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1、芒来露天煤矿开采对地下水环境影响研究1、相关定义1.1、水文地质概念模型水文地质概念模型是把含水层实际的边界性质、内部结构、渗透性质、水力特征和补给排泄等条件进行概化,便于进行数学与物理模拟。水文地质概念模型是对地下水系统的科学概化,是为了适应数学模型的要求而对复杂的实际系统的29一种近似处理,是地下水系统模拟的基础,它把研究对象作为一个有机的整体,综合各种信息,集多学科的研究成果,以地质为基础,根据系统工程技术的要求概化而成。其核心为边界条件、内部结构、地下水流态三大要素,根据研究区的岩性构造、水动力场、水化学场的分析,可确定概念模型的要素。评价区内第四系潜水含水层为具
2、有供水意义的含水层,因此本次评价重点对该含水层的水量、水位变化进行模拟预测。1.2、矿区水文地质概念模型4.1.1模型范围的确定4.1.1模型范围的确定依据区域的构造情况可知,锦界煤矿处于区域大的水文地质单元之中。根据本文研究目的,模型以锦界煤矿矿区为研究对象,根据区内各含水层流场特征和对地层结构的分析,考虑到井田范围的观测资料比较齐全,因此,以井田边界为模型范围。即模型范围东西宽约12.3km,南北长约12.4km,总面积约为144.77km2,如图4.1。图4.1模拟区范围示意图Fig4.1Schematicdiagramofsimulationarea1.3、水文地
3、质概念模型水文地质概念模型是指把地下含水层真实的边界性质、含水层构造、含水层渗透特征、水力特征与补给排泄等条件进行逐条概化,便于进行数学与物理模拟,同时也是对地下水系统的科学概化,是对复杂的现实情况的一种模仿处理,以此为基础概化实际情况为一个有机集体,结合各类信息,收集各个方向的研究结果,在地质基础上,依据模拟软件技术的要求概化而成[44]。45太原理工大学硕士研究生学位论文研究区内具有供水意义的煤系上覆含水层主要为第四系孔隙含水层与基岩裂隙含水层,由井田地质条件与野外调查资料可知,井田大部分面积基岩出露,只有南部第四系全部覆盖,因此本次研究重点对基岩裂隙含水层的水位变化
4、进行模拟预测并分析对孔隙含水层的影响。1.含水层结构特征结合本次研究区水文地质资料和对水文资料的认识,根据地层岩性组合及煤系上覆含水层水动力场的特征等,将13-15号煤系上覆地层的含水层结构在垂向上分别概化为四个含水层和三个隔水层。由于下石盒子组砂岩裂隙含水层与山西岩组砂岩裂隙含水层隔水层分布不明显,且两个含水层的水力联系比较密切,因此合并为一个含水层。具体概化如表4-3。表4-3模拟区含水层结构概化Table4-3simulateaquiferstructuregeneralizability层号相对应含水岩组相对应含水岩组特性名称○1二叠系上石盒子组砂本组岩性以中粗粒
5、砂岩为主,砂岩厚度较大,富水性岩裂隙额含水层很弱含水层○2下石盒子上部厚度平均16m,岩性主要为铝土质桃花泥岩,具有隔相对隔桃花泥岩水性。水层二叠系下石盒子组砂主要由多层砂岩层组成,岩性为细粗粒砂岩,岩性和○3岩裂隙含水层厚度变化均较大,富水性弱-中山西组砂岩主要由多层砂岩组成,岩性为中-细粒砂岩,岩性和厚含水层裂隙含水层度变化一般,富水性中等○4太原组三段泥岩厚度平均18m,岩性主要为砂纸泥岩,具有良好的隔相对水作用。隔水层石炭系上统太原组含水层主要为K4、K3、K2、K1灰岩组成,含水结构○5石灰岩岩溶裂隙主要为溶蚀裂隙及小溶孔,属灰岩裂隙地下水,为富含水层含水岩组水
6、性中等,13、15号煤层所在含水层。○6石炭系本溪组厚度约19.6m左右,主要由浅灰色、灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、铝质泥岩组成,隔水性较好隔水层2.地下水流动特点从研究区水位监测数据基岩裂隙水的水位等值线可知,基岩裂隙水从西北流向东南,全区不存在大范围地下水的降落漏斗,地下水径流条件一般。地下下水系统满足质量与能量守恒定律,研究范围内主要是基岩裂隙水,分布比较广泛,在常温下能够满足达西定律[64]。依据各含水层之间的水量情况和地下水模拟软件等的特征,地下水系统可以概化为空间的三维流。由于越流现象主要出现在地下水的垂向运动,而三维空间结构模型能够解决这个问题,可知该范围的
7、地下水运动是非稳定流。参数随着空间改变,表明了该范围结构的非均质特性,以及空间的方向性,因此参数46太原理工大学硕士研究生学位论文可概化为各向异性。由此可知,目标含水层系统的结构及水动力学条件可概化为非均质各向异性三维非稳定流。3.模拟区边界条件概化(1)模拟区范围确定根据本文研究目的,模型以巍山煤矿边界,应用”大井法”求解煤矿采煤以后,煤系上覆含水层的地下水可能会被破坏,可将整个采区概化为一个大井,其中引用半径ro=1.102km。通过水文地质资料得到上覆含水层的最大渗透系数0.3466m/d,水位降深为210.95m。影响
