郭二果蔡 煜馬 靜王海英馬 晴

(1.呼和浩特市環(huán)境科學(xué)研究所,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010030; 2.呼和浩特市環(huán)境監(jiān)測中心站,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010030; 3.呼和浩特市環(huán)境保護(hù)局,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010011)

★節(jié)能與環(huán)保★

草原區(qū)露天煤礦開發(fā)地下水水質(zhì)影響評價(jià)?

郭二果1,2蔡 煜1,3馬 靜1王海英1馬 晴1

(1.呼和浩特市環(huán)境科學(xué)研究所,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010030; 2.呼和浩特市環(huán)境監(jiān)測中心站,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010030; 3.呼和浩特市環(huán)境保護(hù)局,內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市,010011)

為研究露天煤礦對地下水水質(zhì)的影響,于2010－2011年開展了后評估調(diào)研和水質(zhì)監(jiān)測,并結(jié)合搜集環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀(2005年)、后續(xù)竣工驗(yàn)收資料(2012年),對勝利一號(hào)露天煤礦周邊地下水水質(zhì)進(jìn)行回顧性評價(jià)。與勝利一號(hào)露天煤礦環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀相比,地下水總硬度、硫酸鹽、氟化物濃度明顯升高,氯化物變化幅度不大,個(gè)別監(jiān)測井氯化物濃度呈下降趨勢;濁度、色度、大腸菌群數(shù)量大幅下降;錳的濃度比環(huán)評時(shí)有所下降,但絕對濃度相對較高(超標(biāo));鐵的濃度在不同監(jiān)測點(diǎn)處變化規(guī)律不一樣。

草原區(qū) 露天煤礦 地下水水質(zhì) 回顧性評價(jià)

在我國內(nèi)蒙古、新疆、青海、貴州等草原地區(qū)分布著大量露天煤礦,這些地區(qū)煤炭基礎(chǔ)儲(chǔ)量占全國煤炭儲(chǔ)量的80%以上。由于礦坑水排放、含水層疏干、排土場淋溶以及采動(dòng)破壞等因素,打破了地下水原有的平衡狀態(tài)和循環(huán)關(guān)系,目前有關(guān)煤礦開發(fā)對地下水水質(zhì)的影響研究多集中在煤礦不同含水層水質(zhì)類型、水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)方法和模式上。本文以地處內(nèi)蒙古錫林浩特草原地區(qū)的勝利一號(hào)露天煤礦為研究對象,對煤礦開發(fā)后的地下水水質(zhì)影響進(jìn)行回顧性評價(jià),為煤炭資源開發(fā)項(xiàng)目的環(huán)境影響后評價(jià)提供參考性思路,同時(shí)也為煤炭建設(shè)項(xiàng)目地下水水質(zhì)影響評價(jià)提供實(shí)例性依據(jù)。

1 研究地區(qū)概況

1.1 礦區(qū)周邊環(huán)境

勝利一號(hào)露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市西北部勝利蘇木境內(nèi),煤田屬新華夏系第三沉降帶巴音和碩凹陷南部的斷陷型含煤盆地,整個(gè)煤田為寬緩的向斜構(gòu)造,向斜兩翼傾角為5°～12°。含煤地層為巴彥花群的錫林組和勝利組,可采煤層自上而下有5、5下、6上、6－1、6、6下。礦區(qū)地勢為低緩丘陵及河谷沖積平原,屬錫林浩特盆地水文地質(zhì)單元的一部分,地面標(biāo)高為980～1093 m。區(qū)域水文地質(zhì)分4個(gè)區(qū),有3條斷層(F25、F29、F1),全部為正斷層,走向?yàn)镹NE～NE,傾角均大于50°,以壓扭性為主,斷層帶以泥巖及泥巖膠結(jié)的塑性巖石為主,裂隙稀少,破碎帶不發(fā)育,可視為阻水?dāng)鄬?。對露天開采有影響的含水層為第四系孔隙潛水含水層、煤系頂?shù)[巖段裂隙、孔隙承壓含水巖組、5煤層裂隙承壓含水巖組和6煤層裂隙承壓含水巖組。含水巖組的補(bǔ)給主要由大氣降水通過含水層隱伏露頭下滲補(bǔ)給及隔水層的局部薄弱地段越流滲透補(bǔ)給,錫林河谷沖積平原以地下水徑流、蒸發(fā)排泄為主,同時(shí)錫林河與第四系孔隙潛水也有水力聯(lián)系。經(jīng)過近20年(包括原烏蘭圖嘎煤礦)的開采,F25斷層北的水位已經(jīng)疏干下降了逾100 m。

1.2 工程概況

勝利一號(hào)露天煤礦是神華北電勝利能源有限公司在原烏蘭圖噶露天煤礦的基礎(chǔ)上擴(kuò)建的,總建設(shè)規(guī)模為20 Mt/a,一期工程為10 Mt/a,2005年開始擴(kuò)建并于2009年通過驗(yàn)收,二期擴(kuò)建工程于2010年開始,2012年通過竣工環(huán)保驗(yàn)收。目前總占地面積為1235.06 hm2。該礦采用單斗—卡車開采工藝,采掘場分3個(gè)采區(qū),目前在首采區(qū),開采境界南北2.2 km,東西2.0 km,深度160 m;全煤田可采儲(chǔ)量為1851.58 Mt,其中首采區(qū)為445.92 Mt,生產(chǎn)剝采比為2.77 m3/t;設(shè)3個(gè)外排土場,南北兩個(gè)排土場已經(jīng)復(fù)墾完畢,剝離物排放沿幫排土場,排土場總占地面積750 hm2。煤礦設(shè)置29個(gè)疏干水井儲(chǔ)存抽取的疏干水,疏水量為20000 t/d,其中外排到錫林河的疏水量為8097 t/d。礦坑水產(chǎn)生量為6935 t/d,經(jīng)懸浮沉淀后排入錫林河。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

(1)資料收集。收集了煤礦環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀監(jiān)測資料、煤礦例行監(jiān)測統(tǒng)計(jì)資料(如每年疏干水量、各水井的水位)、區(qū)域地質(zhì)條件和地下水水文地質(zhì)資料。

(2)后評估時(shí)現(xiàn)場調(diào)查。后評估過程中分別在2010年6月、8月、2011年7月等多次去現(xiàn)場調(diào)查,調(diào)查內(nèi)容包括礦區(qū)周邊環(huán)境和工程礦坑水排放情況實(shí)地勘察、地表水分布及水文情況調(diào)查、牧區(qū)居民用水情況變化走訪問詢。

(3)后續(xù)資料調(diào)查。2012年煤礦通過二期竣工環(huán)保驗(yàn)收后,又補(bǔ)充收集了二期竣工環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測報(bào)告中關(guān)于地下水的監(jiān)測資料。

2.2 地下水水質(zhì)監(jiān)測方法

(1)監(jiān)測時(shí)間:2010年11月4－5日連續(xù)2天監(jiān)測,監(jiān)測時(shí)間為每日8:00。

(2)監(jiān)測項(xiàng)目:p H、大腸桿菌、細(xì)菌總數(shù)、氯化物、氟化物、色度、濁度、總硬度、溶解性總固體、揮發(fā)酚、硫酸鹽、六價(jià)鉻、鐵、鎘、錳、鉛、砷、汞等18個(gè)因子。

(3)監(jiān)測點(diǎn)位。選擇原環(huán)評時(shí)的4個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn),即眾星冷庫、原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井、鍺礦機(jī)井、旅游局旅游點(diǎn)西南2000 m處壓水井,另外,為了更好地了解煤礦周邊地下水實(shí)況,本次研究又增加一個(gè)疏干水井和附近村莊敖包蘇嘎查生活用水井,共設(shè)置6個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)。同時(shí),為分析企業(yè)污水排放情況,對企業(yè)礦坑水處理設(shè)施、排污口及下游500 m水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)位詳見表1。

2.3 地下水水質(zhì)評價(jià)方法

水質(zhì)評價(jià)采用單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)?；仡櫺栽u價(jià)采用趨勢分析法和前后對比法。

3 結(jié)果與分析

3.1 煤礦開采前環(huán)評時(shí)地下水質(zhì)量

對7個(gè)監(jiān)測井的地下水水質(zhì)進(jìn)行回顧性評價(jià),數(shù)據(jù)見表2和表3。環(huán)評時(shí)對4個(gè)地下水井的15個(gè)水質(zhì)因子進(jìn)行了監(jiān)測,其中p H、細(xì)菌總數(shù)、鉛、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、鎘、汞、總硬度等均滿足地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求,除了個(gè)別點(diǎn)位水質(zhì)因子稍有超標(biāo)外(標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為1.02),硫酸鹽濃度也能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。鐵和錳嚴(yán)重超標(biāo),且這兩種元素在4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均超標(biāo),鐵和錳分別以眾星冷庫和鍺礦機(jī)井超標(biāo)最為嚴(yán)重,這2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的鐵濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)值的4.57、5.13倍,錳濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)值的8.4倍和23.4倍。濁度超標(biāo)率100%,其中鍺礦機(jī)井超標(biāo)最嚴(yán)重,超標(biāo)倍數(shù)為15.67倍。氟化物濃度除鍺礦機(jī)井外全部超標(biāo),是標(biāo)準(zhǔn)值的1.16～1.35倍。4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)色度的濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)值的1.0～2.67倍。此外,大腸菌群在眾星冷庫和烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井超標(biāo),最高濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的6.67倍,氯化物等指標(biāo)也均出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象。

由此可見,勝利一號(hào)露天煤礦建設(shè)前的錫林浩特地區(qū)地下水屬鐵、錳高含量地區(qū),同時(shí),氟化物的含量也較高,大腸菌群超標(biāo)的主要原因是因?yàn)樵摰貐^(qū)放牧牛羊糞便或有機(jī)物進(jìn)入等原因?qū)е隆?/p>

表1 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測點(diǎn)

3.2 后評估時(shí)地下水水質(zhì)

2010年后評估研究中,p H、大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)、色度、氯化物、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、鉛、鎘、汞、砷等均滿足地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中,溶解性總固體濃度、濁度超標(biāo)率100%,最高濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)值的2.622倍和1.67倍;硫酸鹽濃度、總硬度除眾星冷庫和礦區(qū)疏干井之外均超過了標(biāo)準(zhǔn)限值,最高濃度均出現(xiàn)在旅游局旅游點(diǎn)西南2000 m處的壓水井,標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為3.27和2.34;在眾星冷庫、旅游局旅游點(diǎn)西南2000 m處的壓水井錳和鐵的濃度也超過標(biāo)準(zhǔn)限值,這兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)錳和鐵的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為1.7～5.4和4.4～26.63,此外,礦區(qū)疏干井錳的濃度也超標(biāo)2.8倍。氟化物除旅游點(diǎn)西南2000 m處外,其他5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均超標(biāo),超標(biāo)濃度為標(biāo)準(zhǔn)值的1.27～3.85倍。

3.3 二期驗(yàn)收時(shí)地下水水質(zhì)

煤礦一期驗(yàn)收時(shí)未對地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測,自2010年后評估課題主要研究結(jié)束后,2012年進(jìn)行二期竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收時(shí)監(jiān)測了露天礦坑下游200 m處、烏蘭圖嘎露天煤行政機(jī)關(guān)機(jī)井、鍺礦機(jī)井等3處的地下水水質(zhì),共監(jiān)測了17個(gè)水質(zhì)因子。結(jié)果顯示,原烏煤機(jī)關(guān)井硫酸鹽、大腸菌群超標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為1.072和7.667;鍺礦機(jī)井總硬度和氟化物超標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為1.483和1.090;露天礦坑下游200 m處地下水中錳、大腸菌群標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為2.100和7.667,其他水質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)。

3.4 地下水水質(zhì)變化分析

3.4.1 重金屬及揮發(fā)酚等變化

對比不同時(shí)期地下水水質(zhì),與環(huán)評時(shí)相比,勝利一號(hào)露天煤礦開發(fā)7年后,周邊地下水中鉛、六價(jià)鉻、汞、鎘、砷、揮發(fā)酚等濃度仍然不高,無論是2010年后評估還是2012年的二期竣工驗(yàn)收監(jiān)測值均在儀器檢出限值以下;p H和細(xì)菌總數(shù)的變化幅度也不大,環(huán)評前、后評估和驗(yàn)收時(shí)均在Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi),數(shù)據(jù)見表2。

3.4.2 總硬度、硫酸鹽、氟化物、氯化物

經(jīng)過近7年的開采時(shí)間,露天煤礦周邊地下水總硬度、硫酸鹽、氟化物濃度比環(huán)評時(shí)有所升高。其中4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的總硬度、硫酸鹽在2010年后評估時(shí)的監(jiān)測值均高于環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀,4個(gè)點(diǎn)平均值分別是原環(huán)評現(xiàn)狀的1.54倍和2.47倍,以至于原本符合標(biāo)準(zhǔn)要求的這2個(gè)因子在2010年多數(shù)監(jiān)測點(diǎn)超標(biāo);除旅游區(qū)旅游點(diǎn)西南2000 m處外,氟化物濃度在其他3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均比環(huán)評前有所升高,2010年3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)氟化物濃度是2005年的1.28～2.5倍,這使得原本超過標(biāo)準(zhǔn)限值的氟化物在勝利一號(hào)露天煤礦周邊地下水的污染更為嚴(yán)重。根據(jù)后續(xù)收集資料,2012年二期竣工驗(yàn)收時(shí)這3個(gè)水質(zhì)因子雖有所減緩,但濃度仍高于環(huán)評前現(xiàn)狀;勝利一號(hào)露天礦周邊地下水氯化物含量總體不高,變化幅度也不是太大,其中原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井和鍺礦機(jī)井中氯化物呈下降趨勢。

總硬度、硫酸鹽、氟化物升高的原因可能與區(qū)域水文地質(zhì)條件有關(guān),隨著開采深度的變化,疏干水不同含水層水質(zhì)不同。同時(shí)也可能與煤礦礦坑排水水質(zhì)有關(guān),根據(jù)收集和監(jiān)測資料,2010年后評估時(shí)煤礦礦坑水氟化物濃度是2008年的1.64倍。

3.4.3 大腸菌群、濁度、色度

大腸菌群數(shù)量在不同監(jiān)測點(diǎn)位差異較大,不論環(huán)評前現(xiàn)狀還是后期監(jiān)測,均表現(xiàn)出鍺礦機(jī)井處大腸菌群數(shù)量少、原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井處大腸菌群數(shù)量多。從時(shí)間變化趨勢來看,大腸菌群數(shù)量比環(huán)評前現(xiàn)狀有所降低,原本超標(biāo)嚴(yán)重的眾星冷庫和原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井,2010年后評估時(shí)大腸菌群數(shù)量也能達(dá)到Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求。

與環(huán)評前現(xiàn)狀相比,勝利一號(hào)露天煤礦開采以來,周邊地下水濁度、色度下降明顯,2010年后評估時(shí)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)濁度、色度均較環(huán)評時(shí)相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)濃度低,補(bǔ)充收集的2012年二期竣工驗(yàn)收數(shù)據(jù)也顯示濁度、色度低于環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀,3個(gè)時(shí)期均進(jìn)行過水質(zhì)監(jiān)測的原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)機(jī)井和鍺礦機(jī)井,后續(xù)監(jiān)測值色度僅為原現(xiàn)狀值的0.12～0.38倍,濁度為原現(xiàn)狀值的0.06～0.2倍。

大腸菌群數(shù)量、濁度、色度下降的原因可能是隨開采深度增加,地下水受生活污染影響越來越不顯著的緣故。另外,濁度也可能與煤礦排水水質(zhì)有關(guān),勝利一號(hào)露天煤礦礦坑水處理設(shè)施出口懸浮物在2010年后評估、2012年二期竣工驗(yàn)收時(shí)遠(yuǎn)低于一期竣工驗(yàn)收監(jiān)測值(僅為環(huán)評前現(xiàn)狀值的0.23～0.4倍),這也可能是地下水濁度降低的原因之一。

3.4.4 鐵、錳

勝利一號(hào)露天煤礦開發(fā)以來,4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)錳濃度均比2005年環(huán)評前有所降低,但其絕對濃度仍然較高,無論是2010年后評估時(shí)監(jiān)測值還是2012年后續(xù)收集監(jiān)測資料,錳濃度均有超標(biāo)現(xiàn)象。不同監(jiān)測點(diǎn),鐵濃度的變化規(guī)律不一樣,在眾星冷庫和旅游區(qū)旅游點(diǎn)西南2000 m處超標(biāo)且比2005年高,而原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)和鍺礦機(jī)井,鐵的濃度遠(yuǎn)低于2005年本底值。各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)地下水濃度取平均值后,2010年鐵濃度是5年前本底值的1.58倍,而錳濃度降低到原本底值的0.18倍。不同時(shí)期地下水水質(zhì)評價(jià)指數(shù)對比如圖1所示。

3.4.5 居民用水井水質(zhì)情況分析

此次后評估研究中除監(jiān)測了與原環(huán)評時(shí)相同的4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)外,另外還增加附近敖包蘇嘎查居民用水井,監(jiān)測結(jié)果表明敖包蘇嘎查居民用水井內(nèi)濁度、溶解性總固體、氟化物、總硬度、硫酸鹽超標(biāo)。勝利一號(hào)露天煤礦在環(huán)評時(shí)沒有對居民用水井進(jìn)行過監(jiān)測,與原環(huán)評時(shí)4個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)平均值相對比,敖包蘇嘎查居民用水井水質(zhì)中氟化物、硫酸鹽、總硬度較原環(huán)評時(shí)高,而原本本底水質(zhì)含量高的鐵、錳和大腸菌群等卻大幅度下降,敖包蘇嘎查居民用水井水質(zhì)目前仍然超標(biāo)的濁度,也比原環(huán)評時(shí)有所降低。

表2 勝利一號(hào)露天煤礦建設(shè)前后地下水水質(zhì)變化

編號(hào)分析項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值監(jiān)測值眾星冷庫后評估原環(huán)評原烏煤機(jī)關(guān)井后評估原環(huán)評竣工驗(yàn)收7鉛/mg·L－1≤0.05濃度0.001L?0.005L?0.001L?0.005L?0.001L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.010 0.050 0.010 0.050 0.010 8錳/mg·L－1≤0.1濃度0.54 0.84 0.01L?0.54 0.01L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)5.400 8.400 0.050 5.400 0.050 9氯化物/mg·L－1≤250濃度144.81 65.94 205.96 301.94 63.82標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.580 0.260 0.820 1.210 0.255 10六價(jià)鉻/mg·L－1≤0.05濃度0.004L?0.002L?0.004L?0.002L?0.004L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.040 0.020 0.040 0.020 0.040 11硫酸鹽/mg·L－1≤250濃度157.2 68.43 423.4 255.41 268標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.630 0.270 1.690 1.020 1.072 12揮發(fā)酚/mg·L－1≤0.002濃度0.002L?0.001L?0.002L?0.001L?0.002L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.500 0.250 0.500 0.250 0.500 13汞/μg·L－1≤0.001濃度0.001L?0.0005L?0.001L?0.0005L?0.00005L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.500 0.250 0.500 0.250 0.025 14鎘/mg·L－1≤0.01濃度0.0001L?0.0005L?0.0004 0.0005L?0.0001L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.050 0.025 0.040 0.025 0.005 15氟化物/mg·L－1≤1濃度1.48 1.16 2.9 1.16 0.99標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)1.480 1.160 2.900 1.160 0.990 16大腸菌群/個(gè)·L－1≤3.0數(shù)量1 20未檢出20 23標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.330 6.670 0.000 6.670 7.667 17砷/mg·L－1≤0.05濃度0.007L?無監(jiān)測0.007L?無監(jiān)測0.0002L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.070無監(jiān)測0.070無監(jiān)測0.002 18溶解性總固體/mg·L－1≤1000濃度1092無監(jiān)測1267無監(jiān)測無監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)1.092無監(jiān)測1.267無監(jiān)測無監(jiān)測編號(hào)分析項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值監(jiān)測值旅游點(diǎn)西南2000 m處后評估原環(huán)評鍺礦機(jī)井后評估原環(huán)評竣工驗(yàn)收1 p H 6.5～8.5 p H 7.41 7.48 7.38 6.72 6.41標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.210 0.240 0.190 0.280 0.590 2總硬度/mg·L－1≤450濃度1054.65 359.82 644.01 624.18 667.32標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)2.340 0.800 1.430 1.390 1.483 3濁度/mg·L－1≤3濃度5 7 5 50 3標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)1.670 2.330 1.670 16.670 1.000 4細(xì)菌總數(shù)/個(gè)·L－1≤100數(shù)量5 43 4 3 1標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.050 0.430 0.040 0.030 0.010 5鐵/mg·L－1≤0.3濃度1.32 0.32 0.03L?1.54 0.03L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)4.400 1.070 0.050 5.130 0.050 6色度/mg·L－1≤15濃度5 15 7.5 40 5標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.330 1.000 0.500 2.670 0.333 7鉛/mg·L－1≤0.05濃度0.001L?0.005L?0.001L?0.005L?0.001L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.010 0.050 0.010 0.050 0.010 8錳/mg·L－1≤0.1濃度0.17 0.28 0.01L?2.34 0.08標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)1.700 2.800 0.050 23.400 0.800 9氯化物/mg·L－1≤250濃度227.98 89.14 86.11 101.16 94.59標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.910 0.360 0.340 0.400 0.378 10六價(jià)鉻/mg·L－1≤0.05濃度0.004L?0.002L?0.004L?0.002L?0.004L?標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.040 0.020 0.040 0.020 0.040

注:?為當(dāng)前測量環(huán)境下,監(jiān)測儀器可測量低限值

表3 勝利一號(hào)露天煤礦建設(shè)前后地下水水質(zhì)變化

注:?當(dāng)前測量環(huán)境下,監(jiān)測儀器可測量低限值

圖1 不同時(shí)期地下水水質(zhì)評價(jià)指數(shù)對比

4 結(jié)論

4.1 環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀、后評估和竣工驗(yàn)收數(shù)據(jù)對比分析

(1)勝利一號(hào)露天煤礦周邊地下水背景值中, p H、細(xì)菌總數(shù)、鉛、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、鎘、汞、總硬度、硫酸鹽背景濃度低,均能滿足地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求;鐵和錳背景濃度高,超標(biāo)率100%,鐵最高濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的5.13倍,錳最高濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的23.4倍;濁度、氟化物濃度也較高,二者與大腸菌群色度、氯化物等均出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象。

(2)煤礦開發(fā)至少5年后(包括原烏蘭圖嘎煤礦則20年),勝利一號(hào)露天煤礦周邊地下水中p H、大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)、色度、氯化物、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、鉛、鎘、汞、砷濃度依然很低,均滿足地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。溶解性總固體、濁度、硫酸鹽、總硬度、錳和鐵濃度出現(xiàn)超標(biāo),最高濃度分別是標(biāo)準(zhǔn)值的2.622倍、1.67倍、3.27倍、2.34倍、5.4倍和26.63倍。后續(xù)收集資料說明2012年煤礦周邊地下水硫酸鹽、大腸菌群、總硬度、氟化物、錳依然超標(biāo)。

(3)與環(huán)評前相比,勝利一號(hào)露天煤礦開發(fā)后,周邊地下水中重金屬鉛、六價(jià)鉻、汞、鎘、砷以及揮發(fā)酚等濃度始終保持檢出限以下,p H和細(xì)菌總數(shù)的變化幅度也不大,均在Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

總硬度、硫酸鹽、氟化物較環(huán)評時(shí)明顯升高,其中總硬度、硫酸鹽在4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)2010年后評估監(jiān)測值均高于環(huán)評時(shí)現(xiàn)狀,4個(gè)點(diǎn)平均值分別是原環(huán)評現(xiàn)狀的1.54和2.47倍;4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中有3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)氟化物濃度較環(huán)評前有所升高,2010年3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)氟化物濃度是2005年的1.28～2.5倍;氯化物變化幅度不是太大,個(gè)別監(jiān)測井氯化物濃度呈下降趨勢。

煤礦周邊地下水濁度、色度、大腸菌群數(shù)量大幅下降,2012年色度僅為2005年的0.12～0.38倍,濁度為2005年的0.06～0.2倍。

錳濃度在2010年比環(huán)評時(shí)有所下降,但絕對濃度還是相對較高(超標(biāo))。鐵的濃度在不同監(jiān)測點(diǎn)處變化規(guī)律不一樣,不同時(shí)期各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)濃度取平均值后,在2010年進(jìn)行觀測后,地下水鐵濃度是5年前本底值的1.58倍,而錳濃度則降低到原本底值的0.18倍。

(4)居民用水井氟化物、硫酸鹽、總硬度較原環(huán)評時(shí)高,而原本本底水質(zhì)含量高的鐵、錳和大腸菌群等卻大幅度下降,居民用水井水質(zhì)目前濁度仍然超標(biāo),但比原環(huán)評時(shí)的濁度有所降低。

4.2 與其他研究成果的對比分析

造成煤礦周邊地下水其他水質(zhì)因子變化的原因與區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦坑排水水質(zhì)有關(guān),后評估課題中另一研究案例——位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的伊敏露天礦也發(fā)現(xiàn),煤礦開發(fā)十多年后,疏干水總排口SO42－濃度有所升高,Fe、Mn、Cl－濃度有所降低,但鐵錳濃度仍超標(biāo)。其他一些學(xué)者研究也發(fā)現(xiàn),伊犁伊北礦區(qū)礦化度背景濃度值高,地下水水質(zhì)較差,阜新新邱露天煤礦排土場淋溶水對附近地下水主要污染因子為總硬度、硫酸鹽、氯化物、溶解性總固體等,阜新地區(qū)煤礦開采一百多年后總硬度超Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的20.25倍,淄川區(qū)煤礦開發(fā)進(jìn)入衰老期后第四系孔隙水水質(zhì)呈重污染狀態(tài),主要污染物為SO42－、總硬度、TDS,這些研究結(jié)果與本文煤礦開發(fā)后總硬度、硫酸鹽、溶解性總固體等濃度升高的結(jié)論相一致。

4.3 地下水污染防治改進(jìn)建議

(1)增加疏干水、居民用水觀測井,加強(qiáng)對地下水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,隨時(shí)掌握地下水水質(zhì)狀況;同時(shí)要注意監(jiān)測井設(shè)置的可對比性,將歷史觀測井原烏蘭圖嘎露天煤礦行政機(jī)關(guān)和鍺礦機(jī)井以及眾星冷庫、旅游區(qū)旅游點(diǎn)西南2000 m處機(jī)井作為長期觀測井。

(2)合理設(shè)計(jì)疏干排水方案,通過修建防滲帷幕代替疏干地下水、留設(shè)隔水煤柱等技術(shù)減少疏干排水影響范圍;在采掘場外圍布設(shè)降水孔截流地下水,在采掘場內(nèi)部采用超前坑、溝等疏排剩余水;采掘場內(nèi)幫有組織地進(jìn)行隔水層回填,在邊幫底部進(jìn)行礫石反濾回填;加強(qiáng)礦坑水儲(chǔ)存設(shè)施及污水處理系統(tǒng)的防滲補(bǔ)救措施。

(3)煤礦開采對地下水的影響是一個(gè)動(dòng)態(tài)且持續(xù)的過程,建議今后進(jìn)一步開展跟蹤研究,詳細(xì)掌握F25、F29、F1斷層的位置、走向和斷層導(dǎo)水性,結(jié)合煤礦開采地下水疏干量、地下水水質(zhì)變化,深入研究煤礦開采對地下水水質(zhì)的影響原因及影響方式。

(4)鑒于煤礦周邊居民用水井濁度、溶解性總固體、氟化物、總硬度、硫酸鹽超標(biāo)以及礦區(qū)地下水鐵、錳背景含量高,人體長期攝入不利于健康,建議煤礦業(yè)主如實(shí)向政府和居民反映這種情況,居民飲水采用沙缸過濾的方法進(jìn)行凈化后飲用。

[1] 趙春虎.蒙陜礦區(qū)采煤對松散含水層地下水資源影響的定量評價(jià)[J].中國煤炭,2014(3)

[2] 李新旺,關(guān)天強(qiáng),張紅升等.望田煤礦開采對地下水影響的研究[J].中國煤炭,2012(1)

[3] 謝娟.煤礦開采對地下水水質(zhì)及水量的影響研究[D],西安科技大學(xué),2012

[4] 孫冬瑤,朱建雯,黃韶華等.基于模糊綜合評價(jià)法的煤礦礦井水水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2012(6)

[5] 肖晗,劉志斌.露天煤礦排土場地下水環(huán)境影響的模糊模式識(shí)別[J].能源與環(huán)境,2010(2)

[6] 白國良,梁冰.煤礦開采對阜新地下水環(huán)境影響的研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2006(4)

[7] 王軍濤.淄川煤礦礦坑排水對水質(zhì)特征影響與串層污染防治研究[D].山東建筑大學(xué),2012

[8] 李曉鳳,彭洪閣.草原地區(qū)露天煤礦淺層地下水帷幕技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國煤炭,2013(7)

Assessment of the impact on groundwater quality of the open-pit coal mine in prairie region

Guo Erguo1,2,Cai Yu1,3,Ma Jing1,Wang Haiying1,Ma Qing1
(1．Huhhot Research Institute of Environment,Huhhot,Inner Mongolia 010030,China; 2．Huhhot Environment Monitoring Center,Huhhot,Inner Mongolia 010030,China; 3．Huhhot Environmental Protection Bureau,Huhhot,Inner Mongolia 010011,China)

In order to study the impact of the open-pit coal mine on groundwater quality,the authors carried out post-evaluated investigation and water quality monitoring from 2010 to 2011, and retrospective assessment of groundwater quality around Shengli No．1 open-pit coal mine with combining present conditions of environment impact assessment(EIA)(2005)and data of following completion inspection(2012)．Comparing with the EIA of groundwater quality around Shengli No．1 open-pit coal mine,concentrations of total hardness,sulfate and fluoride significantly increased after exploitation,chloride changed little,and it decreased slightly rarely in monitoring wells,however,turbidity,chromaticity and coliform group decreased sharply,Mn concentration decreased that still higher than standard limitation,and the concentration of Fe changed differently in different monitoring points．

prairieregion,the open-pit coal mine,groundwater quality,retrospective assessment

TD99

A

郭二果(1978－),女,內(nèi)蒙古涼城人,博士,畢業(yè)于中國林業(yè)科學(xué)研究院,高級(jí)工程師,主要從事城市生態(tài)及環(huán)境保護(hù)方面的研究工作。

(責(zé)任編輯 孫英浩)

國家環(huán)保部2009年公益性專項(xiàng)研究課題“干旱半干旱地區(qū)草原煤田開發(fā)環(huán)境影響后評估與生態(tài)修復(fù)示范技術(shù)研究”(200909063)