沙隴水庫酸性水質的影響因素分析

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 研究區背景

1.1 自然地理環境

研究區位于瑞金市城區方位290°，直線距18 km處。區內主要地形地貌為中低山與丘陵區，地形起伏較大。沙隴水庫北西南三面環山，僅在南東面為地勢平坦的山間沖洪積平原。水庫整體呈北西-南東狹長狀分布，南北水面長約2.5 km，東西水面最寬處約0.68 km，水庫水面面積約0.64 km2。

研究區地處亞熱帶季風氣候區，具有氣候溫和，光照充足，雨量充沛，四季分明等特點。多年平均氣溫16℃～19℃之間，年平均降水量1710 mm。

1.2 地質環境條件

沙隴水庫及周邊主要出露地層巖性有第四系粘土；石炭系下統梓山組粉砂巖、頁巖、炭質頁巖夾煤；石炭系下統華山嶺組砂巖、粉砂巖[1]。

沙隴水庫整個庫區均位于石炭系梓山組之上。梓山組中段為區內主要含煤段，煤層中硫分含量高（主要為無機硫，以硫化物黃鐵礦為主），據煤巖化學分析結果，梓山組中段煤層（全硫含量平均為5.47%）為高硫無煙煤類[2-3]。

1.3 水文地質條件

研究區周圍水系僅在水庫庫區西北側發育兩條季節性溪流，最大地表水體為沙隴水庫，庫水的排泄方式為經庫壩下游農灌水渠向庫區東側山前沖洪積平原處逕流，最終匯入九堡河。

本區主要含水層為第四系松散層、石炭系下統梓山組上段、下段粉砂巖含水巖組；石炭系下統梓山組中段巖性相對頁巖層位多，具較大塑性，構造活動影響較小，裂隙不太發育，有一定的隔水性，為相對隔水層。

研究區內水文地質條件比較簡單，含水層主要分布于淺表層的殘坡積層和風化裂隙巖層，富水性一般，主要接受大氣降水補給，一般從地勢相對高的山坡向地勢較低的坡腳徑流，在坡腳處以泉的形式出露，泉的流量一般較小，且受季節性降雨量影響較大。

1.4 人類工程活動

沙隴水庫周邊山體為煤系地層構成，其采礦活動已有近百年歷史，歷史上當地村民以采煤為主，綜合回收黃鐵礦。20世紀70年代當地仍有近百人從事采煤工作，限于經濟技術條件，采煤深一般在30～50m，最深不過百米，主要以平硐開采（部分下山開采），開采標高局限在+260 m以上[2]。由于歷史原因，2001年以前的小煤窯多已坍塌或被安全整改關閉。

2001年以來，周邊主要人類工程活動仍為采礦活動，水庫匯水范圍內共有4處采礦權，其中3處采礦權位于水庫西北側，距離水庫庫區500～1670 m；1處采礦權位于水庫南側，緊鄰庫區；開采礦種均為磚瓦用頁巖礦，開采方式均為露天開采。

2 現場調查與采樣

2.1 現場調查

現場調查主要針對沙隴水庫及外圍匯水單元展開，現場使用REF G001602-0001 PH筆式系列酸度計對沙隴水庫庫區水體、礦坑積水、上游匯流溪水等進行了PH值快速檢出，并且使用便攜式XRF儀對庫區土壤、礦山土壤、水庫庫區外自然狀態土壤進行了土壤元素檢測。

2.2 采樣工作

（1）采樣工作布置

依據系統布點法和專業判斷布點法[4]相結合的方式對水庫及周邊水樣和土樣的進行布點工作，在沙隴水庫的匯水范圍內對采樣工作進行了以下布置：

①沙隴水庫庫區范圍內布置采取土樣和水樣，用以分析測試庫區土質和水質狀況；

②礦山開采區布置采取土樣和水樣，用以分析測試礦山開采區土壤和淋溶水狀況；

③未經擾動的水庫匯水范圍內采取土樣和水樣，用以分析測試區域土壤和水質背景狀況。

（2）水樣采集

根據現場調查情況，在沙隴水庫及其周邊區域內共采集水樣16組（編號S1～S16），其中S14和S16為背景對照樣。水樣基本信息情況表見表1。

表1 水樣采集基本信息一覽

（3）土樣采集

本次調查共采集土壤樣5組，其中T1為背景對

照樣，采樣點均分布在庫區匯水范圍內，現場使用

便攜式XRF儀對部分土壤樣品（T1、T2、T5）進行了檢測，現場檢測數據見表2，土樣采集基本情況見表3。

表2 部分土壤樣現場檢測情況

表3 土壤樣采集基本信息一覽

3 樣品檢測

3.1 檢測項目

針對沙隴水庫現場快速檢測結果，對送檢樣品檢測項目包括PH值、硫酸根離子等，各樣品檢測項目見表4、表5。

表4 土壤樣檢測項目

表5 水樣檢測項目

3.2 檢測結果

土樣和水樣檢測結果分別見表6、表7。

表6 水樣檢測項目

表7 水樣檢測結果

4 水庫酸性水質的影響因素分析

4.1 水庫周邊土壤影響分析與評價

（1）水庫周邊土壤的形成及背景條件

研究區匯水范圍內土壤普遍為林地土壤，其成土母質為石炭系梓山組砂頁巖風化物，土壤的礦物組成和化學成分受成土母質的影響。

根據便攜式XRF儀現場檢測，土壤的檢出主要元素為鐵、鉀、硫（Fe、K、S）；此次調查采取林地土壤樣品T1、T2 共2個，實驗室檢測土壤樣品T1、T2可交換酸度分別為37.6 mmol/kg、26.1 mmol/kg，有效硫含量分別為23.1 mg/kg、22.6 mg/kg。劉崇群等對江西省內采集的55個土壤標本統計分析得出江西省土壤中有效硫含量的平均值為13.3±0.6 mg/kg[5]，這表明沙隴水庫的區域土壤背景為含硫量高于省內土壤的平均值。

（2）礦區土壤特征

沙隴水庫周邊礦山開采活動強烈，礦山開采一方面造成植被破壞、山體裸露，另一方面剝離山體產生大量棄土廢渣。根據現場調查發現，礦山開采缺乏水土保持工程和環保處理工程，礦山停產后也未及時進行礦山環境恢復治理工程，導致雨季會造成泥沙隨水混流進入水庫。

此次調查采取礦區土壤T5共1個，并使用便攜式XRF儀現場檢測。XRF儀檢測出主要元素為鉀、鈦、鐵、硫（K、Ti、Fe、S），T5實驗室檢測可交換酸度和有效硫含量分別為13.7 mmol/kg、21.1 mg/kg。以上結果表明，礦區土壤為含硫量較高的土壤。

（3）庫區土壤特征

庫區土壤從來源上可分為原生土壤和外來土壤兩種，原生土壤是組成庫區的本底，外來土壤為被水流從周圍山體帶入水庫的泥沙淤積。為此，此次調查在庫區采取了T3（外來土壤）、T4（原生土壤）共2個土壤樣品進行檢測分析。

實驗室檢測T3和T4的可交換酸度分別為31.2 mmol/kg、41.3 mmol/kg，檢測出有效硫含量分別為22.3 mg/kg、19.4 mg/kg，均高于江西省土壤中有效硫含量的平均值，這表明庫區土壤為含硫量較高的土壤。

4.2 水庫周邊水源影響分析與評價

影響水庫水質的水源主要有以下三種類型：自然狀態下的周圍山體匯流的地表水、礦山淋溶水、周圍山體徑流的地下水。

（1）山體匯流地表水特征

沙隴水庫匯水面積達22.61 km2，落到匯水范圍內的降雨，除了少量直接降落到水庫水面上的，山體匯流的地表水是沙隴水庫的主要補給來源。

區內植被較為發育，降雨落到地面時，由于有地表植被的遮擋和保護，地表土壤基本上不會受到雨水的直接沖刷，現場調查過程中發現匯流地表水清澈、無異味。采取的山體匯流地表水代表樣品有S2、S3、S5、S14，PH值檢出范圍為6.18～7.33，硫酸鹽檢出范圍為2.25～12.7 mg/L。

根據檢測結果表明，山體匯流的地表水PH值整體呈微酸性-中性，硫酸鹽的含量也相對較低。這表明在植被覆蓋良好的情況下，山體匯流的地表水對水庫水質酸化的影響輕微。

（2）礦山淋溶水特征

根據現場調查，位于沙隴水庫匯水范圍內的有效采礦權共有4個，分別位于沙隴水庫西北側（3個采礦權）和南側（1個采礦權）。礦山均開采石炭系梓山組含炭頁巖，俗稱煤矸石，含硫量高。

①水庫西北側礦山淋溶水

水庫西北側的3個礦區基本連成一片，礦山生產時間短，剝離量相對較小，距離水庫相對較遠。

在礦區上游和下游各采取1個水樣，檢測結果見表8。

表8 水樣S3、S4檢測結果

結果表明，水庫西北礦區水質整體呈微酸性，礦區上游（S3）水質相比礦區下游（S4）水質PH值較大、硫酸鹽含量較少，也就是說礦區上游來水流經礦區土壤時，淋溶了土壤中的硫化物，使得水質酸性增強、硫酸鹽含量增多。

②水庫西南側礦山淋溶水

水庫西南側現有1處采礦權，礦區緊鄰水庫庫區，礦山露采區、煤矸石場均在水庫匯水范圍內。

在該礦區內共采集水樣4個（S8、S9、S10、S12），礦區上游采集水樣1個（S14），在礦區淋溶水匯入水庫口采集水樣2個（S11、S13）。水樣檢測結果見表9。

表9 水樣S8～S14檢測結果

結果表明，該處礦山淋溶水PH值為3.24～4.51，為強酸性，硫酸鹽含量也普遍較高，而礦區上游水質PH值為6.39，為微酸性，硫酸鹽含量較低。因此，礦區內采礦活動造成原有植被的山體裸露，上游匯水流經礦區后沖刷淋溶礦區巖土體，加劇了水質酸化程度。

③周圍山體徑流地下水特征

庫區及周圍山體出露地層巖性為石炭系下統梓山組粉砂巖、頁巖等，出露在地表淺部的巖體風化較強烈，裂隙相對發育，深部巖體裂隙不發育，基本為不透水層，因此周圍山體補給水庫的地下水主要為淺部的風化裂隙水。

落到地表的降雨，一部分通過地表匯流進入溝谷后流入水庫，另一部分雨水下滲進入土壤補給淺部地下水，淺部的地下水在地勢低洼的地方以泉的形式出露，最終也匯入水庫。

本次調查采集裂隙泉水樣1個（S1），檢測出PH值為3.43，檢測出硫酸鹽含量為128 mg/L，檢測結果表明，該水樣呈強酸性，硫酸鹽含量也較高。出現這種結果的主要原因為土壤及巖體含硫量較高，地下水徑流過程中溶解帶走了土壤及巖體中的硫化物，從而導致水中硫酸鹽含量大幅增加，水質酸性加劇。周圍山體徑流地下水對水庫水質酸化也有一定的影響。

5 結語與建議

5.1 結語

（1）根本影響因素：含硫量較高的區域地質環境背景條件是水庫酸性水質的根本影響因素。

（2）主要誘發因素：礦山開采形成的裸露山體和廢渣堆放在未采取有效保護措施的現狀情況下，易遭受雨水沖刷淋溶，礦山淋溶水呈強酸性，其對水庫水質酸化影響較大，是水庫酸性水質的主要誘發因素。

（3）一般影響因素：山體匯流地表水和淺部風化裂隙水為水庫的主要水源，其在山體植被覆蓋良好的情況下，其水質基本為偏酸性、硫酸鹽含量較低，對水庫酸性水質影響較輕。

綜上，沙隴水庫酸性水質是區域地質環境條件、周邊地表匯水、地下匯水等綜合因素影響的結果，尤其是露天采礦等人類工程活動在未采取有效保護措施的現狀情況下，造成山體裸露、植被破壞，從而加劇了沙隴水庫水質的酸化程度。

5.2 建議

鑒于目前水庫水質酸化已有加劇的形勢，為了改善沙隴水庫水質，建議從以下方面防治：

（1）源頭控制：控制破壞山體植被的工程活動，保護水庫周邊植被，提高植被覆蓋率。

（2）礦山治理：嚴格管控水庫周邊的礦山開采等工程活動，依法依規做好礦山環境保護與恢復治理工程以及水土流失防治工程，礦區廢水經環保處理后再排放。

（3）庫區整治：待水庫每年枯水期時，撒播石灰類物質中和水庫庫區底泥，逐漸改善庫區的環境。