乌海市矿山复绿需水量分析

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  摘要 通过了解乌海市矿产资源及其开发利用现状,对矿山主要环境地质问题、矿业开发占用和破坏土地资源、固体废弃物对环境的污染和地面塌陷进行分析,近一步对矿区复绿需水量进行计算,为矿山复绿提供基本依据。
  关键词 乌海市;环境地质;矿山复绿;需水量
  中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2014)35-12627-02
  乌海市由于矿业开发导致自然植被严重破坏,使生态系统失去平衡,草原退化、土地沙化等现象严重。矿山复绿工程,是改善矿区生态环境、实现地区经济可持续发展的一项重要工程。通过采取工程、生物等措施,对采矿活动引起的矿山地质环境问题进行综合治理,使地质环境达到稳定、生态得到恢复、景观得到美化,实现矿产资源开发利用与生态环境协调发展,为全市经济社会可持续发展提供有力保障。
  1 乌海市自然地理概况
  1.1 气象
  乌海市属干旱、半干旱大陆性气候,年降水量小,蒸发量大,冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差大,干燥多风。据乌海市气象局资料,多年平均降水量 156.8 mm,年降水量的 65%集中在 7~9 月。平均水面蒸发量达 3 206 mm(20 cm 蒸发皿观测值),其中 5~8 月的蒸发量占全年的 61%,最大蒸发量多出现在 6 月份。多年平均气温 9.7 ℃,气温年际变化不大,年内变化很大,极端最高气温 40.2 ℃(1999 年 7 月 28 日),极端最低气温-32.6 ℃(1971 年 1 月22 日),变幅达 72.8 ℃,夏季各月平均气温在 18 ℃以上。大风和风沙时有发生,历年最大风速 24 m/s。平均冻土深度1.05 m,最大冻土深度1.20 m。
  1.2 水文
  乌海市主要河流为黄河,由南向北,穿市区而过,流程约105 km。历年最大流量为5 820 m3/s,汛期多在7~10月份,最小流量为88.5 m3/s,枯水期为12月至翌年6月份;流量为500~1 200 m3/s,年径流量为220~400×109 m3,流速为0.88~1.97 m/s,最大流速为2.73 m/s,水深2.50~11.60 m,水位标高1 063~1 069 m,水位变幅一般在2~3 m,河水水面比降1.3~3.9/10 000左右,河水水质良好,矿化度0.4~0.5 g/L,为HCO3·SO4·Cl~Na·Ca·Mg型水。河水含砂量较大,为2.30~5.02 kg/m3。
  1.3 地形地貌
  乌海市位于内蒙高原西南部,鄂尔多斯高原西北部的黄河之滨,地势东南高,西北低,由东南向西北倾斜。山区海拔高程1 450~2 149 m,黄河冲洪积平原地势平坦,海拔高程为1 060~1 090 m,坡度在1‰~2‰。根据形态特征乌海市地貌类型主要包括:低中山、低山丘陵、山间洼地、山前冲积平原、黄河冲积平原、风积沙地、波状高原7种地貌形态。
  2 主要矿山环境地质问题
  2.1 矿山开发利用现状
  根据《内蒙古自治区乌海市矿山地质环境保护与治理规划(2009~2015年)》[1]、《乌海市海勃湾矿区矿山地质环境调查报告》、《乌海市乌达矿区矿山地质环境调查报告》及“乌海市矿业权数据库”统计,目前乌海市矿山企业总数共计278家,矿山总面积226.18 km2,其中生产矿山161家,闭坑矿山117家。按矿产类型划分,能源矿山(煤矿)53家,金属矿山(铁矿、铅矿)32家,非金属矿山193家。按开采方式划分,地下开采39家,露天开采236家,地下露天联合开采3家。
  2.2 主要环境地质问题
  2.2.1 矿业开发占用和破坏土地资源[2-3]。根据《内蒙古自治区乌海市矿山地质环境保护与治理规划(2009~2015年)》,乌海市矿山用地面积为226.18 km2,因矿业开发占用破坏土地面积84.95 km2,占矿山用地面积的37.56%。
  2.2.1.1 露天开采。
  采矿场(工业场地、排土场地、采区)占用破坏土地3 829.07 hm2,其中煤矿开采占用破坏土地3 471.96 hm2,固体废弃物(包括煤矸石和非煤矿山废弃物)占用破坏土地面积311.11 hm2,其中煤矸石占地面积为101 hm2。
  2.2.1.2 井工开采。
  固体废弃物占用破坏土地25.136 hm2、地面塌陷区占用破坏土地4 980.44 hm2、工业场地占用破坏土地面积39.00 hm2。占用的土地类型主要为荒漠化天然草地。井工开采矿山占用及破坏土地面积5 044.576 hm2,露天开采矿山占用破坏土地面积3 829.07 hm2。不同矿产类型开发占用破坏土地面积为煤矿8 516.566 hm2,金属、非金属矿山357.11 hm2。
  矿业开发对土地资源的占用与破坏,特别是对地貌景观的破坏是不能完全恢复的,由于资源开发利用强度高,露天开采比井工开采占用破坏土地更加严重。占用破坏土地的资源类型以天然草地为主,表现形式主要是植被破坏,土地丧失使用价值,导致水土流失、土地沙漠化等其他环境地质问题的发生和发展。
  2.2.2 固体废弃物对环境的污染。
  矿业固体废弃物主要指露天开采剥离废石、土和煤矸石。全市各类矿山固体废弃物年产出量1 579.668×104 t,年排放量1 127.800 8×104 t,累计积存量5 639.004×104 t;以煤矿、非金属矿为主,其中煤矿固体废弃物累计积存量5 073.444×104 t,其中煤矸石年产出量600×104 t,年排放量540×104 t,煤矸石的累积存量2 700×104 t。非金属矿产固体废弃物累计积存量565.56×104 t。矿业固体废弃物产出量主要为露采剥离废石、土和煤矸石。乌海市大部分矿区的地下水相对贫乏,大多在开采标高以上,而且地表水系不发育,降水量较少,固体废弃物对环境的污染,主要表现为淋滤污染、风化扬尘与土壤污染。   2.2.3 地面塌陷。
  乌海市矿山地质灾害主要是煤矿采空区地面塌陷等。有两种表现形式:一种呈明显的地面塌陷区,由大小、规模不等的地面塌陷坑(面积20~800 m2,深度1.0~15.0 m)串珠状、长列式组成;另一种呈大面积整体沉陷(沉陷深度0.3~1.0 m),地表和周边伴生环状地裂缝(延伸长度20~1 200 m、宽度0.1~0.5 m、深度1.0~3.0 m)。根据《内蒙古自治区乌海市矿山地质环境保护与治理规划(2009~2015年)》,全市煤矿区发生地面塌陷灾害(地裂缝)点15处,其中大型2处、中型7处、小型6处,面积达4 980.44 hm2;据不完全统计,由此造成的直接经济损失达6 000万元。
  3 乌海市矿山需水量分析
  3.1 矿山复绿分区
  根据“乌海市矿山复绿水资源利用工作方案”中利用海勃湾水利枢纽及环城水系解决矿山复绿用水的思路[4-5],由北向南分别为:千里山矿区、摩尔沟矿区、骆驼山矿区、乌达矿区、老石旦矿区、公乌素矿区、雀儿沟矿区[6]。
  3.1.1 千里山矿区。
  矿区位于乌海市海勃湾区千里山工业园区,海拔标高1 261~1 452 m,平均标高1 387 m,与黄河平均直线距离18 km,平均水位高差321 m。区内共计12家矿山,矿山总面积5.268 3 km2,其中露采矿山面积2.631 5 km2,井采矿山面积2.636 8 km2。开采矿种主要为铁矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑,固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,严重影响到经济开发区周边的地貌景观。区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.2 摩尔沟矿区。
  矿区位于乌海市海勃湾区,海拔标高1 198~1 684 m,平均标高1 350 m,与黄河平均直线距离11 km,平均水位高差284 m。区内共计28家矿山,矿山总面积42.048 2 km2,其中露采矿山面积13.282 5 km2,井采矿山面积28.765 7 km2。开采矿种主要为煤矿、铁矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.3 骆驼山矿区。
  矿区位于海勃湾区及海南区,海拔标高1 275~1 482 m,平均标高1 370 m,与黄河平均直线距离13 km,平均水位高差304 m。区内共计30家矿山,矿山总面积77.379 5 km2,其中露采矿山面积69.208 6 km2,井采矿山面积8.1709 km2。开采矿种主要为煤矿、铁矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.4 乌达矿区。
  矿区位于乌海市乌达区,海拔标高1 181~1 257 m,平均标高1 220 m,与黄河平均直线距离13 km,平均水位高差154 m。区内共计12家矿山,矿山总面积29.687 3 km2,其中露采矿山面积14.824 1 km2,井采矿山面积14.863 2 km2。开采矿种主要为煤矿、铁矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.5 老石旦矿区。
  矿区位于乌海市海南区,海拔标高1 154~1 409 m,平均标高1 280 m,与黄河平均直线距离9.7 km,平均水位高差214 m。区内共计80家矿山矿区面积11.405 4 km2,其中露采矿山面积1.629 km2,井采矿山面积9.776 4 km2。开采矿种主要为煤矿、粘土矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.6 公乌素矿区。
  矿区位于乌海市海南区,海拔标高1 206~1 301 m,平均标高1 220 m,与黄河平均直线距离11.7 km,平均水位高差218 m。区内共计4家矿山,矿山总面积29.014 6 km2,其中露采矿山面积5.534 8 km2,井采矿山面积23.479 8 km2。开采矿种主要为煤矿,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.1.7 雀儿沟矿区。
  矿区位于乌海市海南区,海拔标高1 106~1 169 m,平均标高1 137 m,与黄河平均直线距离0.8 km,平均水位高差102 m。区内共计7家矿山矿区面积10.066 3 km2,其中露采矿山面积3.247 3 km2,井采矿山面积6.819 km2。开采矿种主要为煤矿、石灰石矿等,矿山地质环境问题为采坑、固体废弃物占用破坏了大面积土地资源,区内地表植被不发育,沙化严重。
  3.2 矿山复绿需水量计算
  对于乌海市荒漠草原区而言,植被生态环境需水量是保证植物正常、健康生长,同时能够抑制土地沙化、盐碱化,乃至荒漠化发展所需。根据《内蒙古自治区行业用水定额(DB-T385-2009)》,荒漠草原区多年生禾本科牧草灌溉定额为4 725 m3/hm2,速生林灌溉定额为1 800 m3/hm2。依据乌海地区气候、土壤、作物需水等情况结合考虑矿区植被生态恢复为种植树木和草地,草地用水定额较高而林地较少的实际情况,综合上述因素确定乌海市矿区生态最低需水量2 500~3 000 m3/hm2(在节约用水的条件下,生态最低需水量相对较小)。根据矿区地质环境破坏情况,露天矿山对矿山环境破坏严重、破坏面积大,井工开采矿山对环境破坏较小的特点,在计算生态恢复区域面积时,露天矿山按矿山面积的100%计算,井工矿山按矿山面积的40%计算,不考虑矿区内、外未破坏区域,各矿山复绿年需水总量如表1所示,矿山复绿年需水总量为3704.063 0×104~4 444.875 6×104 m3。
  4 结论
  乌海市主要环境地质问题是矿业开发占用和破坏土地资源、固体废弃物对环境的污染和地面塌陷三方面,通过对各矿山复绿分区需水量的计算分析可知,矿山复绿年需水总量为3 704.063 0×104~4 444.875 6×104 m3,露天开采矿山年需水总量为2 758.945×104~3 310.734×104 m3,井工开采矿山年需水总量为945.118 0×104~1 134.141 6×104 m3。
  参考文献
  [1] 刘占敏,王文东,关鹏.内蒙古自治区乌海市矿山需水分析报告[R].内蒙古自治区地质环境监测院,2013.
  [2] 内蒙古自治区乌海市矿山地质环境保护与治理规划(2009-2015年)[Z].
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  [4] 王蓉丽,方英姿,徐明.废弃矿山生态复绿技术研究进展[J].山西建筑,2011(10):200-202.
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  [6] 徐争启,倪师军,张成江,等.我国城市环境地质研究现状及注意的几个问题[J].国土资源科技管理,2006(1):100-103.
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