某鐵礦露天采場生態環境治理對地表水資源的影響研究*

鄭海軍 徐慶榮 李書欽

（1．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國家環境保護礦山固體廢物處理與處置工程技術中心）

作為生產、生活類基礎資源，水資源是影響經濟、社會發展的關鍵性要素［1］。在中國經濟快速發展的當下，由于工業快速的發展，出現水污染、大氣污染、土壤污染等多種環境問題，嚴重威脅人們健康生活，阻礙了中國經濟健康發展［2］。礦產資源的開發利用過程中，不可避免地會產生一些礦山地質環境問題，如重金屬污染等，直接或間接威脅著人民的生命和財產安全［3-5］。在地下資源正常開采的同時，研究礦山露天采場生態環境治理對地表水資源的影響具有重要的科學意義和實用價值。

本研究以長江中下游地區某露天鐵礦為研究對象，運用模型預測的方式研究其生態環境治理過程對地表水造成的環境影響，為今后生態環境治理工作提供參考。

1 研究方法與內容

1.1 地表水評價等級與評價范圍

本研究所屬鐵礦位于長江中下游某縣，營運期項目廢水污染源主要包括充填站溢流水、渣漿泵水封廢水、露天坑廢水、生活污水等；其中渣漿泵水封水經沉淀后循環利用，定期補充；經地埋式一體化處理裝置處理后的生活污水可以直接用于廠區綠化，不外排；充填站溢流水部分依托某露天轉地下工程充填站回水沉淀池至回水管線泵送至高位水池，多余部分（7 084.3 m3/d）通過現有排口達標外排至河流；項目露天坑澄清水（22 493.94 m3/d）經浮箱泵、接力水池、接力泵通過現有排口達標外排至河流；此外某露天轉地下工程的井下涌水（12 847.93 m3/d）和某區域在建項目多余涌水（6 318 m3/d）也通過排口外排至河流。本研究屬污染影響型項目。

根據《環境影響評價技術導則地表水環境》（HJ 2.3—2018）中的相關要求，最終確定本項目地表水評價等級為一級。

1.2 地表水環境影響預測范圍、時期和情景設定

1.2.1 預測范圍

項目預測范圍與評價范圍一致，地表水評價范圍為A河某排污口上游至某取水口，下游至B河入長江口，全長約22 km。

1.2.2 預測時期

根據《環境影響評價技術導則地表水環境》（HJ 2.3—2018），確定本項目預測時期為枯水期和豐水期。

1.2.3 預測情景設定

雨季露天坑洪水總量為245 057 m3，遠大于正常情況下本項目廢水外排量，雨季露天坑廢水主要為雨水，其水質與雨季A河水質基本一致，因此根據本項目生產特點，主要預測正常情況下項目外排廢水，同時考慮到區域在建的某鐵礦建設情況，分為疊加和不疊加區域在建污染源情況。項目預測情景見表1。

注：由于某露天轉地下工程預計與本項目基本同時投入運行，因此項目廢水源強為本項目廢水源強疊加露天轉地下工程井下涌水后源強，地表水預測情景主要考慮在建項目建成前和建成后2種情形對地表水水質影響。

1.3 水動力學模型

采用荷蘭德爾夫特三角洲研究院（Deltares）開發的DELFT3D FLOW應用程序，DELFT3D FLOW包含了豐富的功能，其中有2D和3D水流計算、水質計算（DELWAQ）、水溫計算、泥沙計算（SED）和演變計算（MOR）等，軟件中的水動力程序可以計算風、波的影響等。

邊界條件有2個，分別是陸邊界（無通量）和水邊界（一般為水位邊界或流量邊界）。本次模擬采用了上游流量邊界和水位邊界。

1.4 模型構建

綜合考慮項目實際、相關資料及研究目的等因素來確定計算范圍。計算區域河道長約22 km，河道地形用典型河道斷面測量資料內插而得，將Arcgis處理后的地形數據輸入Rgfgrid，然后生成正交曲線網格。在網格劃分過程中，根據項目的實際決定網格的疏密。

模型采用入流和出流處水文站2019年7月10—31日洪水過程的水文作為模型率定和檢驗的出入流邊界條件，同時段C地水文站水位作為模擬和實測校驗過程（圖1、圖2）。

1.5 模型驗證

以河道中部C地實測水位數據與模型預測觀察點2019年7月一次洪水過程的水位進行比較，從而對模型進行驗證，結果如圖3所示。通過對比分析，模擬結果較好。

2 預測結果分析

2.1 枯水期水質預測

枯水期水質預測結果見表2和表3。設斷面1為F鎮水廠取水口，斷面為G水廠取水口，斷面3為A河入B河口。

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在枯水期，如不考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目實施后F鎮水廠取水口完全混合斷面COD、氨氮、氟化物、砷占標率分別為83.2%，56.0%，29.5%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物預測值均不超過《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中II類標準限值。若考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目實施后F鎮水廠取水口完全混合斷面COD、氨氮、氟化物、砷占標率分別為83.3%，56.0%，29.6%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物預測值均不超過《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中II類標準限值。因此，正常情況下枯水期本項目新增外排水不會對下游水環境造成明顯不利的影響。

2.2 豐水期水質預測

豐水期水質預測結果見表4、表5。可以看出，在豐水期不考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目新增外排水同樣不會對下游水環境保護目標造成明顯不利的影響。

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2.3 非正常情況下地表水環境影響分析

在暴雨氣象條件下，露天坑出于安全考慮需要泄洪排水，坑內洪水主要來自露天坑匯水面積內的降水徑流，泄洪排水量和降水強度相關，露天坑泄洪水經浮箱泵、接力水池、接力泵排水到采場排口沉淀池，經沉淀池沉淀后排入河流。

該露天礦坑匯水面積實測為0.761 km2，洪水設計頻率按100 a一遇計算（1%），日降雨量為341.0 mm，暴雨衰減指數n=0.68，洪峰流量為27.96 m3/s，洪水總量為245 057 m3。

由前面露天坑廢水水質分析可知，項目露天坑澄清水中污染物濃度較低，可滿足《鐵礦采選工業污染物排放標準》（GB 28661—2012）中“采礦廢水—非酸性廢水直接排放”和“選礦廢水—重選和磁選廢水直接排放”標準要求。在經雨水稀釋作用后，廢水水質在入河斷面處水中主要污染物的濃度將大大降低，遠低于標準的要求，不會對地表水環境質量造成明顯不利影響。

3 結 論

（1）在枯水期和豐水期，本項目實施后，F鎮水廠取水口完全混合斷面的COD、氨氮、氟化物預測值均不超過地表水環境相關標準（GB 3838—2002）的限值要求，在正常情況下，本項目新增外排水不會對下游水環境保護目標造成明顯不利的影響。

（2）雨季情況下，項目露天坑澄清水中污染物濃度較低，經雨水稀釋作用后，廢水水質在入河流斷面處水中主要污染物的濃度將大大降低，遠低于相關標準的限值要求，不會對地表水環境質量造成明顯不利影響。