煤炭開采地區(qū)河道徑流變化與生態(tài)基流研究——以陜北窟野河流域?yàn)槔?pdf

1、隨著近些年我國(guó)煤炭資源的大規(guī)模開發(fā),在北方干旱半干旱資源富集區(qū)生態(tài)環(huán)境日趨惡化,河道徑流大幅減少,這已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了煤炭開采地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文以陜北地區(qū)窟野河流域?yàn)槔?采用多種方法定量識(shí)別了煤炭開采等各種因素對(duì)河道徑流的影響,提出并應(yīng)用基流比例法計(jì)算了河道的生態(tài)基礎(chǔ)流量,分析了其盈虧狀況。本研究的開展,對(duì)深入研究我國(guó)西北地區(qū)煤炭開采對(duì)水資源的影響與水環(huán)境保護(hù)等具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)其研究成果可供其它類似地

2、區(qū)和流域借鑒。本文的主要研究成果如下:
　　1)在分析窟野河徑流多年變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,采用多種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量識(shí)別了主要因素對(duì)河道徑流的影響程度。首先通過滑動(dòng)平均法、距平累積法、Mann-kendall檢驗(yàn)法和滑動(dòng)t檢驗(yàn)法等的對(duì)比分析,將窟野河徑流的時(shí)間序列劃分為1961~1979年、1980~1998年、1999~2010年等3個(gè)時(shí)期。利用逐步回歸法分析計(jì)算了各個(gè)時(shí)期窟野河徑流的主要影響因素及相應(yīng)的減水量,結(jié)果表明:1961~20

3、10年間主要影響因素是降雨量、氣溫、水保措施和煤炭開采,1980~1998年和1999~2010年相對(duì)于基準(zhǔn)期(1961~1979年),由煤炭開采造成的減水量分別是0.03×108 m3和1.03×108 m3。接著又采用主成分分析法(PCA)分析了窟野河徑流各個(gè)時(shí)期的綜合影響因素及貢獻(xiàn)率,其中1980~2010年間的5個(gè)因素可綜合為2個(gè)主成分,第一主成分主要反映了氣溫、用水量、水保措施、煤炭開采等影響因素,對(duì)徑流的貢獻(xiàn)率達(dá)到了65.4

4、2％;第二主成分則主要反映的是降水量,貢獻(xiàn)率為20.73%。
　　2)通過陜北地區(qū)及窟野河流域的水資源可利用量計(jì)算,重點(diǎn)分析了煤炭開采對(duì)流域內(nèi)水資源的影響機(jī)理及破壞程度。由計(jì)算結(jié)果可知:陜北地區(qū)水資源可利用量很少,只有16.00×108 m3,其中窟野河流域?yàn)?.95×108 m3,可利用率只有15%?？咭昂恿饔蛴捎陂_采的煤層埋藏淺,基巖薄,煤田持續(xù)開發(fā)造成的導(dǎo)水裂隙帶破壞了上方的隔水層和薩拉烏蘇含水層,致使含水層地下水位大幅下降

5、,部分地表水滲漏至礦井采空區(qū),礦井涌水又污染了地表水體,使得流域內(nèi)水資源及其可利用量隨之減少。通過窟野河流域各煤礦的統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算可知,到2011年為止流域內(nèi)煤炭開采造成的地下水靜儲(chǔ)量破壞約為1.38×108m3,采空區(qū)形成了2.72×108 m3的積水,2011年各煤礦的排水量也達(dá)到了0.62×108 m3。以禿尾河流域作為參證流域,采用面積比例法及二者基準(zhǔn)期實(shí)測(cè)流量的比值,計(jì)算得出窟野河流域1980~1998年間煤炭開采造成的減水量約

6、為0.44×108 m3,1999~2010年間約為2.13×108 m3。
　　3)以分布式水文模型(SWAT)為工具,定量識(shí)別了不同階段窟野河徑流變化的主要影響因素,并分析了流域內(nèi)不同時(shí)期徑流等的空間分布規(guī)律。通過在 SWAT模型中輸入窟野河流域不同時(shí)期的氣象、土地利用數(shù)據(jù),計(jì)算了該時(shí)期相對(duì)與基準(zhǔn)期由氣候因素和水保措施造成的減水量;之后模型模擬值與實(shí)測(cè)流量的差值,再減去該時(shí)期增加的用水量即為煤炭開采造成的減水量。結(jié)果表明:19

7、80~1998年和1999~2010年相對(duì)于基準(zhǔn)期,窟野河流域由煤炭開采造成的減水量分別是0.08×108 m3和1.79×108 m3?？咭昂恿饔蚧鶞?zhǔn)期和豐水年(1973)的降水量、蒸散發(fā)量及徑流深的最大值基本都分布在神木以下地區(qū),最小值則在流域的西北角伊金霍洛旗一帶;1980~1998年、1999~2010年以及各典型年,窟野河流域的降水量、蒸散發(fā)量和徑流深的分布規(guī)律與基準(zhǔn)期基本相同,下游最大,中游次之,上游最小。
　　4)提

8、出并應(yīng)用基流比例法計(jì)算了窟野河的生態(tài)基流量,通過與其它方法計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,給出了生態(tài)基流的推薦值,并進(jìn)行了盈虧分析;分析了煤炭開采等因素對(duì)河道生態(tài)基流的影響。根據(jù)基流比例法、Tennat法、最小月平均流量法、生態(tài)流速法、改進(jìn)濕周法,以及自凈需水量法等計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析,確定窟野河干流王道恒塔、神木、溫家川的生態(tài)基流推薦值分別為1.30 m3/s、3.00 m3/s、3.50 m3/s,并進(jìn)一步計(jì)算了各斷面年內(nèi)不同時(shí)期的生態(tài)基流。盈虧分析