淮南顧橋采煤沉陷積水區水質現狀研究

母玉敏，高良敏，李少朋，劉 利，葉圓圓

(1.安徽理工大學地球與環境學院，安徽 淮南 232001；2.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116)

淮南顧橋采煤沉陷積水區水質現狀研究

母玉敏1，高良敏1，李少朋1，劉 利2，葉圓圓1

(1.安徽理工大學地球與環境學院，安徽 淮南 232001；2.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116)

以安徽淮南顧橋采煤沉陷積水區水體為研究對象，利用綜合水質標識指數法進行綜合水質評價和綜合營養狀態指數法進行水質富營養化狀況評價，結果表明：分析樣本中64%達到Ⅱ類或Ⅲ類水質，水質總體較好；該沉陷積水區總體不存在重金屬污染，有機物指標對該區域水體污染貢獻率較大；該沉陷積水區富營養化狀況不容樂觀，應加強重視；超標采樣點及重度富營養化采樣點多集中在村莊相對密集的南部沉陷區域；農村面源污染是該積水區富營養化的主要來源。

采煤沉陷區；水質評價；富氧氧化狀況；污染源

我國是煤炭大國，煤炭開采為我國創造巨大經濟效益的同時也帶來了嚴重的環境問題，許多礦區出現了不同程度的地面沉陷[1]。高潛水位采煤沉陷區由于其地下水位較高，采煤沉陷后，地下水容易露出地面，同時在大氣降水、地表徑流等綜合作用下，使得原來的陸地系統逐漸向沼澤或湖泊系統轉變，容易在采煤沉陷區形成常年或季節性的積水區域，耕地系統遭到嚴重的破壞[2-4]，且這些耕地的破壞常常是永久的[5]。如何合理利用這些水資源，促進此類沉陷區的可持續發展已成為一個亟待解決的問題。

近年來，漁業經濟在國內許多塌陷水域得以發展[6]，如兩淮地區的淮南礦區謝三礦和淮北礦區杜集礦都取得了較好的經濟效益。因此，2013年5月份選擇安徽省淮南市顧橋采煤沉陷區積水區域的25個采樣點進行分析研究[7]，以確定其是否滿足《地表水環境質量標準》中相關漁業養殖的要求。

1 研究區概況

潘謝礦區位于淮河以北，淮北平原南緣，是我國規劃的大型煤炭基地中兩淮基地的一部分。顧橋礦區位于淮南市潘謝礦區中西部，目前因采煤沉陷以形成大面積的積水區域。顧橋-丁集公路、大壩將積水區域分為四個部分，礦區區內淺層地下水埋深僅1～2 m，塌陷后積水嚴重，是典型的高潛水位礦區，塌陷積水區平均水深。根據現場調查，礦區水體主要包括自然形成的水體、采煤塌陷積水形成的水體以及水利工程建設、坑塘開挖、漁業養殖等形成的水體等。礦區人口密集、水系發達、耕地廣布，環境污染的影響面較廣，包括面源及點源的影響。目前，當地居民已經對這些沉陷區進行開發利用，發展漁業經濟。

2 采樣點布設、評價指標和方法

2.1 采樣點的布設和評價指標及監測方法

2013年5月對顧橋沉陷水域的水體進行樣品采集，布設采樣點25個，采樣點的布設基本覆蓋了整個塌陷水體，基本能反應出顧橋沉陷水域的整體水質狀況，如圖1所示。采樣時用GPS進行定位，并現場進行水溫、pH等指標的測定，之后在實驗室進TP、TN等指標的測定。樣品的采集和保存過程主要參考《水和廢水監測分析方法》。

圖1 顧橋沉陷積水區采樣點分布圖

本文選擇COD、TN、TP、CODMn、Cu、Cd六項指標進行綜合水質評價，選取TN、TP、CODMn、chla、SD五項指標進行水體富營養化評價，各指標的監測方法見表1。

表1 監測指標的試驗方法

2.2 評價方法

2.2.1 綜合水質評價方法

綜合水質標識標識指數法是在單因子水質標識指數法的基礎上發展起來的水質評價方法，相對于模糊評價法、灰色系統評價法、人工神經網絡法等水質評價方法，能夠定性、定量評價河流綜合水質，在水質評價方法中得以廣泛應用。其計算包括單因子水質標識指數的計算和綜合水質標識指數的計算兩部分[8-10]。

(1)單因子水質標識指數。

單因子水質標識指數由整數位、小數后三位或四位有效數字組成，可表示為[11-12]

P=X1.X2X3X4

式中：X1為某項水質指標的水質類別；X2為綜合水質在X1類水質變化區間內所處的位置；X3為水質類別與設定功能區類別的比較結果，用以判別綜合水質類別是否劣于水環境功能區類別，視綜合水質的污染程度，為一位或兩位有效數字。

(2)綜合水質標識指數。

綜合水質標識指數Iwq由整數位、小數后三位或四位有效數字組成[8,13-14]，表示為：

Iwq=X1.X2X3X4

式中：X1為河流總體的綜合水質類別；X2為綜合水質在X1類水質變化區間內所處的位置；X3為參與水質評價的水質指標中劣于水環境功能區目標的單項指標個數；X4為綜合水質類別與設定功能區類別的比較結果，用以判別綜合水質類別是否劣于水環境功能區類別，視綜合水質的污染程度，為一位或兩位有效數字。

2.2.2 水質富營養化評價方法

本研究選取簡單易行的綜合營養狀態指數法進行水質富營養化狀況的評價[15-16]，其計算公式為：

式中：TLI(∑)為綜合營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI(j)為第j種參數的營養狀態指數。以chl.a為基準參數，則中國湖泊的其他參數之間的Wj如表2所示。

表2 中國湖泊(水庫)部分參數與chl.a的相關關系Wj值

各指標的營養狀態指數計算公式為：

TLI(chl.a)=10(2.5+1.086Lnchla)

TLI(TN)=10(5.453+1.694LnchTP)

TLI(TP)=10(9.436+1.624LnchTP)

TLI(SD)=10(5.118-1.94LnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661LnCODMn)

采用0～100的一系列數字對湖泊富營養化狀態進行分級：TLI(∑)﹤30為貧營養；30≤TLI(∑)≤50為中營養；TLI(∑)>50為富營養，其中50﹤TLI(∑)≤60為輕度富營養,60﹤TLI(∑)≤70為中度富營養，TLI(∑)>70為重度富營養。

3 評價結果與分析

顧橋塌陷水域水質評價結果見表3。

3.1 單因子水質標識指數評價結果分析

由單因子水質標識指數評價結果知，25個水樣的水質參評指標中，重金屬指標Cu在監測點9處未達到環境功能區目標，Cd在采樣點23處未達到環境功能區目標，其它采樣點水質指標均達到Ⅱ類水質。總體上，在顧橋采煤沉陷區，重金屬污染總體可忽略不計，而富營養化指標卻污染嚴重，其中，COD除在采樣點9處達到環境功能區目標，為Ⅲ類水質外，在其它采樣點均未達到環境功能區目標，且多次出現劣Ⅴ類水質，即在該采煤沉陷區，COD污染嚴重，TN在采樣點8～17未達到功能區目標，在其它采樣點均達標，在所有的采樣點中，CODMn未達標率為68%，其中56%集中在采樣點8～17，TP在采樣點8～17采樣點污染嚴重，單因子水質標識指數甚至達到8.65，污染極為嚴重。將各采樣點的單因子水質標識指數取平均值，如圖2所示。從中也能看出，該沉陷積水區富營養化指標污染嚴重，該區域有可能存在嚴重的富營養化污染狀況。

3.2 各采樣點綜合水質評價結果

由綜合水質標識指數評價結果表3結果可知，在采樣點GQ10～18未達到環境功能區目標，為Ⅳ類或Ⅴ類水質，其它采樣點處均達標，具體如圖2所示。64%的達標樣本中，采樣點GQ06處為Ⅱ類水質，其它采樣點處均為Ⅲ類水質。

表3 顧橋塌陷水域水質評價結果

圖2 各評價指標單因子水質 標識指數平均值

顧橋沉陷水域富營養化評價結果如表4所示。從表4可以看出，25個采樣點中，除采樣點5為中營養外，其它采樣點均存在富營養化狀況，其中：15個采樣點處存在輕度富營養化狀況，占總采樣點的60%；兩個采樣點處存在輕度富營養化狀況，占總采樣點的8%；7個采樣點處存在重度富營養化狀況，占總采樣點的28%，這些中營養的采樣點主要集中在采樣點9～17之間。由此可以看出，顧橋采煤沉陷積水區富營養化狀況不容樂觀。

4 結論

(1)綜合水質標識指數評價結果表明，該區域總體不存在重金屬污染，有機物指標對該沉陷區的污染貢獻率較大，參評樣本中，64%達到Ⅱ類或Ⅲ類水質，水質較好，36%的水質為Ⅳ類或Ⅴ水質，水質有待改善，未達標點主要集中在村莊相對密集的南部積水區域。

表4 顧橋沉陷積水區富營養化評價結果

(2)綜合營養狀態指數法評價結果表明：參評樣本中，96%的樣本存在富營養化趨勢，其中28%的樣本為重度富營養化，應加強重視。重度營養化采樣點也主要集中在村莊相對密集的南部積水區域。

(3)農村面源污染是該區域水體污染和富營養化趨勢的主要營養因素，應加強對農村生活污水排放、畜牧飼養、農田肥料使用等方面的重視。

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Study on twater quality status quo of Huainan Guqiao mining subsidence seeper area

MU Yu-min1, GAO Liang-min1, LI Shao-peng1, LIU Li2, YE Yuan-yuan1

(1.SchoolofEarthandEnvironment,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China;2.SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatics,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

Anhui Huainan Guqiao mining subsidence seeper area is researched in the paper, and comprehensive water quality identification index method is used to assess water quality, while comprehensive nutrition state index method is used to evaluate the eutrophication condition of water quality, the results show that 64% of water samples are Ⅱclass or Ⅲ water quality, the water quality is good. There is no heavy metal pollution, the organic compounds have larger contribution in regional water pollutions. The subsidence seeper area eutrophication status is not optimistic and it should be paid more attention to. Comprehensive water quality assessment results of sampling points and the severe eutrophication of sample points are more concentrated in southern subsidence area in that village, and the main source of water eutrophication is rural non-point source pollution.

coal mining subsidence area; water quality evaluation; water eutrophication conditions; pollution sources

2013-09-30

母玉敏(1988-)，女，河南延津人，安徽理工大學地球與環境學院碩士研究生。

1674-7046(2014)01-0045-06

X52

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