肖亞瓊，鐘振宇，陶子樂滔

（1.湖南省環(huán)境保護科學研究院，湖南 長沙 410000；2.水污染控制技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410000）

石煤礦在歷史上是重要的化石燃料，豐富了居民日常生活的能源結(jié)構(gòu)［1］。但是，隨著我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，大量石煤礦已經(jīng)停止開采并被遺棄［2］。石煤礦的開采造成大量地表徑流水下滲或地下水外滲形成礦涌（滲）水［3］。同時，石煤礦伴生多種重金屬元素［4］。因此，石煤礦遺留礦洞的礦涌（滲）水對區(qū)域環(huán)境重金屬排放可能存在較大貢獻，并對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成負面影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

某石煤礦區(qū)年降水量1 432.8 mm。該區(qū)域石煤礦蘊藏量大且埋深淺［5］。當?shù)鼐用衿巾祥_挖石煤礦，形成大量遺留礦洞。大量礦涌（滲）水流入附近的水體中，嚴重影響當?shù)毓喔人|(zhì)，危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。

1.2 樣品采集與處理

根據(jù)人員訪談以及現(xiàn)場踏勘，選定22處礦涌（滲）水點為采樣點。

1.3 分析測試

各樣品主要檢測項目為鎘、砷、銅、鎳、鋅、錳。按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）中規(guī)定的相應(yīng)方法進行分析測試。

1.4 評價標準與方法

目前國內(nèi)外大多使用指數(shù)法、模糊數(shù)學法以及因子分析法等方法對地表水體重金屬污染狀況進行評價分析［6，7］。但各方法都有一定的片面性，為達到全面評價的目的，有必要選擇多種方法從不同角度進行綜合評價分析。

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法可以直觀地確定樣本主要污染物［8］。以單因子指數(shù)評價為基礎(chǔ)，可以分析出水質(zhì)平均污染指數(shù)（Water Quality Index，WQI），從而評價對象污染程度，計算公式如下：

式中：n為污染指標個數(shù)；Xi表示i種污染物在樣本中實測值/mg·L-1；Yi表示i種污染物評價標準值/mg·L-1。

采用平均污染指數(shù)進行水質(zhì)綜合評價，其分級及描述見表1。

表1 水質(zhì)平均污染指數(shù)（WQI）水質(zhì)分級

1.4.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；其根據(jù)水的不同用途，擬定了相應(yīng)的水質(zhì)評價標準作為計算水污染指數(shù)的依據(jù)，進而計算出水污染指數(shù)值［9］。內(nèi)梅羅指數(shù)的基本計算式為：

式中：Pimax為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值。

內(nèi)梅羅指數(shù)特別考慮了污染最嚴重的因子，并在加權(quán)過程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響。綜合污染指數(shù)分級標準見表2。

表2 內(nèi)梅羅指數(shù)水質(zhì)污染等級劃分

1.4.3 生態(tài)危害指數(shù)法

生態(tài)危害系數(shù)法將重金屬毒性系數(shù)中各重金屬參數(shù)豐度參考選用淡水參考豐度，則該方法可用于評價水體中各重金屬生態(tài)危害風險水平［10］。該方法計算式如下：

式中：Cis為重金屬i的實測濃度/mg·L-1；Cin為重金屬i的評價參比值；Tir為重金屬i毒性響應(yīng)系數(shù)。

它主要反映重金屬毒性水平和環(huán)境對重金屬污染的敏感程度。生態(tài)危害指數(shù)分級標準見表3。

表3 生態(tài)危害指數(shù)等級劃分

2 結(jié)果與討論

2.1 礦洞涌（滲）水重金屬排放特征分析

本次調(diào)查區(qū)域內(nèi)各樣本重金屬含量統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 各樣品重金屬含量統(tǒng)計結(jié)果

由表4可知，各樣品均不同程度地檢出表中所示6種重金屬，且均超過相應(yīng)標準限值。其中，鎘、砷、銅、鎳、鋅、錳的最大檢出值分別為28.6 mg/L、0.103 mg/L、86.2 mg/L、23.8 mg/L、188 mg/L和23.3 mg/L。變異系數(shù)的大小反映區(qū)域內(nèi)水體中各重金屬含量的變異程度。區(qū)域內(nèi)各重金屬變異系數(shù)均超過100%，屬于強變異性，說明這6種重金屬在區(qū)域內(nèi)水體環(huán)境中分布不均勻，受到人類活動的擾動影響大。

2.2 單因子指數(shù)法評價結(jié)果及分析

根據(jù)劃定的水質(zhì)平均污染指數(shù)分級標準，6種超標因子的計算結(jié)果見表5。

表5 水質(zhì)平均污染指數(shù)（WQI）評價結(jié)果

由表5可知，本調(diào)查區(qū)域評價為重度污染的樣本有6個樣本，嚴重污染的樣本有15個。調(diào)查區(qū)域內(nèi)96.4%的樣本均超過重度污染，說明調(diào)查區(qū)域礦涌（滲）水受到重金屬污染的現(xiàn)象極為顯著。通過綜合對比各污染因子在樣本中標準差、污染程度以及頻率分布等，可以發(fā)現(xiàn)本調(diào)查區(qū)域中各污染因子污染影響排序（由高至低）為鎘、鎳、銅、鋅、錳和砷。

2.3 內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果及分析

根據(jù)劃定的內(nèi)梅羅指數(shù)分級標準，各超標因子的評價結(jié)果見表6。

表6 內(nèi)梅羅指數(shù)（P綜合）評價結(jié)果

表6的評價結(jié)果顯示調(diào)查區(qū)域內(nèi)4個樣本為輕污染或污染，而重污染和嚴重污染有17個樣本。結(jié)合單因子指數(shù)評價中污染因子分布頻率，可以發(fā)現(xiàn)各污染樣本中，污染因子均為鎘、鎳、銅、鋅、錳和砷。

2.4 綜合生態(tài)危害指數(shù)法評價結(jié)果及分析

該調(diào)查區(qū)域內(nèi)各樣本綜合生態(tài)危害指數(shù)法評價結(jié)果見表7。

表7 綜合生態(tài)危害指數(shù)（RI）評價結(jié)果

表7顯示各樣本中清潔樣本數(shù)為3，輕污染或污染樣本數(shù)為8，重污染或嚴重污染樣本數(shù)為11；說明調(diào)查區(qū)域受到嚴重污染。通過各重金屬潛在生態(tài)危害程度分布頻率，發(fā)現(xiàn)重金屬鎘和鎳在各類樣本中均出現(xiàn)；其中鎘在嚴重污染樣本中分布頻率達到57.69%。上述結(jié)果說明重金屬鎘在本調(diào)查區(qū)域中對生態(tài)風險貢獻最大。

3 結(jié) 論

該調(diào)查區(qū)域受到重金屬鎘、鎳、銅、鋅、錳和砷的污染。通過單因子指數(shù)評價、內(nèi)梅羅指數(shù)評價以及綜合生態(tài)危害指數(shù)評價三種方法，針對調(diào)查區(qū)域各樣本重金屬檢測結(jié)果進行評價分析，可以得出下列結(jié)論：

1.各重金屬濃度均存在超出評價限值的樣本，且各重金屬均屬于強變異性，說明各污染物含量分布特別不均勻，受到外源因素干擾較大。

2.三種評價方法的結(jié)果均顯示鎘的各項指數(shù)均超出其它元素。在潛在生態(tài)危害和綜合生態(tài)危害評價過程中，鎘為主要影響元素；因此，可以認定鎘污染為該調(diào)查區(qū)域首要關(guān)注污染物。

3.三種評價方法均可評價礦涌（滲）水中污染物對區(qū)域環(huán)境的影響，且評價結(jié)果近似。