⑴ 煤礦水文地質模擬的重要意義
據有關數據表明，自2002年起到2008年，一次性能源消費連續增長，其增幅超過2.4%。而國際石油價格也在一路攀升，許多國家不得不調整能源使用結構，逐漸降低石油消費比例，轉而提高煤炭比重。
煤炭行業是我國國民經濟的支柱產業，是關系國計民生的基礎性行業，在國民經濟中具有重要的戰略地位。煤炭作為中國工業化進程的主要能源基礎，對整個國家的經濟發展起著舉足輕重的作用。進入「十一五」規劃期，中國的「富煤貧油少氣」的能源儲備特徵和進入「重化工業主導型」經濟發展階段的特點，決定了在較長時期內，煤炭是我國一次能源消費結構中佔主導地位的格局將長期保持不變。結合中國經濟發展的實際情況和國際形勢，國家發改委在《能源發展「十一五」規劃》中進一步決定和明確了「堅持節約優先、立足國內、煤為基礎、多元發展」的能源方針，提出「2010年中國煤炭消費量佔一次能源消費總量的66%」。
據國家統計局的數據，2008年煤炭一次消費增長5.8%，佔全球增長的2/3以上。為此我國不斷加大投入，增加煤炭產量，到2008年原煤產量達到了27.93億噸，同比增長10.6%。
圖1 我國煤炭生產與消費情況
如此巨大的需求，就需要不斷加大煤炭資源勘探和開發。我國各省、市、自治區，除上海和香港、澳門特別行政區外，都有煤炭產出，但分布不均。特點是西多東少、北富南貧，相對集中。煤炭資源總量中，分布在大興安嶺太行山雪峰山一線以西的12個省(市、自治區)佔有總資源的89%，保有儲量的87%;而該線以東的20個省(市，自治區)，僅占總資源量的11%，總保有儲量的13%。按各省(市，自治區)統計，資源量最多的前十名依次是新疆(16210億t)、內蒙古(12053億t)、山西(6830億t)、陝西(2922億t)、寧夏(1991億t)、甘肅(1905億t)、貴州(1866億t)，共計47108億t，占總資源量的93.11%。依保有探明儲量排序，前十名依次為山西(2578億t)、內蒙古(2247億t)、陝西(1619億t)、新疆(952億t)、貴州(524億t)、寧夏(309億t)、安徽(245億t)、雲南(242億t)、河南(227億t)和山東(227億t)，共計9558億t，占保有儲量的95.34%。
我國煤的種類齊全，從褐煤到無煙煤，各個煤化階段的煤都有賦存，能為各工業部門提供冶金、化工、氣化和動力等各種用途的煤源。其中煉焦用煤佔25.4%，無煙煤和貧煤佔17.2%，褐煤佔13%。低變質的煙煤(長焰煤，不黏煤，弱黏煤等)佔42.5%，低變質煙煤不僅數量大，且煤質好，是煤炭資源中的一大優勢煤類。其中大同的弱黏煤，神府和東勝的不黏煤，灰分、硫分很小，被譽為天然精煤。
在開采實踐中，我國煤礦生產中事故頻發，百萬噸死亡率是美國的近200倍，是南非的30倍，是印度的12倍。煤礦突水是礦井五大災害之一，嚴重影響生產安全並造成重大的經濟損失。例如1984年6月2日，范各庄礦2171綜采工作面，揭露隱伏導水陷落柱，奧陶系岩溶強含水層的高壓水經陷落柱潰入礦井，高峰期突水量達2053m3/min，造成范各庄、呂家坨二礦淹沒，林西停產，唐家莊、趙各庄礦減產，直接經濟損失數億元。據國家煤礦安全監察局的資料統計顯示，受當時煤炭市場低迷影響，1995～2000年全國煤礦水害事故總體上呈逐年下降的趨勢;而2000～2005年，水害事故總體上呈現逐年上升的趨勢(如表1)。突水僅次於瓦斯事故，已成為名副其實的煤礦第二殺手。並且，突水造成的直接經濟損失一直列在各類煤礦災害之首;過去20年間，有250多對礦井被水淹沒，直接經濟損失高達350多億元。
表1 2000～2006年間煤礦重特大突水事故統計
注:引自「973計劃」:煤礦突水機理與防治基礎理論研究。
嚴重的水害和復雜的水文地質條件還使大量的煤炭儲量無法開采。據統計，北方石炭系—二疊系是我國主要含煤岩系之一，其預測儲量佔全國預測儲量的26%，保有儲量4097億t，佔全國保有儲量53.8%。但北方一些主要煤礦區，受岩溶水威脅的煤炭資源達160億t以上，僅河北、河南、山東、江蘇、安徽及渭北等地區，礦井保有儲量384.5億t中受水威脅的煤炭儲量達149.71億t，佔37%(武強等，1995)。受水威脅的礦井中煤炭大多煤質好，在國民經濟建設中具有重要的戰略地位。因此對礦井水文地質規律、礦井地下水運動模擬的研究，對於解放我國東部受水威脅的煤炭資源，提高資源回收率具有重要的指導意義。
隨著煤礦生產技術的發展，資源開采強度增強、礦井深度不斷延伸，多數礦井面臨更為復雜的水文地質條件，煤礦水害威脅日趨嚴重，產生了一系列的水環境問題，具體如下:
1.采礦對區域地下水位及流場的影響
對我國來講，煤炭生產以深部開采佔大多數。為了維持采礦的正常進行，採煤工作面的橫向和縱向的發展以及工業城市生活用水的迅猛增加，必須大量開采地下水或將工作面周圍的水、潛在的水排出，這導致礦井排水量逐年加大，排水費用也逐年增多，地下水位急劇下降。相應地，所形成的地下水降落漏斗范圍和幅度越來越大，地下水的流場也發生了明顯的變化。作為我國特殊現象的汲水井也因為地下水位的大幅度下降而基本消失。自1975～1995年間，河北省煤礦開采區的地下水位急劇下降，其中淺層地下水位由平均5.88m降至11.88m，而深層地下水位則由平均7.37m下降到30.25m，形成了十餘個大小不等的降落漏斗。
在我國典型的大水礦區如焦作、峰峰和開灤等，這種情況尤其嚴重。例如在焦作礦區，1952年排水量僅1.501m3/s，地下水位為105m;1965年礦坑排水量為4.96m3/s，地下水位為93m，地下水位比1952年下降了12m;1978年礦坑排水量增加到5.55m3/s，地下水水位大約在85m左右;1982年礦坑排水量為8.463m3/s，地下水位為83m，並在電廠崗庄水源地大規模集中開采區形成多邊形枕狀漏斗;1993年礦坑排水量增加，使得地下水位急劇下降，平均地下水位為71m，最低水位位於崗庄水源地，為62.08m。在短短的40年時間里，地下水位下降幅度達43m左右，大大增加了取水的費用，也加速了生態環境的惡化。由於礦坑排水改變了孔隙水的補、徑、排方式，目前孔隙水主要接受大氣降水、城市排污及礦坑排水滲漏補給，而礦坑排水近山前地段孔隙水基本疏干，其埋深在60m以下，形成了空前的疏干區。作為焦作礦區的大礦之一，九里山礦附近形成了孔隙水降落漏斗，焦作市城區造紙廠、化工一廠及平原光學儀器廠等單位單井涌水量減少，化工一廠有多口井報廢，其造紙廠用水量急劇下降，生產用水緊張。
2.采礦對周圍河川徑流的影響
由於煤層淺埋藏區煤礦采空范圍擴大，采空區星羅棋布，其引發的裂縫(董兆祥，1997)，甚至地面塌陷范圍也逐漸擴大，造成了周邊河川徑流量大量減小，在個別區域甚至出現河流斷流的情況，農業灌溉和部分城市的生活用水受到嚴重影響。西山礦區的西山冶峪溝董茹站以上的流域，面積達18.9km2，在不同時段流域平均降水量與實測河川徑流量的關系見圖2所示。
圖2 西山礦區流域不同時段流域平均降水量與實測河川徑流量的關系
3.煤礦排渣對水源的污染
采礦的排渣主要是各種矸石。對煤礦來說，煤矸石是煤礦採掘和洗選加工過程中排出的廢渣。它的排放量與煤的埋藏條件、開采方式等因素有關。煤矸石是由灰分高、發熱量低的炭質煤岩和少量煤塊組成，其主要成分為碳、氫、氧、硫、鐵、鋁、硅、鈣等常量元素和鎘、鉻、砷、鉛、汞、銅、錳、氟等痕量有毒元素(劉國昌，1998;張憶晉，1990;國家環保局監督理司，1992;程勝高，1999;中國環境科學學會，1984)。目前，由於利益的驅使，小煤窯這個頑疾屢禁不止，礦山千瘡百孔，烏煙繚繞。在採掘和洗煤過程中排出的煤矸石都未經過處理，直接排放在水溝、山坡和平川。煤矸石長期露天堆放，經日曬雨淋、風化侵蝕，天長日久便發生自燃，釋放出大量的有害氣體，嚴重地影響了礦區及周圍的大氣質量，進而污染了大氣降水。一部分有害元素經雨水或地表水的淋濾作用，給地下水造成嚴重污染。在我國大型露天煤田———神木的石圪台礦區，這種情況更為嚴重。在對該礦的環境調查過程中，發現在該礦周圍分布著許多大小不一的小煤窯。這些煤窯只追求效益，對煤層不全采(留有大量不好採的煤)，大大浪費了煤炭資源，同時其分選更是浪費驚人，將其認為賺不了錢的許多可利用的煤塊丟在道路兩旁和河道里。經過長期的風吹日曬，淋濾的水直接排到河道和滲到地下含水層中，使地表水和地下水受到嚴重的污染。據群眾反映，以前河裡的水非常清澈，可以直接飲用，而現在卻變成了黑乎乎的污水。
煤矸石自燃是一種普遍現象，這在神木的石圪台礦區也非常典型。青煙縷縷隨處可見，對環境的污染相當嚴重，主要是硫、碳、氮、氧化物和煙塵對大氣的污染。被污染的大氣通過降水，間接地污染靠大氣降水補給的地表水和地下水。
4.采礦對礦區外圍水源的影響
隨著煤礦開采深度的不斷增大，排水量也在不斷增加。疏干區形成相對低壓帶，破壞了原來的地下水系統循環和存儲條件，在一定的水文地質條件下，地下水有可能穿透原有的相對隔水層而發生突水災害。
資料表明，太原西山地區岩溶水在構造裂隙的綜合作用下，形成統一的水動力系統，具有一致的補給徑流和排泄條件。一旦發生突水，勢必要影響整個系統的補、徑、排條件，從而使原有的排泄點流量減少，礦區外水源受到嚴重威脅。根據晉祠水源保護辦公室調查的結果，風峪溝內鄉鎮小煤窯採煤排水很大程度地影響著晉泉出水量。
在我國有著悠久采礦歷史的唐山，其問題就更加明顯。據有關資料，唐山市的大部分礦坑排水、生活污水以及工業廢水沒有經過處理或處理不達標就直接排放，對周圍水質造成較為嚴重的污染。比較突出的是陡河市區段，其酚含量超過國家標準的173倍，氰化物含量超標6倍，而且還出現了鎘和氟的污染區。
隨著西部大開發政策的實施，在西部國民經濟中占重要地位的神府煤田的煤炭生產對生態環境的影響也被逐漸重視起來。特別是在缺水的西部，如何保護好水源已成為最迫切的問題。經測定在沿烏蘭木倫河上游和下游分布的補連、大柳塔和敏蓋兔3個礦點中CODMn，NO3-N等成分的含量呈遞增趨勢。另外從各河、溝、川大量的水分析結果看，無論是枯水期和平水期，其水質幾乎都超出地表水二級標准。經分析認為，產生以上後果的原因主要歸結為烏蘭木倫河兩岸及溝岔分布有比較密集的煤礦點，礦坑排水、工業設施附屬廠及生活排污對烏蘭木倫河造成重復污染。盡管有些有害元素和離子未超標，卻已經有超標的發展趨勢。
多年來礦業工作者一直致力於地下水方面的研究工作，但由於我國煤礦地質條件(尤其是構造條件)非常復雜，開采方式各異，再加上生產技術、探測技術、監測技術水平的限制，礦井突水事故時有發生。因此，煤礦地下水模擬技術的研究是我國乃至世界的重大難題，對其研究將對我國受水威脅的煤礦安全開采和水環境的保護有著重要的意義。
⑵ 河北唐山的地質情況
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唐山市環境地質調查評價
王欣寶1, 王昕州, 趙雄英
(河北省地質環境監測總站,石家莊,050021)
摘要: 唐山市是河北省環渤海地區經濟發達的地區,是河北省最大的重工業城市,而且也是
地下水污染,地下水下降漏斗,地裂縫,采空塌陷,岩溶塌陷,地震,固體廢棄物等環境地
質問題較為頻發的地區.通過對唐山市主要環境地質問題的調查,以及對其發展趨勢的分析
研究,選擇了岩土體結構類型,構造分布,地下水污染,地下水下降速率,采空塌陷,岩溶
塌陷,固體廢棄物和地裂縫共8個指標.基於環境地質問題發育程度四個邏輯等級取值:微
弱,輕度,中等和嚴重,對評價指標進行了相應地量化分級取值和標准化處理,採用模糊數
學綜合評判法對唐山市環境地質問題發育程度進行了評價,並對唐山市環境地質問題的發展
趨勢進行了預測,為唐山市地質環境管理和地質災害防治提供科學依據.
關鍵詞: 環境地質問題;模糊數學;綜合評判法
中圖分類號: 文獻標識碼: 文章編號:
1 前言
唐山市轄五區,十縣(市)及兩農場,面積802km2(不含蘆台,漢沽農場),總人口156.16
萬.唐山市是河北省環渤海地區三個地級城市之一, 是首批國民經濟收入突破百億元大關的
25 個城市之一,也是河北省最大的重工業城市.建有曹妃甸港,京唐港等港群,還建有王
灘經濟開發區和南堡經濟開發區等重點經濟區,以及石臼坨等島群,是河北省最具潛力的經
濟區之一,也是京津唐,環渤海經濟帶的重要組成部分,在河北省具有舉足輕重的地位.
但是,在自然和人為兩種因素長期作用下,使唐山市地質環境發生了很大變化,產生了
地地下水污染,地下水下降漏斗,地裂縫,采空塌陷,岩溶塌陷,地震,固體廢棄物等環境
地質問題,這些環境地質問題直接威脅和破壞著生態環境,影響著人民的生命財產安全;嚴
重影響和制約著當地的經濟社會發展.因此,加強地質環境管理和防治地質災害已成為唐山
市乃至河北省實施可持續發展戰略的一項重要工作.
本文採用模糊數學綜合評判法[1],定量或半定量地評價了唐山市環境地質問題發育程
度,並對其發展趨勢進行預測研究,為唐山市地質環境管理,土地規劃和地質災害防治提供
科學依據.
2 環境地質條件
2.1 地質條件
地處燕山南麓,地勢北高南低,北部為低山丘陵區,海撥高程 50～530m,地形波狀起
伏,侵蝕較強,沖溝發育;南部為沖洪積傾斜平原區,是本區主體地貌形態,由灤河改道形
成的多期沖洪積扇構成,高程 5～50m,地形平坦,河流兩岸斷續發育Ⅰ,Ⅱ級階地;市區
東部,南部有多處採煤塌陷坑和矸石山,塌陷坑成積水窪地;東南部沿河兩岸有砂丘分布;
市區內零星出露剝蝕殘丘.
地層有薊縣系,青白口系,寒武系,奧陶系,石炭系,二疊系和第四系.基岩大部被第
四系所覆蓋,在北部山區和市區局部裸露地表.
2.2構造條件
收稿日期:2004-09-24
基金項目:中國地質調查局地質調查項目,環渤海地區(河北部分)地下水資源與環境地質調查
評價,項目編號:200112400004
作者簡介:王欣寶(1972-),男,工程師,主要從事水文地質,工程地質和環境地質工作,E-mail:
[email protected]..
1
唐山市位於燕山褶皺帶東段南緣與華北坳陷區黃驊坳陷的交界地帶,構造活動異常活
躍.區內主要褶皺是開平復向斜,由一系列軸向北東,軸面北西傾,大致平行排列的背向斜
隱伏構造組成,自西向東依次為車軸山向斜,碑子院背斜,開平向斜.其中開平向斜規模最
大,長約50km,寬15～20km,總體軸向為北東40°,自開平向東漸轉成近東西方向.唐山
市區位於開平向斜西北翼的狹長型地壘構造帶上,主要有大八里庄斷層,陡河斷層和唐山斷
層三條規模較大斷層.唐山市區區域穩定性較差,屬不穩定區,地震基本烈度為Ⅷ度.
3,主要的環境地質問題
3.1岩溶塌陷
(1)岩溶塌陷現狀
岩溶塌陷是唐山市嚴重的地質災害之一,致災形式有建築物破裂,倒塌,路基坍塌及農
田破壞等.唐山市區岩溶塌陷有100多處,現已查明中心區岩溶塌陷20處,塌陷呈圓形,
筒狀,碟狀,直徑3～50m,可見深度1～6m; 任信屯—鄭莊子岩溶塌陷2處,塌陷呈圓形,
直徑 30～40m,可見深度 8～10m;東礦區林西—范各庄一帶岩溶塌陷 100 多處,塌陷呈圓
形,橢圓形,筒狀,碟狀,直徑5～30m,可見深度3～10m.
岩溶塌陷具有一定的分布規律,主要分布於水位下降漏斗范圍內的碳酸鹽岩淺埋區(小
於50m)及構造斷裂帶附近;設有液流管道和排水暗溝的馬路兩側及地表水體沿邊最為常見.
主要分布在唐山市中心區淺埋岩溶區,中心區北部任信屯—鄭莊子及東礦區唐家莊—范各庄
一帶淺埋岩溶區.唐山市主要岩溶塌陷狀況見表1.
表1 唐山市主要岩溶塌陷特徵表
Tabal.1 the characteristic of the main karstic sinks in TangShan
一般規模 編
號
塌陷位置
發生時間
(年月日)
塌陷坑
形狀 直徑
可見
深度
對建築物破壞程度 備注
1 十口院內 1979-10-6 圓形 40 10 操場下陷 岩溶引起
2 建陶城子庄河西樓 1984-1985 樓傾斜向西北下降0.13m 岩溶引起
3 新華道開灤招待所東側 1984-1985 路面塌陷電桿傾倒 岩溶引起
4 北新道與新華岩路叉口 1987.9-10 橢圓形 6 6 自來水管反復破裂 岩溶引起
5 鳳凰公園中心區蓮魚池 1991-9-6 圓形 13 6 池壁破壞池水漏光 岩溶引起
6 體育場田徑訓練館 1988-6-6 圓形 8 6 建築物塌落 岩溶引起
7 地震陳列館北側路旁 1988-8 圓形 5 2 地面塌陷電桿傾倒 岩溶引起
8 工人醫院門診大樓 近期 牆體裂縫 岩溶引起
9 69號小區熱力站 近期 院內樓東南角附近房屋裂縫 不明
(2)岩溶塌陷發展趨勢
近年來唐山市區地下水開采量受到控制,岩溶水位有所回升,市區現有的地下水漏斗面
積趨於穩定,個別地段岩溶水略有回升,岩溶塌陷的發生率得到緩解.但由於導致岩溶塌陷
的一些主要條件並未得到根本改變,因此仍然不斷發現岩溶塌陷的現象.據連續幾年的實地
勘查,唐山市體育場主樓牆壁的"S"型裂縫及圍牆上的張性裂縫仍有逐年擴大的跡象,證
明本區的岩溶塌陷活動尚未停息.
3.2 地下水水位下降漏斗
3.2.1地下水水位下降漏斗現狀
(1) 唐山市第四系淺層水水位下降漏斗
唐山市第四系淺層水水位下降漏斗出現在1974年的枯水期,隨著地下水開采量逐年增
大,漏斗不斷加深,范圍不斷擴大.1978年至1981年,唐山市地震後恢復生產,地下水開
采量急劇增加,使地下水水位急劇下降,1982年以後由於城市和農業開采量受到控制,漏
2
斗進入相對穩定的階段.據低水位期統計,漏斗區平均面積為320.07Km2,1991—1995年平
均面積301.03Km2,1996—2000年平均面積為284.26Km2,各階段平均面積分別縮小19.04
Km2和16.77Km2.其中2000年低水位期漏斗面積343.3 Km2,10年間面積最大,與1999,
2000年降水偏少,地下水補給不足密切相關.
漏斗中心北部在北郊水廠,南部在大洪橋水廠,其水位埋深在1991—1995年北郊水廠
平均水位埋深47.40m,在2000年北郊水廠,.大洪橋水廠分別為47.70m和23.90m,與1995
年同比,北郊水廠水位上升3.00m,大洪橋水廠水位下降0.09m,說明漏斗已處於相對穩定
狀態.
從1990年—1995年及1995年—1999可以看出 漏斗區面積具有逐年減小,中心水位略有
回升的趨勢,表明該區遏制開采以初見成效.唯2000年由於乾旱少雨,地下水補給不足,致
使漏斗區面積增大,水位加深,屬枯水年的正常現象,因此可以認為該漏斗目前處於穩定狀
態,如保持目前開采水平,今後漏斗面積將不會擴大,地下水位將保持穩定.
表2 唐山市第四系淺層地下水水位下降漏斗要素一覽表
Tabal.2 the basic schele of the depression cone of shallow groundwater of
the Quaternary Period in TangShan
地下水水位下降漏斗要素一覽表
漏斗
名稱
時 間 中心
位置
綜合計算
面 積
(Km2)
邊緣等
水位線
(m)
封閉面積
(Km2)
封閉等水
位線(m)
中心水位
埋深(m)
中心水 位
標 高(m)
91.6.30
北:北郊水廠
南:大洪橋水廠
301.3
地下水
分水嶺
87 4
49.56
23.58
-29.70
-9.17
93.5.25
—6.10
北:北郊水廠
南:大洪橋水廠
299.3
地下水
分水嶺
126.8 4
40.15
24.11
-20.29
-9.70
95.5.25
—6.10
北:北郊水廠
南:大洪橋水廠
319.3
地下水
分水嶺
103.1 4
50.70
23.81
-30.84
-9.40
98. 6.15
北:北郊水廠
南:大洪橋水廠
243.2
地下水
分水嶺
62.33 2
42.7
22.6
-22.84
-8.19
唐山
市淺
層地
下水
位下
降漏
斗
20006.30
北:北郊水廠
南:大洪橋水廠
343.3
地下水
分水嶺
132.9 4
47.7
23.90
-27.84
-9.49
(2) 古冶區第四系淺層水位下降漏斗
1975年開始形成以黑鴨子為中心的地下水位下降漏斗,當時漏斗中心水位埋深12.25m,
水位標高17.59m.1980年以後,雖然第四系地下水開采量無明顯的增加,但由於開灤唐家
庄礦徐家樓礦井投產及巍峰山水源地的開采,增大了第四系地下水對石炭一二疊系裂隙水和
奧陶系岩溶水的越流補給量,形成以前張亭為中心的又一個漏斗中心,兩個漏鬥合稱古冶區
第四系淺層水水位下降漏斗.漏斗北部以山區為界,南部以小馬庄至范各庄一線的地下水分
水嶺為界,東界雷庄,西到刁家套至前殷庄與唐庄漏斗相接.
分析漏斗特徵可以看出,1996年到1999年漏斗面積具有逐年縮小,中心水位埋深逐年變
淺的趨勢,1999年到2000年出現漏斗面積擴大,中心水位加深的狀況,顯然與近兩年乾旱少
雨具有密切的關系.但從多年動態變化來看,該漏斗仍處於穩定狀態.
(3)唐山市深層水水位下降漏斗
受礦井疏水的影響,第四系深層水急劇下降,形成以礦區為中心的深層水水位下降漏斗,
由於該含水組觀測點少,不能繪製成圖,漏斗形成,范圍很難確定.但開灤個各礦內,深層
水位均低於淺層水位34.24—42.15m.其中開平向斜西北翼深層地下水水位低於淺層地下水
3
水位34.24m.在漏斗中心區,深層地下水水位低於奧陶系岩溶水水位4.25—15.73m.
(4)奧陶系岩溶水水位降落漏斗
主要分布於開平向斜西北翼,1974年形成,漏斗沿奧陶系灰岩地層走向展布,呈不規
則條帶狀,漏斗邊界與水文地質單元一致,由於過量開采地下水,1978—1981年間岩溶水
位以每年6.0m的速度下降,漏斗中心人民公園1982年低水位期水位埋深53.28m,水位標
高--28.48m,從1982年起唐山市控制了岩溶水的開采量,水位下降緩慢.到1992年為為控
制唐山市岩溶塌陷的發生及發展,較大幅度的減少了開平向斜西北翼奧陶系岩溶水開采量,
1992年比1991年減少1243.8×104m3,岩溶水位上升3.34m.
漏斗區1990年末平均水位埋深44.72m,1995年末37.66m,1996,1997,1998年末為
39.29m,41.71m及39.78m,1999年及2000年末平均水位埋深分別為44.65m和45.45m,與
1990年水位相近,雖然地下水開采量逐年減少,因1999年及2000年天旱少雨,地下水補
給不足,漏斗區中心水位又處於下降狀態.
漏斗中心人民公園,1995年低水位期水位埋深56.61m,2000年為57.07m.雖然漏斗中
心水位有所下降,但總的看來該漏斗還是處於穩定狀態.
3.2.2 地下水水位下降漏斗發展趨勢預測
根據1986—2000年漏斗中心水位埋深及綜合計算面積,在充分考慮政府部門對超采區
地下水開采量進行遏制的條件下,採用灰色理論GM(1,1)模型數列,對2010年,2015
年地下水位下降漏斗面積,中心水位埋深進行預測.
預測唐山市第四系淺層水水位下降漏斗面積2010年,2015年漏斗面積分別為300Km2,
280 Km2,比2000年分別縮小43.3 Km2及63.3 Km2;2010年中心水位埋深44.40m,比2000
年回升3.10m,2015年維持在2010年的水平,水位處於穩定狀態.
預測古冶區第四系淺層水水位下降漏斗面積2010年,2015年分別為170 Km2及160
Km2,比2000年分別縮小16. Km29及17.9 Km2;2010年及2015年中心水位埋深將控制在
24.00m左右,比2000年回升1.50左右,處於穩定狀態(見表3).
表3 唐山市地下水位下降漏斗預測成果表
Tabal.3 the forecast proction of the depression cone of groundwater level in TangShan
漏斗面積(Km2) 中心水位埋深(m)
漏斗名 稱
2000年 2010年 2015年 2010年 2015年
唐山市第四系淺層地
下水水位下降漏斗
343.3 300.0 280.0 44.40 44.40
古冶區第四系淺層地
下水水位下降漏斗
186.9 170 160 24.00 24.00
3.3 含水層疏干
唐山市區地下水位降落漏斗區內被疏乾的含水層主要為第二含水組,在基岩淺埋區內除
第二含水組上部細砂層外,第二含水組中部砂礫卵石層同時被疏干.以陡河,沙河和小青龍
河兩岸分布的全新統第一含水組細砂含水層,由於補給條件較好,含水層並未被疏干.
疏干含水層厚度的計算是以1976年末水位埋深作為初始水位,唐山地震後地下水位基
本恢復到原來水位,以2000年未水位埋深時段末期水位,據鑽孔機井地層資料計算各井被
疏干含水層厚度.
計算結果表明:1976-1995年19年間,唐山市區含水層疏干體積為482.37 ×104m3,疏干
量為22497.48×104m3/a.其中唐山漏斗疏干體積為306.77×104m3,東礦區漏斗疏干體積為
175.60×104m3;唐山漏斗疏乾量為18180.11×104m3/a,東礦區漏斗疏乾量為4317.37×
104m3/a.1995-1996年,唐山市區含水層疏乾麵積為39830km2,疏干體積為147464 ×104m3,
4
疏干儲存量為18433×104m3/a.
3.4 地下水污染
3.4.1 地下水污染源
唐山市區地下水污染源主要為工礦企業廢水,廢氣,廢渣的排放及生活污水,生活垃圾,
農葯化肥等.據唐山市環保局1998年統計資料,唐山市區182個"三廢"排放企業共排放工
業廢水5710.96萬噸,排放達標量為5163.12萬噸,其中處理排放達標量為3190. 19萬噸.廢
水中污染物六價鉻為0.14噸,揮發酚總量為2.43噸,氰化物為0.99噸,化學需氧量8231.69
噸,石油類176.03噸,懸浮物6596.30噸,硫化物13.16噸.全市區工業廢氣排放總量13144380
萬標立方米, 其中二氧化硫排放量為140013噸,煙塵排放量106029噸.工業固體廢物產生
量為1213.9萬噸,歷年累計貯存量已達8179萬噸.
另外,居民生活污水排放量為2856.14萬立方米,唐山市14個垃圾堆放場的垃圾(包括工
業垃圾)排放量51.9萬噸.
3.4.2 地下水污染現狀及發展趨勢
由污染源排出的污染質主要有"五毒","三氮",有機質,細菌和石油類共約20餘
種.污染質通過滲透和滲漏兩種方式污染地下水環境.滲坑(井)滲透和渣堆淋滲,造成點狀
污染;河流與溝渠滲漏造成線狀污染;施於田間的農葯,化肥隨灌溉水或雨水下滲,造成面
狀污染.
唐山市區地下水水質目前基本達到飲用水水質標准,但局部地區污染較為嚴重,主要超
標項目是六價鉻,硝酸鹽氮,亞硝酸鹽氮,細菌等.比較典型的地下水污染為唐山市路南區
南劉屯—老岳各庄六價鉻污染,路北區釣魚台岩溶水六價鉻污染及小梁山儲灰場,李家峪儲
灰場對地下水的氟污染.
(1),南劉屯—老岳各庄污染區
南劉屯—老岳各庄一帶第四系淺層水受到六價鉻嚴重污染,鉻渣污染物分布面積
3350m2,重量為4881噸,含六價鉻總量為5.947噸.該污染區1983 年發現第四系淺層水受六
價鉻污染,1991～1993年污染面積達1.78 km2,地下水中Cr6+ 最高含量3.40mg/L,超標67倍.
1995年污染面積(檢出)1.595 km2,超標面積0.645 km2,Cr6+最高含量 1.80mg/L,超標35倍.
從1994年以後Cr6+含量逐年減少,個別井的污染已消失.污染范圍也有逐年縮小的趨勢,其
原因是唐山市環保局1983年曾進行了局部的開挖治理,以及污染區連年不斷地抽取污染的水
體所致.
(2),路北區釣魚台岩溶水六價鉻污染區
受原文化路電鍍廠廢水的污染,路北區奧陶系岩溶水自1987年以來六價鉻含量超標,污
染面積5.56 km2,至1995 年污染面積縮小至3.33 km2.1999年檢測,鳳北井污染已消失,唐
陶井Cr6+含量0.14mg/L,自1995年以來含量已逐年減少.
(3)小梁山儲灰場沖灰水對地下水的氟污染
由於唐山發電廠小梁山沖灰場沖灰水沿灰岩溶洞裂隙下滲,1986年冶里—徐莊子奧陶系
岩溶水曾形成面積2km2的氟污染區,氟含量達3.2mg/L.1988年沖灰場停用並覆土改造,原
污染范圍大大減少,原污染井水中氟含量明顯降低,僅為0.5～1mg/L,均達到飲用水質標准
並接近天然背景值.預測該污染區氟污染將逐年衰減直至消失.
(4)李家峪儲灰場對地下水的氟污染
由於唐山發電總廠陡河電廠沖灰水的滲漏,使附近岩溶裂隙水受到污染,地下水中氟含
5
量逐年升高,由1988年的0.37mg/L升至1995年的5.80mg/L,之後逐年降低,但1999年仍為
4.0mg/L,由此預測該污染尚未停止,如灰場繼續使用,其污染仍將持續下去,並有擴大污
染范圍的可能.
3.5 礦山環境地質問題
唐山礦業以煤礦為主,長期大量開掘地下煤層及圍岩,改變乃至破壞了岩土體的自然平
衡,導致地質環境日趨惡化,引發出一系列礦山環境地質問題.
(1) 采空塌陷
1984年范各庄礦突水後附近出現11個岩溶塌陷坑,在以突水點為中心的10km2范圍內,
水位普降20～30m,水井吊泵懸空,供水系統失靈.其後,採煤塌陷災害更為嚴重,截止1995
年整個開灤形成60多平方公里的采空區,波及面積達100 多平方公里,地面塌陷19504.01
公頃,產生15個塌陷坑,最大坑深20.42m,53個積水坑最大積水深度8.70m.這些塌陷,積
水坑主要分布在市中心區南部京山鐵路兩側,使大面積農田被毀,建築物遭到破壞, 100
多個村莊被迫搬遷,使城市建設受到嚴重影響.
(2) 礦井突水
開平煤田為奧陶系灰岩所包圍,岩溶發育,富水性強,隨著開采層段不斷加深,強排深
層地下水產生了巨大的水頭差,嚴重威脅著礦井和礦工的生命財產安全.1984年6月2日,范
各庄礦井下突水, 突水原因是奧陶系灰岩陷落柱潰入礦井,使奧陶系岩溶水大量湧入礦井,
高峰期11個小時平均突水量達2053噸/分,淹沒了范各庄礦井,呂家坨礦,林西三礦,直接
經濟損失5.6億元.而且其餘的礦也有不同程度的突水事故,是煤礦開采時一個主要地質災
害.
(3) 礦渣堆放
市區內共有煤矸石山16座,1998年煤矸石產生量4640500噸,年儲存量為672100噸,歷年
累計貯存量37194200噸,歷年累計貯存佔地面積1763300m2.由於礦渣堆存, 不但佔用大量
土地,散發有害氣體,而且可污染土體和淺層地下水,有的煤矸山發生自燃,釋放出SO2,
CO2等氣體,污染大氣,嚴重時還會發生爆炸,危及人民的生命和財產.
3.6 地震災害
1976年7月28日發生的唐山7.8級地震是震驚世界的一次大地震,震中地震烈度達11度,
使一個上百萬人口的城市毀於一旦,死亡人數達24萬,造成市區各民用建築嚴重破壞和倒塌
的達1116.95×104m2,占原房總數的95.53%.唐山市廠房倒塌及破壞無法使用的182.2×
104m2,占原有總數的55.6%.
唐山7.8級地震發震斷層為唐山礦Ⅴ號斷層, 分布在唐山市路南區禮尚庄—豐南安機寨
—小山東口—29中學,成北東25°走向,斷裂帶寬為50～300m,長10km,左旋扭距最大1.53m.
向北東循陡河斷裂北段,延伸20km, 向南西方向延伸50km.
除地震構造地裂縫外,非構造地裂縫在地震區普遍出現,主要發生在河渠,河岸和古河
道坑窪地帶[2].
此外,唐山7.8級地震引起的地面垂直變形, 不論是范圍和幅度都是很大的,強裂變形
帶主要分布在地震斷層兩側,垂直錯距1.0m左右;唐山7.8級地震加大了煤礦采空塌陷.由
於地震效應,使原開灤煤礦采空塌陷區進一步擴大加深.
4,環境地質問題發育程度及其發展趨勢評價
4.1環境地質問題發育程度
根據唐山市環境地質問題的發育特徵,選取土體結構類型,構造分布,地下水水位下降速率,
地下水污染,岩溶塌陷,采空塌陷,固體廢棄物和地裂縫共 8 個指標(見表 4).採用綜合
評價法對唐山市環境地質問題發育程度進行了分區評價,共分四個級別(見表5).
其公式[3]-[4]為:
6
∑
=
=
n
i
i
pp
1
式中:p--環境地質問題發育程度分區系數
p
i--第i因子的評價指數
其中
p
i= ×A
p
i
*
i Ai= =∑
8**
/
ii
pp
=1i
式中:為第i個因子的給定指數;A
p
i
*
i為第i個因子的權重,n為評價因子數量.
表4 唐山市環境地質問題發育程度判別指標及給定指數表
Tabal.4 the distinguishable indexes of the develop degree of the geoenvironmental problem in TangShan
分級 微弱 較輕 中等 嚴重
序
號 因子
環境地質問
題發育程度
給定
指數
環境地質問題
發育程度
給定
指數
環境地質問題
發育程度
給定
指數
環境地質問題
發育程度
給定
指數
1
岩土
體結
構類
型
出露基岩;砂
性土,多層,
相變小.
1
粘性土或砂性
土,多層,相變
大,特殊土零星
分布
2
粘性土或砂性土,多
層,相變大,分布有
特殊土
3
粘性土或砂性
土,多層結構,
相變大,特殊土
發育.
4
2 構造
分布 0條/50km21 1條/5km22 2條/5km23 ≥3 條/5km24
3
地下
水污
染
無 1 個別地段有污染2 局部地段有污染 3 污染點較多 4
4
地下
水水
位下
降速
率
1 m/a 4
5 岩溶
塌陷 0個/50km21 1處/5km22 2處/5km23 ≥3 處/5km24
6 采空
塌陷 0個/50km21 1處/5km22 2處/5km23 ≥3 處/5km24
7
固體
廢棄
物
0處/50km21 1處/5km22 2處/5km23 ≥3 處/5km24
8 地裂
縫 0處/50km21 1處/5km22 2處/5km23 ≥3 處/5km24
表5 環境地質問題發育程度分區系數
Tabal.5 the subarea coefficient of the geoenvironmental problem
級別 微弱發育區 輕度發育區 中等發育區 嚴重發育區
p 1-1.5 1.5-2.5 2.5-3.5 3.5-4
評價結果如下(見圖1):
環境地質問題微弱發育區主要分布在西部和西北部,主要環境地質問題僅是零星分布城
市廢棄物;環境地質問題輕度發育區主要分布在東部的羅各庄,大豐谷庄,夏庄和魏峰山水
廠一帶,主要環境地質問題是地下水超采,局部地段有地下水污染和地裂縫,零星分布固體
廢棄物;環境地質問題中度發育區主要分布在開平區呂家坨,趙各庄一帶,主要環境地質問
題是礦山固體廢棄物和城市廢棄物較多,局部地段有地下水污染和采空塌陷,分布有地下水
漏斗;環境地質問題嚴重發育區,主要環境地質問題是地下水嚴重超采,礦山固體廢棄物和
城市固體廢物較多,局部地段有地下水污染和礦山采空塌陷.
8
其主要內容為:環境地質問題緩慢發育區要分布於城市的西部,主要是由於近幾年唐山
市有關部門已經加強了對城市廢物的處理,使該區本就不多的城市垃圾得到有效的處理;較
慢發育區主要分布於城區的東部大豐谷各庄,羅各庄,夏庄一帶,主要是該區的點狀污染得
到有效治理,而該區的地下水開采量也已經大大減少;較快發育區主要分布於城區和東部的
范各庄,呂家坨和魏峰水廠,主要是該區大量的固體廢棄物部分已經處理,地下水開采量也
在不斷的降低,礦山采空塌陷和岩溶塌陷也已經部分進行治理;快速發育區主要分布於城市
新區的東北部的趙各庄和唐家莊一帶,主要是由於該區目前是唐山市的重點發展區,地下水
將大量的開采,地下水下降將加快,而且污染也在不斷加重.
5,結論
(1) 通過對唐山市主要環境地質問題的調查,在分析環境地質問題的影響因素,發育特
征和其發展趨勢的基礎上,指標體系由選取土體結構類型,構造分布,地下水水位下降速率,地
下水污染,岩溶塌陷,采空塌陷,固體廢棄物和地裂縫8個指標構成.在將唐山市環境地質
問題發育強度劃分為四個等級:微弱發育區,輕度發育區,中等發育區和嚴重發育區的基礎上,對
各評價指標相應的四級量化取值和標准化處理.採用模糊數學綜合評判法對唐山市環境地質
問題發育程度進行了評價.結果表明,評價結果與唐山市地質環境態勢基本吻合.
(2) 基於模糊數學綜合評價結果,將唐山市環境地質問題發育程度劃分為四級.其中環境
地質問題微弱發育區主要分布在西部和西北部;環境地質問題輕度發育區主要分布在東部的
羅各庄,大豐谷庄,夏庄和魏峰山水廠一帶;環境地質問題中度發育區主要分布在開平區呂
家坨,趙各庄一帶,主要環境地質問題是礦山固體廢棄物和城市廢棄物較多,局部地段有地
下水污染和采空塌陷,分布有地下水漏斗;環境地質問題嚴重發育區主要環境地質問題是地
下水嚴重超采,礦山固體廢棄物和城市固體廢物較多,局部地段有地下水污染和礦山采空塌
陷.
(3) 根據對唐山市主要環境地質問題發展趨勢的分析,對唐山市環境地質問題發展趨勢
進行了預測:環境地質問題緩慢發育區要分布於城市的西部;較慢發育區主要分布於城區的
東部大豐谷各庄,羅各庄,夏庄一帶;較快發育區主要分布於城區和東部的范各庄,呂家坨
和魏峰水廠;快速發育區主要分布於城市新區的東北部的趙各庄和唐家莊一帶.
⑶ 左奇巴林林動鎮攻略左奇巴林林動鎮地圖