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地下水动态是指表征地下水数量与质量的各种要素随时间而变化的规律。变化的速率在天然条件下一般有明显的周期性,或具有极为缓慢的趋势性。在人为因素(开采或排水)的影响下,其变化速率可大大增强。这种迅速的变化,可能对地下水本身和环境带来严重的后果。
1地下水动态数据获取途径
1.1专门水文地质孔
(1)水文地质钻孔均应进行水文物探测井。
(2)水文地质钻孔物探测井应采用数字测井技术。
(3)水文地质钻孔应至少测五种以上的参数曲线,可根据要解决的问题和设备状况选择:井斜、井径、同位素示踪、自然伽马、人工伽马等测井项目。
(4)水文物探测井可参照《水文测井工作规范》(DZ/T 0181—1997)执行。
1.2涌水量监测
(1)一般分为矿井、分水平设站进行观测。每月观测1-3次。复杂型和极复杂型矿井应分煤层、分地区、分主要出水点设站观测,每月观测不少于3次。雨季应适当增加。
(2)对井下新揭露的出水点,在涌水量尚未稳定前,每天观测一次。对溃入性涌水,未查明原因前,每隔1-2小时观测一次,涌水量稳定后,可正常观测。
(3)当采掘工作面上方影响范围内有地表水体、富含水层、穿过与富含水层相连通的构造断裂带或接近老窑积水区时,应每天观测充水情况,掌握水量变化。含水层富水性的等有标准参照下面:
① 含水极丰富的含水层,单位涌水量q≥10L/sm.
② 含水丰富的含水层,单位涌水量q<10-2L/sm.
③ 含水中等的含水层,单位涌水量q<2-0.1L/sm.
④ 含水小的含水层,单位涌水量q<0.1L/sm.
注:规程中所称富含水层,指含水丰富到极丰富的含水层。
(4)新凿立、斜井,垂深每延伸10米,观测一次涌水量。据凿至新的含水层时,虽不到规定的距离,也应该在含水层的顶底版各测一次涌水量。
(5)矿井涌水量的观测,应注重观测的连续性和精度,要求采用容积法、堰测法、流速仪法或其它先进的测水方法。测量工具仪表要定期校验,以减少人为误差。
2 地下水动态数据的分析
2.1地下水位变化特征
肥城矿区各层地下水水位呈出下降趋势。四灰岩溶水的水位下降最为明显,五灰岩溶水的下降与奥陶系灰岩岩溶水的水位下降情况相似。
陶阳矿地下水动态情况与之相类似,四灰403孔水位反映了明显的下降趋势,且在1972年和1978年出现了两次骤然水位降落;409孔在1972年中期出现骤然下降,说明在1972年,该矿井开始开采与四灰水具有密切联系的煤层,如8层煤。同样,五灰水则反映了与奥灰水极其相似的动态变化趋势。
因此,(1)四灰岩溶水水位在83年左右快速下降,在当时有被疏干的特征,说明主要是煤层开采疏水降压所致。(2)五灰岩溶水与奥灰岩溶水水位呈平缓整体下降趋势,无四灰岩溶水那样的水位快速下降情况,表明五灰及奥灰水位下降的主要原因是由肥城工农业用水快速增加及采矿排水所致。
2.2地下水动态影响因素
(一)自然因素
1、气候因素
影响天然水成分的主要因素有大气降水、气温和蒸发。
降水量越多,滲透补给地下水的量越大,则地下水受到混合冲淡作用的程度就越强。降水的矿化度往往低于地下水的矿化度,其化学成分在一定程度上能反映降水的成分。降水的渗入除了改变地下水的矿化度和离子成分外,由于它含有较多的自由氧,从而改变了地下水的氧化还原条件,间接的改变了地下水的水质。
气温的年变化会影响潜水的补给条件,因而也影响它的矿化度和化学成分。水温的变化必然要引起水溶液中各种盐的溶解度的变化,因而影响地下水化学成分变化。总之,气温对地表水化学成分影响的同时也影响了地下水的补给条件,从而影响了地下水的矿化度和成分。
蒸发对地表水和潜水矿化度和化学成分影响很大,因为蒸发先使溶解性较小的盐沉淀,而后是可溶性大的盐沉淀。这样,淡的重碳酸水发生变质,开始成为硫酸-重碳酸水,而后是硫酸-氯水,甚至成为氯水。而本区可以忽略蒸发的影响。
2、水文因素
水文因素对于地下水动态的影响,主要取决于地表上江河、湖(库)与地下水之间的水位差,以及地下水与地表水之间的水力联系类型。
3、地质地貌因素
地质地貌对地下水的影响,一般反映在地下水的形成特征方面,其中地质构造决定了地下水的埋藏条件;岩性影响下渗、影响贮存及径流强度;地貌条件控制了地下水的汇流条件。这些条件的变化,造成了地下水动态在空间上的差异。
4、生物与土壤因素
生物、土壤因素对地下水动态的影响,除表现为通过影响下渗和蒸发来间接影响地下水的动态变化外,还表现为对地下水的化学成分和水质动态变化上的影响。
(二)人为因素
矿坑排水后,人工采排成为地下水新的排泄去路。采排水量过大,天然排泄量的减量与补给量的增量的总和,不足以偿补人工排泄量时,则将不断消耗含水层储存水量,导致地下水位持续下降。如曹庄矿02 、03年五灰和奥灰水位持续下降。
疏干性矿井排水引起地下水位严重下降、地下水质量也发生很大变化。矿区内由于水文地质条件复杂,受到岩溶水害威胁严重,疏干降压、堵源截流是解放受水威胁煤炭储量的有效途径。矿井排水水源层主要为二叠系砂岩裂隙水、石炭系薄层石灰岩岩溶裂隙水,据调查统计,多年来全矿区平均年矿井排水量为4260.6万吨。奥陶系灰岩含水层的原始水位在+63m左右,多年来水位一直下降,2003年7月达到历史最低水位-17.646m。随着近两年来大气降水量的增加,水位恢复较快,06年1月水位已达+52.704m。
矿坑排水对环境的影响不可忽略,从前面所讨论的矿坑排水的水质情况可以了解到,在从含水层直接取得的水样和矿坑排水水样中,矿坑水的质量最差,且其硫酸根含量、氟离子含量、硬度及矿化度均高,如果不经过任何处理直接排放,将会对地表环境造成破坏。由于肥城盆地是个缺水地区,人们对水的需求较大,因而以往很多情况下矿坑排水都直接作为灌溉用水直接使用,给土壤环境造成了不良影响,从而影响整个水环境。
参考文献:
[1]徐恒力.地下水系统的进化[J].水文地质工程地质. 1992(01)
[2]王大纯等编著.水文地质学基础[M].地质出版社, 1995
1地下水动态数据获取途径
1.1专门水文地质孔
(1)水文地质钻孔均应进行水文物探测井。
(2)水文地质钻孔物探测井应采用数字测井技术。
(3)水文地质钻孔应至少测五种以上的参数曲线,可根据要解决的问题和设备状况选择:井斜、井径、同位素示踪、自然伽马、人工伽马等测井项目。
(4)水文物探测井可参照《水文测井工作规范》(DZ/T 0181—1997)执行。
1.2涌水量监测
(1)一般分为矿井、分水平设站进行观测。每月观测1-3次。复杂型和极复杂型矿井应分煤层、分地区、分主要出水点设站观测,每月观测不少于3次。雨季应适当增加。
(2)对井下新揭露的出水点,在涌水量尚未稳定前,每天观测一次。对溃入性涌水,未查明原因前,每隔1-2小时观测一次,涌水量稳定后,可正常观测。
(3)当采掘工作面上方影响范围内有地表水体、富含水层、穿过与富含水层相连通的构造断裂带或接近老窑积水区时,应每天观测充水情况,掌握水量变化。含水层富水性的等有标准参照下面:
① 含水极丰富的含水层,单位涌水量q≥10L/sm.
② 含水丰富的含水层,单位涌水量q<10-2L/sm.
③ 含水中等的含水层,单位涌水量q<2-0.1L/sm.
④ 含水小的含水层,单位涌水量q<0.1L/sm.
注:规程中所称富含水层,指含水丰富到极丰富的含水层。
(4)新凿立、斜井,垂深每延伸10米,观测一次涌水量。据凿至新的含水层时,虽不到规定的距离,也应该在含水层的顶底版各测一次涌水量。
(5)矿井涌水量的观测,应注重观测的连续性和精度,要求采用容积法、堰测法、流速仪法或其它先进的测水方法。测量工具仪表要定期校验,以减少人为误差。
2 地下水动态数据的分析
2.1地下水位变化特征
肥城矿区各层地下水水位呈出下降趋势。四灰岩溶水的水位下降最为明显,五灰岩溶水的下降与奥陶系灰岩岩溶水的水位下降情况相似。
陶阳矿地下水动态情况与之相类似,四灰403孔水位反映了明显的下降趋势,且在1972年和1978年出现了两次骤然水位降落;409孔在1972年中期出现骤然下降,说明在1972年,该矿井开始开采与四灰水具有密切联系的煤层,如8层煤。同样,五灰水则反映了与奥灰水极其相似的动态变化趋势。
因此,(1)四灰岩溶水水位在83年左右快速下降,在当时有被疏干的特征,说明主要是煤层开采疏水降压所致。(2)五灰岩溶水与奥灰岩溶水水位呈平缓整体下降趋势,无四灰岩溶水那样的水位快速下降情况,表明五灰及奥灰水位下降的主要原因是由肥城工农业用水快速增加及采矿排水所致。
2.2地下水动态影响因素
(一)自然因素
1、气候因素
影响天然水成分的主要因素有大气降水、气温和蒸发。
降水量越多,滲透补给地下水的量越大,则地下水受到混合冲淡作用的程度就越强。降水的矿化度往往低于地下水的矿化度,其化学成分在一定程度上能反映降水的成分。降水的渗入除了改变地下水的矿化度和离子成分外,由于它含有较多的自由氧,从而改变了地下水的氧化还原条件,间接的改变了地下水的水质。
气温的年变化会影响潜水的补给条件,因而也影响它的矿化度和化学成分。水温的变化必然要引起水溶液中各种盐的溶解度的变化,因而影响地下水化学成分变化。总之,气温对地表水化学成分影响的同时也影响了地下水的补给条件,从而影响了地下水的矿化度和成分。
蒸发对地表水和潜水矿化度和化学成分影响很大,因为蒸发先使溶解性较小的盐沉淀,而后是可溶性大的盐沉淀。这样,淡的重碳酸水发生变质,开始成为硫酸-重碳酸水,而后是硫酸-氯水,甚至成为氯水。而本区可以忽略蒸发的影响。
2、水文因素
水文因素对于地下水动态的影响,主要取决于地表上江河、湖(库)与地下水之间的水位差,以及地下水与地表水之间的水力联系类型。
3、地质地貌因素
地质地貌对地下水的影响,一般反映在地下水的形成特征方面,其中地质构造决定了地下水的埋藏条件;岩性影响下渗、影响贮存及径流强度;地貌条件控制了地下水的汇流条件。这些条件的变化,造成了地下水动态在空间上的差异。
4、生物与土壤因素
生物、土壤因素对地下水动态的影响,除表现为通过影响下渗和蒸发来间接影响地下水的动态变化外,还表现为对地下水的化学成分和水质动态变化上的影响。
(二)人为因素
矿坑排水后,人工采排成为地下水新的排泄去路。采排水量过大,天然排泄量的减量与补给量的增量的总和,不足以偿补人工排泄量时,则将不断消耗含水层储存水量,导致地下水位持续下降。如曹庄矿02 、03年五灰和奥灰水位持续下降。
疏干性矿井排水引起地下水位严重下降、地下水质量也发生很大变化。矿区内由于水文地质条件复杂,受到岩溶水害威胁严重,疏干降压、堵源截流是解放受水威胁煤炭储量的有效途径。矿井排水水源层主要为二叠系砂岩裂隙水、石炭系薄层石灰岩岩溶裂隙水,据调查统计,多年来全矿区平均年矿井排水量为4260.6万吨。奥陶系灰岩含水层的原始水位在+63m左右,多年来水位一直下降,2003年7月达到历史最低水位-17.646m。随着近两年来大气降水量的增加,水位恢复较快,06年1月水位已达+52.704m。
矿坑排水对环境的影响不可忽略,从前面所讨论的矿坑排水的水质情况可以了解到,在从含水层直接取得的水样和矿坑排水水样中,矿坑水的质量最差,且其硫酸根含量、氟离子含量、硬度及矿化度均高,如果不经过任何处理直接排放,将会对地表环境造成破坏。由于肥城盆地是个缺水地区,人们对水的需求较大,因而以往很多情况下矿坑排水都直接作为灌溉用水直接使用,给土壤环境造成了不良影响,从而影响整个水环境。
参考文献:
[1]徐恒力.地下水系统的进化[J].水文地质工程地质. 1992(01)
[2]王大纯等编著.水文地质学基础[M].地质出版社, 1995