某铁矿露天采场生态环境治理对地表水资源的影响研究*

2022-01-17郑海军徐庆荣李书钦

现代矿业 2021年12期

郑海军徐庆荣李书钦

（1．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2．国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心）

作为生产、生活类基础资源，水资源是影响经济、社会发展的关键性要素［1］。在中国经济快速发展的当下，由于工业快速的发展，出现水污染、大气污染、土壤污染等多种环境问题，严重威胁人们健康生活，阻碍了中国经济健康发展［2］。矿产资源的开发利用过程中，不可避免地会产生一些矿山地质环境问题，如重金属污染等，直接或间接威胁着人民的生命和财产安全［3-5］。在地下资源正常开采的同时，研究矿山露天采场生态环境治理对地表水资源的影响具有重要的科学意义和实用价值。

本研究以长江中下游地区某露天铁矿为研究对象，运用模型预测的方式研究其生态环境治理过程对地表水造成的环境影响，为今后生态环境治理工作提供参考。

1 研究方法与内容

1.1 地表水评价等级与评价范围

本研究所属铁矿位于长江中下游某县，营运期项目废水污染源主要包括充填站溢流水、渣浆泵水封废水、露天坑废水、生活污水等；其中渣浆泵水封水经沉淀后循环利用，定期补充；经地埋式一体化处理装置处理后的生活污水可以直接用于厂区绿化，不外排；充填站溢流水部分依托某露天转地下工程充填站回水沉淀池至回水管线泵送至高位水池，多余部分（7 084.3 m3/d）通过现有排口达标外排至河流；项目露天坑澄清水（22 493.94 m3/d）经浮箱泵、接力水池、接力泵通过现有排口达标外排至河流；此外某露天转地下工程的井下涌水（12 847.93 m3/d）和某区域在建项目多余涌水（6 318 m3/d）也通过排口外排至河流。本研究属污染影响型项目。

根据《环境影响评价技术导则地表水环境》（HJ 2.3—2018）中的相关要求，最终确定本项目地表水评价等级为一级。

1.2 地表水环境影响预测范围、时期和情景设定

1.2.1 预测范围

项目预测范围与评价范围一致，地表水评价范围为A河某排污口上游至某取水口，下游至B河入长江口，全长约22 km。

1.2.2 预测时期

根据《环境影响评价技术导则地表水环境》（HJ 2.3—2018），确定本项目预测时期为枯水期和丰水期。

1.2.3 预测情景设定

雨季露天坑洪水总量为245 057 m3，远大于正常情况下本项目废水外排量，雨季露天坑废水主要为雨水，其水质与雨季A河水质基本一致，因此根据本项目生产特点，主要预测正常情况下项目外排废水，同时考虑到区域在建的某铁矿建设情况，分为叠加和不叠加区域在建污染源情况。项目预测情景见表1。

注：由于某露天转地下工程预计与本项目基本同时投入运行，因此项目废水源强为本项目废水源强叠加露天转地下工程井下涌水后源强，地表水预测情景主要考虑在建项目建成前和建成后2种情形对地表水水质影响。

1.3 水动力学模型

采用荷兰德尔夫特三角洲研究院（Deltares）开发的DELFT3D FLOW应用程序，DELFT3D FLOW包含了丰富的功能，其中有2D和3D水流计算、水质计算（DELWAQ）、水温计算、泥沙计算（SED）和演变计算（MOR）等，软件中的水动力程序可以计算风、波的影响等。

边界条件有2个，分别是陆边界（无通量）和水边界（一般为水位边界或流量边界）。本次模拟采用了上游流量边界和水位边界。

1.4 模型构建

综合考虑项目实际、相关资料及研究目的等因素来确定计算范围。计算区域河道长约22 km，河道地形用典型河道断面测量资料内插而得，将Arcgis处理后的地形数据输入Rgfgrid，然后生成正交曲线网格。在网格划分过程中，根据项目的实际决定网格的疏密。

模型采用入流和出流处水文站2019年7月10—31日洪水过程的水文作为模型率定和检验的出入流边界条件，同时段C地水文站水位作为模拟和实测校验过程（图1、图2）。

1.5 模型验证

以河道中部C地实测水位数据与模型预测观察点2019年7月一次洪水过程的水位进行比较，从而对模型进行验证，结果如图3所示。通过对比分析，模拟结果较好。

2 预测结果分析

2.1 枯水期水质预测

枯水期水质预测结果见表2和表3。设断面1为F镇水厂取水口，断面为G水厂取水口，断面3为A河入B河口。

在枯水期，如不考虑在建矿井下涌水外排情况下，本项目实施后F镇水厂取水口完全混合断面COD、氨氮、氟化物、砷占标率分别为83.2%，56.0%，29.5%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物预测值均不超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中II类标准限值。若考虑在建矿井下涌水外排情况下，本项目实施后F镇水厂取水口完全混合断面COD、氨氮、氟化物、砷占标率分别为83.3%，56.0%，29.6%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物预测值均不超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中II类标准限值。因此，正常情况下枯水期本项目新增外排水不会对下游水环境造成明显不利的影响。

2.2 丰水期水质预测

丰水期水质预测结果见表4、表5。可以看出，在丰水期不考虑在建矿井下涌水外排情况下，本项目新增外排水同样不会对下游水环境保护目标造成明显不利的影响。

2.3 非正常情况下地表水环境影响分析

在暴雨气象条件下，露天坑出于安全考虑需要泄洪排水，坑内洪水主要来自露天坑汇水面积内的降水径流，泄洪排水量和降水强度相关，露天坑泄洪水经浮箱泵、接力水池、接力泵排水到采场排口沉淀池，经沉淀池沉淀后排入河流。

该露天矿坑汇水面积实测为0.761 km2，洪水设计频率按100 a一遇计算（1%），日降雨量为341.0 mm，暴雨衰减指数n=0.68，洪峰流量为27.96 m3/s，洪水总量为245 057 m3。

由前面露天坑废水水质分析可知，项目露天坑澄清水中污染物浓度较低，可满足《铁矿采选工业污染物排放标准》（GB 28661—2012）中“采矿废水—非酸性废水直接排放”和“选矿废水—重选和磁选废水直接排放”标准要求。在经雨水稀释作用后，废水水质在入河断面处水中主要污染物的浓度将大大降低，远低于标准的要求，不会对地表水环境质量造成明显不利影响。