采煤条件下奥灰岩溶地下水脆弱性评价

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1、采煤条件下奥灰岩溶地下水脆弱性评价第一章绪论1.1研究目的及意义中国是采煤大国，煤炭在我国一次性能源结构中占70％以上的状况，在短期内难以得到根本改变[1]。随着人口的不断增长和工农业的迅速发展，对煤炭的需求仍在增加，迫使煤炭开采量直线上涨，开采深度和面积不断加大。由此引出了一系列环境问题，诸如地下水水位持续下降以及水位下降形成区域地下水降落漏斗不断扩张、含水层疏干、地下水污染、地面沉降、地裂缝等。矿区范围内景观受到破坏、农作物减产、生态环境遭到严重破坏、生态环境质量急剧下降、地下水受到严重威胁，这对以地下水为主要水源的资源型城市，更加剧其缺水程度。因此对采煤已经引发的地下水水

2、环境问题研究以及预测可能出现的问题已迫在眉睫。作为水资源的重要组成部分，地下水在我国工农业生产中起到举足轻重的作用。我国北方分布有大片碳酸盐岩地层，其中包括山西、山东、河北、辽宁、陕西、内蒙古、北京、天津等省（自治区、直辖市）。这些省份岩溶裂隙地下水丰富，原始流量在1m3/s以上的岩溶大泉有60多处。山西省是我国岩溶大泉分布最广的省份之一，娘子关泉、天桥泉、辛安泉就包括在其中。这几处大泉不但是我国北方最大的岩溶泉，而且在世界干旱和半干旱的岩溶大泉中也位列前茅。相较于南方的地下暗河，北方岩溶泉水流量水质优良且稳定、其补径排条件好、调蓄能力强等特点[2]。岩溶地下水具有循环更新慢、

3、自净能力差、对人类活动响应滞后等特点，一经污染短时间内难以恢复，人类对其治理的代价也远超其带来的收益。因此，对地下水资源进行合理开发利用、有效保护管理显得十分必要，这也是世界各国不断加强地下水资源保护，并将其提高到国家可持续发展战略高度的重要原因。本文的研究区处于郭庄泉域的径流区内，区内已知煤炭储量可观，采煤的同时对地下水不可避免的造成影响。出于对研究区地下水及岩溶大泉的保护和有效管理，对其进行脆弱性评价和研究是十分必要的。..1.2国内外研究现状目前，国内外地下水脆弱性研究方法众多，总结起来主要有4大类，即迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法和模糊数学评价法（见表l-2）[1

4、2]。根据四类方法的优缺点及使用范围，在实际应用中，应结合研究区的地质条件、水文地质条件、人类活动情况以及研究目的选取适合的方法[47]。迭置指数法（Overlayandindexmethod）是一种简单有效切且应用广泛的地下水脆弱性评价方法。它的计算过程是把各评价指标相应指数进行迭加，得到一个能够反映地下水脆弱性程度的综合指数，再根据综合指数进行评价[3]。它分为水文地质背景参数法（Hydrogeologicplexandsettingmethods,HCS）和参数系统法（Parametricsystemmethods,PC）。HCS法基本思想是将一个条件相类且脆弱性的地区已

5、知与研究对象进行比较，通过类比的方法，计算得到研究对象的脆弱性。这种评价方法一般要建立多组地下水脆弱性标准模型。在大多数情况下，该方法适用于地质、水文地质条件复杂的大区域，且输出结果常为定性或半定量[50]。.第二章研究区概况2.1自然地理概况研究区位于山西省中部，地跨孝义市、介休市和灵石县，南北长9km、东西宽12km，总面积108km2。北距孝义市14km，东距介休市16km，南距灵石县20km，毗邻307国道、介西铁路，由此可达全国各地，另外与南同蒲铁路并行的还有大（大同）运（运城）国家二级公路、大（大同）运（运城）高速公路。各县乡村镇之间亦有省道或乡村公路相通，交通便利

6、。交通位置见图2-1。研究区属汾河水系，区内较大的河流为柱朴河，此外还有主要有东沟河和三交河等，均为季节性河流，雨季有水流，其他时间干涸无水。本区属典型的半干旱大陆季风气候，夏季温暖多雨，冬季寒冷干燥，最大冻土深度0.74m，年极端最高气温为39.9℃，极端最低气温为-27.4℃，年平均气温10.3℃，无霜期197天。年降雨量在315.3～718mm之间变化，年平均降雨量为496.3mm，年蒸发量为1543.4～2294.8mm，蒸发量为降雨量的2～3倍。冬季多西北风，春夏季多东南风，最大风力可达6～7级，一般为3～4级。本区地处黄土高原，属低山丘陵及梁状黄土台塬地貌，总体地势

7、为南高北低，西高东低，最低处在师家河底村东沟底，海拨为856m，最高点在多才岭至教场原一带，海拨为1174m，相对高差318m。区内沟谷纵横，沟坡陡峭，除沟底有部分基岩出露以外，其他大部为黄土覆盖。地表植被稀少、覆盖率很低，水土流失严重，属典型侵蚀、剥蚀区。2.2地质条件研究区位于霍西煤田汾孝矿区的东部，现根据区内出露及钻孔揭露，地层由老至新有古生界（奥陶系、石炭系、二叠系）、新生代（新近系、第四系），分别简述如下，地层柱状见图2-2：一段（O2f1）：钻探所取岩芯较完整，岩石致密、坚硬，由