赵恩辉

摘 要：在古冶区在开滦范各庄矿东北侧有一采煤塌陷坑，为减少采煤塌陷坑的危害，解决古冶区水资源紧张的现状，拟对此塌陷区进行综合治理，将规划范围内水面连通，建立南范平原水库，集蓄沙河雨洪水和河道径流资源，为古冶区工业企业关停自备井提供替代水源。

关键词：采煤塌陷区；水库建设；防渗；关停自备井

中图分类号：TD82 文献标识码：A

1.概况

古冶区隶属于河北省唐山市，是唐山市煤炭的主要产区，区内煤矿较多，有开滦集团所属的赵各庄矿、广信公司、林西矿、范各庄矿、吕家坨矿五大煤矿及其他小型煤矿；同时又是唐山市三大地下水严重超采区之一，属严重缺水地区。古冶区无外调水源，地表水资源开发利用程度很低，全区基本没有地表水资源供水工程，地下水是古冶区工业及生活用水的主要水源。

由于古冶区地下水长期处于严重超采状态，由此引发了诸多如地面沉降、地面裂缝、水环境污染等环境地质灾害及生态环境破坏问题，水资源问题已成为制约古冶区经济社会发展的重要瓶颈。古冶区针对区内水资源先天不足及地下水长期严重超采的严峻形势，制定了自备井关停整治方案，并确定了企业关闭自备井后的生产替代水源：煤矿矿井水、污水处理厂中水、沙河及石榴河河道径流等。

在开滦范各庄矿东北侧有一采煤塌陷坑，即范矿北大坑，目前主要存蓄范各庄矿的矿井疏干水。通过实地勘察，该采煤塌陷坑紧邻沙河左岸，塌陷区由东西两侧3个大坑及周围鱼池组成，现状水面面积1250亩。塌陷区形成于1966年5月，沙河东南5、7、8、9、12煤层，除正处于沙河之上的2298高水位异常区未采外，其余区域均已回采完毕，回采时间为1965年～1983年，各采空区为自然垮落。

2.综合治理方案

采煤塌陷区不仅造成了当地建设及农业用地的紧张，突出了人地矛盾，还可能引发相应的生态问题，如环境污染、水土流失、土壤盐碱化等，严重制约着当地经济、社会及环境的可持续发展。

2.1 治理方案

为缓解水资源短缺的现状，拟对此塌陷区进行综合治理，将规划范围内水面连通，建立南范平原水库，可集蓄沙河雨洪水和河道径流资源；并设置净水厂、液压坝、引水及退水涵洞等附属设施。水库建成后水面面积可达1900多亩，通过对其进行蓄水改造，大大提高了土地资源利用率，缓解了环境压力，并可为古冶区工业企业关停自备井提供替代水源。

2.2 必要性和可行性

①南范水库建设是贯彻落实当前古冶区自备井关停整治方案，解决古冶区工业用水替代水源、缓解水资源短缺的一种有效途径；是全面提高古冶区水资源和水环境的承载能力，完善水资源保障体系保证供水安全的迫切需要。

②沙河流域至今尚没有大规模的水资源开发利用工程，由于河道径流丰枯差异悬殊，直接从河道取水利用比较困难。而南范平原水库库址区位于采煤塌陷坑，且紧邻沙河，具有改造为平原水库得天独厚的优越条件；水库建设范围内已有国土资源行政主管部门的用地批复文件，不涉及征占地条件约束及拆迁补偿问题；工程量和投资相对较小。水库选址合理，建库条件优越。

③南范水库建成后，通过充分拦蓄沙河雨洪水和河道径流资源，蓄丰补枯，同时范各庄矿增产后富余水量仍引入到南范水库，一般年份供水能力可达700万m3。水库蓄水可作为荣义炼焦和南部工业区部分企业的生产替代水源，及国义特钢的补充水源。

④南范水库系向相关工业企业直接供水，其供水效益将会十分显著，而且还能产生明显的社会效益和环境效益。

因此，南范水库工程建设是非常必要的，也是可行的。

2.3 建设内容

南范平原水库库址区位于开滦范各庄矿东北侧采煤塌陷坑即范矿北大坑，目前主要存蓄范各庄矿的矿井疏干水，水库建成后水面面积可达1900多亩。南范平原水库建设内容主要包括：

根据塌陷区地形、开滦已征地范围线等条件，在塌陷坑原址四周布置水库大堤，并使水库大堤外坡肩尽量靠近开滦已征地范围线；大堤为碾压式均质土坝，采用库区土料筑坝；大堤堤顶为沥青路面，两侧设绿化带；在背水坡坡脚外2m处设置6m宽浆砌石排水沟，防止水库蓄水后引起周围地下水位升高等一系列生态问题。

在库址区进行扩挖，至设计库底高程，并对库底及迎水坡进行防渗处理。

在沙河范各庄公路桥上游侧约800m处修建一座液压坝，以雍高水位，增加库容；在沙河凹岸设置入库涵洞，引沙河水入库，并设置进水闸以调节水量；为防止平原水库大堤失事对周围城镇、居民点及工矿企业造成巨大损失，在水库西北侧设置泄水涵洞，并设置退水闸。

考虑受水对象的位置，在水库大堤西侧合适位置设置净水厂，为企业供水提供便利，保证企业用水水质要求。

2.4 水库设计

（1）水库大堤

水库大堤填筑土料采取合理选择土料、就地取土、经济合理、方便施工的原则。工程项目区土质表层大多为沙土，采用库区土料筑坝，复合土工膜进行防渗处理。填筑指标以相对密度为设计控制指标，参照《堤防工程设计规范》及《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-1997），本工程相对密度不应低于0.80。大堤全长5392m，就每个坝段而言，坝轴线尽量采用直线，转弯处中心线转弯半径为100m，与直线段相切连接。

为了保证在技术可行的前提下，使容积最大化，库底高程确定时尽量考虑加大下挖深度；根据地质报告显示，在高程18m～22m处有一个厚约1.4m～4m的连续黏土层，仅南侧局部为无黏土层，本工程考虑利用此连续防渗层，库底开挖时尽量不破坏黏土层结构；为节约用地、保证水质、减少水库水量蒸发、降低工程建设投资，小（1）型水库水深不宜小于5m，本项目水库水深7m，符合规范要求。根据以上原因分析，最终确定水库库底高程为20.0m。

水库大堤堤顶宽8m，其中沥青路面宽6m，两侧各设1m宽的绿化带。大堤背水侧为1∶3的草皮护坡，坡脚外侧2m处设置6m宽排水沟。大堤迎水侧使用复合土工膜进行防渗处理，边坡为1∶3，高程27.5m以下为0.4m厚的干砌石护坡，设0.1m厚的碎石垫层，27.5m以上为连锁式生态护坡，并填0.4m厚的种植土。

考虑堤顶地面径流的集中排放问题，在外坡肩处设置小集水沟，长度与大堤相同，沿大堤外侧布置，在背水坡每隔100m设置一处集水井，由排水暗管排入排水沟内，并在排水沟设置5m长的浆砌石护砌，以保护排水沟不被水流冲刷破坏。

（2）库区防渗

古冶区作为唐山市地下水漏斗区之一，地下水埋深一般在地表30m左右，而南范采煤塌陷区水位埋深较浅，究其原因，一是因为其临近沙河，可由沙河径流补充；二是范各庄矿常年向此地排放疏干水。而在水库建成后切断了疏干水补充地下水的渠道，地下水仅靠沙河径流补充，枯水期水位将处于较低水平。根据本段沙河河底高程（约24.0m）、库底渗漏区与沙河的距离（约1000m），考虑一定的水力坡降及水库死水位（20.5m），经复核土工膜采用1m的压盖厚度合理可行。为保证土工膜稳定，防止土工膜拱起或撕裂，土工膜压盖厚度取为1m。另外，为防止运行期土工膜不被破坏，水库周围地下水位不应高出水库内水位1m。

库区防渗时考虑利用现有的黏土层天然防渗体，仅对局部无黏土层进行防渗处理，使之与周围黏土层形成一个整体，达到良好的防渗效果。为此，将库址区划分为两个大区，即Ⅰ区（黏性土层区）、Ⅱ区（非黏性土层区）。对库区防渗进行分区处理，并以库区中部为横轴，每100m划分一个横断作为纵轴，对每个横断面进行详细的防渗处理。防渗仍采用复合土工膜，并使其深入黏性土层1m，并在末端设置固定措施，以保证土工膜不被过大的压力差拽出。

另外，为保证防渗层的连续性，围坝坡脚处及无黏性土层（渗漏区）边缘处必须与现有黏土层可靠连接。当黏性土层低于设计库底高程时，需再向下开挖至黏性土层，再进行防渗处理。

结论

通过对南范采煤塌陷区的综合治理，既解决了对采煤塌陷区的合理利用、环境治理及综合开发等问题，又为周边工矿企业提供了用水水源，为古冶区关停自备井整治提供了实施保障，具有一定的抗风险能力，在经济上是切实可行的；水库建设方案及主要施工方法在技术也是可行的，建议抓紧前期的准备工作，使工程尽快上马，发挥出应有的经济和社会效益。

参考文献

[1] GB 50286-2013，堤防工程设计规范[S].

[2] SL189，小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范[S].

[3] GB 50290-2014，土工合成材料应用技术规范[S].

[4] DB 37/1342-2009，平原水库工程设计[S].