矿井涌水量预测及其对沙漠植被的影响

刘谋, 王俊杰, 吴广涛, 周杰, 罗奇斌, 康卫东. 矿井涌水量预测及其对沙漠植被的影响[J]. 水文地质工程地质, 2023, 50(3): 65-75. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015
引用本文: 刘谋, 王俊杰, 吴广涛, 周杰, 罗奇斌, 康卫东. 矿井涌水量预测及其对沙漠植被的影响[J]. 水文地质工程地质, 2023, 50(3): 65-75. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015
LIU Mou, WANG Junjie, WU Guangtao, ZHOU Jie, LUO Qibin, KANG Weidong. Prediction of mine water inflow and analyses of its influence on desert vegetation[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2023, 50(3): 65-75. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015
Citation: LIU Mou, WANG Junjie, WU Guangtao, ZHOU Jie, LUO Qibin, KANG Weidong. Prediction of mine water inflow and analyses of its influence on desert vegetation[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2023, 50(3): 65-75. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015

矿井涌水量预测及其对沙漠植被的影响

  • 基金项目: 中国地质调查局地质调查项目(DD20190331);陕西省教育厅专项科研计划项目(2013JK0944)
详细信息
    作者简介: 刘谋(1996-),男,硕士研究生,主要从事水文地质与工程地质方面的研究工作。E-mail:609409326@qq.com
    通讯作者: 康卫东(1960-),男,博士,教授,主要从事水资源与水环境方面的教学和研究工作。E-mail:570312645@qq.com
  • 中图分类号: P641;TD742

Prediction of mine water inflow and analyses of its influence on desert vegetation

More Information
  • 矿井涌水对井下安全生产存在潜在威胁,同时可能引发因矿区地下水位下降造成的地表植被难以逆转的演替退化。针对涌水量数值模型构建时边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题,以准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采为目标,并为研究区沙漠植被的保护提供理论和数据支撑,选择以天然边界作为研究区周界,在充分收集与分析钻探、物探、抽水试验、地下水长观和矿井采空区范围及其涌水量等资料的基础上反复修正模型,构建了较为逼真的地下水三维非稳定流数值模型。此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别,论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水位降深场,进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明:根据矿区先期煤层开采预测矿井涌水量为 3.08×104 m3/d,引起矿区内潜水位下降2.08~2.35 m,将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎,呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果为研究区提供了较准确的涌水量预测值,可以为制定科学有效的矿区沙漠植被保护措施以及为类似地下水流数值模型的构建提供可靠的思路。

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  • 图 1  研究区水文地质平面图

    Figure 1. 

    图 2  研究区水文地质剖面图

    Figure 2. 

    图 3  模型区范围及地下水位长观孔分布图

    Figure 3. 

    图 4  模型区拟合期地下水初始流场图

    Figure 4. 

    图 5  矿区实测与计算涌水量拟合曲线

    Figure 5. 

    图 6  模型区代表性地下水长观孔潜水位动态拟合曲线

    Figure 6. 

    图 7  模型区第四系潜水流场拟合图

    Figure 7. 

    图 8  模型区水文地质参数分区图

    Figure 8. 

    图 9  模型区地下水位计算点位置图

    Figure 9. 

    图 10  预测期末的地下水降深曲线图

    Figure 10. 

    图 11  模型区现状地下水位埋深图

    Figure 11. 

    图 12  模型区预测期末潜水位降深场和潜水埋深图

    Figure 12. 

    表 1  模型区水文地质参数分区与参数值成果表

    Table 1.  Hydrogeological parameter division and values in the model area

    分层分区号地层渗透系数 /(m·d−1给水度弹性释水率/m−1备注
    水平垂直
    第1层第四系砂土层4.54.50.17二道河则沟域
    第四系砂土层3.73.70.15头道河则沟域
    第2层全区更新统黄土层6.5×10−28.5×10−21×10−6
    第3层全区侏罗系岩层3.6×10−29.0×10−51×10−5导水裂隙带之上原岩层
    第4层侏罗系岩层20.085.01×10−5导水冒裂带
    侏罗系岩层3.6×10−29.0×10−51×10−5冒裂带的两侧原岩层
    第5层侏罗系煤层1×10−5采空区
    侏罗系煤层3.6×10−29.0×10−51×10−5采空区的两侧原煤层
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    表 2  研究区的地下水补排量预测结果表

    Table 2.  Groundwater recharge and discharge prediction results in the study area

    补排项补排量/(104 m3·d−1
    现状预测
    期末
    差值(预测
    期末–现状)
    补给项降水入渗16.3816.380
    二类边界1.111.110
    合计17.4917.490
    排泄项潜水蒸发6.185.76−0.42
    潜水溢出8.648.57−0.07
    一、二类边界0.420.420
    矿坑涌水2.413.080.67
    合计17.6517.830.18
    均衡差−0.16−0.34−0.18
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    表 3  研究区植物长势与潜水位埋深关系表

    Table 3.  Relationship between plant growth and depth to the water table in the study area

    植物
    名称
    潜水位
    埋深/m
    生长
    情况
    植物
    名称
    潜水位
    埋深/m
    生长
    情况
    沙柳0.5~1.5生长旺盛小叶杨0.5~1.5生长旺盛
    >1.5~3.0生长良好>1.5~3.0生长良好
    >3.0~5.0生长正常>3.0~5.0生长正常
    >5.0~8.0生长较差>5.0~8.0生长较差,
    其中部分枯萎
    >8.0生长差>8.0生长差,
    其中大都枯死
    沙嵩0.5~1.5生长旺盛旱柳0.5~3.0生长旺盛
    >1.5~3.0生长良好>3.0~5.0生长良好
    >3.0~7.0生长正常>5.0~8.0生长正常
    >7.0~12.0生长较差>8.0~12.0生长较差,
    其中部分枯萎
    >12.0生长差>12.0生长差,
    其中大都枯死
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    表 4  研究区现状植物生长情况分布面积

    Table 4.  The distribution area of current plant growth in the study area

    植物生长状态分布面积 /km2
    模型区(含矿区)矿区内
    沙柳、小叶杨正常生长399.2569.64
    生长较差、部分枯萎198.8520.72
    沙嵩、旱柳正常生长507.7490.36
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    表 5  研究区预测期末植物生长情况分布面积表

    Table 5.  Distribution area of plant growth in the study area at the end of the prediction period

    植物生长状态分布面积 /km2
    模型区(含井田)井田内
    沙柳、小叶杨正常生长373.6450.83
    生长较差、部分枯萎224.4639.53
    沙嵩、旱柳正常生长597.8890.14
    生长较差、部分枯萎0.220.22
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出版历程
收稿日期:  2021-04-07
修回日期:  2021-08-31
刊出日期:  2023-05-15

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