铁矿区地下水环境的调查与评价研究

朱国华

（忻州市生态环境局监控中心,山西 忻州 034000）

铁矿资源是工业发展的基础，我国作为世界范围内的钢铁大国和强国，每年需要开采大量的铁矿资源以供社会使用[1]。铁矿资源虽然为我国社会经济发展作出了非常重要的贡献，但也要清醒地认识到，在对铁矿资源进行开发利用的过程中，会对附近的水文地质条件造成一定程度的影响，如果处理不当会带来一系列的水文地质问题[2-3]。所以，针对铁矿区的水文地质条件进行调查研究，对于水害防治工作具有非常重要的意义，基于调查研究结果可以制定中长期的防治措施，以便将危害程度控制在最低水平[4-5]。本文主要以某铁矿区为例，对其地下水环境基本情况进行了调查研究，并对地下水污染情况进行了综合评价。对于做好铁矿区地下水环境的治理工作，具有重要的理论和实践意义。

1 铁矿区水文地质基本情况

本文主要以铁矿区的水环境为研究对象，该铁矿区处在亚热带地区，整个研究区域范围内每年的平均降雨量和蒸发量分别为1 563.12 mm 和1 512.39 mm。地形地貌方面整体上呈现出丘陵低山的状态，通过前期的地质勘查发现地形上出现了明显的割裂现象，内部的沟谷纵横交错发育，地质结构不是很复杂，断裂构造尚未发育。矿区范围内主要以花岗岩为主，还包含一部分斑岩和混合岩。矿区下的地下水主要分为两种类型，分别为松散岩类孔隙水以及风化带裂隙水，富水性不是很好。铁矿资源开发为本地区社会经济发展作出了非常重要的贡献，但是在对铁矿资源进行开发时，对附近区域的地下水环境造成了一定程度的污染。地下水是人们生活用水的主要来源，如果地下水出现污染，就会对附近地区人们的身体健康造成一定程度的威胁。基于此，有必要对地下水环境污染情况进行调查分析，为后续的治理工作奠定良好的基础。

2 地下水环境监测点布设及监测方法

2.1 监测点的布设

为了得到真实准确的地下水环境监测结果，在布置监测点时需要遵循功能性原则和控制性原则，要求所有的监测点布置在监测区域范围以内，且所选的点需要有一定的代表性，确保可以反映地下水的污染情况。另外，选择的监测井点的层位应该控制在具有开发利用价值的水层或者潜水层。同时，要求潜水监测井必须控制在潜水层，不应该穿过隔水底板，承压水监测层监测部位必须具备良好的止水性。根据规范标准要求，在对水质进行监测时每层监测点位数不得少于5 个。

2.2 监测方法

根据相关规范标准，评价级别为二级的监测，每个监测点只需要取一个水质样品即可。具体的取样方法如下：首先对井孔进行彻底清洗，要求排出的水量大于井孔容积的3 倍以上。然后，利用水样对取样瓶、瓶塞和取样器进行荡洗3 次以上。最后，利用小直径支管在泵的出水口部位取样，取样时要求支管深入采样瓶的底部区域，待水灌满采样瓶后缓慢取出支管。所有取样点利用GPS 进行定位，准确记录取样的地理位置。根据水质监测要求，需要对地下水水质中的20 个指标进行分析检测。具体检测指标见第312 页表1，表1 中还列出了不同指标的检测分析方法。

表1 地下水水质检测指标及其检测分析方法

2.3 地下水环境调查监测结果分析

获得水质样品以后，严格按照对应检测方法及其操作流程，对各项指标进行检测。本研究中共设置了5 个监测点，每个监测点都进行取样，监测点的20 项指标检测结果如表2 所示。由表2 可知，地下水的pH 值平均为7.68，整体上呈现出弱碱性，在国家标准要求的范围以内。其他各项指标中，铁元素和锰元素的浓度超过了国家标准要求值。其中，铁元素的质量浓度平均值为9.336 mg/L，锰元素的质量浓度平均值为0.15 mg/L。在国家标准要求中，以上两种元素的质量浓度大小临界值分别为0.3 mg/L 和0.1 mg/L。可见，地下水中铁元素质量浓度已经远远超过了国家标准值，锰元素的超出范围相对较小。其他指标都没有超过国家标准值。

表2 地下水水质指标检测结果 mg·L

3 地下水评价方法与结果

3.1 地下水污染评价方法

基于以上的铁矿区地下水水质检测指标结果，通过修改后的内梅罗综合污染指数方法，对地下水的水质污染情况进行综合评价分析[6]。式（1）所示为内梅罗综合污染指数的评价模型。

式中：Ci和C0分别表示第i 个指标实际测量得到的浓度大小和国家标准值，Ni表示第i 个指标的污染指数；Ri和Cmax分别表示第i 个指标的最大污染指数和实际测量浓度的最大值；Wi表示在所有的污染因素指标中，第i 个指标的权重。

根据污染指数大小可以对其污染程度进行评价分析。具体如下：污染指数超过3.96 为极差程度；污染指数在1.00～3.96 为较差程度；污染指数在0.75～1.00范围为较好程度；污染指数在0.59～0.75 范围为良好程度；污染指数小于0.59 时为良好程度。根据以上的评判标准可知，当污染指数超过1.00 时，说明存在对应的污染情况，且污染指数越大，污染情况越严重；相反的，污染指数小于1.00 时，说明不存在对应的污染情况，且污染指数越小，污染情况越良好。

3.2 评价结果

基于以上理论计算公式，可以得到地下水20 个水质指标的污染指数及其对应的权重大小，如图1所示为地下水各检测指标的污染指数情况。由图1可知，地下水中铁元素的污染程度处于极差状态，污染指数达到了4.45；铅元素和锰元素的污染程度处于较差状态，对应的污染指数分别为2.4 和1.5；高锰酸盐指数和pH 值的污染程度处于良好状态，对应的污染指数分别为0.85 和0.96；其他各项指标全部处在优良状态。综上，铁矿区地下水环境中，铁、铅、锰元素的浓度相对较高，超过了国家标准值，存在不同程度的污染情况，其他各项指标均正常。

图1 地下水各检测指标的污染指数

为了进一步分析铁矿区地下水环境中不同检测指标对整体污染情况的贡献程度。基于以上理论模型，计算了所有污染因素指标中各个指标所占据的权重大小，结果如图2 所示。由图2 中数据可以看出，地下水各检测指标中，铁元素的污染程度对整体污染的贡献率最大，达到了37.22%，其次为铅元素，权重大小为18.82%，再次为锰元素，其权重大小为11.29%。

图2 地下水各检测指标对整体污染程度的权重

结合上文的计算结果可知，铁、铅、锰元素存在不同程度的污染，并且其污染程度依次降低，所以在开展地下水污染治理工作时，首要考虑的是铁元素污染治理，其次为铅元素，再次为锰元素。另一方面，pH 值和高锰酸盐指数虽然还没有达到国家标准值，但是与国家标准已经非常接近，有存在污染的风险。pH 值和高锰酸盐指数对整个地下水污染程度的权重大小分别为6.13%和6.06%，在对铁矿区地下水环境进行治理时，以上两个指标也是需要考虑的对象。

4 结论

本文主要以铁矿区地下水环境为调查研究对象，基于调查研究结果发现，地下水环境中存在铁、铅、锰元素的污染情况。铁元素污染情况最为严重，污染指数达到了4.45，处于极差状态，在整个地下水污染程度中占据的权重大小为37.22%。铅和锰元素的污染情况次之，污染指数分别为2.4 和1.5，处于较差状态，占据的权重大小分别为18.82%和11.29%。在开展地下水污染治理工作时，需要依次将以上3 种元素的污染情况作为重点。另外，地下水的pH 值和高锰酸盐指数虽然没有达到国家标准，但与其非常接近，在开展地下水污染治理工作时需要重点关注。