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(duì)象，利用水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)對(duì)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(yíng)養(yǎng)鹽類，氮的污染程度高于磷的。由于塌陷湖泊相對(duì)較為封閉，污染物主要來(lái)源于周?chē)r(nóng)田排水，塌陷湖泊氮、磷濃度低于周?chē)恿?。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(kāi)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(kāi)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(lái)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?duì)不同的塌陷區(qū)水體和周?chē)恿骶鶗?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?chē)恿鞯奈廴境潭纫灿兴煌?。因此，有必要?duì)塌陷區(qū)及周?chē)恿魉w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(zhǎng)期開(kāi)采和農(nóng)業(yè)活動(dòng)，給當(dāng)?shù)氐牡乇硭h(huán)境帶來(lái)了極大的影響[3]。氮、磷是生物體內(nèi)所需要的重要營(yíng)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(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)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(duì)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(guò)境河流主要為澮河，自西北向東南流過(guò)，最終匯入洪澤湖。澮河對(duì)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(zhǎng)期的煤炭開(kāi)采和人為因素的影響，對(duì)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(yíng)養(yǎng)類指標(biāo)總氮和總磷。分析方法依據(jù)相關(guān)國(guó)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(cè)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(guò)X1.X2可以判定綜合水質(zhì)級(jí)別，判斷關(guān)系見(jiàn)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(kù)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(kāi)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(yíng)養(yǎng)鹽污染相對(duì)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(duì)TN而言，河流均超過(guò)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(lái)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(shì)，塌陷水體中臨渙水庫(kù)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(kù)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(yíng)養(yǎng)鹽污染相對(duì)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(duì)TN而言，河流和塌陷湖水體均超過(guò)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，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(lái)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(yíng)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?chē)恿鞯谋容^來(lái)看，塌陷湖泊氮、磷濃度低于周?chē)恿?，主要是因?yàn)樗莺聪鄬?duì)較為封閉（和周?chē)恿魅狈贤ǖ耐緩剑?，主要接納周?chē)r(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(duì)較為嚴(yán)重。值得注意的是，如果塌陷湖泊在養(yǎng)殖過(guò)程中如果有肥料的投入，則會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽濃度大幅度升高。

從水體功能來(lái)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(kù)容較大，對(duì)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(kāi)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(yíng)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(duì)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(kāi)發(fā)為生態(tài)濕地，發(fā)揮重要的生態(tài)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]張銀.淮南采煤塌陷湖泊水環(huán)境評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2019，25（4）：108-110，126.

[2]郭西茜.淺談淮北市礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及生態(tài)修復(fù)意義[J].資源環(huán)境與工程，2021，35（3）：364-368.

[3]韓久虎.淮北市礦山開(kāi)采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題分析[J].世界有色金屬，2021（9）：225-226.

[4]魏祥平，董祥林，陳星，等.臨渙礦區(qū)地表水中氮的時(shí)間變化及同位素組成[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，40（5）：49-54.

[5]章磊，易齊濤，李慧，等.兩淮礦區(qū)小型塌陷湖泊水質(zhì)特征與水環(huán)境容量[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（4）：1121-1128.

[6]孫鵬飛，易齊濤，許光泉.兩淮采煤沉陷積水區(qū)水體水化學(xué)特征及影響因素[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（7）：1345-1353.

[7]陳星，鄭劉根，姜春露，等.安徽淮北臨渙礦區(qū)地表水水化學(xué)及硫氫氧同位素組成特征[J].地球與環(huán)境，2019，47（2）：177-185.

（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(jiǎn)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