范廷玉，王 順，張梅麗，陳 威

（1.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001；2.合肥天澤土地勘測規(guī)劃有限公司，安徽 合肥 230000）

目前，煤炭在我國的能源消費結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位，淮南淮北地區(qū)巨大的煤炭產(chǎn)量及井工開采方式，導(dǎo)致了大面積采煤沉陷積水區(qū)形成。根據(jù)煤礦開采沉陷預(yù)測，至2020年，淮南沉陷區(qū)面積將擴展至300 km2[1]以上，淮南礦區(qū)到服務(wù)年限結(jié)束時，耕地面積將比目前減少46.75%，水面增加173.14%[2]。

與天然湖泊和河流相比，采煤沉陷積水區(qū)是特殊的“湖泊”[3-4]，沉陷積水區(qū)的底泥中的重金屬含量如何？是否存在潛在生態(tài)危害，是進行沉陷積水區(qū)水環(huán)境研究、防治積水區(qū)富營養(yǎng)化的關(guān)鍵。

1 研究區(qū)概況

淮南地處淮北平原南緣，屬亞熱帶與暖溫帶過渡地帶，年平均氣溫為15.1℃，，年平均降水量為 922mm?；茨系V區(qū)地形平坦，地面標高+19～+27m，地勢由西北向東南微微傾斜，坡度為萬分之一。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 采樣點分布

2013年4月、8月進行取樣監(jiān)測，在所監(jiān)測的四個沉陷水域共設(shè) 11個采樣點，沉陷時間在4～7年，均為初期采煤沉陷區(qū)。底泥樣品采集通過蚌式抓斗采樣器采集表層 0～20cm沉積物，用聚乙烯保鮮袋包裝，現(xiàn)場記錄底泥的顏色，封口并標記后帶回實驗室。

圖1 沉陷積水區(qū)底泥采樣點位圖

2.2 樣品測試

底泥樣品的消解及分析測試參照《土壤元素近代分析方法》[5]。測試過程中每批樣品分析均作2個全程序空白，借以檢查和控制樣品在處理和測試過程中可能帶來的污染。

3 結(jié)果與討論

3.1 底泥重金屬含量及分布特征

研究區(qū)底泥重金屬含量測定結(jié)果如表1所示。

表1 底泥及土壤重金屬含量統(tǒng)計特征值（mg/kg）

續(xù)表1

3.2 底泥重金屬污染程度評價

德國學(xué)者Müler 1979年提出的地積累指數(shù)法(index of geoaccumulation，Igeo)是最為廣泛應(yīng)用的方法[8]。該法比較直觀地反映了外源重金屬在沉積物中的富集程度,數(shù)據(jù)具有較高的可比性。其計算公式如下：

式中，Ci為沉積物中某一重金屬的實測含量；Bi為參比值即當?shù)啬纲|(zhì)母巖中該元素的地球化學(xué)背景值；

根據(jù) Igeo值的計算結(jié)果，重金屬的污染程度共分為 7級(0～6級)[9]，Igeo值與污染程度的對應(yīng)關(guān)系0級清潔（≤0），1級輕度（0～1），2級偏中度（1～2），3 級中等（2～3），4 級偏重（3～4），5級重（4～5），6 級嚴重（＞5）。

本研究采用全國土壤環(huán)境背景值作為參比值。沉陷區(qū)底泥中5種重金屬的地積累指數(shù)及分級如表2。

表2 底泥重金屬污染地積累指數(shù)Igeo 及分級

綜合分析上述重金屬的地積累指數(shù)分級，可以看出，沉陷區(qū)底泥中各種重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd＞ ＞Pb＞ Cu =Zn＞ As，Cd 達到嚴重污染程度。

3.3 底泥重金屬污染的潛在生態(tài)危害評價

瑞典學(xué)者Hakanson于1980年提出了潛在生態(tài)危害指數(shù)法(risk index, RI)[10]，是目前較多學(xué)者采用的方法。潛在生態(tài)危害指數(shù)RI的計算方法如下：

表3 生態(tài)危害系數(shù)、指數(shù)與危害程度分級

經(jīng)計算，研究區(qū)3種金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)(Ei)和潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)(RI)如表4所示。

表4 底泥重金屬生態(tài)危害評價指數(shù)

對照表3中的評價標準可以看出，Cd的生態(tài)危害系數(shù)都超過了 160，平均值為 322.81，達到極強危害。Pb的生態(tài)危害都在輕度以下。從表6中的綜合指數(shù)RI值來看，沉陷區(qū)底泥中的生態(tài)危害程度除 Z4沉陷積水區(qū)之外，其他沉陷區(qū)均在兩點之外都在強生態(tài)危害范圍之內(nèi)，以 Z3生態(tài)危害程度最強，在淮南地區(qū)由于采礦的活動，導(dǎo)致土壤中的Cd、Cu、Pb等元素含量富集[12]，而As元素主要來源與土壤母質(zhì)，沒有受到污染，且重金屬主要滯留在表層土壤，構(gòu)成沉陷區(qū)底泥是沉陷前的土壤，因此對沉陷區(qū)底泥來說，沉陷前土壤中的重金屬含量對底泥的貢獻最大。

4 結(jié)論

（1）從重金屬的地積累指數(shù)分級可以看出，沉陷區(qū)底泥中各種重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd＞ ＞Pb＞ Cu =Zn＞ As。

（2）從綜合指數(shù)RI值來看，沉陷區(qū)底泥中的生態(tài)危害程度除 Z4沉陷區(qū)外都在強潛在生態(tài)危害范圍內(nèi)，張北礦的開采年限較短重金屬富集的年限相對較短。

（3）整個研究區(qū)礦井設(shè)計60年，預(yù)計形成水深20m，蓄水量達2億m3，隨著礦井的繼續(xù)開采，重金屬會逐漸富集，對沉陷水域進行綜合利用時，要充分考慮重金屬的富集影響。

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