采空区地下水水位变化及其环境影响研究

采空区地下水水位变化及其环境影响研究

刘江斌

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司羊场湾煤矿 宁夏银川市灵武市

750410

摘要：本研究旨在探讨采空区地下水水位变化的机理、监测方法、环境影响及其环境保护策略。首先，分析了采空区对地下水系统的影响，以及地下水水位变化的主要因素。其次，概述了地下水水位监测技术，并详细介绍了采空区地下水水位监测的方法和工具。然后，分析了地下水水位下降引起的土壤沉降和地面塌陷、对生态系统的影响，以及对地表水资源的影响。

关键词： 采空区；地下；水位；变化

1.引言

1.1背景介绍

随着我国经济的快速发展，矿产资源的开采活动日益频繁。在矿井开采过程中，地下空间被不断扩大，形成了采空区。采空区的出现改变了地下水系统的原有状态，导致地下水水位发生变化。地下水水位的改变不仅影响地表水资源的分布，还可能引发一系列环境问题，如土壤沉降、地面塌陷、生态系统破坏等。因此，研究采空区地下水水位变化的机理、监测方法、环境影响及其环境保护策略具有重要意义。

2.采空区地下水水位变化的机理

2.1 采空区对地下水系统的影响

在矿山的开采过程中，采空区的形成会对地下水系统产生显著的影响。这一影响主要表现在以下几个方面：

1. 水文地质结构破坏：采空区的形成使得原有的水文地质结构受到破坏，原有的含水层和隔水层会发生改变。这种改变可能会导致地下水的水位下降，甚至可能出现地下水断流的情况。

2. 水资源污染：在采空区的形成过程中，可能会产生大量的废石和污水。这些废石和污水可能会直接或间接地污染地下水。被污染的地下水可能会对人类和环境造成长期的影响。

为了减轻采空区对地下水系统的影响，可以采取以下措施：

1. 合理规划开采范围：在开采过程中，应合理规划开采范围，尽量避免在大范围内开采。这样可以减少对地下水系统的破坏。

2. 加强废水处理：在开采过程中，应加强废水处理，尽量避免废水和污水的直接排放。这样可以减少对地下水系统的污染。

综上所述，采空区对地下水系统的影响是显著的。为了减轻这种影响，应采取合理的开采规划、废水处理措施以及恢复和治理措施。只有这样，才能保护地下水系统，维护生态平衡，实现可持续发展的目标。

2.2地下水水位变化的主要因素

地下水水位变化的主要因素是一个复杂的问题，涉及到多个方面的影响。以下是对这些因素的分析讨论：

1. 气候变化：气候因素是影响地下水水位变化的主要因素之一。降雨量、蒸发量、气温等的变化都会对地下水的水量和水质产生影响。

2. 地质因素：地质因素对地下水水位变化也有重要影响。不同的地质条件，如岩层类型、岩层厚度、岩层渗透性等都会影响地下水的流动和储存。

3. 水文因素：河流、湖泊等水体的水位变化也会对地下水的水位产生影响。在洪水期间，河流的水位上升，可能会将更多的水带入地下水系统，从而增加地下水的水量。而在干旱期间，河流的水位下降，可能会导致地下水的水量减少。

总之，地下水水位变化的主要因素包括气候变化、地质因素、水文因素等。这些因素相互作用，共同影响着地下水的水量和水质。因此，我们需要综合考虑这些因素来理解和预测地下水水位的变化。

3.采空区地下水水位变化的监测方法

地下水水位监测技术是衡量地下水系统状态的重要手段，对于分析地下水变化趋势、预测未来地下水状况以及制定合理的水资源管理策略具有重要意义。目前，地下水水位监测技术主要包括以下几种：

人工观测法：在采空区附近设置观测井，通过人工定期观测井内水位变化，来监测地下水水位。这种方法设备简单、成本低，但监测数据受人为因素影响较大，且无法实现实时监测。

在实际应用中，可以根据采空区的具体特点和监测需求，选择合适的监测方法和工具。例如，对于地质条件复杂、监测要求较高的采空区，可以采用多种监测方法进行综合分析，以提高监测数据的准确性和可靠性。同时，为了减轻采空区对地下水系统的影响，可以采取措施优化开采过程，如合理规划采空区、加强地下水环境保护等。

4.采空区地下水水位变化的环境影响

4.1 地下水水位下降引起的土壤沉降和地面塌陷

采空区的地下水水位下降是引起土壤沉降和地面塌陷的主要原因。当地下水水位下降时，土壤中的水分减少，土体孔隙中的水压力降低，土壤的饱和度下降，从而导致土壤的压缩和沉降。此外，土壤水分减少还会导致土壤的力学性质发生变化，土体的黏聚力降低，抗剪强度减小，容易发生土体压缩和沉降。因此，采空区地下水水位的下降会加速土壤沉降和地面塌陷的发生。

4.2 地下水水位下降对生态系统的影响

地下水水位的下降对生态系统的影响是多方面的。首先，水是生态系统的基础，地下水水位下降会影响水生生物的生存和繁衍。其次，地下水水位下降会导致土壤水分减少，从而影响陆生植物的生长和发育，改变生态系统的结构和功能。最后，地下水水位下降还会影响生态系统的稳定性和抗扰动能力，使得生态系统更容易受到外界因素的干扰和破坏。

4.3 地下水水位下降对人类活动的影响

地下水水位下降对人类活动的影响也是不容忽视的。首先，地下水水位下降会导致地表土壤干燥，影响农作物的生长，从而影响粮食产量。其次，地下水水位下降会影响城市供水，导致城市用水困难，甚至引发供水危机。此外，地下水水位下降还会影响工业生产，一些工业生产需要大量使用地下水，地下水水位下降将导致工业用水成本增加，甚至影响工业生产的正常进行。

5.采空区水位变化与环境保护策略

5.1 采空区地下水补给规划与管理

采空区的地下水补给规划与管理是防止地下水水位下降的重要措施。首先，需要对采空区的地下水进行详细的水文地质调查，了解其补给来源、补给量以及地下水的运动规律，为地下水补给规划提供科学依据。其次，要制定合理的地下水开采方案，避免过度开采，确保地下水资源的可持续利用。同时，应加强对采空区地下水开采的监管，建立健全地下水管理体制，提高地下水利用效率。

5.2 采空区水利工程建设措施

在采空区，可以采取一系列水利工程措施来调节地下水水位。例如，可以建设地下水补给工程，通过引水上山、雨水收集等方式增加地下水资源补给；还可以建设地下水排泄工程，如地下水疏干渠、排水井等，以降低地下水水位，减轻地面沉降和土壤侵蚀。此外，还可以通过建设水库、塘坝等蓄水工程，调节地表水和地下水之间的水文关系，实现水资源的合理利用。

5.3 环境保护与修复措施

针对采空区可能引发的环境问题，需要采取一系列环境保护与修复措施。首先，要加强采空区的环境监测，及时发现并处理环境问题。其次，要进行土壤改良和植被恢复，提高土地的抗侵蚀能力，减轻土壤侵蚀和地面沉降的影响。此外，还可以通过生态修复技术，如土壤改良剂、生物修复等方法，改善采空区的生态环境。

6.结论

本文对采空区地下水水位变化的影响及其对地表水资源的影响进行了详细分析。采空区的地下水水位变化受多种因素影响，如地下水开采、地表水补给、气候变化等。地下水水位下降会导致地表水资源减少、水污染加剧以及地表水利用难度加大等问题。因此，对采空区地下水水位的监测和管理至关重要，应采取有效措施减轻地下水水位下降对地表水资源的影响。

参考文献

[1] 赵明明.山西寿阳段王煤业集团有限公司煤矿开采对地下水资源影响的数值模拟研究[D].太原理工大学[2023-11-05].

[2] 冯斌.永城矿区地下水环境变化机理及其数值模拟研究[D].中国地质大学(北京),2019.

[3] 刘志春,王梦恕.隧道工程因素对地下水环境影响研究[C]//2015:8.DOI:CNKI:SUN:YTLX.0.2015-S2-038.

[4] 刘志春,王梦恕.隧道工程因素对地下水环境影响研究[C]//全国桩基工程学术会议.2015.

[5] 王喜峰,贾仰文,陈冲,等.变化环境下地下水循环和水环境演变研究综述[J].南水北调与水利科技, 2014, 12(6):4.DOI:10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.06.004.

[6] 白云,刘波,王光凯,等.地下水水位变化时采空区覆岩变形特征研究——以山东北埠煤矿为例[J].矿产与地质, 2020.DOI:10.19856/j.cnki.issn.1001-5663.2020.06.019.

[7] 向茂西,仵拨云,彭捷,et al.矿产资源地下开采区潜水位监测存在问题及建议[C]//第一届中国西部矿山地质环境保护学术论坛.0[2023-11-05].