《井工礦開采下流域水資源變化情勢》在系統(tǒng)總結(jié)煤礦開采對水文循環(huán)影響機制的基礎(chǔ)上,全方位系統(tǒng)地利用分布式水文模型、數(shù)理統(tǒng)計、GRACE重力衛(wèi)星工具構(gòu)建了一個研究多個礦區(qū)的煤礦開采對流域水資源影響的綜合方法,并成功地將該方法應(yīng)用于窟野河流域。
我國蘊藏的豐富優(yōu)質(zhì)煤炭資源為經(jīng)濟發(fā)展提供了得天獨厚的優(yōu)越條件,經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致煤炭資源開采量激增。例如,窟野河流域2017年原煤產(chǎn)量約為2.26億t(神木縣),而1998年原煤產(chǎn)量僅0.2174億t,20年間,煤礦產(chǎn)量有了大幅度的提高。煤礦開采使流域內(nèi)的人民生活水平有了跨越式的改善,但也造成地下含水層破壞、采空區(qū)塌陷等一系列與水、土資源相關(guān)的不利影響。陜西省人均水資源占有量約占全國的1/2,而全國人均水資源占有量僅為世界的1/4?梢,陜西省的水問題更為突出,利用礦井水資源的工作更為迫切。
窟野河是黃河中游一條典型的河流,我國14個大型煤炭基地中的神東基地就坐落于此,基地的生產(chǎn)、生活及周邊的生態(tài)環(huán)境修復(fù)也同樣面臨著水資源短缺問題,礦井水作為非常規(guī)水源為基地用水提供了重要的水源保障,具有重大的供水意義。水資源在神東基地的可持續(xù)發(fā)展中具有十分重要的作用,正確認清煤礦開采對水文循環(huán)的影響及礦井水分布情況對于發(fā)揮資源優(yōu)勢、建設(shè)綠色礦山的意義十分重要。
針對這種情況,國內(nèi)外學(xué)者在煤礦開采對水資源的影響方面進行了一些研究,然而這些研究成果往往是針對具體的某一個單獨的礦區(qū)展開的。而在量化煤礦開采對徑流的影響時,其研究方法主要采用單一的數(shù)理統(tǒng)計法或是基于流域分布式水文模型量化水文循環(huán)對煤礦開采的響應(yīng)法;在量化煤礦開采對地下水的影響時,研究對象往往是水質(zhì),針對水量方面的研究并不多,而且在水量方面為數(shù)不多的研究中,其研究對象也僅僅是單個礦井對區(qū)域地下水的影響,研究選用的工具也很單一,大多數(shù)都是使用VISUAL-MODF-LOW或FEFLOW地下水模型,利用衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)研究煤礦開采對地下水影響的文獻幾乎沒有。針對這種情況,本書在系統(tǒng)總結(jié)煤礦開采對水文循環(huán)影響機制的基礎(chǔ)上,全方位系統(tǒng)地利用分布式水文模型、數(shù)理統(tǒng)計、GRACE重力衛(wèi)星工具構(gòu)建了一個研究多個礦區(qū)的煤礦開采對流域水資源影響的綜合方法,并成功地將該方法應(yīng)用于窟野河流域。
主要結(jié)論如下:
。1)流域內(nèi)降雨、蒸發(fā)和徑流在1966-2009年內(nèi)呈下降趨勢,降雨和蒸發(fā)下降趨勢不明顯,年徑流突變點發(fā)生在1979年和1996年。
。2)利用SWAT模型聯(lián)合數(shù)理統(tǒng)計方法計算出流域1979~1996年氣候變化和人類活動對年徑流的減少貢獻量分別為12.6mm、11.7mm,占該時期減水量的51.85%、48.15%。1997~2009年氣候變化和人類活動對年徑流的減少貢獻量分別為16.66mm、45.36mm。占該時期減水量的26.86%、73.14%,煤礦開采導(dǎo)致該時期的年徑流減少21.15mm,噸煤減水量為2.6m3。煤礦開采是窟野河1997~2009年徑流銳減的主要原因之一。
。3)使用SWAT-VISUALMODFLOW耦合模型計算出煤礦開采對窟野河2009年地下水水量所產(chǎn)生的破壞為23.20mm,其中破壞地下水靜儲量15.97mm、動儲量7.23mm。煤礦開采還加劇了地下水的疏干,在各開采區(qū)的開采沉陷區(qū)(裂縫)周圍,地下水流場發(fā)生了明顯的改變,地下水降落漏斗面積也在逐漸擴大。煤礦開采所導(dǎo)致的地下水破壞量是人類生產(chǎn)、生活取用地下水水量的8倍。
(4)利用GRACE重力衛(wèi)星及GLDAS全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)反演了煤礦開采區(qū)陸地水儲量變化量及地下水儲量變化量,2009年該區(qū)域地下水儲量變化量為-29.40mm。煤礦開采是該區(qū)域地下水變化的一個重要影響因素。
本書由李舒主筆,李舒、劉姝芳、張丹和時爽負責(zé)本書各章的修改、全書的統(tǒng)稿和最終的定稿工作。本書得到了河海大學(xué)陳元芳教授、李致家教授、張珂教授,以及黃河水利科學(xué)研究院王道席院長、何宏謀所長、張文鴿副所長、付新峰總工等領(lǐng)導(dǎo)和專家的大力支持和幫助,在此一并表示深深的感謝。
由于時間倉促,編者水平有限,書中不足之處在所難免,懇請廣大讀者批評指正。
前言
第1章 緒論
1.1 研究的目的與意義
1.2 國內(nèi)外研究進展
1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線
第2章 流域水文特征分析及煤礦開采對水文循環(huán)的影響機制
2.1 窟野河流域概況
2.2 窟野河流域水文特征分析方法
2.3 窟野河流域水文特征趨勢變化分析
2.4 煤礦開采對水文循環(huán)的影響機制
2.5 小結(jié)
第3章 基于分布式SWAT模型研究煤礦開采對徑流的影響
3.1 研究思路
3.2 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整備與處理
3.3 基于SWAT模型的窟野河流域徑流模擬方法
3.4 窟野河月徑流模擬結(jié)果
3.5 氣候變化和人類活動對窟野河地表水影響定量研究
3.6 煤礦開采對窟野河地表水影響定量研究
3.7 小結(jié)
第4章 基于“三帶”理論的水文模型研究煤礦開采對地下水的影響
4.1 研究思路
4.2 神府-東勝礦區(qū)水文地質(zhì)概況
4.3 窟野河流域VISUAL MODFLOW模型
4.4 SWAT-VISUAL MODFLOW量化煤礦開采對地下水影響應(yīng)用
4.5 小結(jié)
第5章 GRACE重力衛(wèi)星聯(lián)合GLDAS全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)反演流域地下水變化
5.1 GRACE重力衛(wèi)星及GLDAS全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)簡介
5.2 GRACE重力衛(wèi)星聯(lián)合GLDAS反演地下水總儲量變化的基本理論
5.3 GRACE重力衛(wèi)星聯(lián)合GLDAS反演窟野河流域地下水變化
5.4 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論
6.2 創(chuàng)新點
6.3 展望
參考文獻