我国地下水监测起步于20世纪50年代，经历了50～60年代的起步阶段、70～80年代的快速发展、90年代到新世纪初期的探索与徘徊阶段和最近10 a来的全面提升阶段[1]。但长期以来，地下水监测主要局限于重要水源地及其周边地区，并未覆盖到全部国土范围，对于人类工程活动对地下水影响强烈的煤矿区，地下水监测多集中于煤田勘探阶段，即煤炭地质勘探报告要求对主要含水层不少于1个水文年的监测，也就是以满足勘探报告审批而进行的，勘探报告审批后，水文地质监测井也基本完成了历史使命。根据不同需求，一些煤矿保留有部分地下水监测孔，也研发了煤矿地下水监测的技术和方法[2],但针对煤矿区采煤活动全生命周期、覆盖煤矿区地下水流场的完善的地下水监测网，至今鲜有系统报道。笔者长期致力于煤矿区高强度开采对含水层水位扰动强度的调查和研究，近30 a来，持续关注榆神府矿区萨拉乌苏组、烧变岩潜水水位变化动态，结果表明煤炭开采对潜水的扰动非常明显[3-5]，部分区域潜水水位下降严重，甚至疏干含水层，井泉、河流干涸，生态环境变异，影响矿区植被发育和生态文明建设[6-7]。
为了保护矿山地质环境和矿区生态水位的合理埋深，促进矿区生态环境保护，笔者于2013年开始就呼吁建设大型煤炭基地地下水监测网[8-11]，2018年这一工程开始实施，建设陕西境内涵盖神东、陕北、黄陇3个大型煤炭基地的地下水监测网，这一工程将为生态脆弱矿区煤炭资源的科学开采与地下水资源保护、生态环境保护奠定基础[12-13]。本文阐述了陕西省大型煤炭基地监测工程建设的背景、思路和方法，以期促进我国西北各大型煤炭基地地下水监测网建设。
1 煤炭基地地下水监测网建设背景
1.1 西北水资源是矿山生态环境的主控因素
我国西北地区蕴藏着全国73%的煤炭资源量，承担着全国约70%的原煤产量，而且这一比例还在快速递增，可以预见，未来10 a，西北地区的原煤产量将达到全国的80%以上，甚至更高。而西北地区气候干旱，蒸发量达到降雨量的6倍甚至更高，顾大钊院士认为，西北地区水资源保护是煤炭开发面临的重大技术问题[14]，西北地区矿井水排放后的无效蒸发量很大，如何实现煤炭经济与水资源保护、利用的协调统一，不仅是煤炭绿色开发面临的重大难题[12]，也是矿区生态文明建设的核心内容。
杨泽元等在观测沙蒿、沙柳、小叶杨和旱柳4种典型植被对地下水位的敏感性时，发现水位埋深1.5～5.0 m最适合沙生植被发育，各种植被发育状态良好;水位埋深5.0～8.0 m时，植被覆盖度明显降低;水位埋深8.0～15.0 m区域，多数植被发育不良，植被覆盖度低;水位埋深>15.0 m后，出现明沙丘，植被无法生存[15]。程东会等对秃尾河流域毛乌素沙漠典型植被进行了系统观测，沙蒿主根系的发育深度1.5 m，即沙蒿吸水的最大深度是1.5 m;沙柳主根系4.0～5.0 m，侧根系8.0 m，即沙柳吸取地下水的最大深度也就8.0 m;芨芨草、寸草是须根状，吸水深度分别是0.2 m和0.5 m以内;柠条主根系5.0 m，侧根系8.0 m，吸水深度<8.0 m;旱柳主根系5.0 m，侧根系6.0 m，吸水深度<6.0 m[16]。因此，地下水位埋深是维系毛乌素沙漠典型植被发育的物质基础，随着水位埋深的加大，这些沙漠植被将无法进行良性的生长发育。马雄德等对沙柳的观测也证实了上述研究结论[6]。这些观测研究结果，在毛乌素沙漠等干旱、半干旱地区，地下水对地表植被发育具有较强的控制作用，水与植被成为一种共生共存的依赖关系，合理的地下水位埋深，不仅可以促进沙漠植被的发育，也是提高区域植被覆盖度的重要控制因素。所以，煤炭开发过程中，应控制合理的水位埋深，实时监控地下水动态，合理调控采煤技术和方法，控制矿区地下水位大幅度下降。
1.2 高强度开采对水资源扰动强烈
(1)神东、陕北煤炭基地高强度采煤对地下水的扰动强烈。
笔者对神东、陕北煤炭基地地下水进行了长期跟踪研究，发现近20 a来，榆神府矿区地下水位下降非常明显，部分区域萨拉乌苏组地下水已经疏干，地下水位下降至基岩界面以下，一些井、泉也由此而干涸，窟野河成为了季节河[4,17]。笔者对534个地下水水位监测点1995和2015年的水位埋深进行了跟踪调查，1995年数据来自笔者在陕西省一八五煤田地质勘探队期间1∶5万、1∶1万煤田水文地质填图数据，2015年数据为实地调查取得。结果表明，研究区73.0%的区域潜水位未发生明显变化，7.30%区域潜水位下降幅度超过8.0 m(面积758.90 km2)，其中71.50%的水位明显下降区(>8.0 m)与煤炭开采关系密切[3]。潜水位明显下降区主要分布于窟野河上游、秃尾河西岸的部分区域，地貌上多属于沙漠区，植被覆盖度在禁牧以前很低，生态系统脆弱，典型植被沙蒿、沙柳、旱柳及小叶杨等对潜水水位埋深具有较强的依赖性[6-7]，水位下降，自然导致植被系统的变异。
(2)黄陇煤炭基地白垩系洛河组地下水位下降明显。
以彬长矿区为例，白垩系洛河组主要出露于泾河以东河谷及其支沟，向北则伏于环河组之下，厚度7.35～464.84 m，一般为200～300 m，整体由东南向西北增厚。岩性以紫红色—暗紫色中、粗粒砂岩为主，砾岩、砂砾岩次之，泥岩、砂质泥岩少见。含水层主要由中、粗粒砂岩组成，泥岩、砂质泥岩具隔水性，砂砾岩、砾岩依分选性、胶结程度及裂隙发育程度不同，呈现相对隔水或局部含水。矿区北部泾河河谷地段水头高出地表30.60～32.00 m，泾河南北塬区水位埋深255.50～276.50 m，属富水性中等～强含水层。研究表明，煤炭开采后白垩系含水层地下水流场受到一定影响，尤其是煤矿开采区域产生了较大影响，通过分析白垩系含水层初始水位流场与开采流场表明，矿区南部白垩系含水层受开采影响较小，蒋家河煤矿白垩系水位稳定，矿区中部泾河沿岸受影响最大，其中亭南煤矿局部水位降深达到194.87 m，矿区北部煤矿开采区水位普遍下降，降深超过了30 m，东部火石咀煤矿降深稍大，在60～70 m。根据矿区北部某煤矿G3,G4,G5,T1,T2等5个地下水监测井的系统监测表明，2015年3月至2016年7月水位下降36.19～184.23 m(表1)。由此可见，以白垩系洛河组含水层为主要用水的居民生产生活受影响较为严重[18]。
(3)黄陇煤炭基地渭北矿区岩溶承压水水位下降明显。
渭北矿区主要含水层为奥陶系灰岩岩溶承压含水层，位于主采煤层(5,10号煤层)之下，剖面上，奥陶系岩溶含水层与5号煤层底板距离一般27.0 m，与10号煤层底板距离一般10.0 m[19]，水位标高+375～+380 m，富水性不均一，一般为强富水性含水层，是渭北地区工农业用水的主要水源，也是合阳黄河湿地的主要生态水源。K2灰岩含水层位于5,10号煤层之间，上距离5号煤层底板约17.0 m，下距奥陶系岩溶含水层顶板约10.0 m，厚度6.41～22.87 m，平均15.0 m，水位标高与奥陶系岩溶含水层接近，单位涌水量0.031 6～0.732 L/(s·m)，渗透系数1.649 m/d，为中等～弱富水性含水层。20世纪80年代之前，渭北具有统一的承压水水位标高，即+380 m，并在地形低于+380 m且构造有利地区形成了部分大泉，排泄岩溶含水层地下水，合阳黄河湿地等就是岩溶水排泄形成的湿地，为渭北旱塬增添了一道风景。但是近年来，部分区域地下水位下降了20 m。
鉴于以上认识，笔者认为，建立西北大型煤炭基地地下水监测网，已经成为西北煤炭基地科学开采、生态文明建设的必然选择和当务之急。
表1 彬长矿区某煤矿洛河组地下水监测井水位变化统计
Table 1 Statistics of water level change of groundwater monitoring well in Luohe formation of Binchang mining area
监测井号监测层位不同水位监测日期的水位标高/m2011年2月2015年3月2015年7月2016年1月2016年7月水位降深/m备注G3洛河组全段859.54929.62929.68923.43873.8552.77G4洛河组全段925.59929.26922.99886.9338.66G5洛河组全段930.10932.62928.06893.9136.19T1洛河组全段917.83920.08849.95733.60184.23水井报废T2洛河组全段922.70924.16918.20872.7449.96水井报废
注:摘自彬长矿区“高家堡煤矿矿山地质环境保护与土地复垦方案”。
2 煤炭基地地下水监测层位的选择
陕西境内分布有神东、陕北和黄陇3个大型煤炭基地，主要含水系统包括石炭系—侏罗系碎屑岩裂隙与上覆第四系松散层孔隙含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统和寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统(图1)[20]。石炭系—侏罗系碎屑岩裂隙与上覆第四系松散层孔隙含水层系统可分为沙漠滩地区萨拉乌苏组含水层亚系统、黄土塬区黄土含水层亚系统和石炭系—侏罗系碎屑岩含水层亚系统。白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统主要包括北部沙漠高原单一结构含水层亚系统、南部黄土高原多层结构含水层亚系统;寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统可分为东缘单斜式含水层亚系统、南缘断陷式含水层亚系统和西缘原逆冲式含水层亚系统(图1)。
图1 陕西省地下水系统划分[20]
Fig.1 Division of groundwater system in Shaanxi Province[20]
2.1 陕西境内大型煤炭基地地下水流系统
(1)陕北煤炭基地第四系松散层地下水流系统。
第四系松散层地下水流系统呈南北向条带式分布于鄂尔多斯盆地的中部。陕西境内神东煤炭基地和陕北煤炭基地东部分布于北部沙漠滩地区萨拉乌苏组含水层亚系统内，地貌类型以风沙滩地和黄土梁峁为主，该系统含水介质以冲洪积粉细砂为主，一般厚度20～30 m。在神东矿区西部，第四系松散层与下部直罗组风化基岩、烧变岩或延安组含水层直接接触(图2)，构成统一含水系统，主要接受大气降水补给，受地形控制，地下水流向总体由西北向东南方向径流，主要以泉的形式排泄，或在沟谷处形成地表径流。
(2)陕北、黄陇煤炭基地白垩系地下水流系统。
白垩系碎屑岩主要分布于鄂尔多斯盆地的西部，可分为北部沙漠高原单一结构含水层亚系统和南部黄土高原多层结构含水层亚系统。在陕西境内陕北煤炭基地榆神矿区、榆横矿区西部位于北部沙漠高原单一结构含水层亚系统内，地貌上以沙漠高原为主，地形起伏较小。含水层系统以白垩系的河流相砂岩和砾岩为主，岩性单一，没有稳定的隔水层，与上部第四系含水层水力联系紧密，构成统一的含水系统(图3)。地下水流主要受地表水文系统的控制，基本与地表水流向一致，接受大气降水的侧向补给，以蒸发和无定河、乌兰木伦河汇集排泄为主。
图2 神东煤炭基地典型水文地质剖面示意
Fig.2 Typical hydrogeological profile of Shendong coal base
图3 陕北煤炭基地榆神矿区典型水文地质剖面示意
Fig.3 Typical hydrogeological profile of Yushen mining area in Shanbei coal base
黄陇煤炭基地黄陵、焦坪、旬耀、彬长和永陇矿区位于南部黄土高原多层结构含水层亚系统，地貌类型以黄土高原为主，地表水系切割严重。该亚系统泥质含量较高，尤其是白垩系环河组地层顶部和底部泥岩的隔水性共同构成了该亚系统的区域性隔水层，自下而上构成了洛河组、环河组含水系统，局部地区受新近系隔水层的阻隔，与上部第四系黄土含水层水力联系较弱(图4)。地下水在白垩系裸露区接受大气降水补给，在河谷地段接受地表水的线状入渗补给，受地形控制，地下水流主体由西、北、南向东部汇聚，在延河、洛河及马莲河排泄。
(3)黄陇煤炭基地渭北岩溶承压水地下水流系统。
在鄂尔多斯盆地区域地质构造的控制下，奥陶系碳酸盐岩主要出露或浅埋于盆地的东南部边缘，黄陇煤炭基地铜川、蒲白、澄合、韩城矿区主要分布于南缘逆冲式含水层亚系统内，早期受鄂尔多斯台地向斜的作用，岩层向北倾斜，地下水埋藏深度大(图5)。渭北矿区东部岩溶含水层具有统一的水动力场，水位+380 m，主要接受大气降水、地表水系及地表水库的补给，同时接受上部二叠系、石炭系含水层的越流补给。地下水径流条件主要受岩性特征、地质构造和地形条件的控制，地下水整体由北向南径流，总体排泄区为黄河，在黄河滩地—东王粪一带形成泉群，此外，受构造断裂的控制，在洛河下游袁家坡、温汤、汤里一带形成局部排泄泉群。
图4 黄陇煤炭基地彬长矿区典型水文地质剖面示意
Fig.4 Typical hydrogeological profile of Binchang mining area in Huanglong coal base
图5 黄陇煤炭基地澄合矿区典型水文地质剖面示意
Fig.5 Typical hydrogeological profile of Chenghe mining area in Huanglong coal base
2.2 大型煤炭基地地下水监测层位选择
陕西省大型煤炭基地地下水监测目标层位的选择主要以具有供水和生态意义且受煤炭开采影响的含水层为原则。以前文各煤炭基地地下水流系统分析结果，结合各煤炭基地煤炭资源开采引起的地下水环境问题，确定监测层位主要包括第四系萨拉乌苏组含水层、第四系黄土孔隙裂隙含水层、侏罗系风化基岩含水层、白垩系洛河组含水层及奥陶系岩溶含水层。
2.2.1 第四系地下水监测网
第四系含水层主要监测第四系萨拉乌苏组含水层和第四系黄土孔隙裂隙含水层。
(1)第四系萨拉乌苏组含水层。
萨拉乌苏组含水层主要分布在陕北煤炭基地榆神矿区榆溪河和秃尾河流域，在神东煤炭基地神府矿区西北部石圪台井田、哈拉沟井田西南部和柠条塔井田、红柳林井田局部出露。该含水层岩性以细砂、中砂为主，底部多为砾石、砂砾石层和粉细砂层，含水层厚度受沉积时期古地貌特征的影响而表现出明显的不均一性，整体表现为自东向西逐渐增厚，厚度0～160 m，一般20～30 m(图6)，含水层粒度南北方向上变化不明显，东西方向上表现为东细西粗。根据区内钻孔抽水试验数据，单位涌水量为0.001 65～1.117 5 L/(s·m)，富水性弱～强。该含水层地下水位埋藏较浅，在煤炭资源大规模开采以前，大部分地区水位埋深小于15 m，仅在瑶镇以南、大保当镇东南、孙家岔镇以西及石圪台井田等部分地区水位埋深>15 m，水量丰富，水质优良，是维系区内生态植被良性发展的重要生态水源，同时也是陕北煤化工基地的重要供水水源，具有十分重要的生态意义和供水价值[21]。但由于该含水层角度不整合于新近系红土或基岩之上，在浅埋煤层区极易受到采煤影响，地下水位下降严重，部分地段萨拉乌苏组地下水被疏干。因此，必须对萨拉乌苏地下水进行实时动态监测，及时发现水位下降异常区，并采取有效措施促进水位稳定。
(2)第四系黄土孔隙裂隙含水层。
第四系黄土孔隙裂隙含水层在神东、陕北、黄陇煤炭基地均有分布，富水性弱～中等，是维系黄土高原地貌生态环境的重要生态水源之一，在黄土塬区，该含水层地下水也是居民饮水的重要水源之一[10]。但在神东矿区东部、彬长矿区，煤炭资源开采形成的导水裂隙带局部波及至该含水层，地下水位出现不同程度的下降。因此，本次大型煤炭基地地下水监测网建设中兼顾该含水层。
图6 榆神府矿区萨拉乌苏组含水层厚度等值线
Fig.6 Thickness contour of Salawusu Formation aquifer in Yushenfu mining area
2.2.2 侏罗系烧变岩地下水
烧变岩含水层是陕北、神东煤炭基地一种特殊的含水体，受伊陕单斜构造的控制，陕北侏罗系延安组煤层埋藏深度自西向东逐渐变浅，并在地表沟谷的剥蚀作用下出露地表，与氧气充分接触后发生自燃，煤层上部岩体在高温烘烤及后期风化作用下形成烧变岩[22-23]。在平面上，神东矿区烧变岩含水层范围较大，主要分布在窟野河及其支沟沿岸，榆神矿区烧变岩含水层主要分布在秃尾河沿岸，在榆溪河沿岸零星分布(图7)。该含水层岩体以碎裂结构为主，厚度一般11～30 m，局部超过50 m。由于岩层破碎，裂隙、孔隙发育，透水性好，具有良好的储水空间和径流通道。同时，烧变岩分布范围基本位于沙漠滩地边缘，具有十分充足的补给来源，在构造有利部位极易形成强富水区，单孔涌水量最大可达3 000 m3/d，主要以泉的形式排泄，水质优良，有“桃花水”之称，是维系陕北、神东煤炭基地泉群生态环境和居民生活饮水的重要的水源之一。但随着20世纪90年代以来，烧变岩分布区煤炭资源的高强度开发，造成93.58%的烧变岩泉消失。因此烧变岩含水层是本次大型煤炭基地地下水监测的重要目标含水层之一。
2.2.3 侏罗系风化基岩地下水
陕北、神东煤炭基地具有生态和供水意义的风化基岩含水层主要形成于早白垩世与上新世之间。一般而言，其风化程度随着埋藏深度的增加而逐渐减弱，岩性主要由黄绿色、紫杂色泥岩、粉砂岩和灰白色砂岩组成，底部为中粗粒含砾长石砂岩，结构疏松，孔隙度大，裂隙较发育[24]。该含水层主要接受上部含水层和侧向径流补给，在沟谷切割处以泉的形式排泄。风化基岩含水层富水性差异性较大，主要受地貌条件、上覆含水层特征、岩性特征及风化程度的控制，在陕北煤炭基地榆神矿区西部，虽广为富水性较好的萨拉乌苏组覆盖，但由于中间广泛分布的第四系离石黄土和新近系红土隔水层的阻隔，风化基岩补给条件差，富水性差。而在神东煤炭基地考考乌素沟流域的柠条塔井田南部、红柳林井田西部，直罗组风化基岩直接接受上部萨拉乌苏组含水层补给，富水性较好，最大单位涌水量可达3.518 4 L/(s·m)。
据区内补充勘探及古沉积演化研究成果，榆神矿区延安组含煤岩系顶部古风化壳之上发育的直罗组底部砂体(含水层)具有辫状河-辫状河三角洲的成因，直罗组底部砂体的河道化作用明显，河道下蚀作用在一些地区可以切穿下伏延安组顶部的1～2个可采煤层，下切深度可达10～20 m，对可采煤层可以形成宽达近12.0～26.5 km的冲刷带[25](图8)。古河道冲刷带内含水层局部具有土层缺失、基岩严重下蚀等基本特征，一般情况下连续性好，补给面积广，水力联系通畅，富水区连片[26]，动态水量较大，是区内重要的生态水源和供水水源，同时也是威胁矿井安全生产的重要隐蔽致灾水源之一。因此，必须加强侏罗系风化基岩含水层的有效监测，促进水位稳定，保障矿井安全生产。
图7 榆神府矿区烧变岩含水层分布范围
Fig.7 Distribution range of the burnt rock aquifer in Yushenfu mining area
图8 榆神府矿区直罗期古河道冲刷区示意
Fig.8 Scour area of Zhiluo ancient river course in Yushenfu mining area
2.2.4 白垩系洛河组地下水
白垩系洛河组含水层主要分布在陕北煤炭基地榆神矿区西部、榆横矿区和黄陇煤炭基地西部黄陵—永陇矿区(图9)。陕北煤炭基地西部白垩系洛河组含水层为巨厚的沙漠相碎屑岩沉积，岩性以胶结松散的中粒砂岩为主，孔隙发育，水力性质为潜水—承压水。含水层厚度一般为150～300 m，由东南向西北逐渐增厚，富水性亦相对变好。补给区富水性差，单井涌水量小于100 m3/d，径流排泄区富水性好，单井涌水量一般为1 000 m3/d，是维系毛乌素沙地生态环境的重要的生态水源之一，同时具有十分重要的开发利用价值。该区域目前已规划了一批大型矿井，虽然目前尚未开发，但需要提前布置地下水监测网，获取煤炭开采前洛河组的地下水位背景值，为后期洛河组地下水资源保护提供依据。
图9 白垩系洛河组含水层分布
Fig.9 Aquifer distribution of Luohe formation in Cretaceous
黄陇煤炭基地黄陵—永陇矿区位于鄂尔多斯盆地南缘，白垩系洛河组含水层自南向北倾伏于盆地内部，含水层厚度由东向西逐渐增厚，厚度一般为200～400 m。黄陵矿区白垩系洛河组含水层岩性以沙漠相砂岩为主，结构松散，裂隙发育，单位涌水量0.007 1～2.905 L/(s·m)，富水性弱～中等[27]。自焦坪矿区向西，洛河组岩性过渡为河流相砂岩，中间夹有砂砾岩、含砾砂岩、粉砂岩和泥岩。彬长矿区洛河组含水层单位涌水量0.109 3～1.130 L/(s·m)，平均0.489 9 L/(s·m);渗透系数为0.031 0～0.324 65 m/d，平均0.197 8 m/d，富水性弱—中等[22]。黄陇煤炭基地洛河组地下水是渭河、洛河、泾河的重要补给来源，同时也是区内工农业用水的主要水源，具有十分重要的战略储备意义，由于该区域采煤扰动，洛河组地下水位下降严重。因此，必须加强该含水层地下水监测。
2.2.5 奥陶系岩溶承压水地下水
奥陶系岩溶承压含水层主要分布在黄陇煤炭基地渭北矿区(图10)。该含水层主体向北西方向倾斜，倾伏于煤层之下，在20世纪80年代以前具有统一的+380 m标高水位，含水层总体富水性较好，是该地区黄河湿地的主要补给源，同时也是该地区工农业生产用水的主要水源，具有十分重要的生态意义和供水价值。但奥陶系岩溶含水层与上部主采煤层间距小，在带压开采条件下，奥陶系岩溶水成为威胁矿井安全生产的重要水源，大规模的人为泄压疏放，造成了奥陶系岩溶地下水位下降，对黄河湿地及生态、供水泉群造成影响，必须重点监测。
3 大型煤炭基地地下水监测网建设
2018年3月，陕西省启动西北大型煤炭基地地下水监测工程，建立全国首张矿区地下水监测网，涵盖陕西境内神东、陕北、黄陇3大煤炭基地15个矿区。本次地下水监测井建设，以新建监测井为主，同时对部分煤矿已有的水文长观孔进行改造。
3.1 陕北、神东煤炭基地地下水监测网
本次地下水监测网建设主要针对陕北、神东(陕西境内)煤炭基地第四系萨拉乌苏组含水层、第四系黄土孔隙含水层、烧变岩含水层和侏罗系风化基岩含水层。截止目前已建设完成98口地下水监测井，同时将榆神矿区区域水文地质补充勘查过程中建设的73口监测井纳入本次监测网，共计171口地下水监测井，在陕北、神东煤炭基地已经初步形成了较为完善的地下水监测网(图11)。
图10 岩溶含水层分布
Fig.10 Distribution of karst aquifer
图11 陕北、神东煤炭基地地下水监测网
Fig.11 Groundwater monitoring network in Shanbei and Shendong coal bases
3.2 黄陇煤炭基地黄陵—永陇矿区地下水监测网
黄陇煤炭基地黄陵—永陇矿区白垩系洛河组含水层分布范围广、厚度大、富水性好，是区内具有生态意义和供水价值的重要含水层。该含水层受采煤扰动强烈，本次地下水监测网建设主要针对该含水层，在区内共部署了52口洛河组地下水监测井，目前已建设完成37口，其中黄陵矿区3口，焦坪矿区9口，旬耀矿区4口，彬长矿区18口，永陇矿区3口(图12)，已初步形成了涵盖各矿区大中型生产矿山的地下水监测网。
图12 黄陇煤炭基地黄陵、焦坪、旬耀、彬长、永陇矿区地下水监测网
Fig.12 Groundwater monitoring network of Huangling,Jiaoping,Zengyao,Binchang and Yonglong mining areas in Huanglong coal base
3.3 黄陇煤炭基地渭北矿区地下水监测网
黄陇煤炭基地渭北矿区奥陶系岩溶承压含水层广泛发育，厚度大，富水性总体较好。本次地下水监测网建设主要针对该含水层，在区内共部署奥陶系岩溶地下水监测井14口，目前已建设完成10口，其中韩城矿区4口，澄合矿区6口(图13)。
图13 黄陇煤炭基地韩城、澄合矿区地下水监测网
Fig.13 Groundwater monitoring network of Hancheng and Chenghe mining areas in Huanglong coal base
4 监测数据的采集、传输与接收、管理
陕西省大型煤炭基地地下水监测指标包括水位、水温和水质。水位、水温通过安装自动化监测仪进行实时监测;水质监测通过人工取样进行水质全分析监测，主要包括pH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(6价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物、大肠杆菌、钾、钠、钙、镁、碳酸根离子以及重碳酸根离子等26项，监测频率1次/a。监测数据的采集、传输与接收、管理由数据管理平台实现，将水位、水温传感仪以及电源、遥测终端机安装于井下及井口，传感仪按照24次/d定时采集水位、水温数据并保存在储存器中，通过GSM将采集的信息自动发送至SQL SERVER数据库服务器，水质监测数据通过人工输入至数据库。
监测数据由省级自然资源管理部门统一管理，通过对平台设置不同的访问权限向各市、县自然资源部门及矿山企业进行数据共享，目前该系统已初步建立，监测信息传输过程如图14所示。
图14 基于GSM的地下水监测数据无线传输系统原理示意
Fig.14 Principle of wireless transmission system of groundwater monitoring data based on GSM
5 结论与建议
(1)我国西北地区煤炭资源丰富，水资源贫乏，地下水对煤炭开发的响应明显，煤矿开采引起的地下水位下降及诱发的环境问题突出，建立系统的地下水监测网，实时监控矿区地下水变化，不仅是安全生产的需求，也是生态文明建设的迫切需要。
(2)西北大型煤炭基地地下水监测层位的选择主要以具有供水和生态意义且受煤炭开采影响的含水层为原则。陕北、神东(陕西境内)煤炭基地主要监测第四系萨拉乌苏组含水层、第四系黄土孔隙含水层、烧变岩含水层和侏罗系风化基岩含水层;黄陇煤炭基地黄陵—永陇矿区主要监测白垩系洛河组含水层，渭北矿区主要监测奥陶系岩溶地下水。
(3)西北大型煤炭基地(陕西境内)已形成了由218口监测井构成的地下水监测网，初步建立了监测数据的采集、传输与接收、管理系统。
(4)虽然涵盖陕西境内三大煤炭基地的地下水监测网已经建立，但监测井多分布于在建和生产矿山，而对于规划矿井、老采空区以及已经退出开采的区域监测密度不足，需要进一步完善。
致谢 煤矿区地下水监测网建设得到了钱鸣高院士、王双明院士的鼓励和支持，钱鸣高院士与笔者的电子邮件往来中，多次对此项工作提出建议。陕西省自然资源厅及有关市县自然资源局、陕西省地质调查院和在陕各煤矿企业给予了大力支持，特此致谢！
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