淮南顾桥采煤沉陷积水区水质现状研究

母玉敏，高良敏，李少朋，刘 利，叶圆圆

(1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001；2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116)

淮南顾桥采煤沉陷积水区水质现状研究

母玉敏1，高良敏1，李少朋1，刘 利2，叶圆圆1

(1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001；2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116)

以安徽淮南顾桥采煤沉陷积水区水体为研究对象，利用综合水质标识指数法进行综合水质评价和综合营养状态指数法进行水质富营养化状况评价，结果表明：分析样本中64%达到Ⅱ类或Ⅲ类水质，水质总体较好；该沉陷积水区总体不存在重金属污染，有机物指标对该区域水体污染贡献率较大；该沉陷积水区富营养化状况不容乐观，应加强重视；超标采样点及重度富营养化采样点多集中在村庄相对密集的南部沉陷区域；农村面源污染是该积水区富营养化的主要来源。

采煤沉陷区；水质评价；富氧氧化状况；污染源

我国是煤炭大国，煤炭开采为我国创造巨大经济效益的同时也带来了严重的环境问题，许多矿区出现了不同程度的地面沉陷[1]。高潜水位采煤沉陷区由于其地下水位较高，采煤沉陷后，地下水容易露出地面，同时在大气降水、地表径流等综合作用下，使得原来的陆地系统逐渐向沼泽或湖泊系统转变，容易在采煤沉陷区形成常年或季节性的积水区域，耕地系统遭到严重的破坏[2-4]，且这些耕地的破坏常常是永久的[5]。如何合理利用这些水资源，促进此类沉陷区的可持续发展已成为一个亟待解决的问题。

近年来，渔业经济在国内许多塌陷水域得以发展[6]，如两淮地区的淮南矿区谢三矿和淮北矿区杜集矿都取得了较好的经济效益。因此，2013年5月份选择安徽省淮南市顾桥采煤沉陷区积水区域的25个采样点进行分析研究[7]，以确定其是否满足《地表水环境质量标准》中相关渔业养殖的要求。

1 研究区概况

潘谢矿区位于淮河以北，淮北平原南缘，是我国规划的大型煤炭基地中两淮基地的一部分。顾桥矿区位于淮南市潘谢矿区中西部，目前因采煤沉陷以形成大面积的积水区域。顾桥-丁集公路、大坝将积水区域分为四个部分，矿区区内浅层地下水埋深仅1～2 m，塌陷后积水严重，是典型的高潜水位矿区，塌陷积水区平均水深。根据现场调查，矿区水体主要包括自然形成的水体、采煤塌陷积水形成的水体以及水利工程建设、坑塘开挖、渔业养殖等形成的水体等。矿区人口密集、水系发达、耕地广布，环境污染的影响面较广，包括面源及点源的影响。目前，当地居民已经对这些沉陷区进行开发利用，发展渔业经济。

2 采样点布设、评价指标和方法

2.1 采样点的布设和评价指标及监测方法

2013年5月对顾桥沉陷水域的水体进行样品采集，布设采样点25个，采样点的布设基本覆盖了整个塌陷水体，基本能反应出顾桥沉陷水域的整体水质状况，如图1所示。采样时用GPS进行定位，并现场进行水温、pH等指标的测定，之后在实验室进TP、TN等指标的测定。样品的采集和保存过程主要参考《水和废水监测分析方法》。

图1 顾桥沉陷积水区采样点分布图

本文选择COD、TN、TP、CODMn、Cu、Cd六项指标进行综合水质评价，选取TN、TP、CODMn、chla、SD五项指标进行水体富营养化评价，各指标的监测方法见表1。

表1 监测指标的试验方法

2.2 评价方法

2.2.1 综合水质评价方法

综合水质标识标识指数法是在单因子水质标识指数法的基础上发展起来的水质评价方法，相对于模糊评价法、灰色系统评价法、人工神经网络法等水质评价方法，能够定性、定量评价河流综合水质，在水质评价方法中得以广泛应用。其计算包括单因子水质标识指数的计算和综合水质标识指数的计算两部分[8-10]。

(1)单因子水质标识指数。

单因子水质标识指数由整数位、小数后三位或四位有效数字组成，可表示为[11-12]

P=X1.X2X3X4

式中：X1为某项水质指标的水质类别；X2为综合水质在X1类水质变化区间内所处的位置；X3为水质类别与设定功能区类别的比较结果，用以判别综合水质类别是否劣于水环境功能区类别，视综合水质的污染程度，为一位或两位有效数字。

(2)综合水质标识指数。

综合水质标识指数Iwq由整数位、小数后三位或四位有效数字组成[8,13-14]，表示为：

Iwq=X1.X2X3X4

式中：X1为河流总体的综合水质类别；X2为综合水质在X1类水质变化区间内所处的位置；X3为参与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为综合水质类别与设定功能区类别的比较结果，用以判别综合水质类别是否劣于水环境功能区类别，视综合水质的污染程度，为一位或两位有效数字。

2.2.2 水质富营养化评价方法

本研究选取简单易行的综合营养状态指数法进行水质富营养化状况的评价[15-16]，其计算公式为：

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。以chl.a为基准参数，则中国湖泊的其他参数之间的Wj如表2所示。

表2 中国湖泊(水库)部分参数与chl.a的相关关系Wj值

各指标的营养状态指数计算公式为：

TLI(chl.a)=10(2.5+1.086Lnchla)

TLI(TN)=10(5.453+1.694LnchTP)

TLI(TP)=10(9.436+1.624LnchTP)

TLI(SD)=10(5.118-1.94LnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661LnCODMn)

采用0～100的一系列数字对湖泊富营养化状态进行分级：TLI(∑)﹤30为贫营养；30≤TLI(∑)≤50为中营养；TLI(∑)>50为富营养，其中50﹤TLI(∑)≤60为轻度富营养,60﹤TLI(∑)≤70为中度富营养，TLI(∑)>70为重度富营养。

3 评价结果与分析

顾桥塌陷水域水质评价结果见表3。

3.1 单因子水质标识指数评价结果分析

由单因子水质标识指数评价结果知，25个水样的水质参评指标中，重金属指标Cu在监测点9处未达到环境功能区目标，Cd在采样点23处未达到环境功能区目标，其它采样点水质指标均达到Ⅱ类水质。总体上，在顾桥采煤沉陷区，重金属污染总体可忽略不计，而富营养化指标却污染严重，其中，COD除在采样点9处达到环境功能区目标，为Ⅲ类水质外，在其它采样点均未达到环境功能区目标，且多次出现劣Ⅴ类水质，即在该采煤沉陷区，COD污染严重，TN在采样点8～17未达到功能区目标，在其它采样点均达标，在所有的采样点中，CODMn未达标率为68%，其中56%集中在采样点8～17，TP在采样点8～17采样点污染严重，单因子水质标识指数甚至达到8.65，污染极为严重。将各采样点的单因子水质标识指数取平均值，如图2所示。从中也能看出，该沉陷积水区富营养化指标污染严重，该区域有可能存在严重的富营养化污染状况。

3.2 各采样点综合水质评价结果

由综合水质标识指数评价结果表3结果可知，在采样点GQ10～18未达到环境功能区目标，为Ⅳ类或Ⅴ类水质，其它采样点处均达标，具体如图2所示。64%的达标样本中，采样点GQ06处为Ⅱ类水质，其它采样点处均为Ⅲ类水质。

表3 顾桥塌陷水域水质评价结果

图2 各评价指标单因子水质 标识指数平均值

顾桥沉陷水域富营养化评价结果如表4所示。从表4可以看出，25个采样点中，除采样点5为中营养外，其它采样点均存在富营养化状况，其中：15个采样点处存在轻度富营养化状况，占总采样点的60%；两个采样点处存在轻度富营养化状况，占总采样点的8%；7个采样点处存在重度富营养化状况，占总采样点的28%，这些中营养的采样点主要集中在采样点9～17之间。由此可以看出，顾桥采煤沉陷积水区富营养化状况不容乐观。

4 结论

(1)综合水质标识指数评价结果表明，该区域总体不存在重金属污染，有机物指标对该沉陷区的污染贡献率较大，参评样本中，64%达到Ⅱ类或Ⅲ类水质，水质较好，36%的水质为Ⅳ类或Ⅴ水质，水质有待改善，未达标点主要集中在村庄相对密集的南部积水区域。

表4 顾桥沉陷积水区富营养化评价结果

(2)综合营养状态指数法评价结果表明：参评样本中，96%的样本存在富营养化趋势，其中28%的样本为重度富营养化，应加强重视。重度营养化采样点也主要集中在村庄相对密集的南部积水区域。

(3)农村面源污染是该区域水体污染和富营养化趋势的主要营养因素，应加强对农村生活污水排放、畜牧饲养、农田肥料使用等方面的重视。

[1]刘荣琼，葛晓光，傅元春，等. 浅议我国煤炭塌陷区的生态转型[M]. 合肥：合肥工业大学出版社，2005.

[2]孙建，李伟. 浅析重复采动对开采沉陷的影响[J]. 煤矿现代化，2009(S01)：143- 144.

[3]笪建原，张绍良，王辉，等. 高潜水位矿区耕地质量演变规律研究—以徐州矿区为例[J]．中国矿业大学学报，2005，34(3)：384- 388.

[4]边振兴，薛卫疆，王秋兵，等. 采空沉陷湿地形成动力过程的初步研究[J]．湿地科学，2007，5(2)：124- 127.

[5]笪建原，张绍良，王辉，等. 高潜水位矿区耕地质量演变规律研究—以徐州矿区为例[J]．中国矿业大学学报，2005，34(3)：384- 388.

[6]罗爱武. 淮北市采煤塌陷区土地复垦研究[J]．安徽师范大学学报：自然科学版，2002，25(3)：286-289.

[7]毛汉英，方创琳. 兖滕两淮地区采煤塌陷地的类型与综合开发生态模式[J]．生态学报，1998，18(5)：1- 8.

[8]徐祖信. 我国河流综合水质标识指数评价方法研究[J]. 同济大学学报：自然科学版, 2005，33(4)：482- 488.

[9]安乐生，赵全升，刘贯群，等. 代表性水质评价方法的比较研究[J]. 中国环境监测, 2010，26(5)：47- 51.

[10]解莹，李叙勇，王慧亮，等. 滦河流域上游地区主要河流水污染特征及评价[J]. 环境科学学报，2012，32(3)：645- 653.

[11]徐祖信. 我国河流单因子水质标识指数评价方法研究[J]. 同济大学学报：自然科学版，2005，33(3)：321- 325.

[12]唐立新，王文微. 单因子水质标识指数法在布尔哈通河水质评价中的应用[J]. 吉林水利，2010(12)：38- 40.

[13]胡成，苏丹. 综合水质标识指数法在浑河水质评价中的应用[J]. 生态环境学报，2011，20(1)：186- 192.

[14]张欢，纪桂霞. 综合水质标识指数法在公园湖泊水质评价中的应用[J]. 水资源与水工程学报，2012，23(2)：146- 150.

[15]荆红卫，华蕾，孙成华. 北京城市湖泊富营养化评价与分析[J]. 湖泊科学，2008，20(3)：357- 363.

[16]王鹤扬. 综合营养状态指数法在陶然亭湖富营养化评价中的应用[J]. 环境科学与管理，2012，37(9)：188- 194.

Study on twater quality status quo of Huainan Guqiao mining subsidence seeper area

MU Yu-min1, GAO Liang-min1, LI Shao-peng1, LIU Li2, YE Yuan-yuan1

(1.SchoolofEarthandEnvironment,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China;2.SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatics,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

Anhui Huainan Guqiao mining subsidence seeper area is researched in the paper, and comprehensive water quality identification index method is used to assess water quality, while comprehensive nutrition state index method is used to evaluate the eutrophication condition of water quality, the results show that 64% of water samples are Ⅱclass or Ⅲ water quality, the water quality is good. There is no heavy metal pollution, the organic compounds have larger contribution in regional water pollutions. The subsidence seeper area eutrophication status is not optimistic and it should be paid more attention to. Comprehensive water quality assessment results of sampling points and the severe eutrophication of sample points are more concentrated in southern subsidence area in that village, and the main source of water eutrophication is rural non-point source pollution.

coal mining subsidence area; water quality evaluation; water eutrophication conditions; pollution sources

2013-09-30

母玉敏(1988-)，女，河南延津人，安徽理工大学地球与环境学院硕士研究生。

1674-7046(2014)01-0045-06

X52

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