地下水与煤炭作为两种自然资源，赋存于共同的地下介质，煤炭开采不但改变地下水流场，影响地表水，浅中层孔隙裂隙水与深层岩溶水以及岩溶大泉的相互关系，而随着煤炭开采强度及深度的加大，地下水环境受到了严重威胁，其引发的一系列新的生态环境问题亟待解决。作为我国煤炭资源集中开发的基地之一，也是中国北方岩溶集中发育的区域，太原西山岩溶含水系统自身赋存介质具有高度非均质性，采煤活动排出大量矿坑水致使地下水系统受到严重干扰，使岩溶水的储存、径流与排泄规律变得更为复杂，煤水关系成为研究的难点。目前的研究多从煤矿安全生产的角度分析地下水在采煤过程中的作用，围绕采煤活动对地下水系统的影响分析较少，着眼于此的研究又以定性评述居多，而定量评价受研究尺度限制，难以反映整个区域地下水系统内煤矿开采与地下水变化的关系，同时，随着采煤深度的加大，区域地下水垂向循环深度大大加深，采用二维流来研究地下水流动系统的方法，对真实条件的反映难免失真。

地质与地球物理研究所乔小娟博士与导师李国敏研究员等在国家自然科学基金资助下，将三维水动力场数值模型与地下水化学信息融合分析，从水量和水质的角度全方位的定量研究煤炭开采对岩溶区地下水系统的影响。通过构建区域水文地质概念模型和三维地下水流动数值模型（图1），定量分析与预测不同煤炭开采强度和开采深度的情形下，区域地下水流场的分布与水位波动（图2）。同时，通过区域上水文地球化学信息的系统分析，揭示煤炭开采区复杂岩溶地下水的补给来源、径流途径、排泄方式、水-岩作用规律等（图3）。

图1：模型垂向剖分图

图2：不同开采强度下的水流场分布对比图

图3：岩溶水采样点水化学分析三线图

本研究将三维地下水流动数值模型和水文地球化学信息结合成功应用于太原西山煤矿开采区岩溶水系统的研究，具有示范性意义。对于从水资源量协调与水环境保护的角度理解煤系地层在不同开采方式，开采深度及强度下对岩溶水系统的扰动，认识复杂的煤水关系具有理论指导意义，可为煤炭资源合理开发与岩溶区地下水有效利用与保护提供科学依据。

该研究成果近期发表在国际知名的环境学期刊Environmental Earth Sciences上（Qiao et al. Influence of coal mining on regional karst groundwater system: a case study in West Mountain area of Taiyuan City, northern China. Environmental Earth Sciences. 2011, 64(6): 1525-1535)

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