淮北礦區(qū)采煤塌陷湖及周邊河流水質(zhì)特征評(píng)價(jià)

摘 要：選取淮北市臨渙礦區(qū)采煤塌陷湖及周邊河流為研究對象，利用水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)對其水質(zhì)特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，淮北礦區(qū)塌陷湖及周邊河流水質(zhì)總體上為Ⅲ類水體，其中有機(jī)類污染物程度最低，主要污染物為營養(yǎng)鹽類，氮的污染程度高于磷的。由于塌陷湖泊相對較為封閉，污染物主要來源于周圍農(nóng)田排水，塌陷湖泊氮、磷濃度低于周圍河流。因此，塌陷湖的水體可作為農(nóng)業(yè)活動(dòng)灌溉用水，也可作為工業(yè)用水，還可以開發(fā)為生態(tài)濕地，發(fā)揮重要的生態(tài)功能。

關(guān)鍵詞：礦區(qū);塌陷湖;水質(zhì)

中圖分類號(hào) X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）07-0123-04

1 引言

由于煤炭資源的持續(xù)開采，導(dǎo)致地表沉陷，在礦區(qū)形成眾多的塌陷區(qū)，在地下水位較淺的塌陷區(qū)則會(huì)形成塌陷湖泊。塌陷湖泊作為淮北市的特殊水體，其水源主要來源于雨水和淺層地下水[1]。采礦活動(dòng)和當(dāng)?shù)鼐用裆畹纫蛩貙Σ煌乃輩^(qū)水體和周圍河流均會(huì)造成不同程度的污染，并且由于全年降雨和溫度的差異，導(dǎo)致塌陷區(qū)水體和周圍河流的污染程度也有所不同。因此，有必要對塌陷區(qū)及周圍河流水體進(jìn)行季節(jié)性水質(zhì)評(píng)價(jià)。

臨渙煤礦位于安徽省淮北市濉溪縣韓村境內(nèi)，為安徽省資源補(bǔ)給和經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)[2]。隨著煤炭的長期開采和農(nóng)業(yè)活動(dòng)，給當(dāng)?shù)氐牡乇硭h(huán)境帶來了極大的影響[3]。氮、磷是生物體內(nèi)所需要的重要營養(yǎng)元素，也是地表水中必不可少的組成成分，其含量應(yīng)保持在合理范圍內(nèi)，如營養(yǎng)鹽過高則會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，影響水生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能[4]。為此，本研究對淮北礦區(qū)塌陷湖及周邊河流水質(zhì)特征進(jìn)行了水環(huán)境評(píng)價(jià)，以確定淮北礦區(qū)塌陷湖及周邊河流水質(zhì)特征，為塌陷湖生態(tài)功能及潛在利用途徑的進(jìn)一步研究提供科學(xué)依據(jù)[5]。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況 淮北礦區(qū)位于安徽省淮北市濉溪縣韓村境內(nèi)，礦區(qū)塌陷面積累計(jì)約為3.7546×106m2。礦區(qū)地表水系豐富，過境河流主要為澮河，自西北向東南流過，最終匯入洪澤湖。澮河對塌陷區(qū)補(bǔ)給水源，排泄方式為水面蒸發(fā)，平均水深3.45m，最大水深9.0m[6]。沉陷區(qū)地表水集中在臨渙煤礦工業(yè)園以北，澮河以南，韓村鎮(zhèn)以西。沉陷區(qū)底部為黏土、砂質(zhì)黏土組成，地下水位為22.6～25.8m，且地下水位差較小[7]。長期的煤炭開采和人為因素的影響，對塌陷區(qū)和澮河均造成了不同程度的污染。

2.2 樣品采集分析與水質(zhì)評(píng)價(jià) 在臨渙礦區(qū)河流及塌陷湖設(shè)置12個(gè)采樣點(diǎn)，其中澮河4個(gè)采樣點(diǎn)，包河1個(gè)采樣點(diǎn)，塌陷湖7個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。于2021年份豐水期（夏秋季）和枯水期（冬季）采集表層水樣進(jìn)行季節(jié)性水質(zhì)分析，主要分析指標(biāo)包括有機(jī)類污染指標(biāo)（溶解氧、氨氮等）、營養(yǎng)類指標(biāo)總氮和總磷。分析方法依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。水質(zhì)采用單因子和綜合因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)法，該法首先由徐祖信提出，由整數(shù)位和3位或4位小數(shù)位組成，能完整表達(dá)水體水質(zhì)的綜合信息。其主要包括單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)計(jì)算，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)（Xwq）計(jì)算和水質(zhì)等級(jí)確定3個(gè)步驟。其組成為：Iwq=X1.X2X3X4，式中，X1.X2由計(jì)算獲得，X3、X4根據(jù)比較結(jié)果得到。其中，X1為總體水質(zhì)類別;X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置;X3為參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù);X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果，視綜合水質(zhì)的污染程度，X4為1位或2位有效數(shù)字。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的核心是X1.X2的計(jì)算，即根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定綜合水質(zhì)類別，并確定其在該類別變化區(qū)間中的位置。計(jì)算公式為：

式中：m為參加評(píng)價(jià)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù);P1、P2、Pm分別為第1，2，m個(gè)水質(zhì)因子的單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)中的X1.X2。通過X1.X2可以判定綜合水質(zhì)級(jí)別，判斷關(guān)系見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 豐水期水質(zhì)特征 如圖2所示，河流、塌陷湖水體DO含量都較為飽和，范圍為7.4～10.7mg/L;氨氮濃度范圍為0.02～0.11mg/L，TN濃度范圍為0.89～4.36mg/L，TP濃度范圍為0.09～0.24mg/L。從空間上看，主要水質(zhì)指標(biāo)中，河流氨氮總體穩(wěn)定，塌陷水體中氨氮濃度也大體相當(dāng)，總體處于較低水平范圍內(nèi)波動(dòng)。河流TP濃度遠(yuǎn)高于塌陷水體，臨渙水庫塌陷區(qū)水體TP濃度最低，河流TN濃度遠(yuǎn)高于塌陷水體，由于河流開閘放水，河流TN濃度較為均勻。

水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示，從圖3可以看出，各樣點(diǎn)的DO指標(biāo)基本達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，反映有機(jī)污染指標(biāo)的NH4-N也達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但營養(yǎng)鹽污染相對比較嚴(yán)重，TP在河流中達(dá)到地表水IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（包河除外），大部分塌陷水體采樣點(diǎn)TP在IV～V類標(biāo)準(zhǔn)之間波動(dòng)。對TN而言，河流均超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，塌陷湖泊TN在IV～V類標(biāo)準(zhǔn)之間變化。TN污染最為嚴(yán)重，其次是TP，有機(jī)污染較小。

如圖4所示，綜合來看，冬季（11月23日）淮北礦區(qū)塌陷水體和周邊河流綜合水質(zhì)基本達(dá)到III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總體仍然屬于良好狀態(tài)。

3.2 枯水期水質(zhì)特征 如圖5所示，各湖泊水體DO含量都較為飽和，范圍為10.5～11.7mg/L，氨氮濃度范圍為0.10～0.30mg/L，TN濃度范圍為1.50～6.70mg/L，TP濃度范圍為0.07～0.33mg/L。從空間上看，主要水質(zhì)指標(biāo)中，河流氨氮濃度從上游斷面到下游斷面呈逐漸升高的趨勢，塌陷水體中臨渙水庫氨氮濃度高于處于農(nóng)村地區(qū)的其他塌陷水體。河流TP濃度河流遠(yuǎn)高于塌陷水體，其中包河斷面TP濃度最高，河流TN濃度略高于塌陷水體，也是包河斷面TN濃度最高，且臨渙水庫TN濃度高于處于農(nóng)村地區(qū)的其他塌陷水體。

水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖6所示，從圖6可以看出，各樣點(diǎn)的DO指標(biāo)處于達(dá)到1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，反映有機(jī)污染指標(biāo)的NH4-N達(dá)到II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但營養(yǎng)鹽污染相對比較嚴(yán)重，TP在河流中達(dá)到地表水IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（包河除外），大部分塌陷水體采樣點(diǎn)TP達(dá)到在IV-V類標(biāo)準(zhǔn)之間。對TN而言，河流和塌陷湖水體均超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，TN污染最為嚴(yán)重，其次是TP，有機(jī)污染較小。

如圖7所示，冬季淮北礦區(qū)塌陷水體和周邊河流綜合水質(zhì)基本達(dá)到III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總體屬于良好狀態(tài)。

4 討論

從水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來看，淮北塌陷區(qū)及周邊河流總體上綜合水質(zhì)為Ⅲ類水體，其中有機(jī)污染物最低，而污染物為營養(yǎng)鹽類，氮的污染程度高于磷的污染，塌陷湖泊氮、磷水質(zhì)在III～V類之間變化。

從塌陷湖與周圍河流的比較來看，塌陷湖泊氮、磷濃度低于周圍河流，主要是因?yàn)樗莺聪鄬^為封閉（和周圍河流缺乏溝通的途徑），主要接納周圍農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，而周邊河流除受到農(nóng)業(yè)面源的影響外，還受到上游城鎮(zhèn)污水及工業(yè)點(diǎn)源的影響，污染相對較為嚴(yán)重。值得注意的是，如果塌陷湖泊在養(yǎng)殖過程中如果有肥料的投入，則會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度大幅度升高。

從水體功能來看，塌陷湖泊的水體功能可以在IV～V類之間靈活調(diào)節(jié)，既可以執(zhí)行V類水質(zhì)功能，可以作為農(nóng)業(yè)活動(dòng)灌溉用水，亦可以滿足IV類水體功能，即作為工業(yè)用水。此外，塌陷湖泊由于庫容較大，對農(nóng)業(yè)徑流污染負(fù)荷有著較好的截留和凈化功能，可以開發(fā)為生態(tài)濕地，發(fā)揮重要的生態(tài)功能。

5 結(jié)論

淮北塌陷區(qū)及周邊河流總體上綜合水質(zhì)為Ⅲ類水體，其中有機(jī)污染物最低，而污染物為營養(yǎng)鹽類，氮的污染程度高于磷的污染，塌陷湖泊氮、磷水質(zhì)在III～V類之間變化。周邊河流由于受到上游城鎮(zhèn)污水及工業(yè)點(diǎn)源的影響，污染相對塌陷湖泊的影響較大。塌陷湖泊的水體功能可作為農(nóng)業(yè)活動(dòng)灌溉用水、工業(yè)用水，也可開發(fā)為生態(tài)濕地，發(fā)揮重要的生態(tài)功能。

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（責(zé)編：張宏民）

Assessment of Water Quality in Collapsed Lake and Their Surrounding Rivers in the Huaibei Mining Area

YAN Ron

（School of Civil Engineering， Yantai University， Yantai 264005， China）

Abstract： Water samples were taken from the collapsed lakes and their surrounding rivers in the Huaibei Linhuan coal mining areas evaluate their water quality with Water Quality Identify Index. The results show that the lakes and surrounding rivers mainly met the criteria of Grade III according to surface water quality standards， with lowest pollution by organic matter， flowed by phosphorus pollution and nitrogen pollution. Due to the close characteristics， the nutrient concentration of collapsed lakes only receives drainage from surrounding farmland， resisting in the lower concentration in collapsed lakes than that in surrounding river. Therefore， collapsed lakes could have functions on agricultural irrigation， industrial water sources， and ecological wetlands as well.

Key words： Mining area; Collapsed lakes; Water quality

作者簡介：顏榮（1995—），男，江西吉安人，碩士研究生，研究方向：市政環(huán)境與設(shè)備工程。? 收稿日期：2021-12-29