山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口pH值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO_(4)^(2-)平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO_(4)^(2-)浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m^(3)/d,水质差,是娘子关泉域岩溶地下水的重要污染源。【结论】山底河流域“老窑水”流量对降雨量的调蓄周期为半年;水化学特征指标与流量呈非线性相关,“老窑水”黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;“老窑水”出流后渗漏补给娘子关泉域达7247.08 m^(3)/d,SO_(4)^(2-)、Fe和Mn超标严重,对泉域岩溶水污染严重,急需开展煤矿“老窑水”的治理和废弃煤矿生态修复。

山底河流域煤矿酸性矿井水野外监测

酸性矿井水在我国鲁西南、山西、内蒙、云南和贵州等煤矿区普遍存在,酸性矿井水其pH往往在2~5之间,高SO_(4)^(2−)、HB、TDS、Fe、Mn。这些物质进入地下水、地表水或土壤后,会对其造成严重危害。文章选择山西阳泉市典型废弃煤矿区山底河流域为研究区,通过水文地质调查,水文地质钻探,水文地质剖面等方法阐述山底流域地层岩性,水文地质条件概况,得出受煤矿开采影响,与天然条件下相比山底河流域的地表水和地下水的补给、径流、排泄条件均发生了根本变化。补给通过破坏产生的导水裂隙带运移,以垂向运动为主;径流通过坑道,导水裂隙带运移,以横向运动为主;排泄以矿坑排水和泉水溢出方式为主。并简述山底河流域煤矿酸性矿井水试验站观测站分布情况与水化学特征。

娘子关泉域岩溶水氢氧同位素特征及影响因素浅析

为了研究娘子关泉域岩溶水状况及补给运移规律,系统采集了泉域内岩溶水、地表水样品,分析测试了样品的δD、δ^(18)O值,利用氢氧同位素方法,通过分析氢氧同位素特征及其影响因素研究岩溶水的补给来源及各含水层的相互联系。研究结果表明,大气降水和河流渗漏补给是泉域内岩溶水的主要补给来源。由于大气降水的高程效应和温度效应,导致泉域内δD、δ^(18)O值存在一定的差异。由于受到强烈蒸发后的大气降水及河流渗漏水的补给,河流沿岸岩溶水的δD、δ^(18)O值相对较高。同时对娘子关泉群城西泉、五龙泉和集泉站的D和^(18)O同位素分析结果表明,城西泉水来源于近源低海拔的补给源;而五龙泉和集泉站泉水来源于深循环、远距离、较高补给高程与地表水交换弱的补给源。通过以上研究,进一步明确了娘子关泉域岩溶水的补给运移规律,为当地政府合理开发及可持续利用娘子关泉域岩溶水资源提供了理论支撑。

娘子关泉域岩溶水脆弱性模糊综合评价

地下水脆弱性评价是区域地下水资源管理和保护的重要手段之一,针对娘子关泉域岩溶水的特殊性,基于欧洲脆弱性评价方法,选择包气带厚度、入渗补给量、包气带岩性、岩溶含水层的导水性能(泉水响应)四个因子,采用模糊综合评价法评价地下水脆弱性,并且绘制地下水脆弱性分区图。评价结果表明,极易污染区主要分布在娘子关泉群出露的地区,即泉源处;极难污染区主要分布在盂县—阳泉—平定—昔阳—和顺一带以西地区,寿阳县大部分地区。评价结果在合理制定保护娘子关泉域方面具有一定的参考价值。

娘子关泉域岩溶地下水SO_4^(2-),Ca^(2+),Mg^(2+)污染分析

分析了娘子关泉域岩溶地下水ＳＯ２－４，Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋等组分含量增多的原因，并定量地探讨了ＳＯ２－４，Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋的各种来源比例。研究表明，含水层中石膏溶解及硫化物氧化是造成ＳＯ２－４，Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋高含量的主要原因，控制硫化物氧化水进入含水层，对水质改良有显著效果。

娘子关泉流量衰减原因的初步定量化分析

以娘子关泉为例,从水资源系统观点出发,通过系统水资源要素间转换关系的分析,对引起娘子关泉流量的衰减原因进行了初步量化计算。结果表明,在娘子关泉1956-1979年和1980-2000年前后两个系列平均流量所减少的4.07m3/s中,由于降雨减少、气温升高引起的泉流量减少量为1.28m3/s;泉域西部采煤等导致的水环境变化引起的泉流量减少量为0.84m3/s;岩溶地下水直接开采引起的泉流量减少量为1.48m3/s。

岩溶水水化学特征在水文地质条件分析中的应用——以娘子关泉群岩溶水系统寿阳区为例

娘子关泉群岩溶水系统寿阳区从补给区到迳流区、排泄区水化学特征变化具有明显的规律性,岩溶水自北向南随着中奥陶统灰岩含水层埋深由浅变深,富水程度由强变弱,径流条件由积极趋滞缓,矿化度、总硬度和SO42-由低变高。为水文地质条件的分析与建立水源地和矿山防治水提供了地质依据。

娘子关泉域岩溶水SO42-、δ34S特征及其环境意义

在分析区域地质、水文地质条件及水化学同位素的基础上,研究了山西娘子关泉域岩溶水的SO^2-4、硫同位素分布特征。研究表明:(1)泉域西北、西南地区岩溶水的SO^2-4主要来源于石膏的溶解;(2)泉域中部汇流区岩溶水的SO^2-4含量高而δ^34S值低,其中的SO^2-4主要来源于煤系矿坑水,这是因为温河、桃河及南川河沿岸的岩溶水接受了被矿坑水污染的河水的渗漏补给以及部分地区受到钻孔串层污染;(3)娘子关泉群中城西泉水中的SO^2-4主要来源于煤系矿坑水,而五龙泉和集泉站水中的SO^2-4主要来源于石膏的溶解;(4)泉域东北部及东部河流沿岸以外的地区,岩溶水中的SO^2-4主要来源于大气降水、石膏溶解,并受到所处地层岩性的影响。

地表水渗漏对娘子关岩溶泉泉水水质的影响

娘子关泉水作为阳泉市主要的供水水源,受特定地质结构与人为污染等因素的影响,水质呈现逐年恶化的趋势,部分组分含量目前已处于超标或临界超标状态。在分析泉域岩溶水系统地质结构基础上,通过泉域内各主要河流渗漏量实测与水化学测定,采用物理混合方法评价河流渗漏途径对娘子关泉水水质的污染影响程度。

基于时间序列的娘子关泉降水及径流变化分析

为了研究及预测娘子关泉域降水及径流的变化趋势,采用时间序列分析方法,通过SPSS软件建立ARIMA模型对降水和径流序列进行分析,并预测后续11年的变化趋势,得出预测值的95%置信区间.结果表明,ARIMA(6,1,0)模型是年降水序列的有效拟合模型,ARIMA(10,2,0)模型是年径流序列的有效拟合模型.相比娘子关泉域的年降水序列,年径流序列的下降趋势更为显著,且从2017年开始,年径流序列预测值的95%置信区间开始包含负值,说明可能受人为因素的影响,需要引起人们的重视.

基于分位数回归的娘子关泉降水及径流变化分析

为研究娘子关泉域降水及径流的变化特征,利用1959—2009年娘子关泉域7个雨量站的降水数据,采用分位数回归方法分析了降水及径流随时间变化的趋势及两者之间的响应关系.为进一步探讨年降水和年径流序列的分布变化规律,对其在特定年份的分布函数和概率密度函数进行了分析.结果表明:年降水序列在绝大多数分位点的回归直线有下降趋势,总体来说高分位点的下降趋势比低分位点的下降趋势更为显著,1959年的年降水量大约分布在406～826 mm之间,2009年的年降水量大约分布在264～629 mm之间;年径流序列在不同分位水平下保持一致性,都随时间显著下降,1959年的年径流量大约分布在150～193 m3/s之间,2009年的年径流量大约分布在37～80 m3/s之间;年降水和年径流序列之间具有一定的响应关系;经估算,对于年降水量,1959年,年降水序列概率密度的最大值为0.003 5,而到2009年变为0.004 0,函数分布范围从400～800 mm减少至300～600 mm,对于年径流量,1959年,年径流序列概率密度的最大值为0.03,而到2009年变为0.08,函数分布范围从150～200 m3/s减少至20～80 m3/s.

娘子关供水二期工程水源泵站基坑排水对泉水的影响

阳泉市娘子关供水二期工程水源泵站位于娘子关泉域,基坑开挖后地下水集中涌向基坑,附近的五龙泉和石板磨泉泉水受到影响,通过地质调查和抽水试验,提出了可行的施工和封堵方案,工程实施后泉水水位迅速回升,泉域原水文地质条件未发生变化。

娘子关泉域绵河河道整治工程水土保持方案论证

研讨了娘子关泉域水土流失现状及水土保持治理情况,对其水土流失进行了预测,提出了水土流失的防治分区及防治措施。

阳泉市娘子关泉域岩溶水污染成因与途径分析

阳泉市娘子关泉域岩溶水是阳泉市工业和城市生活的主要供水水源,但是,岩溶水水质污染严重,而且呈加重趋势。文中从泉域特定的自然环境条件、人类活动的影响、水循环条件改变三方面分析了岩溶水污染的成因以及其污染的途径。

山西河坡发电公司发电工程贮灰场对娘子关泉域地下水环境影响分析

娘子关泉作为我国北方最大的岩溶泉之一,多年来为阳泉市国民经济发展和经济建设发挥了重要作用。随着电力工业的不断扩容,贮灰场的数量也不断增多,保护娘子关泉域地下水环境也变得刻不容缓,文中在对贮灰场所处区域地质条件及建设内容研究的基础上,着重分析了贮灰场对娘子关泉域地下水环境影响的程度,并提出如何防范贮灰场保护娘子关泉域地下水环境影响的对策措施。