浑源县矿山生态修复项目应急水源工程分析

孟 琳

（浑源县水务局，山西 浑源 037400）

浑源县属半干旱大陆性气候，主要受西北气流控制，春长风大、夏热多旱、秋短旱霜、冬冷干燥。多年平均气温6.5℃，多年平均降水量408.2 mm，多年平均蒸发量1 600.9 mm（20 cm蒸发皿）。降雨量主要集中在6～9月，占年降水量的70%，由于雨量集中，丘陵山区水土流失严重。

1 浑源县矿山生态概况

浑源县矿产资源丰富，蕴藏量大，主要有煤炭、花岗岩、铁矿等多个矿种，据资料，现已探明的煤炭储量约17亿t，花岗岩储量1.93亿m3，尤以黑色黄岗岩品质为最佳。多年来，粗放的矿产资源开采方式，对地表植被造成了严重破坏，导致水土流失严重、地下水资源枯竭，严重破坏了当地的生态环境。矿区基岩、煤层裸露，与恒山景区秀丽的风景极不协调，破坏了旅游环境，阻碍了浑源县建成绿色县、生态县的进程。

为了贯彻党中央“绿水青山就是金山银山”的发展思路，浑源县政府组织县属各单位，集中治理矿山环境问题，认真落实生态修复各项措施，进一步完善恒山景区建设，提升景区竞争力，推动全县旅游产业发展，加速建成绿色县、生态县。

2 矿山生态修复工程

2.1 工程范围与任务

浑源县矿山治理生态修复项目（应急水源工程），涉及浑源县的6个乡镇22个村，共计实施生态修复面积约2 879.87 hm2。其中，大磁窑镇315.93 hm2，黄花滩乡901.67 hm2，青磁窑乡780.53 hm2，千佛岭乡146.67 hm2，大仁庄乡251.46 hm2，蔡村镇447.61 hm2。

应急水源工程的主要任务是为浑源县矿山生态修复项目提供应急水源，通过加压主机设备，将原有井水或矿坑集水提升至修复平台附近的高点后，在平台高点放置储水装置，利用高差，经过低压管道输水工程，对项目区作物进行灌溉。

2.2 矿山生态修复植被类型

治理区位于浑源县南部山区和北部山区露天煤矿采矿区内，区内土壤是经过土地整治后的覆土，均为壤土、砂壤土，土壤容重为1.17～1.62 kg/cm3，耕作层厚度为30～60 cm，田间持水量21%～25%。由于治理区水资源极度匮乏，应选择需水量较小、固土能力强、成活率高的乔木、灌木和牧草等耐寒、耐旱型品种。乔木以油松、落叶松为主，灌木以柠条为主，牧草以须根系覆盖面积广的豆科、禾本科草类为主。生态修复项目栽种草木后，灌水困难，成活率无法保证，亟待寻获新水源，以提供供水保障。

2.3 工程主要建设内容

利用矿坑集水15处，旧井5眼，新建截潜流集水井2处；铺设提水钢管91.6 km，布置高点储水设施142处，铺设配水管道205.2 km，安装铁质给水栓3 463个，配套辅助软带34 km；新建截潜流集水井2处、矿坑水闸1处、控制室26座、阀门井30座、泄水井192座，布设提水钢管支墩610个；安装机泵及启动柜48套，总装机容量2 025 kW，安装变压器23套，架设10 kV高压线路20.48 km，铺设地埋动力电缆7.25 km。

总工程量：土方开挖20.33万m3，土方回填19.63万m3，混凝土0.03万m3，砌石2.02万m3，钢筋9.84 t。总投工17.56万工日。

3 应急水源供需平衡分析

3.1 应急水源选择

治理区水源有三种来源，分别是浑源县城污水厂的再生水、恒山水库水和治理区内可利用的旧井及矿坑集水。

浑源污水处理厂位于县城内，距离治理区较远，且治理区均为山地，灌溉面积分散，不宜采用集中水源供水。恒山水库在浑源县城南5 km，治理区位于恒山水库的东北部山区，距水库较近的部分区域，可以利用恒山水库作为应急水源取水点。治理区内有水源井和矿坑集水，分散于治理区内，且水源互不影响，引水管线布设较短，有利于各片区独立灌溉。

污水厂的再生水引水管线太长，对加压设备和地质稳定性要求较高，且投资较高；恒山水库供水范围仅适用于水库周边，远距离输水投资较高；利用治理区原有水源井和矿坑集水作为应急水源，既可以降低一次性供水投资，又降低了施工难度，且各水源相互独立。因此，选择治理区内原有水源井和矿坑集水作为应急水源。

3.2 需水量分析

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T 20203—2006）、《节水灌溉工程技术标准》（GB/T 50363—2018），结合当地水资源条件、技术发展状况等综合考虑，治理区设计灌溉保证率为75%，管灌灌溉水利用系数取0.8。

3.2.1 油松灌溉制度

根据油松栽培技术，在治理区种植株高50 cm左右的油松苗，按3 m×3 m的株、行距定点挖穴，根据油松种植间距，每亩种植油松苗74株。由于治理区易受春寒危害，通过合理灌溉，以保持树根湿润，调节表面温度，防止幼苗失水。要求增加灌水次数，减少单次灌水量。根据实际经验，4月中旬定植后，10 d内施水2次，之后每隔20 d灌水1次，灌水至10月份，期间松土、保墒，每年灌水10次，每次单株灌水15 L，油松的一次净灌水定额为166.5 m3/hm2，灌溉定额为1 665 m3/hm2。

3.2.2 柠条灌溉制度

根据柠条的栽种技术，项目区种植高10～15 cm，直径2～3 cm的柠条苗，按2 m×3 m的株、行距挖定植坑，坑深40 cm，下留松土5 cm，单坑内每丛种植6颗柠条苗，每亩种植柠条112丛。柠条对环境条件具有广泛的适应性，植株具有旱生结构，其抗旱性、抗寒性、抗热性和耐盐碱性都很强。

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根据实际经验，5月中旬定植时灌水一次，保证柠条苗的成活率，灌水量为每丛20 L，除极度干旱情况外，定植期内无需再进行灌水，之后每年按灌水一次计算，柠条的净灌溉定额为33.6 m3/hm2。

3.2.3 草类灌溉制度

矿山治理生态修复草类种植的方式，为在平台边坡上直接喷撒草籽或在乔木灌木间隙种植草籽，种植区域分散且边坡较陡，不适宜灌溉，本方案在确定灌溉制度时，暂不考虑草类的灌溉。

治理区规划灌溉面积351.93 hm2，取降雨频率为75%的年份为现状水平年，灌溉水利用数为0.8，项目区油松种植比例为20%，柠条种植比例为40%，草类种植比例为40%。经计算，项目区灌溉总需水量为1.64万m3。治理区需水量统计见表1。

表1 治理区需水量统计

3.3 供水量分析

治理区原有水源井2眼，矿坑集水3处，单处取水量为20～50 m3/h。在灌溉期间，根据现场调查，治理区3处矿坑储水量统计见表2，按每眼水源井每天工作8 h计算，每年90 d的灌溉期可供水量统计见表2。治理区原有水源井出水量稳定可以满足现有取水量的要求。

表2 治理区矿坑储水量统计表

3.4 治理区灌溉供需水量分析

治理区年需水量为1.64万m3，治理区原有机井和矿坑集合计供水量为4.94万m3，治理区水源完全满足灌溉需要。

3.5 应急水源工程设计

治理区是生态修复项目，灌溉作物是比较耐旱的油松和柠条，灌水量低，灌溉次数少。管道灌溉投资较低，操作简单，适合对山区乔木和灌木进行灌溉；生态修复区油松和柠条灌溉，采用低压管道输水、灌水技术。通过加压主机设备，将原有井水或矿坑集水提升至修复平台附近的高点后，在平台高点设置储水装置，利用地形高差进行自压管道灌溉。

提水钢管采用露明铺设，其他所有输配水管道均埋设于地下，埋深1.0 m。干管沿道路、地块边或地块中央布设，支管垂直干管布设。干管、支管分支处均设置有阀门井，干管末段设置泄水井，封冻前将管道存水从泄水井排空。各个水源、水力计算参数见表3。

表3 各水源水力参数计算表

治理区位于浑源县露天煤矿开采区，地势起伏较大，在每个片区的局部高点设置一座储水设施，通过自压对控制区域进行灌溉。储水设施容积按每1～5 h灌溉用水量考虑，蓄水量分别为60 m3、80 m3、100m3，安置于高点平台之上。

4 实施情况小结

浑源县大磁窑镇生态修复治理区，原有水源井和矿坑集水的现有水量，满足该集水水源计划需水量。水源井供水稳定，但由于集水坑渗漏、淤积及蒸发等原因，其积水水量将有一定减少，为保证该集水水源供水能力，并为每处矿坑集水设置备用补给水源。胶泥圪坨矿坑集水水源目前总水量0.7万m3，设计规划供水量0.65万m3/年，矿坑内目前水量可以满足供水要求，设计拟选大磁窑村的机井补水。据调查，该水井深度160 m，动水位埋深60 m，出水量30 m3/h，出水量稳定且水量可满足补水要求。