| 标题 | 肥城盆地矿井水特征识别与开发利用 |
| 范文 | 仕玉治等 摘要：矿井非常规水资源开发利用对改善水生态环境和节约保护水资源具有重要的现实意义。以肥城盆地矿区为研究对象，首先，采用Mann-kendall和Spearman识别了1982年-2011年矿井涌水量时序变化特征，同时对影响矿井涌水的关联因素进行相关性分析，结果显示，矿井涌水量呈现增长趋势，矿井涌水量主要受盆地水文地质条件影响，同时与煤炭开采量、降雨也存在一定相关性；其次，采用国际通用水化学分析软件AquaChem5.1识别矿井水化学特征与类型，结果显示矿井水硬度与硫酸盐含量较高，属于高矿化度、酸性矿井水；最后，在以上分析基础上，建立矿井水合理开发利用模式，可为肥城地下水环境保护和水资源可持续利用提供借鉴。 关键词：肥城盆地；矿井水；特征识别；AquaChem；Mann-Kendall 中图分类号：TV213.9 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0105-05 近年来，随着生态环境的不断恶化、水资源供需矛盾的日益突出，非常规水资源的开发利用研究受到人们关注。矿井水是一种非常规水资源，是伴随煤田开采过程产生的，具有较好水质和较易利用等特点[1-2]。在最严格水资源管理制度实施与城市水生态文明建设的大背景下，加大矿井非常规水资源开发利用，既可缓解水资源供需矛盾，又避免水生态环境污染，对地下水环境保护和水资源可持续利用具有重要的现实意义。 针对矿井水资源化利用研究，已取得诸多成果[3-8]，内容涉及三方面：（1）矿井涌水机理分析[3]；（2）矿井涌水量与可利用量评价[4-5]；（3）矿井水化学特征识别与水质处理技术[6-8]。肥城煤田位于肥城盆地北部，1982年-2011年肥城盆地矿井水年均涌水量为2 758万m3，占当地地下水供水量的24%，但其中只有少量用于灌溉季节提水灌溉和工业企业回用，其余则排入康王河及汇河，利用率较低，而且矿井水排放严重污染了河道水生态环境。目前，关于肥城盆地矿井水量水质特征、矿井涌水关联要素以及矿井水开发利用模式的研究程度较低，使得肥城盆地矿井水开发利用受到限制。[HJ]本文将利用Mann-Kendall和Spearman方法[9]以及水化学分析软件AquaChem5.1[10]，分析矿井涌水量时序变化特征与矿井涌水关联因素，以及矿井水水质特征与空间分布规律，并据此建立肥城盆地矿井水合理开发利用模式，为矿井水开发利用提供参考。 1 肥城煤田基本概况 肥城煤田位于肥城盆地北部，东西长22 km，南北宽2～5 km，总面积106 km2。研究区属于暖温带大陆性半湿润季风气候，多年平均降水量为646.9 mm，汛期降水占全年降水量的73.1%，多年平均气温为12.9 ℃。肥城煤田为第四系冲积层覆盖的全隐蔽式煤田，累计探明工业储量10.7亿t，可开采储量3.96亿t，据调查，现状8座煤矿设计开采能力622万t/a，实际开采能力568万t/a。煤田内侧发育断裂单斜构造，煤系地层以砂岩、页岩、砂页岩为主，夹有海相石灰岩，为近海相石炭-二叠系煤田。煤田涉及的含水层主要有：第四系砂、砂及砂砾石含水层；二叠系山西组三层煤顶板砂岩含水层；石炭系太原组含灰岩四层，其中第一、二、四层含水层稳定，第三层不稳定；石炭系本溪组含灰岩两层（第五层徐家庄灰岩和第六层草埠沟灰岩），均为较稳定含水层；煤系基底为奥陶系灰岩含水层。肥城煤田位置与水文地质情况见图1。 综合以上分析，肥城煤田矿井涌水量受水文地质条件影响较大，与降水、煤田开采量存在一定相关性，但相关性相对较小。 由图6可知，各煤矿矿井水中Ca离子含量分别占总离子数9%～61%，但不同煤矿的含量不同，排序依次为：聚源>兴杨>鲁中能源>白庄>新陶阳>曹庄>鑫国>隆源；Mg离子含量分别占总离子数12%～38%，排序依次为：鑫国>鲁中能源>曹庄>兴杨>新陶阳>白庄>聚源>隆源；Ca+Mg离子含量分别占总离子数21%～85%，排序依次为：兴杨>聚源>鲁中能源>鑫国>新陶阳>曹庄>白庄>隆源；K+Na离子含量分别占总离子数15%～79%，排序依次为：隆源>白庄>新陶阳、曹庄>鑫国>鲁中能源>聚源>兴杨；CO3+HCO3离子含量分别占总离子数4%～62%，排序依次为：兴杨>隆源>鑫国>鲁中能源>白庄>曹庄>新陶阳>聚源；SO4离子含量分别占总离子数29%～93%，排序依次为：聚源>新陶阳>曹庄>白庄>鲁中能源>鑫国>隆源>兴杨；Cl离子含量分别占总离子数3%～14%，排序依次为：鲁中能源>鑫国、隆源>兴杨>白庄>曹庄、新陶阳>聚源；SO4+Cl离子含量分别占总离子数38%～96%，排序依次为：聚源>新陶阳>曹庄>白庄>鲁中能源>鑫国>隆源>兴杨。 3 矿井水开发利用 “十二五”期间，为增强经济核心竞争力，肥城市规划了“两带三区四园”的产业空间布局：（1）西部煤矿排水区域覆盖石横工业园区，园区重点发展现代物流、机械加工、装备制造、精细化工四大主导产业，工业用水较大，同时石横镇工业用水大户石横电厂、特钢厂，均是西部矿井水利用的潜在用户；（2）中部煤矿排水区域覆盖高新技术开发区，建有精细化工、机械加工等为主的30多家企业，工业用水较大；（3）东部煤矿排水区域覆盖老城工业园区，园区着力打造基础化工、精细化工等主导产业，工业用水较大。 综合考虑到矿井水水量的水质空间分布规律，以及园区潜在工业用水需求，兼顾生态与农业灌溉用水，本文在矿井水量和水质分析的基础上，结合矿井水潜在用户，建立肥城市矿井水开发利用模式，矿井水净化处理后用于工业，之后经过污水处理厂处理，排入汇河作为河道生态补水与农业灌溉用水。肥城盆地矿井水开发利用模式见图7。 [JP2]在生态利用和工业利用前进行净化处理的步骤主要分两步：首先，采用混凝沉淀过滤法，对离子超标矿井水进行预处理，使其达到生态用水和工业用水标准；其次，若是水中总硬度、硫酸盐含量或其他指标仍然偏高，选用电渗析、反渗透或[HJ]纳滤法进行二次处理。其水质处理工艺流程为：矿井水→调节池→加药混合→水力旋流器→净化设备→电渗析、反渗透（需提前酸化）或纳滤器→紫外线消毒器→生态或工业用水。 4 结论 肥城盆地矿井水现状利用率较低，工业用水潜在需求较大。对1982年-2011年矿井涌水量长序列数据分析发现，矿井水总体呈现显著增长趋势，且受水文地质条件影响较大。利用AquaChem5.1软件分析，矿井水质硬度和硫酸盐离子含量较高，需建立合理可行的矿井水处理工艺。根据肥城市区域发展规划，结合矿井水水质特征与空间分布规律，提出了肥城盆地矿井水资源开发利用模式。如果每年近3 000万m3的矿井水得到充分利用，将对缓解城市水资源紧张、改善水生态环境具有重大意义。 参考文献（References）： [1] 何绪文，杨静，邵立南，等.我国矿井水资源化利用存在的问题与解决对策[J].煤炭学报，2008，33（1）：63-66.（HE Xu-wen，YANG Jing，SHAO Li-nan，et al.Problem and Countermeasure of Mine Water Resource Regeneration in China[J].Journal of China Coal Society，2008，33（1）：63-66.（in Chinese）） [2] 张树军，许士国，高尧，等.淮北市采煤沉陷区非常规水资源开发利用研究[J].水电能源科学，2010，28（7）：27-30.（ZHANG Shu-jun，XU Shi-guo，GAO Rao，et al.Study on Unconventional Water Resources Utilization of Coal Mining Subsidence Areas in Huaibei City[J].Water Resources and Power，2010，28（7）：27-30.（in Chinese）） [3] 王其虎，叶义成，刘艳章，等.矿坑涌水对大气降水的响应分析 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