兴隆庄采煤塌陷区地下水补给规律分析.pdf

山东农业大学学报 自然科学 版 ，， 兴隆庄采煤塌陷区地下水补给规律分析 冯忠伦，袁娜，王雅欣，徐健杨丹林洪孝 山东农业大学水利土木工程学院 ， 山东泰安 摘要本文在分析降水与地下水埋深关系的基础上采用地下水位波动法研究兴隆庄采煤塌陷区蓄水与地下水 的补给规律，得出研究区地下水补给量的变化规律为从东北向西南递减， 与地下水流向基本 一致 ；补给量随降 水量增大而增大 ，但在降水量增大到 一定程度后变化趋于平稳 ，与地下水埋深的关系则为先增后减 ；将塌陷前 后地下水补给量进行对比，表明塌陷后地下水对塌陷区蓄水有较大补给作用。此研究成果可为塌陷区蓄水与地 下水的综合开发利用提供重要参考。 关键询地下水补给；水位波动；塌陷 区；分析 中图法分类号文献标识码文章编号 田 地下水补给是地下水系统的基本组成部分⑴，准确评价地下水的补给量或补给资源是分析水文 循环规律、合理制定水资源规划和地下水可持续开釆方案的基础， 对于实现当地经济社会的可持续 发展具有重要的战略意义 。兴隆庄煤矿位于济宁曲阜市苑庄镇境内， 由于煤矿资源多年开釆 ，塌 陷区面积达到蓄水容量约 ，对生态环境造成极大破坏。 目前主要的治理技术 包括土壤基质改良、植被恢复、土壤动物和微生物应用等 【 ，开发利用途径有农林鱼禽生态恢复模 式、动态塌陷区林 （果、草、牧生态恢复与重建模式、集约化农业生态恢复模式，而对于塌陷区水 资源的开发利用研究较少。本文在研究塌陷区蓄水与地下水相互补给关系的基础上，提出向工业供 水为综合治理和利用采煤塌陷区提供重要参考依据。 研究区概况 本文研究的兴隆庄釆煤塌陷区位于济宁曲阜市苑庄镇境内 ，地处北以京沪铁路到西郭家村 一线 为界 ，南以程家庄站西约 处京沪铁路到中疃村 一线 为界 ，东边平行于京沪铁路，北起于西郭家 村 ，南止于中疃村，北边以京沪铁路西约 为界，东西宽约南北长约 形状为西北 到东南向的狭长方型 ，面积约为 其中兴隆庄采煤形成的个较大塌陷区 ， 塌陷面积达 收補日期修回日期 基金项目国家自然科学基金资助项目 科技部国际科技合作与交流计划项目高等学校 博士学科点专项科研基金资助项目 作者简介冯忠伦 男，硕士研究生，主要从事水资源开发利用 与管理方面的研究 通讯作者 第期冯忠伦等兴隆庄采煤塌陷区地下水补给规律分析 到 ， 水深不等 ， 蓄水容积约为 见图 所示。经多年塌陷 ， 目前 已成相对稳定状态 。 ‘ ‘ 张 小 七 粉 中来村 ▲刊 ■ 、、 、 ‘刺 村 、 ； 、 、 、 、 、 一 一 、 、 、 、 中 人和头 小构、 、 ‘ 乂 小 、 ■ ▽■ 二严 水机 大 施树、 ‘ 、 、 、 “ ‘ 、‘ 图兴隆庄采煤塌陷区位置分布图 研究方法 由于地下水补给的复杂性， 确 定地下水补给的方法有多种 ，其中包含水均衡法、基流分割法、 流域数值模拟法、零通量法、蒸渗仪法、达西定律、氯元素守恒法、放射性同位素法、地下水位波 动法 。本文采用地下水位波动法研究兴隆庄采煤塌陷区的地下水补给规律，认为非承压含水层的 水位变化主要归因于地下水的补给，其计算公式如下 ⑴ 式中 一地下水 补给量 ， 给水度 ； 时间内地下水位变化幅度，。 公式 （ 假定地下水进入到含水层后 ，立即进入到贮存量中，并进行补给重新 分配，如蒸发和 侧向径流 ，该方法可以用来估算长期的地下水补给量（季度或年度）。本文中关于和 的确 定方法如 下 的确定 是指地下水位最高点与前期地下水位下降曲线在该点的对应值之差，即地下水变化幅度。地 下水位下降曲线是假设在没有降雨的情况下地下水位的变化轨迹。目前确定 的主要方法有图形外 推法、主回归曲线法 （ 和程序法 。本文米用图形外推法计算地下水 的变化幅度。 的确定 是地下水资源评价、动态预报、水文地质计算 、农田排水及渗流计算中 一个 十分重要的参数 ⑶ 。其值直接影响到补给量的计算。给水度的测定计算方法主要有原状土取样释水试验测定、非稳 定流抽水试验、水量平衡法和数值解法 。其中以抽水实验应用最为广泛，本文以抽水试验计算该 值。 计算结果及分析 基础资料的获取 本文选取研究区个塌陷区附近的处地下水位观测站 （邹城 、邹城、兖 州究州 、曲阜、曲阜、曲阜、曲阜、 曲阜、 ’ 曲阜年的地下水观测资料 ，测量频率为 次；同时选 取研究区内及临近菠萝树、尼山水库、书 院、西诹、兖州水文站 年的降雨观测资料进行 - 578 - 山东农业大学学报 自然 科学版 第 卷 统计分析 ， 其地下水位与 降水量的对应动态变化情况见图 ，地下水位的变化随 降雨量的变化呈现 出周期性的波动， ’ 地下水位与 降雨量联系密切 。 洲 朽 ； 隱 咖 龜」 ；； 踢職踢转辨 群糊卿辨辦 邹城 邹城 兖州兖州 ； 厂 ； 丨 」」 曲阜曲阜曲 曲阜 」 。 。 違 貧与貧 曲阜 曲阜 图各观測井地下水位与降雨量关系 补给量计算 地下水的变化幅度通过图形外推法获取，给水度釆用 山东省曲阜市苑庄水源地供水水文地质 详查抽水试验的结果 ，取由式（ 计算得到年补给量 ， 计算结 果见表 。 表补给量计算 观测井编号 邹城 却城 兖州 兖州 曲阜 曲阜 曲阜 曲阜 曲阜 曲阜 研究区年平均补给量为其中补给量最大的是曲阜观测井， 补给量为 最小的是邹城观测井 ， 补给量为 比较结果见图。补给量的变化 规律为 东北向西南方向递减 ， 与地下水流动方向基本 一 致 ， 见图 。 第 期 冯忠伦等兴隆庄采煤塌陷区地下水补给 规律分析 圓義运 茺浮 卺養缓最 ， ；二名衰口誇強 图 各观測井计算结果比较 图 多年平均地下水位等值线 地下水补给影响因素分析 补给量与降水量的关系各观测井的地下水补给来源主要为大气降水，通过分析各观测井降水 量与补给量的相关关系见图。可以看出，总体上，随着降水量增 大 ， 补给量增大 ，但在陴水量达 到时 ， 其变化趋势减弱 ， 尤其是图 中圈出来的个点 ， 在降水量较大时其补给量较小 。 「 走 图降雨量与补给量相关关系 补给量与地下水位埋深的关系各观测井的地下水位埋深差异较大 ， 见图 。地下水位埋深最 浅的是邹城观测井 ，只有埋深最深的是邹城观测井 ， 为 通 过分析地下水位埋深与补给量相关关系图见图 ，可以看出，地下水的补给量与地下水位埋深之间 的关系为先上升后下降，在水位埋深以上的区域 ，地下水容易接受补给，其补给量随地下水位 埋深的增大而增 大，这是因为越靠近包气带上部区域越容易受外界干扰， 部分降雨在未达到饱水带 时就通过土壤蒸发或植物散发消耗掉 ， 从而导致能到达饱水带的补给量小 。但在水位埋深以下 的区域 ， 其补给量随地下水位埋深的增 大而减小 ，这是由于在到达潜水面之前 水量大部分都留在了 包气带， 包气带越厚 ， 能到达潜水面的水量就越少。 「 々 ■ ■■ 笃驽茇玄硃時踏啩 ， 碰 溃蘅塚轵钽 钽苕钽哲 二 ■ 广 一 声 地下水位埋深 图观测并地下水位埋深图各观测井水位埋深与补给量关系 塌陷前后补给量对比 选取与塌陷区水力联系密切的个观测井兖州 、究州、 曲阜 、 曲阜、 曲阜 塌陷前后的地下水观测资料进行计算分析 。由于兴隆庄煤矿于 年投产运行 ，因此选取 年的地下水观测数据计算塌陷前地下水补给量 ，由式 （ 580 . 山东农业大学学报 自然科学版 第卷 计算得到年补给量 ，计算结果见表。塌陷后的地下水观测资料仍选取年的数据进行计 算 ，计算结果见表。 表 塌陷前补给量计算 观测井编号 兖州 兖州 曲阜 曲阜 曲阜 塌陷前地下水位 塌陷前地下水位 塌陷后地下水位塌陷后地下水位 ； 兖州兖州 塌陷前地下水位為陷前地下水位塌陷前地下水位 塌陷后地下水位 塌陷 后地下水位塌陷后地下水位 曲阜 曲阜曲阜 图塌陷前后地下水位关系比较 昌 口塌陷前■塌陷后 ‘ ■ ‘ ■“‘ ‘ ■ 宏宏 斜卦 嵌保粗 租 图 塌陷前后补给量比较 塌陷后， 各观测井的地下水位较塌陷前均有不同程度的下降， 见图 。 塌陷前该区域的年平均 补给量为塌陷后年平均补 给量为部 分观测井塌陷后的补给量大于塌陷前的补 给量 ，见图。这 一现象主 要是由于降雨量的变化引起的 ，塌陷前年平均降雨量为， 塌陷 后年平均降雨量为 。若按照降雨量的变化关系对补给量进行同倍比放大 ，则塌陷前该区 域的年平均补给量为表明在相同降雨情况下 ，塌陷后地下水的补给量小于塌陷前的地下 下转页） 山东农业大学学报 自然科学版第卷 李干蓉陈椽，刘丛强猫跳河流域平水期浮游植物与水质评价海南师范大学学报自然科学版 李干蓉刘丛强，陈椽猫跳河流域梯级水库夏秋季节溶解无机碳（ 含量及其同位素组成的分布特征 环 境科学 ， 李干蓉，刘丛强陈橡丰水期乌江上游干流水库河流体系硫同位素组成 长江流域资源与环境 ， 尹然，汪福顺梅航远，等乌江流域不同营养水平的梯级水库沉积物中磷形态特征 生态学杂志 金相灿屠清瑛湖泊富营养 化调查规范 北京中国环境科学出版社 王明翠 刘雪芹 ，张建辉湖泊富营养化评价方法及分级标准中国环境监测 叶守泽水库水环境预测 与评价北京 水利水电出版社， 荆红卫华蕾，孙成华，等 北京城市湖泊 富营养化评价与分析湖泊科学， 李昌茂石安刚周文琴浅析网箱养鱼对乌江流域水环境的影响水产养殖 上接 瓦） 水补给量 。而该区域浅层地下水与深层地下水联系较弱，不存在越流补给的情况， 因此，塌陷后地 下水补给量较塌陷前减少只能是地下水侧向补给塌陷区蓄水和塌陷区蓄水增大了蒸发量造成的 。 结论 研究区年平均补给量为 其中补给量最大的是曲阜观测井 补给量为 最小的是邹城观测井，补给量为 。补给量的变化规律为从东北向西南方 向递减，与地下水流动方向基本 一致 。 研究区补给量与 降水关系密切 ，随 降水量增大而增大，但在降水量达到 之后 ，变化趋势 减弱 。 补给量随地下水埋深的关系为先增后减，埋深在小于的区域，补给量随埋深的增大而增大， 但埋深大于的区域 ， 补给量随埋深的增大而减小 。 塌陷后地下水的补给量比塌陷前要小 ，表明塌陷区周围地下水对塌陷区蓄水有较大的侧向补给。 参考文献 ， 汪丙国地下水补给评价方法研究 北京中 国地质大学 刘飞，陆林采煤塌陷区的生态恢复研究进展自然资源学报， 林洪孝兖矿国宏化工有限公司曲阜 苑庄地下水泗河水兴隆庄塌陷区蓄水联合调度开发利用技术研究 山东 山东农业大学 尹立河基于多种方法的地下水补给研究北京中国地质大学 张志才降雨入渗补给地下水研究南京河海 大学 ， 李 洋，裙立孔，蒲治国确 定含水层给水度新方法江苏地质 刘 学军，扬维仁给水度测定方法研究地下水 ，