抚顺西露天矿及周边水环境调查与评价

郝 喆，陈红丹，许春东，张 搏，孙鸿昌

（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）

抚顺西露天矿作为曾经亚洲的第一大露天煤矿，于2019 年6 月30 日正式闭坑，并开展了相应基础调查工作，进一步为未来矿山环境改善治理工作提供有力数据支撑。矿山开采过程对水资源和水环境的影响是必须考虑的重要因素。矿区内的露天矿坑、选矿厂、排土场等区域对地表水和地下水环境具有重要影响[1]。随着西露天矿闭坑，矿产开采所导致的各类水环境及生态环境问题将日益凸显[2]。以往针对矿山水环境问题开展过较多的研究工作，例如张金海[3]对煤矿开采对于水环境的影响进行预测和评价；熊威娜[4]评价了钒矿开发对于周边水环境的影响程度和范围；张洪等[5]研究和调查评价了铀矿山水环境重金属的污染现状；巩学敏等[6]对于煤矿开采对矿区水环境影响及评价方法进行研究。国外针对矿山水环境的研究也层出不穷，比如A Ali[7]对于澳大利亚悉尼盆地煤炭开采对地表水水质的影响进行研究；Abhay Kumar Singh[8]对于印度某煤田地区矿井水进行评价；L J Xu[9]对于矿区塌陷区水环境进行分析评价。

鉴于抚顺西露天矿在我国矿产资源开发史上的特殊地位，针对闭坑后的西露天矿及周边区域，开展大规模全面的水环境调查与评价，具有深远现实意义；建立的调查、监测、分析方法及相应结论，为相似大型露天矿水环境调查及治理提供重要参考依据。

1 现场采样及检测

1.1 样品采集

1）地表水样品采集。研究区水环境调查面积126 m2。研究区内水系有浑河及其支流东洲河、海新河、古城子河和古城子支流杨柏河，共5 条河。在每条河的流入流出研究区各取1 组水样，共10 组水样。采集水样时，先用水泵充分抽汲后再用水样采集器进行采样，手压泵井和抽水井采集水样时，先将停滞在管路中的水汲出，充分冲洗后再采样[10]。地表水取样位置示意图如图1。

图1 地表水取样位置示意图

2）地下水样品采集。地下水样点共部署浅层水水质监测点38 点位，取水样38 组。部署矿坑地下水水质监测点7 个，取水样7 组。样品采集方法同地下水，水质全分析项目同地下水。地下水取样点示意图如图2。

图2 地下水取样点示意图

1.2 样品检测

1）地表水样品检测。24 h 内将采集水样运回实验室，过滤后在4℃下用聚乙烯瓶保存。地表水水质全分析项目共37 项，其中：高锰酸性指数通过酸性高锰酸钾法测定，COD 用重铬酸盐法进行测定，BOD5 利用生化培养箱（SPX－250B）和溶解氧测定仪（JPBJ－608）测定，氨氮、总磷、总氮、氟化物、铬（六价）、氰化物、硫化物、硫酸盐、硝酸盐用可见分光光度计（755B）进行测定，用4－氨基安替比林分光光度法测挥发酚，Cu、Zn、Mn、Fe、Mg、Na、K 用原子吸收分光光度计（AA－S2 System）进行测定，石油类项目用双光束紫外可见分光光度计（TU－1901）测，电感耦合等离子体质谱仪（iCAP RQ）测Cd、Pb，Se、As、Hg 用原子荧光光度计（AFS－3000）测定。

2）地下水样品检测。地下水水质全分析项目共43 项：色度、浑浊度／NTU、肉眼可见物、pH、总硬度、嗅和味、溶解性总固体、Fe、Pb、Ca、NH3－N、挥发酚、阴离子表面活性剂、耗氧量、Al、Na、总大肠菌群、Cd、Cr（六价）菌落总数、Mg、亚硝酸盐、K、硫酸盐、As、硝酸盐、Cu、氯化物、硫化物、氰化物、Zn、氟化物、碘化物、Mn、三氯甲烷、四氯化碳、Se、苯、甲苯、Hg、石油类、重碳酸根、碳酸根。3 组水样加测p，p，－DDT、六氯苯、二氯一溴甲烷、氯乙烯、氯苯、乙苯、苯乙烯、苯并（a）芘等8 项。

2 分析与评价

按GB/T 3838—2002 地表水环境质量标准[11]，选取IV 类功能区（一般工业用水）水质标准限值作为背景值，根据单项水质指数Pi，判定地表水的水质级别。按GB/T 14848—2017 地下水质量标准[12]，根据单项指标限值范围确定浅层地下水水质类别，指标限值相同从优不从劣。按GB/T 14848—2017 地下水质量标准[12]，进行矿坑水评价，评价方法同区域浅层地下水水质评价标准。

2.1 地表水评价

对地表水分析项目进行数据统计，参照评价因子标准进行地表水质量评价。在此，仅针对4 种污染物作柱形图（图3～图6）。

通过分析比较，项目区地表水质量为Ⅲ至劣Ⅴ，主要污染物包含6 种，为高锰酸性指数、COD、BOD5、DO、NH3－N、总磷。高锰酸盐指数在东洲河上游和古城子河下游的Pi值分别为1.44、1.19，化学需氧量（COD）在东洲河上游的Pi值为1.03，5 d 生化需氧量（BOD5）在杨柏河下游、榆林河上游、东洲河上游、古城子河下游的Pi值分别为1.10、1.27、2.12、1.52，氨氮（NH3－N）在杨柏河下游、东洲河下游的Pi值分别为1.39、1.23。按IV 类功能区（一般工业用水）评价，根据地表水水质级别划分，1

图3 高锰酸盐指数柱状图

图4 化学需氧量柱状图

图5 溶解氧离子浓度柱状图

图6 氨氮浓度柱状图

2.2 地下水评价

对浅层地下水分析项目进行数据统计，根据统计结果参照评价因子标准进行地下水质量评价。在此，仅针对溶解性总固体、硫酸盐、铁离子、耗氧量等指标作柱形图（图7～图10）。

图7 溶解性总固体离子浓度柱状图

图8 硫酸盐离子浓度柱状图

图9 铁离子浓度柱状图

图10 耗氧量柱状图

根据水质分析结果可见，在39 组样品中，铝检出率97.44%，NH3－N、硝酸盐检出率为92.31%，铁检出率为89.74%，亚硝酸盐（以N 计）检出率为71.79%，锰、石油类检出率为35.90%，铜检出率为28.21%，锌、铅检出率为15.38%，镉检出率为12.82%，阴离子表面活性剂、硫化物、氰化物、碘化物、汞、砷、硒、铬（六价）、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯、碳酸根检出率为0%，剩余18 项指标检出率均为100.00%。

根据单指标评价，通过分析可知，露天矿矿区地下水质量为Ⅲ－Ⅴ类，Ⅲ类水样为2 组，占全部水样的5%，Ⅳ类水样为12 组，占全部水样的32%，Ⅴ类水样为24 组，占全部水样的63%。西露天矿矿区地下水污染物（大于Ⅲ类）指标有10 项：总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、NH3－N、氟化物、Fe、Mn、氯化物、耗氧量、Na。按地下水质量Ⅲ标准，该露天矿矿区地下水中，铁、硫酸盐、总硬度、溶解性总固体超标率分别为57.9%、47.4%、34.2%、28.9%，耗氧量超标率26.3%，锰、氨氮超标率23.7%，钠超标率18.4%，氟化物超标率15.8%，氯化物、铅、氯化物超标率2.6%。

2.3 矿坑水评价

对矿坑水分析项目进行数据统计，根据水质分析结果可见，在7 组样品中色度、浑浊度、pH 值、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铝、挥发性酚类、耗氧量、氨氮、钠、总大肠菌群、菌落总数、亚硝酸盐、硝酸盐、氟化物、钾、钙、镁、重碳酸根检出率为100.00%，铁检出率为85.71%，锰检出率为71.43%，石油类检出率为42.86%，锌、镉、铅检出率为28.57%，铜检出率为14.29%，阴离子表面活性剂、硫化物、氰化物、碘化物、汞、砷、硒、铬（六价）、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯、碳酸根检出率为0%。

4 结论

1）根据水质分析结果，地表水主要污染物6 种：高锰酸性指数、DO、COD、BOD5、NH3－N、总磷，其主要原因是河流流经抚顺市区，工业企业和人口密集，河流受生活污水、工矿企业污水排放影响。

2）与地表水相比，地下水主要污染（大于Ⅲ类）指标为总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氨氮、氟化物、铁、锰、氯化物、耗氧量、钠及石油类。污染指标空间分布存在一定规律性，从污染物分布的空间分析，污染源主要分布在汪良舍场、西舍场、东舍场以及西露天矿的北侧和东露天矿的北侧。

3）地下水主要污染物中，铁离子超标率最高，呈大面积片状超标，为57.9%，超标来源主要为舍场和矿井涌水。地下水中Hg、As、Cr 等重金属检出率均为0，能达到相关标准。

4）根据西露天矿及周边实际情况，地表水监测项目选择37 项：水温、pH、溶解氧、高锰酸性指数、COD、BOD5、NH3－N、总磷、总氮、Cu、Zn、Se、As、Hg、Cd、Cr（六价）、Pb、氟化物、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、粪大肠杆菌群、硫酸盐、硫化物、氯化物、硝酸盐、Fe、Mn、Ca、Mg、Na、K、溶解性总固体、总硬度、重碳酸根、碳酸根；地下水监测项目选择43 项：色度、嗅味、浑浊度、肉眼可见物、总硬度、总溶解性固体、pH、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、Na、Se、As、Hg、Cd、Cr（六价）、Pb、K、Ca、Mg、NH3－N、挥发酚、阴离子活性剂、耗氧量、总大肠菌群、总菌落数、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氯化物、硫化物、氰化物、氟化物、碘化物、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯、石油类、重碳酸根、碳酸根。

5）由于水质监测项目全、区域大，因此采用水泵抽取水样，再用水样采集器进行采样。油类不用采集水样冲洗、单独采样；Fe、Mn 用塑料桶采样；苯系物用铁皮桶采样；pH、DO 现场测；依照测试项目不同，向水样中加相应保护剂。