淮北矿区采煤塌陷湖及周边河流水质特征评价

摘 要：选取淮北市临涣矿区采煤塌陷湖及周边河流为研究对象，利用水质标识指数对其水质特征进行了评价。结果表明，淮北矿区塌陷湖及周边河流水质总体上为Ⅲ类水体，其中有机类污染物程度最低，主要污染物为营养盐类，氮的污染程度高于磷的。由于塌陷湖泊相对较为封闭，污染物主要来源于周围农田排水，塌陷湖泊氮、磷浓度低于周围河流。因此，塌陷湖的水体可作为农业活动灌溉用水，也可作为工业用水，还可以开发为生态湿地，发挥重要的生态功能。

关键词：矿区;塌陷湖;水质

中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）07-0123-04

1 引言

由于煤炭资源的持续开采，导致地表沉陷，在矿区形成众多的塌陷区，在地下水位较浅的塌陷区则会形成塌陷湖泊。塌陷湖泊作为淮北市的特殊水体，其水源主要来源于雨水和浅层地下水[1]。采矿活动和当地居民生活等因素对不同的塌陷区水体和周围河流均会造成不同程度的污染，并且由于全年降雨和温度的差异，导致塌陷区水体和周围河流的污染程度也有所不同。因此，有必要对塌陷区及周围河流水体进行季节性水质评价。

临涣煤矿位于安徽省淮北市濉溪县韩村境内，为安徽省资源补给和经济建设作出了重要贡献[2]。随着煤炭的长期开采和农业活动，给当地的地表水环境带来了极大的影响[3]。氮、磷是生物体内所需要的重要营养元素，也是地表水中必不可少的组成成分，其含量应保持在合理范围内，如营养盐过高则会导致水体富营养化，影响水生态系统的组成、结构和功能[4]。为此，本研究对淮北矿区塌陷湖及周边河流水质特征进行了水环境评价，以确定淮北矿区塌陷湖及周边河流水质特征，为塌陷湖生态功能及潜在利用途径的进一步研究提供科学依据[5]。

2 材料与方法

2.1 研究区概况 淮北矿区位于安徽省淮北市濉溪县韩村境内，矿区塌陷面积累计约为3.7546×106m2。矿区地表水系丰富，过境河流主要为浍河，自西北向东南流过，最终汇入洪泽湖。浍河对塌陷区补给水源，排泄方式为水面蒸发，平均水深3.45m，最大水深9.0m[6]。沉陷区地表水集中在临涣煤矿工业园以北，浍河以南，韩村镇以西。沉陷区底部为黏土、砂质黏土组成，地下水位为22.6～25.8m，且地下水位差较小[7]。长期的煤炭开采和人为因素的影响，对塌陷区和浍河均造成了不同程度的污染。

2.2 样品采集分析与水质评价 在临涣矿区河流及塌陷湖设置12个采样点，其中浍河4个采样点，包河1个采样点，塌陷湖7个采样点（图1）。于2021年份丰水期（夏秋季）和枯水期（冬季）采集表层水样进行季节性水质分析，主要分析指标包括有机类污染指标（溶解氧、氨氮等）、营养类指标总氮和总磷。分析方法依据相关国家标准进行。水质采用单因子和综合因子水质标识法，该法首先由徐祖信提出，由整数位和3位或4位小数位组成，能完整表达水体水质的综合信息。其主要包括单因子水质标识指数计算，综合水质标识指数（Xwq）计算和水质等级确定3个步骤。其组成为：Iwq=X1.X2X3X4，式中，X1.X2由计算获得，X3、X4根据比较结果得到。其中，X1为总体水质类别;X2为综合水质在X1类水质变化区间内所处位置;X3为参与综合水质评价的水质指标中，劣于水环境功能区目标的单项指标个数;X4为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果，视综合水质的污染程度，X4为1位或2位有效数字。综合水质标识指数的核心是X1.X2的计算，即根据监测数据确定综合水质类别，并确定其在该类别变化区间中的位置。计算公式为：

式中：m为参加评价的单项指标个数;P1、P2、Pm分别为第1，2，m个水质因子的单因子水质标识指数中的X1.X2。通过X1.X2可以判定综合水质级别，判断关系见表1。

3 结果与分析

3.1 丰水期水质特征 如图2所示，河流、塌陷湖水体DO含量都较为饱和，范围为7.4～10.7mg/L;氨氮浓度范围为0.02～0.11mg/L，TN浓度范围为0.89～4.36mg/L，TP浓度范围为0.09～0.24mg/L。从空间上看，主要水质指标中，河流氨氮总体稳定，塌陷水体中氨氮浓度也大体相当，总体处于较低水平范围内波动。河流TP浓度远高于塌陷水体，临涣水库塌陷区水体TP浓度最低，河流TN浓度远高于塌陷水体，由于河流开闸放水，河流TN浓度较为均匀。

水质评价结果如图3所示，从图3可以看出，各样点的DO指标基本达到I类水质标准，反映有机污染指标的NH4-N也达到I类水质标准，但营养盐污染相对比较严重，TP在河流中达到地表水IV类水质标准（包河除外），大部分塌陷水体采样点TP在IV～V类标准之间波动。对TN而言，河流均超过V类水质标准，塌陷湖泊TN在IV～V类标准之间变化。TN污染最为严重，其次是TP，有机污染较小。

如图4所示，综合来看，冬季（11月23日）淮北矿区塌陷水体和周边河流综合水质基本达到III类水质标准，总体仍然属于良好状态。

3.2 枯水期水质特征 如图5所示，各湖泊水体DO含量都较为饱和，范围为10.5～11.7mg/L，氨氮浓度范围为0.10～0.30mg/L，TN浓度范围为1.50～6.70mg/L，TP浓度范围为0.07～0.33mg/L。从空间上看，主要水质指标中，河流氨氮浓度从上游断面到下游断面呈逐渐升高的趋势，塌陷水体中临涣水库氨氮浓度高于处于农村地区的其他塌陷水體。河流TP浓度河流远高于塌陷水体，其中包河断面TP浓度最高，河流TN浓度略高于塌陷水体，也是包河断面TN浓度最高，且临涣水库TN浓度高于处于农村地区的其他塌陷水体。

水质评价结果如图6所示，从图6可以看出，各样点的DO指标处于达到1类水质标准，反映有机污染指标的NH4-N达到II类水质标准，但营养盐污染相对比较严重，TP在河流中达到地表水IV类水质标准（包河除外），大部分塌陷水体采样点TP达到在IV-V类标准之间。对TN而言，河流和塌陷湖水体均超过V类水质标准。由此可见，TN污染最为严重，其次是TP，有机污染较小。

如图7所示，冬季淮北矿区塌陷水体和周边河流综合水质基本达到III类水质标准，总体属于良好状态。

4 讨论

从水质标准来看，淮北塌陷区及周边河流总体上综合水质为Ⅲ类水体，其中有机污染物最低，而污染物为营养盐类，氮的污染程度高于磷的污染，塌陷湖泊氮、磷水质在III～V类之间变化。

从塌陷湖与周围河流的比较来看，塌陷湖泊氮、磷浓度低于周围河流，主要是因为塌陷湖泊相对较为封闭（和周围河流缺乏沟通的途径），主要接纳周围农业面源污染负荷，而周边河流除受到农业面源的影响外，还受到上游城镇污水及工业点源的影响，污染相对较为严重。值得注意的是，如果塌陷湖泊在养殖过程中如果有肥料的投入，则会导致营养盐浓度大幅度升高。

从水体功能来看，塌陷湖泊的水体功能可以在IV～V类之间灵活调节，既可以执行V类水质功能，可以作为农业活动灌溉用水，亦可以满足IV类水体功能，即作为工业用水。此外，塌陷湖泊由于库容较大，对农业径流污染负荷有着较好的截留和净化功能，可以开发为生态湿地，发挥重要的生态功能。

5 结论

淮北塌陷区及周边河流总体上综合水质为Ⅲ类水体，其中有机污染物最低，而污染物为营养盐类，氮的污染程度高于磷的污染，塌陷湖泊氮、磷水质在III～V类之间变化。周边河流由于受到上游城镇污水及工业点源的影響，污染相对塌陷湖泊的影响较大。塌陷湖泊的水体功能可作为农业活动灌溉用水、工业用水，也可开发为生态湿地，发挥重要的生态功能。

参考文献

[1]张银.淮南采煤塌陷湖泊水环境评价[J].安徽农学通报，2019，25（4）：108-110，126.

[2]郭西茜.浅谈淮北市矿山地质环境问题及生态修复意义[J].资源环境与工程，2021，35（3）：364-368.

[3]韩久虎.淮北市矿山开采引发的环境地质问题分析[J].世界有色金属，2021（9）：225-226.

[4]魏祥平，董祥林，陈星，等.临涣矿区地表水中氮的时间变化及同位素组成[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2020，40（5）：49-54.

[5]章磊，易齐涛，李慧，等.两淮矿区小型塌陷湖泊水质特征与水环境容量[J].生态学杂志，2015，34（4）：1121-1128.

[6]孙鹏飞，易齐涛，许光泉.两淮采煤沉陷积水区水体水化学特征及影响因素[J].煤炭学报，2014，39（7）：1345-1353.

[7]陈星，郑刘根，姜春露，等.安徽淮北临涣矿区地表水水化学及硫氢氧同位素组成特征[J].地球与环境，2019，47（2）：177-185.

（责编：张宏民）

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

作者简介：颜荣（1995—），男，江西吉安人，硕士研究生，研究方向：市政环境与设备工程。  收稿日期：2021-12-29