煤炭占据我国消费能源的主导地位,是经济的命脉所在。近年来,矿区资源性缺水和矿井突水事故一直制约着我国煤炭产业的可持续发展。因此,解决矿区水资源短缺和矿井水害问题对于社会经济发展具有重要意义。本文以安徽省淮南市新集矿区不同含水层系统中的地下水为研究对象,在系统测试其常规离子(Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO32-和HCO3-)含量的基础上,利用多种水质评价指标(WQI、SAR、%Na+和RSC)分别对各含水层中的地下水进行了系统的饮用和灌溉评价,并采用常规水化学方法(Gibbs图、Ca2+-Mg2+-HCO3--Na+图和离子组合比等)结合数理统计方法(相关性分析、R型聚类分析和Unmix模型分析)探讨了地下水中主要离子的定性和定量来源,然后通过Q型聚类分析、因子分析和Unmix模型逐步挑选出主要突水含水层的纯净地下水样本,以此构建了矿区水源识别模型。研究结果如下:(1)在松散层中,二含水和三含水中阳离子以Na+和Ca2+为主,阴离子中HCO3-含量较高,四含水中阴阳离子分别以Na+和Cl-占绝对优势,随着深度的增加(从二含到四含),地下水的TDS和pH值逐步递增,水化学类型呈HCO3-Ca→HCO3-Na→Cl-Na过渡趋势。煤系和太灰含水层中,地下水中阳离子Na+含量最高,阴离子以Cl-为主导,HCO3-次之,两个含水层中的所有水样水化学类型均为Cl-Na型。在TDS方面,所有的二含水和三含水以及58%的太灰水均与淡水相似(TDS<1000mg/L),而四含水和煤系水全部为高矿化度水。(2)仅考虑常规离子和矿化度而言,WQI指标显示二含水和三含水均为优良饮用水,四含水和煤系水若未经处理基本不适宜饮用,太灰水属于中等型和优质型饮用水。此外,SAR、%Na+和RSC指标表明所有的二含水和70%的太灰水可用于灌溉,而其它含水层中的地下水绝大部分都不满足灌溉用水要求。因此,结合经济的角度来看,目前可以将经过处理的二含水、三含水和太灰水作为矿区的饮用和灌溉水源,可能是解决矿区水资源短缺问题的有效途径。(3)常规水化学方法结合相关性分析、R型聚类分析以及Unmix模型分析显示,二含水和三含水主要离子来源于含钙镁质矿物及粉细砂岩的溶解,四含水和煤系水主要离子来源于盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化,太灰水水化学组成主要与碳酸盐和硫酸盐的溶解有关。(4)采用纯净样本构建的模型水源识别效果良好,整体识别正确率达90%。模型的回判结果显示,四含水和太灰水识别正确率为100%,但26%的煤系水样被判别为四含水,表明四含水可能对煤系有一定程度的入渗补给,导致两个含水层之间具有一定的水力联系。因此,在今后的矿井生产活动中应重点防范来自四含水的威胁。此外,来自灰岩含水层中的高压水威胁也不容忽视。图[27]表[18]参[93]