海州露天矿及周边水环境重金属调查与评价

郝 喆，孙鸿昌，许春东，张 搏，陈红丹

(1. 辽宁大学环境学院，辽宁 沈阳 110036；2. 辽宁有色勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

0 引言

近年来，闭坑矿山在全球特别在中国迅速增加，因此发生了许多水环境污染问题，给日常生产生活与社会经济发展带来了严重危害。Whittle 和Shilbottie矿区[1]闭坑后疏忽治理地下水位上升，被矿区重金属污染造成大面积地表水污染。门头沟煤矿区[2]因矿井水停止疏通，造成附近地下水污染。如何应对矿山关闭导致的环境污染问题，全面推进矿区环境可持续发展是一个亟待解决的问题[3]。重金属具有毒性强烈、污染持久性、污染源辽阔性和难降解的特点[4-5]，矿区水环境的重金属污染日益受到全世界的关注。

海州矿曾经是亚洲第一、世界闻名的大型露天煤矿，2005年闭坑，但全面的矿山环境治理一直未能展开。2019年在海州露天矿及周边区域，针对地质灾害、水环境、生态修复、资源评价等方面，开展了全面的调查工作。

水环境是制约露天矿及周边生态恢复与重建的关键问题，本文以海州露天矿水环境调查工作为基础，开展了海州矿及周边的地下水和地表水重金属检测与评价。建立的调查思路、方法和结论，可为海州矿区环境治理和生态修复提供基础数据，也可为东北地区其他露天矿的水环境调查提供案例和参考依据。

1 采样及评价方法

1.1 调查区域

调查区域位于阜新市太平区和海州区境内，属城市中心地段，包含露天矿坑、排土场及周边共55km2的范围。其中露天矿坑7.02km2，排土场14.0km2，工业场地3.84km2，住宅及生活设施2.96km2。露天矿坑和排土场为重点调查区，其它为一般调查区。

1.2 样品采集

将水环境重金属调查采样点分为：浅层地下水水质监测点、矿坑地下水水质监测点和地表水水质监测点3种类型。

(1)部署浅层地下水水质监测点29点位，其中9个点位分布在西南部的排土场，9个点位分布在东北部的露天矿坑，剩余点位散落分布在调查区域周边。每个点位取水样1组，共取水样29组。采样过程中，采用水泵抽水的方式取水，取样前先采用水泵抽水10min，取样瓶采用聚四氟乙烯塑料瓶以及茶色广口瓶，同时，现场添加保护剂，并且做好密封、控温、避光措施，以保证水样质量。

(2)部署矿坑地下水水质监测点4点位，每个点位取水样1组，共取水样4组。采集水样分别来源于海州矿-200矿井水、海州矿-165矿井水、弘霖矿矿井水、王营矿矿井水。

(3)部署地表水水质监测点3点位，分别在细河、韩家店河、韩家店河支流每个点位取水样1组，共取水样3组。

1.3 评价方法

从浅层地下水和矿坑水样品中检测Cu、Ni、Cr+6、Pb、Mn重金属浓度，以《GB/T 14848-2017地下水质量标准》[6]的Ⅲ级标准为最低限制值，按检测出的指标值所在限值范围确定地下水类别。

从地表水样品中检测重金属浓度，根据《GB/T 3838-2002地表水环境质量标准》[7]的水质指数标准进行评价，选取IV类功能区水质标准限值作为背景值。

2 重金属污染评价

2.1 浅层地下水重金属污染评价

2.1.1 检测结果

浅层地下水中Cu、Ni、Cr+6、Pb、Mn等5种重金属检测结果见图1～图5。29组样品的检测结果表明：Cu为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Pb有25组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，超标率为86.21%；Ni有17组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为58.62%；Cr+6有5组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为17.24%；Mn有6组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为20.69%；结合《GB/T 14848-2017地下水质量标准》[6]参考限值，镍、铅的超标率严重，并且是该地区污染最重的重金属元素。

2.1.2 主要污染重金属的空间分布

调查区内的主要污染指标为镍和铅。其浓度等值线见图6和图7。

从铅的空间等值线图中可见，该指标在整个区域普遍超标，铅污染面积达到26.5km2左右。调查地区95%以上都被污染，并且西南部出现高浓度污染。仅有矿坑与排土场中间区域没有超标。由此可知该地的铅污染非常严重，污染面积广阔。

从镍的空间等值线图中可见，镍的超标区域主要分布在五龙矸石山、海州矿排土场西侧以及高德矸石山南侧。总体来讲，浅层地下水污染物严重区主要分布在矸石山和排土场附近，Pb在整个区域内普遍超标。

2.2 矿井水重金属污染评价

4组矿井水样品的重金属检测结果见表1。按地下水质量分类标准[6]，Cu的检出率为50%，且达到Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Cr+6的检出率为100%，均达到Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Mn、Ni、Pb检出率为100%，Ni有一组样品为Ⅳ类或Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为25%；Pb、Mn有三组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为75%。

表1 矿井水重金属含量表

2.3 地表水重金属污染评价

在3组地表水样品中，第1、第2组的Cu含量为0，第3组的Cu含量为0.017mg/L；Zn、Cr+6、Pb在3组采样点的含量如图8所示。

表2 地表水重金属水质指数表

通过水质指数Pi比较，采样点3中Pb含量为IV类标准限值的1.02倍，为不合格。其余样品均在标准范围内。

2.4 水资源利用分析

根据水环境调查结果，与标准[6～7]中的分类功能对比，提出水资源利用建议：浅层地下水中，排土场东北部住宅区采样点符合Ⅲ类标准，适用于生活、生产、农业、环境等各种用途；其他采样点均超出地下水Ⅲ类标准，需净化处理后才能用于生活饮用，但可用于工业生产、农田灌溉和生态环境等领域。位于-200m以下的深层矿井水符合Ⅲ类标准，适用于各种用途；其它矿井水适用于工业生产和生态环境领域。地表水中，细河和韩家店河干流水质符合Ⅲ类标准，适用于各种用途，韩家店河支流符合Ⅳ类标准，适用于一般工业生产和市政用水。

3 结论

开展了海州露天矿及周边的水环境重金属调查、检测及评价，对类似露天矿水环境调查具有较大参考价值。主要结论如下：

(1)调查区浅层地下水的29组水样中，有1组为Ⅲ类水，其余均为Ⅳ、Ⅴ类水。Cu为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Pb有25组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，超标率为86.21%；Ni有17组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为58.62%；Cr+6有5组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为17.24%；Mn有6组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，其余样品结果为Ⅲ类或优于Ⅲ类指标，超标率为20.69%。

(2)Pb和Ni为调查区的主要污染指标。从主要重金属污染的空间分布来看，矸石山和排土场附近浅层地下水的污染物含量非常高。

(3)矿井水检测样品中，调查区的4组矿坑水均为Ⅴ类水。Cu的检出率为50%，且达到Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Cr+6的检出率为100%，均达到Ⅲ类或优于Ⅲ类指标；Mn、Ni、Pb检出率为100%，Ni有一组样品为Ⅳ类或Ⅴ类指标，超标率为25%；Pb、Mn有三组样品为Ⅳ、Ⅴ类指标，超标率为75%。

(4)调查区地表水的3组样品中，一组Pb的含量超标，其余样品均在标准范围内。

(5)排土场东北住宅区的浅层地下水和-200m以下的深层矿井水，适用于各种用途；其它地下水适用于工业生产、生态环境或农田灌溉等领域。河流干流地表水适用于各种用途，韩家店河支流水质适用于一般工业生产和市政用水。