取500m3/d,依式(3)计算矿区周围10个点,采矿期地下水水位值,计算结果如表2所示。
矿坑涌水位于第一个隔水层以下,矿坑涌水排水不会导致地表土壤层孔隙水减少,基本不影响地表植被生长。坑采对地下水的影响小,未产生地下水疏干作用,对生态影响小,不会对自然保护区的生态环境、景观环境造成重大威胁。由表2可知,矿坑涌水量较小(仅500t/d),采矿期间,地下水实际下降较少,预测点地下水位下降最多1.2m。
表2 地下水水位预测结果
地下水影响主要是矿坑涌水导致地下水位下降影响。闭矿后,将对坑道内涌水处进行封堵,矿坑涌水量将减弱,对地下水水位影响将低于采矿期影响。
采矿时对地下水影响主要为矿坑涌水导致地下水水位下降,矿坑涌水水量较小(500t/d),采矿过程中对地下水水位影响较小,离矿区边界60m处地下水水位最大降深仅1.2m。该项目地下水环境保护措施主要为采坑内对涌水点及时封堵,减少矿坑涌水量,防止地下水水位大幅下降。建设单位应建立和完善水环境监测制度,对采矿区、选矿区、尾矿库下游地下水进行监测。地下水监测每年至少两次,分丰水期和枯水期进行,重点区域和出现异常情况下应增加监测频率。
[1]HJ610—2011环境影响评价技术导则—地下水环境[S].
[2] 中华人民共和国环境影响评价法[S].
[3]GB50027供水水文地质勘察规范[S].
[4]YS5215-2000抽水试验规程[S].
[5]西安矿业学院数学教研室编著,数学地质基础与方法[M].煤炭工业出版社,1979.
X141
A
1004-5716(2015)02-0098-03
2014-03-11
2014-03-14
宫玉奎(1963-),男(汉族),天津人,工程师,现从事水文地质与环境工程地质工作。