煤炭礦區(qū)水資源承載力分析研究——以宣化－下花園礦區(qū)為例

石緞花

（中煤國際工程集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120）

1 引言

煤炭礦區(qū)水資源承載力分析是煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)的重要組成部分，它是論證煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)境合理性的重要判據(jù)之一。

煤炭礦區(qū)的開發(fā)具有自身的特點(diǎn)，由于煤炭資源和水資源共存于同一地質(zhì)體中，煤炭開采的同時(shí)必然會對水資源造成破壞，二者的矛盾幾乎不可調(diào)和［1］。煤礦開采對水資源的重要影響之一是煤炭開采對含水層的破壞打破了地下水原有的補(bǔ)、徑、排條件，使地下水向礦坑或井下匯流，形成礦井水或礦坑水外排，因此如何妥善利用礦井水／礦坑水也是煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃的一個(gè)重要課題。

同時(shí)煤炭礦區(qū)的水資源利用亦有其獨(dú)有的特點(diǎn)。首先，煤炭礦區(qū)以煤炭開采、洗選及下游深加工企業(yè)電廠、煤化工產(chǎn)業(yè)為主，用水單位相對單一，與區(qū)域人口、社會、經(jīng)濟(jì)等方面相關(guān)性較弱；其次，煤炭礦區(qū)產(chǎn)業(yè)構(gòu)成明確，其區(qū)域水資源總量、可利用量以及煤炭開采、洗選、加工等所需用水量均較易獲得；第三，礦區(qū)下游產(chǎn)業(yè)主要是電廠、煤化工以及矸石、灰渣等綜合利用項(xiàng)目，這些行業(yè)用水主要是循環(huán)冷卻水或工藝補(bǔ)充水，對水質(zhì)的要求不是很高，因此處理后的污水和地表水、地下水均可作為其用水水源［2］。

綜合以上煤炭礦區(qū)的開采特點(diǎn)和水資源利用特點(diǎn)，本文采用水資源供需平衡法分析宣化下花園礦區(qū)的水資源承載能力。

2 水資源供需平衡法

水資源供需平衡法是以區(qū)域水資源供需平衡為出發(fā)點(diǎn)，通過對區(qū)域水資源總量、跨流域調(diào)水量、工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量、生活用水量、生態(tài)用水量等各種供需數(shù)量關(guān)系的對比和解析，來分析區(qū)域水資源承載能力的現(xiàn)狀，并預(yù)測水資源承載力的變化趨勢及其對社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力［3］。其具體操作程序如下。

首先計(jì)算評價(jià)范圍內(nèi)的可利用水資源總量W1，其計(jì)算式如下：

式中：WS為評價(jià)區(qū)內(nèi)的地表水可利用資源量；WG為地下水可利用資源量；WR為地表水與地下水重復(fù)計(jì)算的水資源量；WT為跨流域調(diào)入評價(jià)區(qū)內(nèi)的水資源量。

然后計(jì)算評價(jià)范圍內(nèi)的需水量W2，其計(jì)算式如下：

式中：WA為評價(jià)區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)需水量；WI為工業(yè)需水量；WF為服務(wù)業(yè)需水量；WE為生態(tài)需水量。

若W1＞W(wǎng)2，則區(qū)域水資源可以支撐其社會、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，反之則不能支撐。

水資源供需平衡分析是指在一定范圍內(nèi)不同時(shí)期的可供水量和需水量的供求關(guān)系分析，其意義在于：

（1）通過可供水量和蓄水量的分析，弄清楚水資源總量的供需現(xiàn)狀和存在的問題；

（2）通過不同時(shí)期不同用水單元的供需平衡分析，預(yù)測未來，了解水資源余缺的時(shí)空分布；

（3）是針對水資源供需矛盾，進(jìn)行開源節(jié)流的總體規(guī)劃，明確水資源綜合開發(fā)利用保護(hù)的主要目標(biāo)和方向，以期實(shí)現(xiàn)水資源的長期供求計(jì)劃。

3 礦區(qū)規(guī)劃水源分析

宣化下花園礦區(qū)（以下簡稱“宣下礦區(qū)”）位于河北省張家口市東南，屬于我國13個(gè)大型煤炭基地冀中煤炭基地范圍內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬張家口市管轄，涉及下花園區(qū)、宣化區(qū)、宣化縣、涿鹿縣和懷來縣等二區(qū)三縣，屬壩下區(qū)域。礦區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°50′～115°22′，北緯40°16′～40°36′，礦區(qū)西起宣化、深井一線，東至懷來煤礦，北起宣化、黑岱山一線，南至武家溝，東西長約50 km，南北寬5～20km，面積為502.25km2。

礦區(qū)總體規(guī)劃確定的水源從減少清潔水消耗出發(fā)提出了對煤礦礦井水和生產(chǎn)生活污水的復(fù)用，因此礦區(qū)未來可取用水源來源于三方面：礦區(qū)礦井水、礦區(qū)生產(chǎn)生活污水回用以及現(xiàn)有地下水供水系統(tǒng)。

3.1 礦井水

根據(jù)礦區(qū)以往開發(fā)過程分析，煤炭開采過程中井下排水量較大，礦井井下排水處理后可滿足礦井井下和地面工業(yè)用水，礦井排水是礦區(qū)寶貴的可利用的水資源。從井下排水水質(zhì)類型看，根據(jù)礦區(qū)的相關(guān)地質(zhì)資料，該區(qū)內(nèi)的礦井井下排水水質(zhì)較好，礦化度小于1.0g／L，預(yù)計(jì)礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)礦井穩(wěn)定疏干水量550.13萬m3／年，但考慮到礦井水量計(jì)算精度較粗，以及枯水期、管路損失等影響，按70%計(jì)算礦井水可供水量，礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)礦井水可供水量為385.09萬m3／年。宣下礦區(qū)礦井涌水量見表1。

表1 宣下礦區(qū)礦井正常涌水量

3.2 礦區(qū)生產(chǎn)生活污水

根據(jù)總體規(guī)劃，礦區(qū)規(guī)劃礦井、中心區(qū)輔助企業(yè)一般性生產(chǎn)、生活污廢水量約2350m3／d（85.78萬 m3／年），但考慮到污水水量的不穩(wěn)定，為保證水源可靠，煤礦生產(chǎn)生活污水可利用率按80%考慮，礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)生活污水可供水量為68.62萬m3／年（表2）。

表2 宣下礦區(qū)生活污水利用量

3.3 礦區(qū)既有供水系統(tǒng)

（1）宣東二礦取水地點(diǎn)位于工業(yè)廣場東北角，取水方式為鑿井機(jī)械取水，井深92.3m，孔徑￠580，供水能力500m3／d。取水許可證（冀宣縣）字（2009）第00007號。風(fēng)井取水地點(diǎn)顧家營東路邊，取水方式為鑿井機(jī)械取水，井深120m，孔徑￠300，供水能力300m3／d，取水許可證（冀宣縣）字（2009）第00005號。

（2）涿鹿煤礦的3個(gè)礦井的供水都是由馬家灣的自備井水抽到武家溝水塔，然后由供水管路分別送到3個(gè)礦井。供水水源取自地下水，供水能力為45m3／h。

（3）牛西煤礦工業(yè)場地生產(chǎn)、生活、消防用水水源取自桑干河北岸的河灘地大口井（D＝3m，H＝10m）淺層地下水，供水能力為700m3／d；礦井水經(jīng)處理后部分返回井下作為井下生產(chǎn)、消防用水。

（4）懷來中能煤炭貿(mào)易公司用水大部分是礦井水重復(fù)用水，前山機(jī)井地下水作為補(bǔ)充。前山供水能力為1000m3／d左右，保證礦區(qū)工業(yè)廣場、居民區(qū)及周邊艾家溝村、亭上村、鴿子堂村、區(qū)上村的用水。

3.4 礦區(qū)水源選擇

井下排水是非常寶貴的水資源，本著水源選擇應(yīng)符合節(jié)約天然水資源、有利于環(huán)境保護(hù)的原則，優(yōu)先考慮將井下排水經(jīng)處理后作為供水水源。井下排水經(jīng)處理后可作為井下消防灑水、選煤廠、瓦斯發(fā)電廠、煤場灑水等供水水源；處理后的生活污水可以作為廠區(qū)綠化、道路灑水等供水水源；礦區(qū)生活用水取用地下水；棚戶區(qū)生活用水引自城市自來水管網(wǎng)。多余礦井水可供給下花園區(qū)玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)作工業(yè)用水。

4 礦區(qū)水資源供需平衡分析

宣下礦區(qū)近期和遠(yuǎn)期規(guī)劃各項(xiàng)目及其用水量見表3和表4。礦區(qū)近期需水量為9826m3／d（324.26萬 m3／年），礦區(qū)遠(yuǎn)期達(dá)產(chǎn)后總需水量為13426m3／d（490.05萬m3／年）。礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)水量平衡圖見圖1所示。

由表3可知，礦區(qū)近期規(guī)劃項(xiàng)目無新增水源，也不新增用水，目前礦區(qū)的供水能力為23112.4m3／d，需水量為9826m3／d，富裕水量為13286.4m3／d，礦區(qū)規(guī)劃利用處理達(dá)標(biāo)后的礦井水替代現(xiàn)有各礦井地下水源，以最大限度地節(jié)約地下水資源，礦井水綜合利用后富裕水量為11501.4m3／d。

由表4可知，礦區(qū)遠(yuǎn)期新增項(xiàng)目有花園煤礦及選煤廠、花園煤礦瓦斯電廠、花園煤礦煤矸石燒結(jié)磚廠等，礦區(qū)的供水能力為27965.4m3／d，需水量為13426m3／d，富裕水量為14539.4m3／d，礦區(qū)規(guī)劃利用處理達(dá)標(biāo)后的礦井水替代現(xiàn)有各礦井地下水源，以最大限度地節(jié)約地下水資源，礦井水綜合利用后富裕水量為12404.4 m3／d。

表3 宣下礦區(qū)近期水資源平衡一覽 m3／d

表4 宣下礦區(qū)遠(yuǎn)期達(dá)產(chǎn)5.60Mt／年時(shí)水資源平衡一覽 m3／d

圖1 宜化下花園礦區(qū)達(dá)產(chǎn)時(shí)水資源供需平衡

5 水資源承載結(jié)論

由表3、表4可知，宣下礦區(qū)近期和遠(yuǎn)期需水量在礦井水70%的回用率、在生產(chǎn)生活污水80%的回用率前提下，完全可以滿足，且有部分盈余，因而，礦區(qū)的生產(chǎn)用水是完全有保障的。多余的礦井水可以供給玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)作工業(yè)用水（根據(jù)《張家口市下花園區(qū)玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，預(yù)測玉帶山產(chǎn)業(yè)園區(qū)最高日總需水量1.96萬m3／d，平均日需水量1.3萬m3，能夠消納礦區(qū)多余礦井水），可以就近供給張家口市其他工業(yè)項(xiàng)目，也可部分用于荒山綠化生態(tài)用水，這樣做既符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求，又使得礦區(qū)礦井水利用率達(dá)到了100%。

綜上分析，宣下礦區(qū)屬于“大水礦區(qū)”，礦井水資源十分豐富，按照規(guī)劃提出“大力發(fā)展礦井水綜合利用，替代現(xiàn)有自備水源井”以及本報(bào)告提出的“富余礦井水統(tǒng)一集中綜合利用”建議，利用礦區(qū)豐富的礦井水資源，足可承載礦區(qū)將來規(guī)劃項(xiàng)目用水需求，且礦井水資源綜合利用也得到大大提高，并有富余水量供張家口市其他用水需求，緩解其水資源日益緊張的局面。

［1］吳玉生，趙亞平，楊亞靜.煤礦開采對地下水資源的影響［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2004，18（6）：1～3.

［2］黃 華，殷同偉.礦區(qū)水資源承載力分析方法探討［C］.全國煤炭礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評技術(shù)研討暨《規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)條例》宣貫培訓(xùn)會.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［3］周艷欣，耿海清，陳 帆，等.煤炭礦區(qū)水資源承載力評價(jià)方法比選初探［J］，煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2012，32（2）：2～3.