⑴ 煤矿水文地质模拟的重要意义
据有关数据表明，自2002年起到2008年，一次性能源消费连续增长，其增幅超过2.4%。而国际石油价格也在一路攀升，许多国家不得不调整能源使用结构，逐渐降低石油消费比例，转而提高煤炭比重。
煤炭行业是我国国民经济的支柱产业，是关系国计民生的基础性行业，在国民经济中具有重要的战略地位。煤炭作为中国工业化进程的主要能源基础，对整个国家的经济发展起着举足轻重的作用。进入“十一五”规划期，中国的“富煤贫油少气”的能源储备特征和进入“重化工业主导型”经济发展阶段的特点，决定了在较长时期内，煤炭是我国一次能源消费结构中占主导地位的格局将长期保持不变。结合中国经济发展的实际情况和国际形势，国家发改委在《能源发展“十一五”规划》中进一步决定和明确了“坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展”的能源方针，提出“2010年中国煤炭消费量占一次能源消费总量的66%”。
据国家统计局的数据，2008年煤炭一次消费增长5.8%，占全球增长的2/3以上。为此我国不断加大投入，增加煤炭产量，到2008年原煤产量达到了27.93亿吨，同比增长10.6%。
图1 我国煤炭生产与消费情况
如此巨大的需求，就需要不断加大煤炭资源勘探和开发。我国各省、市、自治区，除上海和香港、澳门特别行政区外，都有煤炭产出，但分布不均。特点是西多东少、北富南贫，相对集中。煤炭资源总量中，分布在大兴安岭太行山雪峰山一线以西的12个省(市、自治区)占有总资源的89%，保有储量的87%;而该线以东的20个省(市，自治区)，仅占总资源量的11%，总保有储量的13%。按各省(市，自治区)统计，资源量最多的前十名依次是新疆(16210亿t)、内蒙古(12053亿t)、山西(6830亿t)、陕西(2922亿t)、宁夏(1991亿t)、甘肃(1905亿t)、贵州(1866亿t)，共计47108亿t，占总资源量的93.11%。依保有探明储量排序，前十名依次为山西(2578亿t)、内蒙古(2247亿t)、陕西(1619亿t)、新疆(952亿t)、贵州(524亿t)、宁夏(309亿t)、安徽(245亿t)、云南(242亿t)、河南(227亿t)和山东(227亿t)，共计9558亿t，占保有储量的95.34%。
我国煤的种类齐全，从褐煤到无烟煤，各个煤化阶段的煤都有赋存，能为各工业部门提供冶金、化工、气化和动力等各种用途的煤源。其中炼焦用煤占25.4%，无烟煤和贫煤占17.2%，褐煤占13%。低变质的烟煤(长焰煤，不黏煤，弱黏煤等)占42.5%，低变质烟煤不仅数量大，且煤质好，是煤炭资源中的一大优势煤类。其中大同的弱黏煤，神府和东胜的不黏煤，灰分、硫分很小，被誉为天然精煤。
在开采实践中，我国煤矿生产中事故频发，百万吨死亡率是美国的近200倍，是南非的30倍，是印度的12倍。煤矿突水是矿井五大灾害之一，严重影响生产安全并造成重大的经济损失。例如1984年6月2日，范各庄矿2171综采工作面，揭露隐伏导水陷落柱，奥陶系岩溶强含水层的高压水经陷落柱溃入矿井，高峰期突水量达2053m3/min，造成范各庄、吕家坨二矿淹没，林西停产，唐家庄、赵各庄矿减产，直接经济损失数亿元。据国家煤矿安全监察局的资料统计显示，受当时煤炭市场低迷影响，1995～2000年全国煤矿水害事故总体上呈逐年下降的趋势;而2000～2005年，水害事故总体上呈现逐年上升的趋势(如表1)。突水仅次于瓦斯事故，已成为名副其实的煤矿第二杀手。并且，突水造成的直接经济损失一直列在各类煤矿灾害之首;过去20年间，有250多对矿井被水淹没，直接经济损失高达350多亿元。
表1 2000～2006年间煤矿重特大突水事故统计
注:引自“973计划”:煤矿突水机理与防治基础理论研究。
严重的水害和复杂的水文地质条件还使大量的煤炭储量无法开采。据统计，北方石炭系—二叠系是我国主要含煤岩系之一，其预测储量占全国预测储量的26%，保有储量4097亿t，占全国保有储量53.8%。但北方一些主要煤矿区，受岩溶水威胁的煤炭资源达160亿t以上，仅河北、河南、山东、江苏、安徽及渭北等地区，矿井保有储量384.5亿t中受水威胁的煤炭储量达149.71亿t，占37%(武强等，1995)。受水威胁的矿井中煤炭大多煤质好，在国民经济建设中具有重要的战略地位。因此对矿井水文地质规律、矿井地下水运动模拟的研究，对于解放我国东部受水威胁的煤炭资源，提高资源回收率具有重要的指导意义。
随着煤矿生产技术的发展，资源开采强度增强、矿井深度不断延伸，多数矿井面临更为复杂的水文地质条件，煤矿水害威胁日趋严重，产生了一系列的水环境问题，具体如下:
1.采矿对区域地下水位及流场的影响
对我国来讲，煤炭生产以深部开采占大多数。为了维持采矿的正常进行，采煤工作面的横向和纵向的发展以及工业城市生活用水的迅猛增加，必须大量开采地下水或将工作面周围的水、潜在的水排出，这导致矿井排水量逐年加大，排水费用也逐年增多，地下水位急剧下降。相应地，所形成的地下水降落漏斗范围和幅度越来越大，地下水的流场也发生了明显的变化。作为我国特殊现象的汲水井也因为地下水位的大幅度下降而基本消失。自1975～1995年间，河北省煤矿开采区的地下水位急剧下降，其中浅层地下水位由平均5.88m降至11.88m，而深层地下水位则由平均7.37m下降到30.25m，形成了十余个大小不等的降落漏斗。
在我国典型的大水矿区如焦作、峰峰和开滦等，这种情况尤其严重。例如在焦作矿区，1952年排水量仅1.501m3/s，地下水位为105m;1965年矿坑排水量为4.96m3/s，地下水位为93m，地下水位比1952年下降了12m;1978年矿坑排水量增加到5.55m3/s，地下水水位大约在85m左右;1982年矿坑排水量为8.463m3/s，地下水位为83m，并在电厂岗庄水源地大规模集中开采区形成多边形枕状漏斗;1993年矿坑排水量增加，使得地下水位急剧下降，平均地下水位为71m，最低水位位于岗庄水源地，为62.08m。在短短的40年时间里，地下水位下降幅度达43m左右，大大增加了取水的费用，也加速了生态环境的恶化。由于矿坑排水改变了孔隙水的补、径、排方式，目前孔隙水主要接受大气降水、城市排污及矿坑排水渗漏补给，而矿坑排水近山前地段孔隙水基本疏干，其埋深在60m以下，形成了空前的疏干区。作为焦作矿区的大矿之一，九里山矿附近形成了孔隙水降落漏斗，焦作市城区造纸厂、化工一厂及平原光学仪器厂等单位单井涌水量减少，化工一厂有多口井报废，其造纸厂用水量急剧下降，生产用水紧张。
2.采矿对周围河川径流的影响
由于煤层浅埋藏区煤矿采空范围扩大，采空区星罗棋布，其引发的裂缝(董兆祥，1997)，甚至地面塌陷范围也逐渐扩大，造成了周边河川径流量大量减小，在个别区域甚至出现河流断流的情况，农业灌溉和部分城市的生活用水受到严重影响。西山矿区的西山冶峪沟董茹站以上的流域，面积达18.9km2，在不同时段流域平均降水量与实测河川径流量的关系见图2所示。
图2 西山矿区流域不同时段流域平均降水量与实测河川径流量的关系
3.煤矿排渣对水源的污染
采矿的排渣主要是各种矸石。对煤矿来说，煤矸石是煤矿采掘和洗选加工过程中排出的废渣。它的排放量与煤的埋藏条件、开采方式等因素有关。煤矸石是由灰分高、发热量低的炭质煤岩和少量煤块组成，其主要成分为碳、氢、氧、硫、铁、铝、硅、钙等常量元素和镉、铬、砷、铅、汞、铜、锰、氟等痕量有毒元素(刘国昌，1998;张忆晋，1990;国家环保局监督理司，1992;程胜高，1999;中国环境科学学会，1984)。目前，由于利益的驱使，小煤窑这个顽疾屡禁不止，矿山千疮百孔，乌烟缭绕。在采掘和洗煤过程中排出的煤矸石都未经过处理，直接排放在水沟、山坡和平川。煤矸石长期露天堆放，经日晒雨淋、风化侵蚀，天长日久便发生自燃，释放出大量的有害气体，严重地影响了矿区及周围的大气质量，进而污染了大气降水。一部分有害元素经雨水或地表水的淋滤作用，给地下水造成严重污染。在我国大型露天煤田———神木的石圪台矿区，这种情况更为严重。在对该矿的环境调查过程中，发现在该矿周围分布着许多大小不一的小煤窑。这些煤窑只追求效益，对煤层不全采(留有大量不好采的煤)，大大浪费了煤炭资源，同时其分选更是浪费惊人，将其认为赚不了钱的许多可利用的煤块丢在道路两旁和河道里。经过长期的风吹日晒，淋滤的水直接排到河道和渗到地下含水层中，使地表水和地下水受到严重的污染。据群众反映，以前河里的水非常清澈，可以直接饮用，而现在却变成了黑乎乎的污水。
煤矸石自燃是一种普遍现象，这在神木的石圪台矿区也非常典型。青烟缕缕随处可见，对环境的污染相当严重，主要是硫、碳、氮、氧化物和烟尘对大气的污染。被污染的大气通过降水，间接地污染靠大气降水补给的地表水和地下水。
4.采矿对矿区外围水源的影响
随着煤矿开采深度的不断增大，排水量也在不断增加。疏干区形成相对低压带，破坏了原来的地下水系统循环和存储条件，在一定的水文地质条件下，地下水有可能穿透原有的相对隔水层而发生突水灾害。
资料表明，太原西山地区岩溶水在构造裂隙的综合作用下，形成统一的水动力系统，具有一致的补给径流和排泄条件。一旦发生突水，势必要影响整个系统的补、径、排条件，从而使原有的排泄点流量减少，矿区外水源受到严重威胁。根据晋祠水源保护办公室调查的结果，风峪沟内乡镇小煤窑采煤排水很大程度地影响着晋泉出水量。
在我国有着悠久采矿历史的唐山，其问题就更加明显。据有关资料，唐山市的大部分矿坑排水、生活污水以及工业废水没有经过处理或处理不达标就直接排放，对周围水质造成较为严重的污染。比较突出的是陡河市区段，其酚含量超过国家标准的173倍，氰化物含量超标6倍，而且还出现了镉和氟的污染区。
随着西部大开发政策的实施，在西部国民经济中占重要地位的神府煤田的煤炭生产对生态环境的影响也被逐渐重视起来。特别是在缺水的西部，如何保护好水源已成为最迫切的问题。经测定在沿乌兰木伦河上游和下游分布的补连、大柳塔和敏盖兔3个矿点中CODMn，NO3-N等成分的含量呈递增趋势。另外从各河、沟、川大量的水分析结果看，无论是枯水期和平水期，其水质几乎都超出地表水二级标准。经分析认为，产生以上后果的原因主要归结为乌兰木伦河两岸及沟岔分布有比较密集的煤矿点，矿坑排水、工业设施附属厂及生活排污对乌兰木伦河造成重复污染。尽管有些有害元素和离子未超标，却已经有超标的发展趋势。
多年来矿业工作者一直致力于地下水方面的研究工作，但由于我国煤矿地质条件(尤其是构造条件)非常复杂，开采方式各异，再加上生产技术、探测技术、监测技术水平的限制，矿井突水事故时有发生。因此，煤矿地下水模拟技术的研究是我国乃至世界的重大难题，对其研究将对我国受水威胁的煤矿安全开采和水环境的保护有着重要的意义。
⑵ 河北唐山的地质情况
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唐山市环境地质调查评价
王欣宝1, 王昕州, 赵雄英
(河北省地质环境监测总站,石家庄,050021)
摘要: 唐山市是河北省环渤海地区经济发达的地区,是河北省最大的重工业城市,而且也是
地下水污染,地下水下降漏斗,地裂缝,采空塌陷,岩溶塌陷,地震,固体废弃物等环境地
质问题较为频发的地区.通过对唐山市主要环境地质问题的调查,以及对其发展趋势的分析
研究,选择了岩土体结构类型,构造分布,地下水污染,地下水下降速率,采空塌陷,岩溶
塌陷,固体废弃物和地裂缝共8个指标.基于环境地质问题发育程度四个逻辑等级取值:微
弱,轻度,中等和严重,对评价指标进行了相应地量化分级取值和标准化处理,采用模糊数
学综合评判法对唐山市环境地质问题发育程度进行了评价,并对唐山市环境地质问题的发展
趋势进行了预测,为唐山市地质环境管理和地质灾害防治提供科学依据.
关键词: 环境地质问题;模糊数学;综合评判法
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:
1 前言
唐山市辖五区,十县(市)及两农场,面积802km2(不含芦台,汉沽农场),总人口156.16
万.唐山市是河北省环渤海地区三个地级城市之一, 是首批国民经济收入突破百亿元大关的
25 个城市之一,也是河北省最大的重工业城市.建有曹妃甸港,京唐港等港群,还建有王
滩经济开发区和南堡经济开发区等重点经济区,以及石臼坨等岛群,是河北省最具潜力的经
济区之一,也是京津唐,环渤海经济带的重要组成部分,在河北省具有举足轻重的地位.
但是,在自然和人为两种因素长期作用下,使唐山市地质环境发生了很大变化,产生了
地地下水污染,地下水下降漏斗,地裂缝,采空塌陷,岩溶塌陷,地震,固体废弃物等环境
地质问题,这些环境地质问题直接威胁和破坏着生态环境,影响着人民的生命财产安全;严
重影响和制约着当地的经济社会发展.因此,加强地质环境管理和防治地质灾害已成为唐山
市乃至河北省实施可持续发展战略的一项重要工作.
本文采用模糊数学综合评判法[1],定量或半定量地评价了唐山市环境地质问题发育程
度,并对其发展趋势进行预测研究,为唐山市地质环境管理,土地规划和地质灾害防治提供
科学依据.
2 环境地质条件
2.1 地质条件
地处燕山南麓,地势北高南低,北部为低山丘陵区,海拨高程 50～530m,地形波状起
伏,侵蚀较强,冲沟发育;南部为冲洪积倾斜平原区,是本区主体地貌形态,由滦河改道形
成的多期冲洪积扇构成,高程 5～50m,地形平坦,河流两岸断续发育Ⅰ,Ⅱ级阶地;市区
东部,南部有多处采煤塌陷坑和矸石山,塌陷坑成积水洼地;东南部沿河两岸有砂丘分布;
市区内零星出露剥蚀残丘.
地层有蓟县系,青白口系,寒武系,奥陶系,石炭系,二叠系和第四系.基岩大部被第
四系所覆盖,在北部山区和市区局部裸露地表.
2.2构造条件
收稿日期:2004-09-24
基金项目:中国地质调查局地质调查项目,环渤海地区(河北部分)地下水资源与环境地质调查
评价,项目编号:200112400004
作者简介:王欣宝(1972-),男,工程师,主要从事水文地质,工程地质和环境地质工作,E-mail:
[email protected]..
1
唐山市位于燕山褶皱带东段南缘与华北坳陷区黄骅坳陷的交界地带,构造活动异常活
跃.区内主要褶皱是开平复向斜,由一系列轴向北东,轴面北西倾,大致平行排列的背向斜
隐伏构造组成,自西向东依次为车轴山向斜,碑子院背斜,开平向斜.其中开平向斜规模最
大,长约50km,宽15～20km,总体轴向为北东40°,自开平向东渐转成近东西方向.唐山
市区位于开平向斜西北翼的狭长型地垒构造带上,主要有大八里庄断层,陡河断层和唐山断
层三条规模较大断层.唐山市区区域稳定性较差,属不稳定区,地震基本烈度为Ⅷ度.
3,主要的环境地质问题
3.1岩溶塌陷
(1)岩溶塌陷现状
岩溶塌陷是唐山市严重的地质灾害之一,致灾形式有建筑物破裂,倒塌,路基坍塌及农
田破坏等.唐山市区岩溶塌陷有100多处,现已查明中心区岩溶塌陷20处,塌陷呈圆形,
筒状,碟状,直径3～50m,可见深度1～6m; 任信屯—郑庄子岩溶塌陷2处,塌陷呈圆形,
直径 30～40m,可见深度 8～10m;东矿区林西—范各庄一带岩溶塌陷 100 多处,塌陷呈圆
形,椭圆形,筒状,碟状,直径5～30m,可见深度3～10m.
岩溶塌陷具有一定的分布规律,主要分布于水位下降漏斗范围内的碳酸盐岩浅埋区(小
于50m)及构造断裂带附近;设有液流管道和排水暗沟的马路两侧及地表水体沿边最为常见.
主要分布在唐山市中心区浅埋岩溶区,中心区北部任信屯—郑庄子及东矿区唐家庄—范各庄
一带浅埋岩溶区.唐山市主要岩溶塌陷状况见表1.
表1 唐山市主要岩溶塌陷特征表
Tabal.1 the characteristic of the main karstic sinks in TangShan
一般规模 编
号
塌陷位置
发生时间
(年月日)
塌陷坑
形状 直径
可见
深度
对建筑物破坏程度 备注
1 十口院内 1979-10-6 圆形 40 10 操场下陷 岩溶引起
2 建陶城子庄河西楼 1984-1985 楼倾斜向西北下降0.13m 岩溶引起
3 新华道开滦招待所东侧 1984-1985 路面塌陷电杆倾倒 岩溶引起
4 北新道与新华岩路叉口 1987.9-10 椭圆形 6 6 自来水管反复破裂 岩溶引起
5 凤凰公园中心区莲鱼池 1991-9-6 圆形 13 6 池壁破坏池水漏光 岩溶引起
6 体育场田径训练馆 1988-6-6 圆形 8 6 建筑物塌落 岩溶引起
7 地震陈列馆北侧路旁 1988-8 圆形 5 2 地面塌陷电杆倾倒 岩溶引起
8 工人医院门诊大楼 近期 墙体裂缝 岩溶引起
9 69号小区热力站 近期 院内楼东南角附近房屋裂缝 不明
(2)岩溶塌陷发展趋势
近年来唐山市区地下水开采量受到控制,岩溶水位有所回升,市区现有的地下水漏斗面
积趋于稳定,个别地段岩溶水略有回升,岩溶塌陷的发生率得到缓解.但由于导致岩溶塌陷
的一些主要条件并未得到根本改变,因此仍然不断发现岩溶塌陷的现象.据连续几年的实地
勘查,唐山市体育场主楼墙壁的"S"型裂缝及围墙上的张性裂缝仍有逐年扩大的迹象,证
明本区的岩溶塌陷活动尚未停息.
3.2 地下水水位下降漏斗
3.2.1地下水水位下降漏斗现状
(1) 唐山市第四系浅层水水位下降漏斗
唐山市第四系浅层水水位下降漏斗出现在1974年的枯水期,随着地下水开采量逐年增
大,漏斗不断加深,范围不断扩大.1978年至1981年,唐山市地震后恢复生产,地下水开
采量急剧增加,使地下水水位急剧下降,1982年以后由于城市和农业开采量受到控制,漏
2
斗进入相对稳定的阶段.据低水位期统计,漏斗区平均面积为320.07Km2,1991—1995年平
均面积301.03Km2,1996—2000年平均面积为284.26Km2,各阶段平均面积分别缩小19.04
Km2和16.77Km2.其中2000年低水位期漏斗面积343.3 Km2,10年间面积最大,与1999,
2000年降水偏少,地下水补给不足密切相关.
漏斗中心北部在北郊水厂,南部在大洪桥水厂,其水位埋深在1991—1995年北郊水厂
平均水位埋深47.40m,在2000年北郊水厂,.大洪桥水厂分别为47.70m和23.90m,与1995
年同比,北郊水厂水位上升3.00m,大洪桥水厂水位下降0.09m,说明漏斗已处于相对稳定
状态.
从1990年—1995年及1995年—1999可以看出 漏斗区面积具有逐年减小,中心水位略有
回升的趋势,表明该区遏制开采以初见成效.唯2000年由于干旱少雨,地下水补给不足,致
使漏斗区面积增大,水位加深,属枯水年的正常现象,因此可以认为该漏斗目前处于稳定状
态,如保持目前开采水平,今后漏斗面积将不会扩大,地下水位将保持稳定.
表2 唐山市第四系浅层地下水水位下降漏斗要素一览表
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览表
漏斗
名称
时 间 中心
位置
综合计算
面 积
(Km2)
边缘等
水位线
(m)
封闭面积
(Km2)
封闭等水
位线(m)
中心水位
埋深(m)
中心水 位
标 高(m)
91.6.30
北:北郊水厂
南:大洪桥水厂
301.3
地下水
分水岭
87 4
49.56
23.58
-29.70
-9.17
93.5.25
—6.10
北:北郊水厂
南:大洪桥水厂
299.3
地下水
分水岭
126.8 4
40.15
24.11
-20.29
-9.70
95.5.25
—6.10
北:北郊水厂
南:大洪桥水厂
319.3
地下水
分水岭
103.1 4
50.70
23.81
-30.84
-9.40
98. 6.15
北:北郊水厂
南:大洪桥水厂
243.2
地下水
分水岭
62.33 2
42.7
22.6
-22.84
-8.19
唐山
市浅
层地
下水
位下
降漏
斗
20006.30
北:北郊水厂
南:大洪桥水厂
343.3
地下水
分水岭
132.9 4
47.7
23.90
-27.84
-9.49
(2) 古冶区第四系浅层水位下降漏斗
1975年开始形成以黑鸭子为中心的地下水位下降漏斗,当时漏斗中心水位埋深12.25m,
水位标高17.59m.1980年以后,虽然第四系地下水开采量无明显的增加,但由于开滦唐家
庄矿徐家楼矿井投产及巍峰山水源地的开采,增大了第四系地下水对石炭一二叠系裂隙水和
奥陶系岩溶水的越流补给量,形成以前张亭为中心的又一个漏斗中心,两个漏斗合称古冶区
第四系浅层水水位下降漏斗.漏斗北部以山区为界,南部以小马庄至范各庄一线的地下水分
水岭为界,东界雷庄,西到刁家套至前殷庄与唐庄漏斗相接.
分析漏斗特征可以看出,1996年到1999年漏斗面积具有逐年缩小,中心水位埋深逐年变
浅的趋势,1999年到2000年出现漏斗面积扩大,中心水位加深的状况,显然与近两年干旱少
雨具有密切的关系.但从多年动态变化来看,该漏斗仍处于稳定状态.
(3)唐山市深层水水位下降漏斗
受矿井疏水的影响,第四系深层水急剧下降,形成以矿区为中心的深层水水位下降漏斗,
由于该含水组观测点少,不能绘制成图,漏斗形成,范围很难确定.但开滦个各矿内,深层
水位均低于浅层水位34.24—42.15m.其中开平向斜西北翼深层地下水水位低于浅层地下水
3
水位34.24m.在漏斗中心区,深层地下水水位低于奥陶系岩溶水水位4.25—15.73m.
(4)奥陶系岩溶水水位降落漏斗
主要分布于开平向斜西北翼,1974年形成,漏斗沿奥陶系灰岩地层走向展布,呈不规
则条带状,漏斗边界与水文地质单元一致,由于过量开采地下水,1978—1981年间岩溶水
位以每年6.0m的速度下降,漏斗中心人民公园1982年低水位期水位埋深53.28m,水位标
高--28.48m,从1982年起唐山市控制了岩溶水的开采量,水位下降缓慢.到1992年为为控
制唐山市岩溶塌陷的发生及发展,较大幅度的减少了开平向斜西北翼奥陶系岩溶水开采量,
1992年比1991年减少1243.8×104m3,岩溶水位上升3.34m.
漏斗区1990年末平均水位埋深44.72m,1995年末37.66m,1996,1997,1998年末为
39.29m,41.71m及39.78m,1999年及2000年末平均水位埋深分别为44.65m和45.45m,与
1990年水位相近,虽然地下水开采量逐年减少,因1999年及2000年天旱少雨,地下水补
给不足,漏斗区中心水位又处于下降状态.
漏斗中心人民公园,1995年低水位期水位埋深56.61m,2000年为57.07m.虽然漏斗中
心水位有所下降,但总的看来该漏斗还是处于稳定状态.
3.2.2 地下水水位下降漏斗发展趋势预测
根据1986—2000年漏斗中心水位埋深及综合计算面积,在充分考虑政府部门对超采区
地下水开采量进行遏制的条件下,采用灰色理论GM(1,1)模型数列,对2010年,2015
年地下水位下降漏斗面积,中心水位埋深进行预测.
预测唐山市第四系浅层水水位下降漏斗面积2010年,2015年漏斗面积分别为300Km2,
280 Km2,比2000年分别缩小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年维持在2010年的水平,水位处于稳定状态.
预测古冶区第四系浅层水水位下降漏斗面积2010年,2015年分别为170 Km2及160
Km2,比2000年分别缩小16. Km29及17.9 Km2;2010年及2015年中心水位埋深将控制在
24.00m左右,比2000年回升1.50左右,处于稳定状态(见表3).
表3 唐山市地下水位下降漏斗预测成果表
Tabal.3 the forecast proction of the depression cone of groundwater level in TangShan
漏斗面积(Km2) 中心水位埋深(m)
漏斗名 称
2000年 2010年 2015年 2010年 2015年
唐山市第四系浅层地
下水水位下降漏斗
343.3 300.0 280.0 44.40 44.40
古冶区第四系浅层地
下水水位下降漏斗
186.9 170 160 24.00 24.00
3.3 含水层疏干
唐山市区地下水位降落漏斗区内被疏干的含水层主要为第二含水组,在基岩浅埋区内除
第二含水组上部细砂层外,第二含水组中部砂砾卵石层同时被疏干.以陡河,沙河和小青龙
河两岸分布的全新统第一含水组细砂含水层,由于补给条件较好,含水层并未被疏干.
疏干含水层厚度的计算是以1976年末水位埋深作为初始水位,唐山地震后地下水位基
本恢复到原来水位,以2000年未水位埋深时段末期水位,据钻孔机井地层资料计算各井被
疏干含水层厚度.
计算结果表明:1976-1995年19年间,唐山市区含水层疏干体积为482.37 ×104m3,疏干
量为22497.48×104m3/a.其中唐山漏斗疏干体积为306.77×104m3,东矿区漏斗疏干体积为
175.60×104m3;唐山漏斗疏干量为18180.11×104m3/a,东矿区漏斗疏干量为4317.37×
104m3/a.1995-1996年,唐山市区含水层疏干面积为39830km2,疏干体积为147464 ×104m3,
4
疏干储存量为18433×104m3/a.
3.4 地下水污染
3.4.1 地下水污染源
唐山市区地下水污染源主要为工矿企业废水,废气,废渣的排放及生活污水,生活垃圾,
农药化肥等.据唐山市环保局1998年统计资料,唐山市区182个"三废"排放企业共排放工
业废水5710.96万吨,排放达标量为5163.12万吨,其中处理排放达标量为3190. 19万吨.废
水中污染物六价铬为0.14吨,挥发酚总量为2.43吨,氰化物为0.99吨,化学需氧量8231.69
吨,石油类176.03吨,悬浮物6596.30吨,硫化物13.16吨.全市区工业废气排放总量13144380
万标立方米, 其中二氧化硫排放量为140013吨,烟尘排放量106029吨.工业固体废物产生
量为1213.9万吨,历年累计贮存量已达8179万吨.
另外,居民生活污水排放量为2856.14万立方米,唐山市14个垃圾堆放场的垃圾(包括工
业垃圾)排放量51.9万吨.
3.4.2 地下水污染现状及发展趋势
由污染源排出的污染质主要有"五毒","三氮",有机质,细菌和石油类共约20余
种.污染质通过渗透和渗漏两种方式污染地下水环境.渗坑(井)渗透和渣堆淋渗,造成点状
污染;河流与沟渠渗漏造成线状污染;施于田间的农药,化肥随灌溉水或雨水下渗,造成面
状污染.
唐山市区地下水水质目前基本达到饮用水水质标准,但局部地区污染较为严重,主要超
标项目是六价铬,硝酸盐氮,亚硝酸盐氮,细菌等.比较典型的地下水污染为唐山市路南区
南刘屯—老岳各庄六价铬污染,路北区钓鱼台岩溶水六价铬污染及小梁山储灰场,李家峪储
灰场对地下水的氟污染.
(1),南刘屯—老岳各庄污染区
南刘屯—老岳各庄一带第四系浅层水受到六价铬严重污染,铬渣污染物分布面积
3350m2,重量为4881吨,含六价铬总量为5.947吨.该污染区1983 年发现第四系浅层水受六
价铬污染,1991～1993年污染面积达1.78 km2,地下水中Cr6+ 最高含量3.40mg/L,超标67倍.
1995年污染面积(检出)1.595 km2,超标面积0.645 km2,Cr6+最高含量 1.80mg/L,超标35倍.
从1994年以后Cr6+含量逐年减少,个别井的污染已消失.污染范围也有逐年缩小的趋势,其
原因是唐山市环保局1983年曾进行了局部的开挖治理,以及污染区连年不断地抽取污染的水
体所致.
(2),路北区钓鱼台岩溶水六价铬污染区
受原文化路电镀厂废水的污染,路北区奥陶系岩溶水自1987年以来六价铬含量超标,污
染面积5.56 km2,至1995 年污染面积缩小至3.33 km2.1999年检测,凤北井污染已消失,唐
陶井Cr6+含量0.14mg/L,自1995年以来含量已逐年减少.
(3)小梁山储灰场冲灰水对地下水的氟污染
由于唐山发电厂小梁山冲灰场冲灰水沿灰岩溶洞裂隙下渗,1986年冶里—徐庄子奥陶系
岩溶水曾形成面积2km2的氟污染区,氟含量达3.2mg/L.1988年冲灰场停用并覆土改造,原
污染范围大大减少,原污染井水中氟含量明显降低,仅为0.5～1mg/L,均达到饮用水质标准
并接近天然背景值.预测该污染区氟污染将逐年衰减直至消失.
(4)李家峪储灰场对地下水的氟污染
由于唐山发电总厂陡河电厂冲灰水的渗漏,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,之后逐年降低,但1999年仍为
4.0mg/L,由此预测该污染尚未停止,如灰场继续使用,其污染仍将持续下去,并有扩大污
染范围的可能.
3.5 矿山环境地质问题
唐山矿业以煤矿为主,长期大量开掘地下煤层及围岩,改变乃至破坏了岩土体的自然平
衡,导致地质环境日趋恶化,引发出一系列矿山环境地质问题.
(1) 采空塌陷
1984年范各庄矿突水后附近出现11个岩溶塌陷坑,在以突水点为中心的10km2范围内,
水位普降20～30m,水井吊泵悬空,供水系统失灵.其后,采煤塌陷灾害更为严重,截止1995
年整个开滦形成60多平方公里的采空区,波及面积达100 多平方公里,地面塌陷19504.01
公顷,产生15个塌陷坑,最大坑深20.42m,53个积水坑最大积水深度8.70m.这些塌陷,积
水坑主要分布在市中心区南部京山铁路两侧,使大面积农田被毁,建筑物遭到破坏, 100
多个村庄被迫搬迁,使城市建设受到严重影响.
(2) 矿井突水
开平煤田为奥陶系灰岩所包围,岩溶发育,富水性强,随着开采层段不断加深,强排深
层地下水产生了巨大的水头差,严重威胁着矿井和矿工的生命财产安全.1984年6月2日,范
各庄矿井下突水, 突水原因是奥陶系灰岩陷落柱溃入矿井,使奥陶系岩溶水大量涌入矿井,
高峰期11个小时平均突水量达2053吨/分,淹没了范各庄矿井,吕家坨矿,林西三矿,直接
经济损失5.6亿元.而且其余的矿也有不同程度的突水事故,是煤矿开采时一个主要地质灾
害.
(3) 矿渣堆放
市区内共有煤矸石山16座,1998年煤矸石产生量4640500吨,年储存量为672100吨,历年
累计贮存量37194200吨,历年累计贮存占地面积1763300m2.由于矿渣堆存, 不但占用大量
土地,散发有害气体,而且可污染土体和浅层地下水,有的煤矸山发生自燃,释放出SO2,
CO2等气体,污染大气,严重时还会发生爆炸,危及人民的生命和财产.
3.6 地震灾害
1976年7月28日发生的唐山7.8级地震是震惊世界的一次大地震,震中地震烈度达11度,
使一个上百万人口的城市毁于一旦,死亡人数达24万,造成市区各民用建筑严重破坏和倒塌
的达1116.95×104m2,占原房总数的95.53%.唐山市厂房倒塌及破坏无法使用的182.2×
104m2,占原有总数的55.6%.
唐山7.8级地震发震断层为唐山矿Ⅴ号断层, 分布在唐山市路南区礼尚庄—丰南安机寨
—小山东口—29中学,成北东25°走向,断裂带宽为50～300m,长10km,左旋扭距最大1.53m.
向北东循陡河断裂北段,延伸20km, 向南西方向延伸50km.
除地震构造地裂缝外,非构造地裂缝在地震区普遍出现,主要发生在河渠,河岸和古河
道坑洼地带[2].
此外,唐山7.8级地震引起的地面垂直变形, 不论是范围和幅度都是很大的,强裂变形
带主要分布在地震断层两侧,垂直错距1.0m左右;唐山7.8级地震加大了煤矿采空塌陷.由
于地震效应,使原开滦煤矿采空塌陷区进一步扩大加深.
4,环境地质问题发育程度及其发展趋势评价
4.1环境地质问题发育程度
根据唐山市环境地质问题的发育特征,选取土体结构类型,构造分布,地下水水位下降速率,
地下水污染,岩溶塌陷,采空塌陷,固体废弃物和地裂缝共 8 个指标(见表 4).采用综合
评价法对唐山市环境地质问题发育程度进行了分区评价,共分四个级别(见表5).
其公式[3]-[4]为:
6
∑
=
=
n
i
i
pp
1
式中:p--环境地质问题发育程度分区系数
p
i--第i因子的评价指数
其中
p
i= ×A
p
i
*
i Ai= =∑
8**
/
ii
pp
=1i
式中:为第i个因子的给定指数;A
p
i
*
i为第i个因子的权重,n为评价因子数量.
表4 唐山市环境地质问题发育程度判别指标及给定指数表
Tabal.4 the distinguishable indexes of the develop degree of the geoenvironmental problem in TangShan
分级 微弱 较轻 中等 严重
序
号 因子
环境地质问
题发育程度
给定
指数
环境地质问题
发育程度
给定
指数
环境地质问题
发育程度
给定
指数
环境地质问题
发育程度
给定
指数
1
岩土
体结
构类
型
出露基岩;砂
性土,多层,
相变小.
1
粘性土或砂性
土,多层,相变
大,特殊土零星
分布
2
粘性土或砂性土,多
层,相变大,分布有
特殊土
3
粘性土或砂性
土,多层结构,
相变大,特殊土
发育.
4
2 构造
分布 0条/50km21 1条/5km22 2条/5km23 ≥3 条/5km24
3
地下
水污
染
无 1 个别地段有污染2 局部地段有污染 3 污染点较多 4
4
地下
水水
位下
降速
率
1 m/a 4
5 岩溶
塌陷 0个/50km21 1处/5km22 2处/5km23 ≥3 处/5km24
6 采空
塌陷 0个/50km21 1处/5km22 2处/5km23 ≥3 处/5km24
7
固体
废弃
物
0处/50km21 1处/5km22 2处/5km23 ≥3 处/5km24
8 地裂
缝 0处/50km21 1处/5km22 2处/5km23 ≥3 处/5km24
表5 环境地质问题发育程度分区系数
Tabal.5 the subarea coefficient of the geoenvironmental problem
级别 微弱发育区 轻度发育区 中等发育区 严重发育区
p 1-1.5 1.5-2.5 2.5-3.5 3.5-4
评价结果如下(见图1):
环境地质问题微弱发育区主要分布在西部和西北部,主要环境地质问题仅是零星分布城
市废弃物;环境地质问题轻度发育区主要分布在东部的罗各庄,大丰谷庄,夏庄和魏峰山水
厂一带,主要环境地质问题是地下水超采,局部地段有地下水污染和地裂缝,零星分布固体
废弃物;环境地质问题中度发育区主要分布在开平区吕家坨,赵各庄一带,主要环境地质问
题是矿山固体废弃物和城市废弃物较多,局部地段有地下水污染和采空塌陷,分布有地下水
漏斗;环境地质问题严重发育区,主要环境地质问题是地下水严重超采,矿山固体废弃物和
城市固体废物较多,局部地段有地下水污染和矿山采空塌陷.
8
其主要内容为:环境地质问题缓慢发育区要分布于城市的西部,主要是由于近几年唐山
市有关部门已经加强了对城市废物的处理,使该区本就不多的城市垃圾得到有效的处理;较
慢发育区主要分布于城区的东部大丰谷各庄,罗各庄,夏庄一带,主要是该区的点状污染得
到有效治理,而该区的地下水开采量也已经大大减少;较快发育区主要分布于城区和东部的
范各庄,吕家坨和魏峰水厂,主要是该区大量的固体废弃物部分已经处理,地下水开采量也
在不断的降低,矿山采空塌陷和岩溶塌陷也已经部分进行治理;快速发育区主要分布于城市
新区的东北部的赵各庄和唐家庄一带,主要是由于该区目前是唐山市的重点发展区,地下水
将大量的开采,地下水下降将加快,而且污染也在不断加重.
5,结论
(1) 通过对唐山市主要环境地质问题的调查,在分析环境地质问题的影响因素,发育特
征和其发展趋势的基础上,指标体系由选取土体结构类型,构造分布,地下水水位下降速率,地
下水污染,岩溶塌陷,采空塌陷,固体废弃物和地裂缝8个指标构成.在将唐山市环境地质
问题发育强度划分为四个等级:微弱发育区,轻度发育区,中等发育区和严重发育区的基础上,对
各评价指标相应的四级量化取值和标准化处理.采用模糊数学综合评判法对唐山市环境地质
问题发育程度进行了评价.结果表明,评价结果与唐山市地质环境态势基本吻合.
(2) 基于模糊数学综合评价结果,将唐山市环境地质问题发育程度划分为四级.其中环境
地质问题微弱发育区主要分布在西部和西北部;环境地质问题轻度发育区主要分布在东部的
罗各庄,大丰谷庄,夏庄和魏峰山水厂一带;环境地质问题中度发育区主要分布在开平区吕
家坨,赵各庄一带,主要环境地质问题是矿山固体废弃物和城市废弃物较多,局部地段有地
下水污染和采空塌陷,分布有地下水漏斗;环境地质问题严重发育区主要环境地质问题是地
下水严重超采,矿山固体废弃物和城市固体废物较多,局部地段有地下水污染和矿山采空塌
陷.
(3) 根据对唐山市主要环境地质问题发展趋势的分析,对唐山市环境地质问题发展趋势
进行了预测:环境地质问题缓慢发育区要分布于城市的西部;较慢发育区主要分布于城区的
东部大丰谷各庄,罗各庄,夏庄一带;较快发育区主要分布于城区和东部的范各庄,吕家坨
和魏峰水厂;快速发育区主要分布于城市新区的东北部的赵各庄和唐家庄一带.
⑶ 左奇巴林林动镇攻略左奇巴林林动镇地图