榆林大柳塔矿区乌兰木伦河径流量衰减的影响因素

3 2006 —2008 年 0． 39 亿 m3 ． 为 了 测 度 榆 林 大 亿m 、 3 3
2009 年 10 月， 我们一行 5 人 赴 榆 林 大 柳塔 矿 区 响， 进行了为期 10d 的调查， 通过查阅历史数据、 现场测 量、 召开座谈会、 深 度 访谈 以 及 访谈 式问 卷 记录， 获 得了大量的一手资 料． 本 文 在 确 定影响 煤 炭 开 采 区 河流径流量主要因素 的 基 础 上， 建立了煤炭开采与 河流径流量相关关 系 的 代 数 表 达 式; 应 用 有 限 分 布 滞后模型改进了多 元 回 归 模 型; 采 用 加 权 最 小 二 乘 法， 运用改进了的多 元 回 归 模 型 对 调查 资 料 和 数据 在 影响 乌兰木伦河 进行了处理与分析． 结 果 表 明， 径流量变化 的 诸 多 因素 中， 自然 因素 占 10． 5% ， 人 为因素占 89． 5% ． 在人 为 因素 中， 生产生活 用 水 占 12． 2% ， 采煤活动占 77． 3% ． 在 采 煤 活 动 中， 矿井疏 排 水 占 24． 8% ， 由煤炭开采导致的地表塌陷占 52． 5% ． 2 概念模型( Conceptual model) 河流径流量 是 一定时 段 内 ( 一 般 为 一年 ) 通 过 某一河流某一过水 断 面 的 水 量， 用 以 表 示 该 河 流水 资源的丰歉程度． 影响 河 流 径 流 量的 因素 有自然 因 素和人为因素． 设: Q 为 河 流 径 流 量; N 为 影响 河 流 径 流 量的 自然因素; H 为影响河流径流量的人为因素; 则有 Q = F ( N， H) ( 1) 影响河流径流 量的 自然 因素 包括 雨 水 补 给、 融 水补给、 地下水补给． 设: P 为大气降 水 量; M 为 冰 川 积 雪 融 水对 河 流径流 的 补 给 量; G S 为 地 下 水 对 河 流 径 流 的 补 给量; 则有 N = F1 ( P ， M， GS ) ( 2) 影响河 流 径 流 量的 人 为 因素 包括 对流 域 下 垫 面的改造 和 对流 域 水 资 源 的 使 用． 在 煤 炭 开 采 区， 流域下垫面受到的破坏是由采煤活动造成的． 设: C 为煤炭开采活动; U 为生产生活用水量; 则有 H = F2 ( C ， U) ( 3) 在煤炭开采区， 采 煤 活 动 对流 域 下 垫 面 造 成 破 坏， 分为矿井疏排水和采空塌陷两个方面． 设: G E 为矿井排水量; S 为矿区地表塌陷面积; 则有 C = F21 ( G E ， S) ( 4) 生产生活用水 包括 农林 牧 渔 用 水、 城 镇 生活 用 水、 农村生活用水和工业用水． 设: U1 为农林牧渔用水量; U2 为城镇生活用水 量; U3 为农村生活用水量; U4 为工业用水量; 则有 U = F22 ( U1 ， U2 ， U3 ， U4 ) ( 5)
The regulators ofrunoff of the Ulan Moron River in the Daliuta mine area: The effects of mine coal
ZHANG Sifeng * ， MA Ce， ZHANG Li
School of Public Policy and Administration， Xi'an Jiaotong University， Xi'an 710049 Received 26 September 2010 ; received in revised form 24 November 2010 ; accepted 3 December 2010
榆林大 柳 塔 矿 区 乌 兰 木 伦 河 径 流 量 衰减 的 影 响 因 素 分析
* 张思锋 ， 马策， 张立 西安交通大学公共政策与管理学院， 西安 710049 收稿日期: 2010-09-26 修回日期: 2010-11-24 录用日期: 2010-12-03
摘要: 矿产资源开采与水资源破坏相关性显著，因而定量分析开采的各 类 行 为 对水 资 源 的 破 坏 程 度对 干 旱 资 源 开 发 区 具有 重 要 意义． 本 研究 应用有限分布滞后模型改进了多元回归模型，进而建立了煤炭开采与河流径流量相关关系的代数表达式， 并利用其分析大 柳塔 矿 区 和乌兰木 伦河的调查资料， 进而说明煤炭开采是否是影响煤炭开采区河流径流量的主要因素． 结 果 表 明， 在 影响 乌兰木伦河 径 流 量 变 化 的 诸 多 因素 中， 自然因素占 10． 5% ， 人为因素占 89． 5% ． 在人为因素中， 生产生活用水占 12． 2% ， 采煤活动占 77． 3% ． 在采煤活动中， 矿井疏排水占 24． 8% ， 由 煤炭开采导致的地表塌陷占 52． 5% ． 关键词: 大柳塔矿区; 乌兰木伦河; 径流量; 影响因素 2468 ( 2011 ) 04-889-08 文章编号: 0253中图分类号: X522 文献标识码: A
Abstract: The resource availability of water is influenced by exploiting coal deposits，and it is also important for sustainable development in arid mining areas． In this study，to determine whether the key factor affecting the runoff is the usage in the coal mine area，we constructed an algebraic model to describe the relation between coal mining and runoff through optimizing a multiple model by applying the finite distributed lag model． We used this model to analyze the data from the Ulan Moron River in the Daliuta mine area． The results showed that the natural regulators and human regulators accounted for 10． 5% and 89． 5% respectively of the effects on runoff of the Ulan Moron River． The surface subsidence and mine water discharge account for 52． 5% and 24． 8% respectively，and the actions of mining coal are a key influence on the Ulan Moron River in the Daliuta mine area． Keywords: Daliuta mine area; Ulan Moron River; runoff; impact factor
破坏有着强相关性． 曾 庆 铭 等 ( 2009 ) 运 用 煤 炭 开 采 中导水裂隙带形成 的 原 理， 分析 了 山 东 省 煤 炭 开 采 对水资源的影响， 得 出 煤 炭 开 采 对 距 地表 河 流 较 近 的浅层地下水 破 坏 比 对 深 层 地下水 破 坏 更 加 严 重 的结论． 于云 飞 等 ( 2007 ) 通 过 对 大 柳塔 煤 矿 12404 工作面不同采高条件 下 冒 落 带、 裂隙 带 的 计 算 及 对
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陷或形 成 采 空 区， 导致地表水流漏或渗透为矿坑 水， 造成河 川 径 流 量 和 水 库 蓄 水 量 减 少． 茹 军 奇 等 ( 2006 ) 认为， 煤 矿 开 采 产生 断裂 带 及 裂隙导 水 带， 使地表水 与 地下水连 通， 地表水流 失; 尤 其发 生 暴 雨洪水时， 坡面汇 流 与 河 道 汇 流 通 过 裂 缝 滴 漏 到 矿 井， 矿井涌水量 增 加， 地下水 位 下 降， 地面 泉、 溪、 河 水流减少甚至枯干． 武 雄等 ( 2006 ) 预 测 了 河 北 省 磁 县申家庄煤矿的煤 炭 开 采引 发 的 地表 塌 陷 量、 煤层 开采引发地表水体 流 量 衰 减 量及 水 位 下 降量 等． 李 振拴( 2007 ) 把 采 煤 活 动 对水 资 源 的 破 坏 量分 为 静 储量和动储量， 其中 静 储 量 是 指 采 煤 对水 资 源 的 破 坏是永久 性 的、 不 可 恢 复 的， 动 储 量 是 指 采 煤 对水 资源的破坏是是暂时性的、 可恢复的． 在众多文献中， 作 者 检 索 到少 量 准确 度 量 河 流 Cox 等 径流量与其影响因素相 关 性 的研究． Gedney、 ( 2006 ) 把 气 候、 树 木 砍伐、 太 阳 能、 植物的蒸腾作 用、 大气温室 效 应 等 作 为自变 量， 把河流径流量作 为因变量， 以南 美、 北 美、 非 洲、 欧 洲、 亚 洲 的 河 流在 不同时期的平均径 流 量 作 为 研究 对 象， 运用机械学 陆地表面模 型 和最 优 识 别 统 计技术 分析 自变 量与 因变量的相关度， 认 为 大气 温室 效 应是 影响 全 球 河 Carlos 等 ( 1989 ) 运 流径流量的 最 主要 因素． Jeffrey， 用交叉谱 方 法 分析 了 亚 马 逊 河 流 量 变 化 与南方 厄 尔尼诺现象的相关关 系， 结 论 是 亚 马 逊 河 径 流 量的 振 荡 主 要 是 由 热 带 太 平 洋 大 气 循 环 引 起 的． Lawrence 等( 1989 ) 运 用 协 方 差 分析方 法， Davinder、 处理了 1953 —1984 年 加 拿 大北 部 数 个 海 域的气 候 数据， 发现海冰异常与地表 温 度 之 间 具有 95% 的 显 著负相关， 与入海河流径流 量 之 间 具有 95% 的 显 著 正相关． 但 是这些 研究， 基本 上 是 分析 自然 因素对 河流径流量影响的程 度， 还 没 有发 现 煤 炭 开 采 等 人 为因素对河流径流量影响度准确度量的研究． 大柳塔煤矿位 于榆 林 神 府 煤 田， 属干旱半干旱 大陆季风 气 候， 干 旱 少 雨 多 风 沙． 乌兰木伦河 穿 越 神府 煤 田 ， 流 经 大 柳塔 矿 区． 1987 年大 柳塔 煤 矿 建 1991—2008 年， 矿， 矿 区 地下水水 位 均 值 由 － 2． 71m 下降至 － 6． 52m． 1986 年 前， 乌兰木伦河 径 流 量的 5 1986 —2008 年径 流 量 平 年均值稳定在 2． 26 亿 m ， 均每 年 衰 减 6． 85% ; 年 径 流 量 5 年 均 值 分 别 为 1986 —1990 年 1． 67 亿 m 、 1991 —1995 年 1． 53 亿 m3 、 1996 —2000 年 0． 94 亿 m3 、 2000 —2005 年 0． 54
基金项目: 国家自然科学基金( No． D0110-40771083 )
Supported by the National Natural Science Foundation of China( No． D0110-40771083 ) Email: zhangf． xjtu@ 163． com; * 通讯作者( 责任作者) ， Email: zhangf． xjtu@ 163． com 作者简介: 张思锋( 1952 —) ， 男， Biography: ZHANG Sifeng( 1952 —) ， male， Email: zhangf． xjtu@ 163． com; * Corresponding author， Email: zhangf． xjtu@ 163． com
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引言( Introduction) 国内学者的诸 多 研究 表 明， 煤炭开采与水资源
老顶破断岩块形成结构 的 力 学 分析， 认 为 在地表 河 流下方或附近开采 煤 炭， 比 其 它 方 位形 成 更 大的 矿 井涌水 量， 表明地表河水由于煤炭开采而大量渗 漏． 王波雷等 ( 2008 ) 引 入 基 尼 系 数 原 理， 分析 了 乌 兰木伦河多年的年径 流 量 变 化， 认 为 大 规模 煤 炭 开 采、 工农业迅速发展和 城 镇 化 过程 加 速 了 乌兰木伦 河年径流量的衰减趋势． 关于煤 炭 开 采 导致 地面 河 流 径 流 量 减 少 的 机 理， 白丽等( 2004 ) 的研究 表 明， 煤 矿 开 采 使 地面 沉
第 31 卷第 4 期 2011 年 4 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 31 ， No． 4 Apr． ， 2011
J］ ． 环境科学学报， 31 ( 4 ) : 889-896 张思锋， 马策， 张立． 2011． 榆林大柳塔矿区乌兰木伦河径流量衰减的影响因素分析［ Ma C， Zhang L． 2011． The regulators ofrunoff of the Ulan Moron River in the Daliuta mine area: The effects of mine coal［J］． Acta Scientiae Zhang S F， Circumstantiae， 31 ( 4 ) : 889-896
2007通过对大柳塔煤矿12404工作面不同采高条件下冒落带裂隙带的计算及对老顶破断岩块形成结构的力学分析认为在地表河流下方或附近开采煤炭比其它方位形成更大的矿井涌水量表明地表河水由于煤炭开采而大量渗2008引入基尼系数原理分析了乌兰木伦河多年的年径流量变化认为大规模煤炭开采工农业迅速发展和城镇化过程加速了乌兰木伦河年径流量的衰减趋势