內蒙古呼倫貝爾草原露天煤礦區(qū)地下水系統(tǒng)演化研究.pdf

1、呼倫貝爾草原是我國目前保存最為完整的高緯度草原。近年來該區(qū)礦業(yè)的迅速發(fā)展，使草原生態(tài)環(huán)境遭到一定程度的破壞。露天煤礦開采活動深刻地改變了地下水的天然賦存環(huán)境和水循環(huán)條件，由此引發(fā)的環(huán)境問題越來越嚴重。地下水作為地質環(huán)境變化的受體和信息載體，對礦區(qū)內相關人類活動的規(guī)模和強度有著重要的指示意義。草原礦區(qū)諸多環(huán)境問題的成因分析均有賴于對地下水流動、賦存以及水質演化規(guī)律的研究。因此，對于呼倫貝爾草原露天煤礦區(qū)地下水環(huán)境演化的研究是目前研究的重中

2、之重。
　　本文以呼倫貝爾草原伊敏露天煤礦區(qū)地下水系統(tǒng)為研究對象，結合該區(qū)水文地質條件以及地下水演化歷史資料，利用地下水數(shù)值模擬研究礦區(qū)地下水流場的演化;綜合運用數(shù)理統(tǒng)計、等值線圖對比、piper三線圖、庫爾洛夫式、吉布斯圖法、離子比例系數(shù)法以及PHREEQC等對礦區(qū)水化學特征時空演化規(guī)律進行研究。研究成果如下:
　　(1)露天開采活動改變地下水流場，在礦區(qū)形成降落漏斗。礦坑處地下水位降落124米，降落漏斗總面積達100 k

3、m2;以礦坑為中心，地下水位下降大于20m的區(qū)域面積達84.1km2;柴達敏諾爾處地下水位下降5-10m;柴達敏諾爾以北區(qū)域地下水位下降小于2m。地下水位大幅下降導致礦區(qū)地層被疏干，疏于范圍由上到下逐層減小，主要集中在研究區(qū)南部以礦坑為中心的區(qū)域，第四系疏干面積約為69.2km2;向下第二層、第三層以及第四層含水層的疏干面積分別為44.6km2、29.9km2和22.7km2;第五層含水層以及第六層隔水底板在礦坑處被疏干。
　　(

4、2)露天開采活動改變了地下水的補排關系。大氣降水入滲補給量由之前的1153.2減小為821.3萬m3/a;蒸發(fā)量由3793.7減小為2957.4萬m3/a;伊敏河側向補給量由456.7增加為1836.5萬m3/a，是天然狀況下的四倍，其向區(qū)內補給的河段也明顯增長，由之前的1.7km增加到9.8km，側向補給流速是天然狀況下的10倍左右;區(qū)域外側向補給以每年大于天然狀況1673.7萬m3的速度向區(qū)內地下水補給。以2541.8萬m3/a的速

5、度進行人工疏排成為研究區(qū)地下水主要的排泄途徑。(3)露
　　天開采活動極大的加速了地下水的循環(huán)速度，研究區(qū)南部地下水流速明顯增加的區(qū)域面積達103.2km2，平均流速為1.06 m/d，是自然狀況下的8倍。礦區(qū)北部地下水流速與天然狀況下相當，均值為0.17m/d，流速未受影響區(qū)域的面積約為82km2。
　　(4)煤礦開采前后礦區(qū)水化學成分演化特征主要表現(xiàn)在:pH值明顯降低，總硬度-TH、Ca2+、Mg2+離子和SO42-離子

6、質量濃度升高，而TDS、COD、EC、Na++K+、HCO3-等均呈降低趨勢。地下水水化學類型從以HCO3-Na· Ca·Mg型為主變?yōu)橐訦CO3· SO4-Na·Ca·Mg型為主，由碳酸型向碳酸-硫酸型過渡，水化學類型由單一趨向多元，由簡單向著復雜化的方向發(fā)展。
　　(5)露天煤礦開采疏排地下水使礦區(qū)地下水向著淡化方向發(fā)展，以礦坑為中心的地區(qū)TDS、COD、EC、Na++K+、HCO3-等化學指標均呈降低趨勢。對比煤礦開采前后，

7、除TH、Ca2+、Mg2+和SO42-離子外，礦坑所在位置由采礦前的離子高濃度區(qū)演化為低濃度區(qū);煤礦開采影響區(qū)各指標濃度明顯低于非影響區(qū)，這也是地下水向著淡化方向發(fā)展的結果，同時也與非影響區(qū)柴達敏湖多年受納地表污染物，以及強烈的蒸發(fā)濃縮作用有關，導致研究區(qū)北部非影響區(qū)各指標濃度偏高。
　　(6)研究區(qū)天然狀況下地下水離子主要來源于長石和石膏等的風化溶解，方解石和白云石的溶解沉淀等作用，地下水水化學成分主要受水巖相互作用和蒸發(fā)濃縮作