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

1、隨著近些年我國煤炭資源的大規(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)嚴重威脅到了煤炭開采地區(qū)經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文以陜北地區(qū)窟野河流域為例,采用多種方法定量識別了煤炭開采等各種因素對河道徑流的影響,提出并應(yīng)用基流比例法計算了河道的生態(tài)基礎(chǔ)流量,分析了其盈虧狀況。本研究的開展,對深入研究我國西北地區(qū)煤炭開采對水資源的影響與水環(huán)境保護等具有重要的理論意義和應(yīng)用價值,同時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)計學方法定量識別了主要因素對河道徑流的影響程度。首先通過滑動平均法、距平累積法、Mann-kendall檢驗法和滑動t檢驗法等的對比分析,將窟野河徑流的時間序列劃分為1961~1979年、1980~1998年、1999~2010年等3個時期。利用逐步回歸法分析計算了各個時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年相對于基準期(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時期的綜合影響因素及貢獻率,其中1980~2010年間的5個因素可綜合為2個主成分,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,對徑流的貢獻率達到了65.4

4、2％;第二主成分則主要反映的是降水量,貢獻率為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算,重點分析了煤炭開采對流域內(nèi)水資源的影響機理及破壞程度。由計算結(jié)果可知:陜北地區(qū)水資源可利用量很少,只有16.00×108 m3,其中窟野河流域為0.95×108 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)計資料計算可知,到2011年為止流域內(nèi)煤炭開采造成的地下水靜儲量破壞約為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期實測流量的比值,計算得出窟野河流域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期的氣象、土地利用數(shù)據(jù),計算了該時期相對與基準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測流量的差值,再減去該時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年相對于基準期,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?？咭昂恿饔蚧鶞势诤拓S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)用基流比例法計算了窟野河的生態(tài)基流量,通過與其它方法計算結(jié)果的對比,給出了生態(tài)基流的推薦值,并進行了盈虧分析;分析了煤炭開采等因素對河道生態(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、改進濕周法,以及自凈需水量法等計算結(jié)果的對比分析,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,并進一步計算了各斷面年內(nèi)不同時期的生態(tài)基流。盈虧分析