淮南采煤沉陷区蓄水富营养化防治对策初探

顾令宇 刘 芳

一、引言

淮南煤矿地处安徽省中部，为国家确定的13个大型煤炭基地和6大煤电一体化基地之一，是我国东南地区最大的煤炭生产基地。矿区范围以淮南市为主，东部深入至滁州市，西部延伸到阜阳市，地跨淮河两岸。区内水系众多且地下水位埋藏较浅，随着煤炭资源的开采，区内采煤沉陷积水区域也在不断增加，并逐步形成连贯成片的湖泊型水体。目前已形成的沉陷区水深一般在2~10m之间，随着煤矿开采的深入以及地层运动的加剧，远期沉陷积水区水深最大可达20m。

根据规划资料，淮河以北西淝河及其支流港河、济河以及泥河、架河等河流所在区域将形成大范围的沉陷积水区，积水区与上述水系、洼地相连后成为大型湖泊群。近年来，随着社会经济的发展，大型湖泊富营养化的污染问题时有发生，严重影响到了本已紧张的水资源利用率，因此，采煤沉陷区水体富营养化的防治研究工作也就势在必行。

二、淮南采煤沉陷区概况

淮南煤田主体位于淮河北岸，地跨淮南、风台、颍上和阜阳等县市，矿区面积约3000km2，具有煤层厚和分布集中的特点，可采煤层11～13层，可采煤层总厚平均约20～30m，开采后沉陷范围广、深度大，将形成面广水深的积水区域。此外，矿区内水系丰富，从东到西依次有泥河、架河、西淝河、港河、济河，这些河流均汇入淮河。随着采煤沉陷区的扩大，沉陷区与水系、蓄水洼地相互交织，形成范围更大的蓄水体。采煤沉陷是个动态的、长期的过程，随着煤炭开采进展，沉陷范围和积水区范围从小到大，积水深度由浅到深，积水区从互相独立逐步连为一体。根据《淮南潘谢矿区开采沉陷预计报告》，2005年底沉陷区面积62.0km2，积水面积 16.9km2，积水量为 0.59 亿 m3；2030年前，淮河以北地区矿井采煤沉陷将形成分别与泥河、架河上段、西淝河及港河、济河及其洼地相连，各自独立的4个沉陷积水区。

三、采煤沉陷区水体富营养化关键因子分析

一般而言，水体富营养化发生的条件包括三个方面：营养物质相对充足、适宜的温度条件、较为缓慢的水流流态。沉陷区水体属缓流水域，在水力坡度、密度、梯度及风力的作用下，水体会沿着一定的方向产生缓慢流动，但水体的滞留时间一般较长，整体流态受外部影响的程度有限。环境温度具有周期性和一定的确定性，人为作用目前无法对其产生短期显著改变。相对于以上两个因素，水体中的营养物质受人类活动影响较大，且通过一定的措施可在一定程度上对其进行控制，因此，如何掌控营养物质浓度是防治沉陷区水体富营养化的关键。

四、采煤沉陷区水体富营养化防治对策

（一）控制外源性营养物质输入

1.严格控制区域面源污染

区内面源治理的首要任务为控制农业面源污染。首先，应改进农业的耕作方式，如采用先进的灌溉技术，淘汰漫灌等落后方法；其次，降低化肥的使用量，推广使用有机肥和生物肥，以减少农田营养盐的流失。

实施农村固体废弃物处理工程，通过建立沼气池将有机废物转化为可利用的沼气等资源，推动农村生态系统的建设；调整和优化农村产业结构，大力发展绿色农业、生态农业，从而达到间接降低营养物质入河（湖）的目的。

2.加强周边地区水土保持工作

制定切实可行的水土流失治理规划，认真执行贯彻水土保持法中规定的“预防为主、全面规划、综合防治、因地制宜、加强管理、注重效益”的水土保持工作方针。根据实际情况，将工程措施、植物措施、农业耕作措施有机结合，减少土壤的流失，在载体上控制营养物质流入水体。

3.建立农田～水体缓冲带

根据国内外有关研究，农作物对氮和磷的截留率分别为8%、41%，而岸边植被带的截留率则高达89%和41%，由此可见植被带对营养物质的截留和调节控制作用显著。因此，采煤沉陷区周边农田防护林带的规划设计应结合实际综合考虑，多选择具有吸收、过滤、截留营养物质的树种，使区域达到污染防治功能、生态调节功能、景观功能与经济效益和谐统一。此外，在沉陷区稳定以后，可在农田与蓄水水体之间设置过渡带，种植可吸收氮、磷的植物，当农田流失的营养物质通过地表或地下径流输往水体时，这些植物可作为屏障，将多余的营养物质在过渡带上大量吸收，从而在源头减少入河量。

4.严格控制沉陷区水产养殖

水产养殖是直接利用水资源，同时也直接污染水环境的农业产业，高密度的水产养殖业切断了水体生态系统食物链循环，养殖残剩饲料、排泄物及死亡残体会导致营养物质在水体中快速积累。通过调查，已进行水产养殖的沉陷区水体不同程度上均出现了富营养化的趋势。

（二）降低内源性营养物质负荷

1.沉陷发生前应对区域进行系统的清库处理

沉陷区目前的土地利用方式为农业用地以及少量农民居住点，在未作清库处理的情况下，土壤中的残留肥料及生活废弃物在水中会逐步浸出，加之农作物及林木等在沉陷区水底的腐殖，沉陷初期水体营养物质会富集，易发生富营养化。因此，需要在区域沉陷前对区内进行全面的清库作业。

2.物理性处理措施

对于岸边等已经发生了富营养化的区块，可采取物理性措施进行治理。这类措施主要有底泥疏浚、水体深层曝气、机械除藻等。底泥释放磷是重要的内源性污染源,目前最直接和有效的方法是底泥疏浚。深层曝气是采取人工深水曝气的方式补充氧，使水与底泥之间不出现厌氧层,水体经常保持有氧状态有利于抑制底泥中磷的释放。机械除藻为利用设备过滤、收集水体中的藻类。以上措施作为应急处理方法，短期内对已发生富营养化的水体具有较好的效果。

3.化学性处理措施

应急处理中常用到的还有化学性处理措施，这类方法包括凝聚沉降和化学药剂杀藻等。凝聚沉降是在局部产生富营养化的水体中投入石灰脱氮、加铁盐促进磷的沉淀等，具有一定的效果。化学杀藻剂的杀藻效果较好，但受大水域、水体流动性的局限，且易造成二次污染，因此在沉陷区富营养化治理中应慎用。

4.生态性处理措施

生态性处理措施是利用水生生物对水中氮磷等营养物进行转化和代谢，从而使水体净化的方法。主要通过放养控藻型生物、构建人工湿地、恢复高等水生陆生植物等措施构建水生生态环境。生态性处理措施的特点为投资小，效能长，较适用于采煤沉陷区这样的大型水体的富营养化控制工作；不足之处为周期长，占地面积大，短期内效果不明显。

（三）工程等综合措施

1.实施引淮入“湖”工程，增加沉陷区水环境容量

水体交换缓慢是水体发生富营养化的重要原因之一，淮南采煤沉陷区主要水体通过水系与淮河连通，在适宜的水文条件下，可将淮河水引入沉陷区，加大沉陷区水体的水环境容量。从国内一些湖泊的引水经验来看，外部引水对预防、降低湖泊的富营养化水平有较好的效果。

2.建立富营养化信息系统，及时预测沉陷区的水质变化

收集沉陷区气候、水文、水质等资料，定期对沉陷区水环境进行监测，为防治富营养化提供详细可靠的信息库。在此基础上，建立科学实用的富营养化预测预报模型，及时有效地预报水质信息，为采煤沉陷区水体富营养化的防治决策提供科学有效的技术支撑。

五、结语

采煤沉陷区水体富营养化防治是一个新课题，沉陷区水体与湖库相似又有别于湖库。本文所提出的防治方法大部分已在国内一些大型湖泊中有所实践，并取得了良好的治理效果。目前，采煤沉陷区蓄水富营养化防治仍处于尝试阶段，还需更深入、更广泛的研究与实践■