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user: 3. 应用实例 3.1. 研究区基本情况 宁夏回族自治区(简称宁夏)位于黄河上游地区，南北相距约456 km，东西相距约250 km，总面积为6.6万km 2 。宁夏矿产资源以煤炭为主，煤炭探明储量300多亿t，预测储量2020多亿t。全区含煤地层分布面积1.7万km 2 ，占宁夏总面积的25%。全区22个县(区)中，除银川市的永宁县、固原市的隆德县、泾源县、西吉县和吴忠市利通区5县(区)以外，其余17个县(区)均分布有煤炭资源。同时，宁夏是我国水资源量最少的省区，大气降水、地表水和地下水都十分贫乏。且水资源特点为空间分布不均，时间变化大。过境水资源有黄河干流地表水，其中宁夏多年平均耗水量指标为40亿m 3 。中部干旱高原丘陵区最为缺水，不仅地表水量小，且水质含盐量高，多属苦水。南部半干旱半湿润山区，主要河流有清水河、苦水河、葫芦河、泾河和祖厉河等。 3.2. 矿井水可利用量估算 宁夏矿井水可利用量由各地市矿井水可利用量加和得出，各地市矿井水可利用量由煤炭基地(或矿区)和其他煤矿矿井水可利用量加和得出。煤炭基地(或矿区)矿井水可利用量由单个煤矿矿井水可利用量加和得出，单个煤矿矿井水可利用量由矿井水资源量和可利用量关系公式计算得出，单个煤矿矿井水资源量通过实测资料获取。 1) 单个煤矿矿井水可利用量估算 单个煤矿以宁东煤炭基地灵新煤矿为例。经调查，宁东煤炭基地灵新煤矿现状煤炭产量为376万t/a，矿井涌水量(即矿井水资源量)为351万m 3 /a，煤矿自身用水量为33万m 3 /a，处理损失量为16万m 3 /a，则矿井水可利用量为：351 − 33 – 16 = 302万m 3 /a 2) 宁东基地矿井水可利用量估算 收集宁东煤炭基地12个煤矿的煤炭产量和矿井涌水量等现状资料，经调查，宁东基地12个煤矿煤炭产量为6017万 t/a，矿井水资源量为2979万m 3 /a，自用水量为778万m 3 /a，处理损失量为110万m 3 /a，则该12个煤矿矿井水可利用量为：2979 – 778 – 110 = 2091万m 3 /a。 3) 地市矿井水资源量和可利用量估算 a) 矿井水资源量和可利用量计算思路 以银川市为例，计算其矿井水资源量。实地调查表明，银川市煤矿主要集中在宁东煤炭基地，但宁东煤炭基地的煤矿从数量和煤炭产量上均不能全部覆盖银川市。在宁东煤炭基地矿井水资源量和可利用量计算的基础上，采用富水系数法估算银川市其他煤矿的矿井水资源量，结合银川市其他煤矿矿井水资源量和可利用量估算结果，计算出宁东煤炭基地矿井水资源量和可利用量。 b) 矿井水资源量和可利用量估算过程 根据《银川市统计年鉴》(2015年) [ 7 ] ，银川市煤炭产量为6131.3万t，根据调查，宁东煤炭基地煤炭产量为6017万t，占银川市煤炭总产量6131.3万t/a的98.14%。则银川市其他煤矿煤炭产量为114.3万t。 根据收集的宁东煤炭基地的煤矿煤炭产量和矿井水资源量，计算出宁东煤炭基地富水系数，并近似为估算其他煤矿矿井水资源量的富水系数。其中宁东煤炭基地的富水系数为：2979 ÷ 6017 = 0.4951 m 3 /t。 根据宁东煤炭基地已调查煤矿的富水系数0.4951，结合银川市其他煤矿煤炭产量114.3万t，计算出银川市其他煤矿矿井水资源量为：114.3 × 0.4951 = 57万m 3 /a。 根据宁东煤炭基地12个煤矿自用水量和处理损失量的计算结果。估算银川市其他煤矿自用水量为26万m 3 /a，处理损失量为2万m 3 /a。则银川市其他煤炭矿井水资源可利用量为：57 – 26 – 2 = 29万m 3 /a。 根据已估算出的宁东煤炭基地12个煤矿矿井水资源量和可利用量，计算出银川市煤炭基地矿井水资源量和可利用量分别为：2979 + 57 = 3036万m 3 /a和2091 + 29 = 2120万m 3 /a。 4) 宁夏矿井水资源量和可利用量估算 宁夏由银川、吴忠、石嘴山和固原等地市组成，通过对各地市矿井水资源量和可利用量估算结果进行加和，得出宁夏矿井水资源量和可利用量(详见表1)分别为：3036 + 503 + 660 + 171 = 4370万m 3 /a和2120 + 306 + 439 + 89 = 2954万m 3 /a。 Table 1 Mine water resources and available water resources in Ningxi 自治区或地市 基地 煤炭产量(万t/a) 矿井水资源量(万m 3 /a) 处理损失量(万m 3 /a) 自用水量(万m 3 /a) 矿井水可利用量(万m 3 /a) 银川市 宁东基地 6017 2979 110 778 2091 其他 114.3 57 2 26 29 小计 6131.3 3036 112 804 2120 吴忠市 宁东基地 330 68 3 8 57 其他 751.7 435 13 173 249 小计 1081.7 503 16 181 306 石嘴山市 贺兰山煤田 292 351 11 138 202 其他 257.2 309 13 59 237 小计 549.2 660 24 197 439 固原市 宁南煤田 453 144 4 57 83 其他 91.4 27 0 21 6 小计 544.4 171 4 78 89 宁夏 8306.6 4370 156 1260 2954 表1. 宁夏矿井水资源量和可利用量估算表 3.3. 结果分析 3.3.1. 估算误差分析 经分析，宁夏矿井水资源量和可利用量估算误差可能存在如下方面： 1) 估算方法产生的误差。由于煤矿开采过程中，矿井水资源量是一个动态变化的量，其与煤炭产(开采)量的关系(即富水系数)随着开采过程而变化。因此利用富水系数方法估算的矿井水资源量与实际值存在一定的误差。 2) 实际调查煤矿数量与区域煤矿总数量的差异。根据宁夏和各地市统计年鉴，可以得到宁夏和各地市煤炭产量，但是受各种因素的影响，各地市实际煤矿数量很难准确获取或者统计不完全。此外，受实际情况的影响，能够开展具体调查工作的煤矿数量与各地市实际煤矿数量存在一定的差异。因此，实际调查煤矿数量与区域煤矿总数量的差异必然导致矿井水资源量估算存在一定的误差。 3) 其他因素带来的误差。根据实际调查，用水计量误差、矿井涌水量的稳定性、同一地区不同煤矿富水系数差异等致使矿井水资源量和可利用量估算结果存在一定的误差。 3.3.2. 估算结果合理性分析 1) 矿井水资源量与煤炭产量对比分析 据估算，宁夏矿井水资源总量为4370万m 3 /a，其中银川市矿井水资源总量为3036万m 3 /a，占69.5%；吴忠市矿井水资源总量为503万m 3 /a，占11.5%；石嘴山市矿井水资源总量为660万m 3 /a，占15.1%；固原市矿井水资源总量为171万m 3 /a，占3.9%。从宁夏及各地市煤炭产量看，宁夏煤炭产量为8306.6万t/a，其中银川市煤炭产量为6131.3万t/a，占73.8%；吴忠市煤炭产量为1081.7万t/a，占13.0%；石嘴山市煤炭产量为549.2万t/a，占6.6%；固原市煤炭产量为544.4万t/a，占6.6%。通过各地市矿井水资源量和煤炭产量与宁夏的占比可以看出，各地市矿井水资源量和煤炭产量占比情况总体一致；银川市矿井水资源量和煤炭产量占比在70%左右，为各地市最高；吴忠、石嘴山和固原等地市占明显较小；详见图1。从宁夏和各地市矿井水资源量和煤炭产量的散点图可以看出，二者相关系数R 2 = 0.9877，表明二者具有很强的相关性，详见图2。在各地市煤炭埋藏水文地质条件差别不大的情况下，各地市矿井水资源量与煤炭产量占比情况的一致性和相关性表明估算结果是合理的。 2) 矿井水可利用量与矿井水资源量对比分析 据估算，宁夏矿井水可利用量为2954万m 3 /a，其中银川市矿井水资源总量为2120万m 3 /a，占71.8%；吴忠市矿井水资源总量为306万m 3 /a，占10.1%；石嘴山市矿井水资源总量为439万m 3 /a，占14.9%；固原市矿井水资源总量为89万m 3 /a，占3.0%。通过各地市矿井水可利用量和矿井水资源量与宁夏的占比可以看出，各地市矿井水可利用量和矿井水资源量占比情况总体一致；银川市矿井水可利用量和矿井水资源量占比在70%左右，为各地市最高；吴忠、石嘴山和固原等地市占比明显较小，其占比情况与各地市矿井水资源量和煤炭产量与宁夏占比情况基本一致，详见图1。从宁夏和各地市矿井水可利用量和矿井水资源量的散点图可以看出，二者相关系数R 2 = 0.9994，表明二者具有很强的相关性，详见图3。根据宁夏煤炭开采和矿井水利用现状，其矿井水可利用量和矿井水资源量估算结果具有一定的合理性。 3) 富水系数与处理损失率对比分析 根据宁夏和各地市煤炭产量和矿井水资源量，计算出各地市(含基地或矿区)煤矿富水系数；根据矿井水资源量和处理损失量，分析其处理损失率，见表2。经分析，宁夏和各地市煤矿富水系数为0.2061~1.2021，富水系数最小值出现在吴忠市宁东基地，最大值出现在石嘴山市贺兰山煤田。宁夏富水系数为0.5261，与银川市富水系数接近0.4952，主要是因为银川市煤炭产量和矿井水资源量与宁夏的占比高。矿井水资源处理损失率结果表明，宁夏和各地市矿井水资源处理损失率为0~0.441，宁夏矿井水资源处理损失率为0.0357，与银川市、吴忠市和石嘴山市等各地市矿井水资源处理损失率接近，这表明宁夏和各地市矿井水处理方式差别不大。 图1. 宁夏及各地市煤炭产量、矿井水资源量和可利用量占比图 图2. 宁夏及各地市煤炭产量和矿井水资源量散点图 图3. 宁夏及各地市矿井水资源量和可利用量散点图 Table 2 Results of mine water content coefficient and water loss rati 自治区或地市 基地 煤炭产量(万t/a) 矿井水资源量(万m 3 /a) 处理损失量(万m 3 /a) 富水系数 处理损失率 银川市 宁东基地 6017 2979 110 0.4951 0.0369 其他 114.3 57 2 0.4987 0.0351 小计 6131.3 3036 112 0.4952 0.0369 吴忠市 宁东基地 330 68 3 0.2061 0.0441 其他 751.7 435 13 0.5787 0.0299 小计 1081.7 503 16 0.4650 0.0318 石嘴山市 贺兰山煤田 292 351 11 1.2021 0.0313 其他 257.2 309 13 1.2014 0.0421 小计 549.2 660 24 1.2017 0.0364 固原市 宁南煤田 453 144 4 0.3179 0.0278 其他 91.4 27 0 0.2954 0 小计 544.4 171 4 0.3141 0.0234 宁夏 8306.6 4370 156 0.5261 0.0357 表2. 宁夏及各地市煤矿富水系数和处理损失率计算结果表 4) 估算值与实际值对比分析 基地层面，宁东基地矿井水可利用量为2091万m 3 /a，由于宁东基地12个煤矿的矿井水有关数据均通过实地调查得出，因此，估算结果与实际值一致。地市层面，银川市和吴忠市的宁东基地矿井水数据、石嘴山市贺兰山煤田和固原市宁南煤田的矿井水数据由实地调查得出，其他煤矿矿井水数据结合当地煤炭产量统计数据和富水系数推算。经分析，在区域水文地质条件相同的情况下，富水系数较为接近，因此，估算出的各地市矿井水资源量、矿井水可利用量与实际值差别不大。省区层面，宁夏矿井水资源量4370万m 3 /a、矿井水可利用量2954万m 3 /a由各地市加和得出，不考虑误差累积影响的情况下，其估算值较为合理。综上，基地、地市和省区层面估算结果均具有一定的合理性。