1、1豫东地区水资源综合利用研究摘要：永城市水资源十分贫乏，否有足够的水资源，是关于永城电厂二期 2600MW 机组的扩建工程，能否以 0.8m3/s 流量保障供水的关键所在。为解决电厂的水源问题进行了水文地质详查勘探，查明了永城矿区地下水资源量，不能满足永城电厂二期发电供水需要；另一方面，永城煤炭集团各矿都面临：水害严重、井下突水频繁、矿井涌水量大、污染环境和浪费资源。若二者有机结合，将使矿井水变废为宝、化害为利，使解决永城电厂二期供水问题成为可能。永煤集团的 3 个矿井的最小正常涌水量为 0.998 m3/s，完全满足电厂0.8 m3/s 的需要。根据我们的频率分析计算和统计分析计算，奥陶系灰
2、岩含水层的允许开采量为 34003800 m3/h，能够满足电厂的要求。沱浍河水作为备用水源，经调节计算可供电厂连续使用半年以上。关键词：矿井涌水；沱浍河水；电厂利用1问题的提出永城矿区是否有足够的水资源，是关于永城电厂二期 2600MW 机组的扩建工程，能否以 0.8m3/s 流量保障供水的关键所在。1992 年至 1995 年，为解决电厂的水源问题曾先后两次在永城背斜核部进行了规模较大的水文地质详查勘探，查明了永城矿区、三个含水层（组）为生活、电厂和煤矿可供开采的含水层，查明了含 71559m3/d 的允许开采量和、含 62007m3/d 的允许开采量，但因矿区和其他热电厂等生活、生产用水
3、40870m3/d，、含储量所剩无几，远不能满足 69120 m3/d 的发电供水需要，因此必须寻找新的水源，另一方面，从 90 年代起永城煤炭集团各矿相继建成投产，近年来由于产煤需要开采强度越来越大，各矿都面临着以下问题：水害严重，井下突水频繁，矿井涌水量大，其次污染环境和浪费资源。前者思水若渴，后者却水大成患。若二者结合，将使矿井水变废为宝、化害为利，使解决永城电厂二期供水问题成为可能。2水文地质情况2.1 水文地质2.1.1 含水层根据岩性、空气性质及埋藏条件，本区的含水层可以划分为三大含水岩组，9 个含水层段。（1）新生界孔隙潜水承压水含水层组自上而下由第四系全新统和上第三系上新统 4
4、 个含水砂层组成，其中含为全新统松2散层孔隙含水层，其上部为沙土，中部为细沙、粉砂。底部为淤泥质粘土或砂质粘土组成。含厚度 18.329.5m，平均 22.5m。含为上更新统松散层孔隙承压含水层，由粉砂、细砂、少量中砂、砂质粘土、粘土 等多层结构所构成，含水层（组）厚度为 17.554.0m，平均 35.4m，含富水性较好，但变化较大，单位涌水量 0.3112.269 l/sm，导水系数61.12354.10m 2/d， 渗透系数 1.5319.10m/d，贮水系数 4104 1.9410 3 。含中、下更新统松散层孔隙承压含水层，以粘土、砂质粘土为主，粉细砂多以薄层出现，厚度为 24.011
5、15.75m，平均 74.70m，单位涌水量 0.362l/sm，导水系数 17.46m2/d， 渗透系数 0.99m/d。含第三系上更新统松散层孔隙承压含水层，以含粗砂、中、细砂为主，粉砂、砂质粘土、粘土呈薄层状。本含水层（组）顶部埋深为 66.00170.98m，厚度0186.5m 平均 100.08m，单位涌水量 0.04732.258 l/sm，渗透系数0.04412.93m/d，导水系数 27.33640.81m 2/d，贮水系数 8.5105 9.610 4 。（2）煤系地层裂隙承压含水层组由二迭系石盒子组、山西组中细粒砂岩组成。砂岩裂隙发育极不均一，富水性差异很大。由于该水层不是
6、本矿充水的主要水源，也不是本次研究的重点，在此从略。（3）灰岩岩溶裂隙承压含水层组该含水层（组）由太原群灰岩，奥陶系和寒武系灰岩组成，其中太原群地层总厚度109166m，平均厚度 120m，含灰岩 1112 层，总厚度约 5060m，按其在地层中的分布又分为上段含水层组和下段含水层组。其中上段灰岩单层厚度 212m。岩溶裂隙发育，导水性较强，单位涌水量 0.452.855 l/sm，渗透系数 0.8014.904m/d。下段含水层组由5 层灰岩组成，单层厚度平均为 1.515m，比较稳定岩溶裂隙较为发育，单位涌水量0.45364.378 l/sm，渗透系数 0.7317.473m/d。奥陶系的
7、含水层厚度为 332786m，平均厚度 560m；单孔涌水量 Q1.6192.55m 3/h，平均 121.25m3/h，单位涌水量qx0.0539.53 l/sm，平均为 4.044 l/sm， 渗透系数 k0.008520.1m/d， 平均为 3.615 m/d，矿化度为 0.803.814 g/l，水质类型为 SO4NaCa 型。寒武系的含水层主要为风山、长山和固山组白云质灰岩和白云岩为主，分布于永城复背斜的核部，厚度为：420630m。2.1.2 灰岩含水层的富水性（1）太原群灰岩的富水性根据勘探阶段的抽水试验资料表明：太灰含水层的岩溶裂隙普遍发育，富水性和联通性很强，其次太灰含水层水
8、位恢复快，有着较强的补给源。根据陈四楼和陈集矿的地板突3水资料说明：一是永城矿区底板灰岩突水是矿井涌水的主要方式，是矿井涌水量的主要成分，其比例达 95以上；其次是矿井涌水频繁发生，突水点数随揭露面积增加而增加。三是突水点的水量稳定，说明太灰的富水性强，并且有很强的补给源。（2）奥陶系灰岩的富水性综合水文地质柱状图和以往的勘探报告和区测报告知，奥陶系灰岩在永城淮北煤田普遍发育，平均厚度为 560m，由抽水试验资料得知：奥陶系灰岩含水层的单孔涌水量较大，富水性强，其次奥灰具有良好的补给源。2.3 灰岩含水层的水资源计算与评价2.3.1 岩溶水资源量计算（一）补给量本区的补给形式有两种：露头区的大
9、气降水补给和隐伏露头区的越流补给。（1）大气降水补给量奥陶系灰岩露区分布在芒砀山、邵山、喜山、马山、王山和柏山一带。以残丘形式出现，总出露面积约 3.2km2，这样入渗面积 为 3.2106m2；根据水文地质条件和永城雨量站的降水资料分析，得多年平均有效降水量为 680mm；根据有关资料分析入渗系数 取1。算得大气降水的入渗补给量就为：0.069 m 3/s 。（2）隐伏露头区的越流补给量计算公式：Q 越 1K eHF奥陶系灰岩的隐伏露头区分布在永城背斜核部和芒砀山一带。其中永城背斜核部的隐伏出露面积为 369km2。勘探表明，奥陶系灰岩风化过附近裂隙发育，并主要和第三系 IV含接触，其次和第
10、四系 III 含和 II 含接触，永城背斜核部能够接受第三、第四系补给的面积占总面积的 35.3，即 130. 3km2。越流系数取值为 1.5010-5。又据钻孔观测，奥陶系灰岩的水位 10 年来已经下降了 24m，和孔隙水的水位差已达 20m，即H=20m。算得越流补给量为：0.45m 3/s芒砀山隐伏露头区面积为 336.38km2，其埋藏深度较永城背斜浅，奥陶系灰岩主要和II 含、I 含接触，所占的比例远大于永城背斜，为保险起见，仅取 50为有可补面积/隐露面积之比，这样越流面积 F 就为 168.19km2。越流系数取 2.7410-5m/d。根据现在矿区奥灰水的水位，推断奥灰水的水
11、位应较孔隙水的水位低 15m，即该数为孔隙水和奥灰水的水位差H。4由于难以查清流向葛店矿区的径流量，现将总补给量作平均分配，即流向永城矿区的水量为隐伏区越流补给的 1/2，这样算出对于永城矿区的有效补给量为：Q 越 2K eHF2=0.40m 3/s总补给量为：Q 总补 Q 降 Q 越 1Q 越 20.919m 3/s（二）奥陶系灰岩水的弹性释放量计算公式：FH e式中：W承压含水层的地下水弹性存储量（m 3） ；F含水层的计算面积（m 2） ；H承压含水层自顶板算起的平均水头高度（m） ； e弹性释放系数； eM（n w+s） ； w， s 分别为水的压缩系数和岩石格架的压缩系数；M， 分别
12、为含水层的厚度和水的比重。计算结果为：W1.6310 8m3假设电厂的服务年限为 30 年，这样得到的流量为 0.16m3/s。3. 矿井实测涌水资料与分析评价3.1 矿井涌水资源量3.1.1 数理统计法首先用频率分析方法，根据已有资料，对永煤三个矿自 2001 年 9 月投产到 2004 年 12月的涌水量资料，进行涌水量的频谱，即保证程度的分析计算。永煤集团三个矿涌水量及总涌水量频率曲线见下图 1、2。图 1 矿 井 总 涌 水 频 率 曲 线1101002000 2500 3000 3500 4000 4500 5000涌 水 量 （ m3/h)频 率（）图 2 矿 井 涌 水 过 程
13、线02000400060008000100002001.92002.12002.52002.92003.12003.52004.22004.62004.10时 间 （ 年 、 月 ）涌水量（m3/h)陈 四 楼 （ m3/h） 车 集 （ m3/h） 城 郊 （ m3/h） 总 涌 水 量现已知，永城电厂的需水量为 0.8m3/s，即 2880m3/h。由上图 1 可以看出 85的保证率可以保证电厂的正常供水。进一步分析图 2 知，2001 年 9 月2004 年 12 月三个矿井平均涌水量 3564m3/h，大于开采资源量 3370m3/h。3.1.2 趋势分析法5趋势分析的方法就是利用永煤
14、（集团）各矿矿井涌水量与奥灰（太灰）水位观测资料作矿井涌水量与奥灰（太灰）水位对比曲线图，然后，根据最小二乘原理用四次多项式对矿井涌水量和奥陶系灰岩水位作回归趋势分析。建立各矿趋势线回归方程（略） 。经分析：车集煤矿矿井涌水量在 12001400m 3/h 时奥灰水位稳定，大于此水量时，奥灰水位下降，出现失稳现象，因此可以确定车集煤矿的允许涌水量为 12001400m 3/h；城郊煤矿矿井涌水量在 12001400m 3/h 时奥灰水位稳定大于此水量时，奥灰水位下降，出现失稳现象，因此可以确定城郊煤矿的允许涌水量为为 14001600 m3/h；陈四楼矿实际涌水量振幅较大，但趋势线较为平缓（8
15、001000 m3/h） 。当涌水量较为稳定时（小于 1000 m3/h） ，太灰水位处于缓慢的下降状态，当涌水量增加时（大于 1000 m3/h） ，太灰水位下降较快；但后期涌水量又恢复到正常状态，即小于 1000 m3/h 时，太灰的水位停止下降，达到稳定状态。由此可以得到该矿井的允许涌水量为 1000 m3/h。趋势线分析得到永城矿区的允许涌水量或奥灰水资源允许开采量为 36004000 m3/h，这和频谱分析的结果非常接近。综合两种方法，永城矿区奥陶系含水层地下水资源的允许开采量为 34003800 m3/h。3.2 矿井水作为供水水源的可行性分析3.2.1 资源量的可行性分析永城电厂
16、现有水量为：西南部松散层水 0.2 m3/s，IX 含水（CH 903，CH 906） ；0.11 m 3/s;永城电厂需求的水量为：0.8 m 3/s；永煤集团各矿的总排水量为 3557 m3/h0.998 m 3/s，完全可满足要求。3.2.2 排供结合工程的可行性分析城郊煤矿、陈四楼煤矿、车集煤矿距离永城电厂的距离分别为7.5km、11km、12.5km，合计 22.5km（陈四楼、城郊和电厂在同一直线上）管线距离都小于 40km.在距离上是符合要求的。永煤集团各矿都是现代化矿井,工业广场都建有矿井水处理厂,矿井水排出地面后即可经过简单的处理之后输送到电厂作进一步的处理.4.沱浍河水作为
17、后备水源的评价4.1 地表水资源量4.1.1 沱河张桥闸以上的水资源量6根据全国第二次水资源评价，沱河张桥闸以上多年平均水资源量 6010104m3。为了详细了解张桥闸的实测、蓄水及供水量情况，对张桥水文站 1971-1999 年的流量、还原水量及供水后的余水量，进行了逐月调节计算（结果落） ，从调节计算结果来看，28年来，每日用水 2104m3，88的月份还有余水量 500104m3以上可供利用。4.1.2 浍河黄口闸上的水资源量浍河黄口闸上游约 20km 处还建有和顺拦河闸，由于浍河上游建闸少，且沱、浍河之间的浅层地下水流向为沱河流向浍河，故浍河的水量较丰。经统计自黄口闸 1972 年建立
18、以来，一般年份黄口闸下泄水量 5000104m3以上，偏旱年份的下泄水量也在 2000104m3以上。对黄口水文站 1972-1996 年的天然年径流量分析，多年均值 7404104m3，变差系数 Cv=0.8,偏差系数 Cs 采用 2.0 Cv，算得不同保证率的月、年天然径流量（结果落） 。4.2 利用沱、浍河地表水资源作为电厂后备供水水源4.2.1 水量根据张桥闸 1971 年 7 月1999 年 12 月各月的实测径流量、闸上蓄水变量、各项还原水量，算得逐月闸上可蓄水量，按每日供水 2104m3，进行逐月水量调节计算（结果略） ，结果 88%的月份余水量均在 500104m3以上，最旱的
19、 1989 年 6 月尚有余水 95.1104m3。这说明，如果仅将沱河张桥闸上的多余蓄水，作为电厂备用水源，按 0.4m3/s 供水，可以连续供水 3 各月以上，若同时将沱、浍河的多余蓄水供应电厂，可连续供水半年以上。此外，沱、浍河每年洪汛期都要开闸泄水，如果在这时期向沱、浍河傍的中深井抽水孔回灌，则又可减缓中深井抽水孔水量的衰竭。还可在沱、浍河傍打一些含的混合井，不仅能直接得到逐年降水量的入滲补给，还可以得到河水的补给。4.2.2.水质沱河张桥闸区间，根据我们进行的水质监测，永城化肥厂停产后，这一河段的水质一直保持在地表水水质类标准以上。浍河黄口闸以上，只有白洋沟排水（主要为城市污水）一个
20、污染源，现在白洋沟的污水已在永城市老城南关外改入小青沟，因此，浍河的水质更加良好。5.结论及建议5.1 结论通过对永城淮北煤田自勘探到生产以来的地质资料、涌水分析，对永城矿区 IX 含的水文地质条件及水资源形成以下结论：(1)奥陶系灰岩含水层平均厚度为 560m，是矿井涌水的根本水源，随着矿井揭露面积7的增加，突水点数量和矿井涌水量在近几年将持续增加。(2)本区灰岩水的补给主要来自北方的径流和永城背斜核部孔隙水的越流补给，其中侧向径流补给量为 0.644m3/s，越流补给量为 2.20 m3/s,合计为 2.844 m3/s。(3)永煤集团的 3 个矿井的最小正常涌水量为 0.998 m3/s
21、，完全满足电厂 0.8 m3/s 的需要。(4)根据我们的频谱分析计算和统计分析计算，奥陶系灰岩含水层的允许开采量为34003800 m 3/h。能够满足电厂的要求。（5）沱浍河水作为备用水源，可供电厂连续使用半年以上。5.2 建议(1)永城矿区主要经历两期构造运动，断裂和褶皱都很发育，富水性很强，矿井突水通道发育，突水灾害频繁。这样势必造成矿井涌水量波动，即影响煤炭的生产，又影响着电厂的供水，还浪费了地下水资源。为了保持矿井涌水量在给定的水平上稳定，防止突水淹井，或对生产造成大的影响，保护有限的水资源，有的放失在富水区或强迳流带上打钻截流取水，并可以采取治理措施防止突水淹井。(2)矿井水因流经煤层底板的浮煤，杂质含量高，处理费用较高，取水方式直接影响到水的质量，但取水点的探查和施工的效果又关系到水量和成本，合理地布置取水点，选择合理的取水方式是降低供水成本的关键。(3)加强对矿井以上和沱浍河水量水质监测，实施应急跟踪监测，动态分析，滚动进行水量水质预测参考文献1 区域水文地质普查报告2 全国第二次水资源评价3 河南省商丘地区 1:100000 农田供水水文地质勘察报告4 河南省商丘地区浅层地下水资源评价攻关研究报告5 河南省永城矿区热电厂供水水文地质勘察总结报告等6 永城矿区供水水文地质情况简介
