山底河流域酸性老窑水排泄对岩溶地下水污染的数值模拟研究

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中国煤炭资源丰富,尤其北方煤产量巨大,但山西的煤矿开采已经对全省范围内的岩溶水资源造成了很大的影响。天然状况下娘子关泉域范围内的补给,有1/3来自上覆煤系地层砂岩裂隙水及地表水,但由于数十年来“矿坑水化”日益加重,使得娘子关泉水来自上游的补给大为减少,迫使区域地下水位连续下降,对泉域岩溶地下水整体产生不良影响。或当煤炭开采标高低于岩溶水位时,大量岩溶水可能会通过导水构造涌入巷道中,造成矿井突水,对岩溶地下水资源造成破坏。近年来煤矿开采导致的酸性老窑水排泄对岩溶地下水的污染尤为严峻。山西省阳泉市山底河流域酸性老窑水不断排泄蓄积使地下水位上升溢出地表进而渗漏到娘子关泉域碳酸盐岩渗漏段,渗漏补给深层岩溶水,对区域岩溶地下水造成很大威胁,严重破坏当地的生态环境,影响居民的生活,引起社会广泛关注及政府高度重视。
  因此,本文针对阳泉市山底河流域酸性老窑水排泄对娘子关泉域岩溶地下水的影响展开研究,采用资料收集、实地调查踏勘、水体监测取样分析等方法,对研究范围内的自然地理条件、地形地貌条件、气象水文条件、地质条件、水文地质条件及污染源现状进行调查,查明酸性老窑水的出流方式、流量,采用内梅罗综合污染指数法对山底河流域的水体水质进行评价。然后,根据研究区目标含水系统的地质、水文地质等条件,概化出研究区水文地质概念模型,建立相应的数学模型,利用数值模拟软件模拟区域地下水的水流情况以及污染物运移情况,通过模型模拟预测得到山底河流域酸性老窑水出流后对娘子关泉域岩溶地下水造成的影响。最后得出以下结论:
  (1)水体环境影响评价结果表明:山底河流域水体各取样点指标浓度空间差异性明显;有13项指标超出标准GB3838-2002的Ⅲ类标准,其中SO42-、Fe3+、Fe2+等的超标率超过50%,Fe3+、Fe2+的超标倍数高达四千多倍;11个取样点中水质极差的3处是S6、S7和S9,S6的WQI高达519.8;相关性分析表明,酸性老窑水特征离子与重金属Zn、Cd、Mn具有极强相关性;
  (2)研究区数值模拟结果表明:山底河流域酸性老窑水的排泄对娘子关泉域岩溶地下水的污染迁移是随时间不断加速的,其污染范围逐步扩大,污染程度日益加剧。污染物运移1年、10年、20年、50年后,污染方向沿着地下水流动方向迁移,污染范围从开始的碳酸盐岩渗漏区逐渐扩散到径流汇水区再到娘子关泉排泄口,污染浓度从800mg/l逐渐累积至4000mg/l。
  山底河流域酸性老窑水的出流排泄问题日益严重,且对娘子关泉域岩溶地下水的潜在污染威胁与日俱增,应对此加以重视,尽早采取治理措施,以防对娘子关泉域造成更严重的污染。
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