鐘畝鋒

（廣西地礦建設集團有限公司，廣西 南寧 530000）

淺層地下水系統(tǒng)是自然生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分，淺層地下水資源具有分布范圍廣、水質良好、開采便利等優(yōu)點，是生產生活中重要的水資源來源，一方面為人類提供優(yōu)質的生活用水，另一方面還能起到維持生態(tài)平衡的重要作用。近年來隨著工業(yè)經濟的逐漸發(fā)展，大量的礦產資源開采工作逐漸開展，礦產資源的開采已經成為國民經濟發(fā)展的依賴，經濟發(fā)展對能源和資源的需求量不斷的增加，礦產資源的開發(fā)雖然推動了經濟的發(fā)展，但是同時也影響到了自然生態(tài)環(huán)境。所以此次對礦產資源開采對周邊淺層地下水的影響進行了研究，分別從礦產資源開采對周邊淺層地下水空間結構、水量、水質、基流四方面影響進行分析，為礦產資源開采與周邊淺層地下水資源協(xié)調發(fā)展提供科學依據。

1 礦產資源開采對周邊淺層地下水的影響

1.1 礦產資源開采對周邊淺層地下水空間結構的影響

礦產資源開采會破壞掉周邊淺層地下水空間結構，其破壞形式主要由三種。

一是在礦產資源開采前期，通過礦井基建作業(yè)，各種巷道和礦井的挖掘會直接揭露周邊淺水層地下水的含水層和隔水層。

二是在礦產資源開采期間，由于礦區(qū)地下賦巖結構遭到破壞，形成的冒裂帶向上擴展將直接影響到地下水的含水層，使含水層結構發(fā)生改變，將會導致周邊淺水層地下水沿著裂縫涌入礦井。

三是受到礦產資源開采活動影響，在開采過程中會直接觸碰到淺水層地下水的隔水層，使含水層水壓增大，隔水層底板無法承受含水層水壓直接涌入采空區(qū)，引發(fā)底板突水事故[1]。淺層地下水空間結構主要是由隔水層、底板、含水層構成的，下圖為淺層地下水空間結構圖。

圖1 淺層地下水空間結構圖

隔水層是于礦產資源開采過程中最先接觸到的淺層地下水結構組織，同時也是與地面距離最近的。隨著礦區(qū)的礦產資源逐漸被開采完畢，隔水層將逐漸失去平衡并逐漸向上推進，當與采礦工作面達到一定距離后，隔水層開始失去穩(wěn)定開始垮落，并逐漸帶動底板和覆巖向上發(fā)展，直至采空區(qū)被周圍巖塊填滿為止。由于隔水層上方礦產資源被開采完畢，受地下水壓作用使隔水層周圍巖塊發(fā)生碎裂填充整個采空區(qū)，形成豐富的巖石間隙，為礦產資源周邊的淺層地下水提供了流通通道，使地下水隨著泥沙涌入礦井通道。底板位于隔水層和含水層之間，是含水層失去隔水層的最后一道擋水組織，它屬于具有良好連續(xù)性的巖層。隨著礦產資源工作的推進，采空區(qū)內面積逐漸擴大，而底板也隨著向上推進，底板上升高度在礦區(qū)采空面積擴展到一定范圍時達到最高高度。但隨著礦產資源開采時間的推移，底板的上方巖石會逐漸被壓實，使淺層地下水空間結構趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時被破壞掉的隔水層形成的巖石縫隙會逐漸閉合，底板的高度會向相反方向運動[2]。含水層是淺層地下水資源的匯集區(qū)域，隨著礦產資源開采對隔水層和底板的破壞，含水層也會隨著發(fā)生上下移動，并且含水層內水資源會通過巖石縫隙向上涌動，在礦產資源開采后形成大規(guī)模的采空區(qū)后，含水層內水壓與采空區(qū)壓力無法形成抗衡，使含水層內水資源大量涌進采空區(qū)，直至采空區(qū)被填滿為止。

礦產資源開采除了會對周邊淺層地下水空間結構產生影響以外，還會改變地下水空間結構性質。正常情況下，淺層地下水系統(tǒng)通過自然補給、運動、蓄水、徑流、蒸發(fā)、排泄等環(huán)節(jié)，形成自然循環(huán)系統(tǒng)。在礦產資源開采過程中，由于開采要求，隨著一些開采活動破壞掉原有的周邊淺層地下水空間結構，其空間結構性質也會發(fā)生一定改變，打破原有的資源水循環(huán)系統(tǒng)，其中包括淺層地下水空間結構的滲透性、蓄水性、入滲性以及含水厚度等，其重要影響表現為淺層地下水空間結構滲透性增強，蓄水性減弱，入滲性增強，含水厚度相對變小。

表1 礦產資源開采對周邊淺層地下水污染

1.2 礦產資源開采對周邊淺層地下水水量的影響

礦產資源開采對周邊淺層地下水水量的影響主要呈現出較強的階段性，即基建期、開采期、封礦后期三個礦產資源開采階段，每個階段對周邊淺層地下水水量的影響是不同的。基建期包括礦井巷道施工、礦山地基建設以及機電設備安置三部分，在基建期間，鉆井設備會穿過礦層、隔水層、底板到達含水層，從而導致周邊淺層地下水水位上升，引發(fā)淺層地下水涌出等一系列問題，使礦產資源周邊淺層地下水水量變少。隨著采礦基建工作逐漸收尾，其對周邊淺層地下水水量的影響逐漸減弱，如果基建期施工技術合理，基建結束后周邊淺層地下水會逐漸恢復到原有水量。開采期主要是礦產資源開采期間，隨著開采作業(yè)的不斷推進，礦區(qū)內的圍巖支撐條件發(fā)生改變，隨之形成了導水裂隙帶和底板礦壓斷裂帶，隔水層和底板的承壓水通過導水裂隙帶和底板礦壓斷裂帶涌出，周邊的淺層地下水流失由此產生，并且呈現長期性和連續(xù)性特點，以此使周邊淺層地下水水量減少。隨著礦產資源開采工作的結束，進入封礦后期，此時由于不再生產新的采空區(qū)，周邊淺層地下水的隔水層和底板逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，礦產資源開采活動對周邊淺層地下水水量的影響逐漸變小，直至周邊淺層地下水回復到原有水量。

礦產資源開采對周邊地下水水量的影響機制主要是 ：受礦產資源開采活動的擾動，礦區(qū)地質結構所受應力的平衡遭到破壞，在新的應力平衡過程中，采空區(qū)由于局部受力不均勻使圍巖巖體發(fā)生變形直至斷裂，進而形成導水裂隙帶，周邊淺層地下水通過巖石縫隙噴涌而出，從而使周邊淺層地下水水量變少。除此之外，不合理開采活動直接揭露含水層也是影響周邊淺層地下水水量減少的重要影響因素[3]。淺層地下水的含水層因地質結構不同分為覆巖含水層和底板含水層，覆巖含水層是與圍巖距離較近的含水層，底板含水層是與底板直接接觸的含水層，但無論是哪種含水層，其破壞機制都是受到礦產資源開采活動影響，圍巖和底板受覆巖層重力、隔水層重力、構造運動作用力等共同作用，使含水層的原有受力方向和受力大小發(fā)生改變，打破原有平衡機制，導致含水層系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。由于淺層地下水系統(tǒng)具有修復性特征，當含水層平衡狀態(tài)被打破后，淺層地下水系統(tǒng)會通過將含水層中的水資源排泄的形式保持這種平衡狀態(tài)，以此導致淺層地下水水量減少。

1.3 礦產資源開采對周邊淺層地下水水質的影響

礦產資源開采對周邊淺層地下水水質的影響是復雜的化學、物理過程。礦產資源開采過程中淺層地下水污染源主要為礦井水、工業(yè)廢水、生活廢水、固體廢棄物淋溶水、機電設備排放液體等，都能對周邊淺層地下水水質產生較大影響。其中礦井水主要來自礦產資源開采過程中的底板斷裂帶所影響的含水層，以及洗礦過程中的防塵、灌漿形成的污水，其主要污染物為 CC（主要為礦粉、巖石粉、滑石粉）、二氧化硫以及 COD（化學需氧量）類 ；工業(yè)廢水的污染物主要為 AOD（溶解氧）、少量石油、BOD、BAD 等 ；生活廢水主要來源于礦產資源開采期間施工人員生活中 ；固體廢棄物淋溶水主要是指石灰、礦渣等固體廢棄物在長期受自然降水淋溶所產生的污水，其主要污染物為固體廢棄物中的可溶解分析 ；機電設備排放液體主要是開采過程中機電設備作業(yè)產生的排放液體，其主要污染物為石油和潤滑劑等。下表為礦產資源開采對周邊淺層地下水污染具體情況。其中礦井水是礦產資源開采過程中主要形成的污染源，礦井水按照水中所含有污染物的特性，大致可分為堿性礦井水、酸性礦井水、硫性礦井水、含懸浮物礦井水四種。當礦產資源開采過程中形成礦井水，并將其抽出向外進行排放時，由于礦體中的金屬分子融入水中，形成有毒或劇毒的污染物，無論礦井水是都經過有效處理，其中所含有的污染物都會流經到周邊淺層地下水中，對其產生嚴重的水質污染。礦產資源開采導致周邊淺層地下水水質變差的影響機制為 ：礦產資源在開采過程中會生產大量的工業(yè)污水，這些工業(yè)污水會經由地表土壤、包氣帶、采空區(qū)巖石縫隙、隔水層、底板進入到含水層，并且通過水動力流動作用與周邊淺層地下水的水資源進行溶質交換，從而對周邊淺層地下水造成污染，降低地下水水體質量。礦產資源開采污染周邊淺層地下水屬于一個化學、物理過程，其主要表現為 ：工業(yè)污水在流經過程中，由于地表土壤和巖石具有一定的物理吸附功能，將工業(yè)污水中一部分的有毒有害物質進行吸附，但剩下的無毒無害的工業(yè)廢水又在礦體中的分子相融合，生成新的有毒有害溶質，對周邊淺層地下水水質的影響變得更大。

1.4 礦產資源開采對周邊淺層地下水基流的影響

基流是淺層地下水對周邊河流補給的那一部分水量，在自然狀態(tài)下，淺層地下水基流量是常年不變的一個定量，無論是周邊河流的豐水期合適枯水期，淺層地下水都能保證基流水量，淺層地下水基流的計算公式如下。

公式（1）中，α表示基流系數；W表示淺層地下水地表徑流量；P表示淺層地下水降水補給量；E表示淺層地下水蒸發(fā)量；q1表示周邊淺層地下水蓄變量；q2表示周邊淺層地下水流失量；f表示地下水下滲量；Q表示礦坑排水量；t表示計算時間長度；h1表示初始地下水水位；h2表示計算時地下水水位；?表示周邊淺層地下水水位變幅帶補給水水量。當h1＞h2時，q2＞0；當h1＜h2，q2＜0。根據上文礦山資源開采對周邊淺層地下水水量和空間結構的影響分析中可以確定，公式（1）中F、P、E、?是基本不變的，由于礦產資源開采破壞了周邊淺層地下水水系發(fā)育，導致礦床水平投影上基本沒有流動的水體，所以將q1可以看作一個定值，又因為礦床充水因素，故Q也可以看作一個定值。當礦產資源開采時，周邊地下水水量會減少，故地下水水位下降，即h1比原有自然狀態(tài)時會變小，進而導致q1也隨之減少，f值逐漸增大，最后導致周邊淺層地下水徑流量W變小，基流系數α也隨之變小，影響周邊淺層地下水基流量開始減小。

因此，礦產資源開采對周邊淺層地下水基流的影響主要集中表現為兩個方面：一方面，是對周邊淺層地下水基流流域水文下墊面的破壞，隨著礦產資源開采工作的逐漸開展，采空塌陷區(qū)范圍逐漸擴大，導致礦體覆巖含水層水量減少，水位下降，孔隙潛水基流補給量增多，孔隙潛水位下降甚至疏干，周邊淺層地下水包氣帶變厚，礦層潛水及土壤水分蒸發(fā)減少，水土保持能力下降；另一方面，是周邊淺層地下水基流量的減少，當礦區(qū)基建工作完成后，由于礦產資源在開采過程中的生產排水，造成礦床頂板以下地下水空間結構的破壞，無法形成新的有效的蓄水空間，導致周邊淺層地下水蓄水能力降低，周邊淺層地下水天然基流大量轉化為礦坑排水排出，地下水基流量將大幅度減少。

2 結束語

由于個人水平有限和時間倉促，此次雖然對礦產資源開采對周邊淺層地下水的影響分析取得了一定的研究成果，但礦產資源開采除了會影響到周邊淺層地下水空間結構、水量、水質以及基流以外，還會對周邊淺層地下水環(huán)境、活動場產生一定影響，并且還需要結合具體的實驗，所以對于礦產資源開采對周邊淺層地下水的影響分析還有待進一步研究。