段江飛，趙建鵬，任虎俊，李曦濱

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004； 2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北 邯鄲 056004；)

0 前言

魚(yú)洞河位于貴州省黔東南州凱里市境內(nèi)，屬于長(zhǎng)江的四級(jí)支流，長(zhǎng)度28.5 km，流域面積234 km2，主要由北部的白水河和南部的平路河兩條支流組成。由于歷史原因，自20世紀(jì)80、90年代開(kāi)始的近20年中，魚(yú)洞河流域的煤礦開(kāi)采處于無(wú)序狀態(tài)，造成了河流的嚴(yán)重污染，河水呈現(xiàn)黃、褐黃、褐紅色，鐵離子含量嚴(yán)重超標(biāo)，為劣V類(lèi)水質(zhì)，污染現(xiàn)狀觸目驚心。水環(huán)境的惡化嚴(yán)重制約著魚(yú)洞河流域乃至凱里市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，筆者通過(guò)研究魚(yú)洞河水質(zhì)變化規(guī)律，并分析其成因，以期為政府、企業(yè)治理魚(yú)洞河流域水污染和取用水提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)

研究區(qū)地處云貴高原向中部丘陵過(guò)渡地帶的貴州高原東南部山麓，地貌類(lèi)型為侵蝕和溶蝕成因的中低山地貌，喀斯特地貌極為發(fā)育，溶丘、洼地、峰叢、漏斗分布普遍；地勢(shì)總體上西南高東北低，其間為相對(duì)低洼溝谷，海拔600～1 230 m，相對(duì)高差50～150 m。研究區(qū)雨量豐沛，水資源豐富，林木茂密，植被覆蓋率53.28%。魚(yú)洞河水體在當(dāng)?shù)鼐哂泄喔取⑸a(chǎn)、飲用、旅游等功能。

研究區(qū)內(nèi)主要出露地層為二疊系下統(tǒng)梁山組，棲霞、茅口組和新生界第四系。區(qū)內(nèi)石灰?guī)r廣泛發(fā)育，其中，梁山組賦存煤、鐵和鋁土礦資源[1]，煤層中含有較多的黃鐵礦，煤的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 4.32%～6.66%[2-4]。魚(yú)洞河流域內(nèi)現(xiàn)存廢棄、關(guān)停的煤礦有一百余座，主要連片分布于平路河中下游，白水河上游和下游，魚(yú)洞河兩岸區(qū)域。煤礦關(guān)停后未采取有效措施，煤層頂板以上的棲霞、茅口組灰?guī)r巖溶水通過(guò)導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入到煤礦采空區(qū)，采空區(qū)的黃鐵礦和其他物質(zhì)等經(jīng)水浸泡就形成了鐵、錳、硫酸根含量很高的酸性礦井水[5-7]，酸性廢水又通過(guò)井口、暗河、溶隙等通道匯集到魚(yú)洞河(圖1)，給魚(yú)洞河水環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，也給沿途生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害[8](圖2)。

圖1 煤礦酸性廢水排泄(照片)Figure 1 Coalmine acidic wastewater discharge(Photo)

圖2 被污染的魚(yú)洞河(照片)Figure 2 Polluted Yudong River(Photo)

2 魚(yú)洞河水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

為查清魚(yú)洞河水污染現(xiàn)狀，受凱里市環(huán)保局的委托，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局組建了野外調(diào)查隊(duì)伍，選擇當(dāng)?shù)刎S水期(2017年7月)，在白水河、平路河、魚(yú)洞河和重安江共設(shè)置了16個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行取樣調(diào)查(圖3)，同時(shí)選取了10個(gè)主要煤礦酸性廢水排泄口進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)因子為常規(guī)陰陽(yáng)離子、pH值、硫酸鹽、鐵、錳等24項(xiàng)指標(biāo)。取樣后，委托凱里市環(huán)境監(jiān)測(cè)站和山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)室對(duì)水樣進(jìn)行了及時(shí)檢測(cè)，并在一周內(nèi)檢測(cè)完所有水樣。部分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乇硭w環(huán)境背景值，結(jié)合國(guó)家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在所有水質(zhì)指標(biāo)中，篩選出7項(xiàng)造成河流污染的水質(zhì)因子，分別為pH值、硫酸鹽、鐵、錳、鎘、CODCr和總硬度，其他水質(zhì)因子與當(dāng)?shù)氐乇硭w環(huán)境背景值相當(dāng)或低于國(guó)家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在此不再論述。

表1 主要煤礦酸性廢水排放口污染因子

表2 研究區(qū)河流水質(zhì)情況

備注：* 白水河源頭水為巖溶泉水，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，是爐山鎮(zhèn)人畜飲用水源，本文將BS01設(shè)定為參照水樣，其水質(zhì)作為區(qū)域水質(zhì)環(huán)境背景值。

圖3 魚(yú)洞河流域煤礦廢水排放及水質(zhì)取樣點(diǎn)分布Figure 3 Yudong River valley coalmine wastewater discharge and water quality sampling point distribution

總體來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)的礦井沿河成片分布，連續(xù)產(chǎn)生富含鐵、錳等嚴(yán)重超標(biāo)的酸性廢水，且排水量非?？捎^，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境破壞極大。

從河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，與煤礦酸性廢水相比，除pH值偏高外，其余6個(gè)水質(zhì)因子均有大幅度降低，主要是因?yàn)轸~(yú)洞河水量豐沛，稀釋了原煤礦廢水污染物的濃度。

2.2 成因分析

參照區(qū)域水質(zhì)環(huán)境背景值和相關(guān)的國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合表1、表2，可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)。

2.2.1 魚(yú)子洞水質(zhì)

魚(yú)洞河水質(zhì)變化具有一定的規(guī)律性。上游水質(zhì)好于下游水質(zhì)，支流水質(zhì)好于干流，白水河水質(zhì)好于平路河，平路河水質(zhì)又好于魚(yú)洞河。

分析認(rèn)為：區(qū)域內(nèi)工業(yè)不發(fā)達(dá)，居民點(diǎn)數(shù)量分散、人口有限，工業(yè)和生活污染源可忽略不計(jì)，魚(yú)洞河水系的污染物主要來(lái)源于煤礦酸性廢水的排放。根據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)平路河受污染段13.0 km，沿岸主要有12個(gè)較大的煤礦酸性廢水排泄點(diǎn)，排泄量2 199.61～3 609.76 m3/h，自萬(wàn)利-青杠坳煤礦暗河排水口開(kāi)始遭受污染，河水水體變色；白水河受污染段22.7 km，沿岸主要有7個(gè)較大的煤礦酸性廢水排泄點(diǎn)，排泄量966.8～1 890.04 m3/h，自大貓山煤礦排水口開(kāi)始遭受污染，河水水體變色；魚(yú)洞河沿岸主要有5個(gè)較大的煤礦酸性廢水排泄點(diǎn)，排泄量1 377.2～4 342.73 m3/h，河流全段遭受污染。平路河沿岸酸性廢水排泄量是白水河的2倍左右，但污染段長(zhǎng)度僅為白水河的57%，因此平路河污染重于白水河；而魚(yú)洞河沿岸酸性廢水排泄量與平路河基本相當(dāng)，但魚(yú)洞河受污染段更短，僅為2.1 km，因此污染程度也最為嚴(yán)重。根據(jù)河水水質(zhì)結(jié)果，河流每接納一個(gè)煤礦排放的酸性廢水，河水中的鐵、硫酸鹽、鎘等污染物濃度會(huì)有快速升高，pH值會(huì)快速降低，在白水河芭茅坪煤礦排水口上下游水樣點(diǎn)BS04和BS05，兩點(diǎn)相距百余米，但水質(zhì)變化很明顯。因此，不同河段水質(zhì)優(yōu)劣嚴(yán)格受到煤礦酸性廢水排放點(diǎn)的分布，廢水排放量和受污染河段的長(zhǎng)短的影響。

同時(shí)，魚(yú)洞河水系總體長(zhǎng)度有限，流域面積較小，流速較快，而污染物濃度和總量較大，導(dǎo)致河流的對(duì)鐵、錳、硫酸鹽等污染物的自凈能力也非常有限，因此上游的鐵、錳等污染物流運(yùn)移下游的過(guò)程中，不會(huì)大量減少，反而會(huì)隨著煤礦酸性廢水的不斷匯流導(dǎo)致污染物含量的升高。

2.2.2 河流污染程度

各污染組分對(duì)河流污染的程度并不一致。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[12]，在16個(gè)河流監(jiān)測(cè)斷面中，pH值有7個(gè)斷面超標(biāo)，且集中在水系下游位置， 上游分別止于芭茅坪煤礦排水口和魚(yú)洞煤礦排水口(圖3)，魚(yú)洞河流域內(nèi)超標(biāo)河段總長(zhǎng)10.0 km；鎘有8個(gè)斷面超標(biāo)，與pH值超標(biāo)河段基本一致；按照《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 20426-2006)，鐵有7個(gè)斷面超標(biāo)，魚(yú)洞河流域內(nèi)超標(biāo)河段總長(zhǎng)15.0 km，相較于pH值，鐵超標(biāo)河段在平路河上延了5 km，止于順發(fā)煤礦排水口；按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-1993)硫酸鹽有8個(gè)斷面超標(biāo)，與pH值超標(biāo)河段基本一致。錳、CODCr和總硬度在河水中基本未超標(biāo)，但從上游至下游存在上升的趨勢(shì)。

根據(jù)上述分析，在7個(gè)主要污染因子中，鐵、pH值、鎘和硫酸鹽是魚(yú)洞河主要污染項(xiàng)，鐵的影響程度最大，最高超標(biāo)182倍，這四種污染因子主要來(lái)源于煤礦排放的酸性廢水；錳、CODCr和總硬度受到河水的稀釋作用，基本未超出相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值(圖4)。

分析認(rèn)為，鐵、pH值、鎘和硫酸鹽是區(qū)內(nèi)酸性礦井水的主要的污染因子，因此，這四種污染因子對(duì)河流的污染貢獻(xiàn)度也更大。

2.2.3 重安江水質(zhì)

重安江水質(zhì)情況受到魚(yú)洞河的污染。為了研究魚(yú)洞河對(duì)重安江的影響，在重安江接納魚(yú)洞河匯入點(diǎn)的上游和下游800 m處分別取樣CA01和CA02，根據(jù)水質(zhì)結(jié)果來(lái)看，魚(yú)洞河對(duì)重安江的污染是較為嚴(yán)重的。重安江接納魚(yú)洞河之前的水樣CA01各個(gè)指標(biāo)與研究區(qū)水質(zhì)環(huán)境背景值基本一致，接納魚(yú)洞河河水后，pH值下降至3.43，和鎘元素均超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鐵、錳、硫酸鹽等濃度均上升明顯。

分析認(rèn)為，魚(yú)洞河全流域面積僅占到重安江灣水水文站以上匯水面積的9%左右[13]，重安江雖然水量遠(yuǎn)大于魚(yú)洞河，但由于魚(yú)洞河污染物濃度過(guò)高，導(dǎo)致了重安江的水質(zhì)變差。

3 結(jié)論和建議

1)魚(yú)洞河水系水質(zhì)變化規(guī)律為：流域范圍內(nèi)主要河段均受到了不同程度的污染，上游水質(zhì)好于下游水質(zhì)，支流水質(zhì)好于干流，白水河水質(zhì)好于平路河，平路河水質(zhì)又好于魚(yú)洞河。魚(yú)洞河的水污染對(duì)重安江水質(zhì)有較大影響。

2)魚(yú)洞河水系的污染物主要來(lái)源于煤礦酸性廢水的排放，區(qū)域內(nèi)成片關(guān)閉煤礦產(chǎn)生的酸性廢水多點(diǎn)源持續(xù)排放匯入魚(yú)洞河，是造成魚(yú)洞河污染的主要和直接原因。

圖4 不同河段鐵、錳、硫酸根離子、鎘和pH值變化Figure and pH value variations in different river segments

3)鐵、pH值、鎘和硫酸鹽是造成魚(yú)洞河污染的主要貢獻(xiàn)因子，鐵的影響程度最大，這四種污染因子主要來(lái)源于煤礦排放的酸性廢水。

4)現(xiàn)行的地表水有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基本項(xiàng)目中缺乏鐵、錳、硫酸鹽的限值要求和評(píng)價(jià)方法，本文中只能參考其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5)建議盡快出臺(tái)針對(duì)魚(yú)洞河水污染治理的有效措施，造福一方百姓。

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