淮南礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)狀況分析

計(jì)承富, 侯來(lái)利, 桂和榮

(1．合肥興皖煤炭化工科技有限公司,安徽 合肥 230041;2.安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000;3.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001；4安徽省標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),安徽 合肥 230001)

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淮南礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)狀況分析

計(jì)承富1,2,3,4, 侯來(lái)利3, 桂和榮3

(1．合肥興皖煤炭化工科技有限公司,安徽 合肥 230041;2.安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000;3.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001；4安徽省標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),安徽 合肥 230001)

利用灰色理論的相關(guān)知識(shí)，對(duì)塌陷區(qū)水域的水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合研究，確定其污染程度。結(jié)果表明塌陷塘受還原性物質(zhì)污染較為嚴(yán)重，水質(zhì)級(jí)別總體為中度富營(yíng)養(yǎng)(Ⅳ)型，這也揭露出農(nóng)業(yè)面源污染等因素對(duì)塌陷塘影響較大。為地方政府有效治理塌陷區(qū)水域提供參考。

礦區(qū)；塌陷塘；水質(zhì)

1　采樣點(diǎn)布設(shè)和取樣

布點(diǎn)采樣的原則[3]可以歸納為兩點(diǎn)：一是采樣點(diǎn)所采集的樣品要對(duì)整個(gè)調(diào)查水域的某項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)有較好的代表性；二是在保證達(dá)到必要的精度和滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)樣品數(shù)的前提下，布設(shè)的站位盡量少，兼顧技術(shù)指標(biāo)和資金使用問(wèn)題。水樣采集的要求詳見(jiàn)表1。

表1　水樣采集的要求

2　檢測(cè)分析

所采樣品各指標(biāo)在安徽理工大學(xué)資源與環(huán)境工程系水環(huán)境監(jiān)測(cè)(Ⅰ) 室(部分生物指標(biāo)在環(huán)境監(jiān)測(cè)(Ⅱ)室)進(jìn)行；采樣注意事項(xiàng)嚴(yán)格遵守《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》,中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社2002年公布的規(guī)則方法執(zhí)行。

2.1確立分析評(píng)價(jià)模型

2.1.1建立隸屬函數(shù)模型

設(shè)影響淮南礦區(qū)謝二塌陷塘(下稱謝二塘)水體水環(huán)境質(zhì)量的因子有n個(gè)，由這n個(gè)因子構(gòu)成評(píng)價(jià)因子集X，則X={x1，x2，x3，…，xn}；給定m個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并由其組成與X相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集合Y，則Y={y1，y2，y3，…，ym}。在X與Y給定后，其模糊關(guān)系距陣為:

(1)

(2)

(3)

I =1，2， 3，…，n；j =1，2，3，…，m)，

模糊綜合指數(shù) Z0=max{Zj}，j =1，2，3，…，m 。

2．1.2模糊綜合指數(shù)計(jì)算

模糊關(guān)系距陣K代表了每一個(gè)污染因子對(duì)每一級(jí)水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度，也可以把隸屬度看成為污染物的濃度和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的指數(shù)。假設(shè)水體級(jí)別劃分為m級(jí)，則可以用S(1)，S(2)，…，S(m)表示[1～4]。監(jiān)測(cè)值為M的污染因子對(duì)各個(gè)水體級(jí)別的隸屬度kij可按以下公式計(jì)算：

(4)

采用污染貢獻(xiàn)率計(jì)算方法求單因子權(quán)重系數(shù)，衡量參加評(píng)價(jià)的各污染因子對(duì)水體環(huán)境質(zhì)量影響的大小為：

(5)

(5)式中：Ci為第i種污染因子的實(shí)測(cè)濃度，mg/L；C0i為第i種污染因子的分級(jí)基準(zhǔn)值，mg/L。

2.2評(píng)價(jià)分析因子的選取

依據(jù)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值的規(guī)定，將該標(biāo)準(zhǔn)中超過(guò)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值的項(xiàng)目均列為污染因子，結(jié)合2004 ～2006年間所檢測(cè)數(shù)據(jù)的信息(各指標(biāo)的年均值)，可以看出謝二塘水體的主要污染因子包括：COD、 BOD5、TN、TP。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的信息量，得出COD、BOD5均與水中有機(jī)物的含量有關(guān)，BOD5的值特指可生化降解的有機(jī)物的含量，因此選擇其中的COD、BOD5作為主要污染因子，TN、TP的含量均已達(dá)到或超過(guò)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值。所以，確定COD、 BOD5、TN、TP為謝二塘水體水質(zhì)的主要污染因子。

2.3評(píng)價(jià)與分析

2.3.1隸屬度與權(quán)重系數(shù)分析

按照GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》將地面水質(zhì)分為5級(jí)，分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示，以Ⅲ級(jí)作為分級(jí)基準(zhǔn)值C0i，將謝二塘2004～2006年以來(lái)的主要污染因子的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別代入(1)式和(4)式中，可以計(jì)算出期間謝二塘水體主要污染因子對(duì)各個(gè)水體級(jí)別的相關(guān)隸屬度kij .將各項(xiàng)相關(guān)數(shù)值代入(5)式中可計(jì)算出各污染因子的權(quán)重值，結(jié)果見(jiàn)表2，由表2可以看出COD、TN、TP這3個(gè)污染因子在決定水質(zhì)級(jí)別方面起著重要作用，具有較高的權(quán)重系數(shù)，這與富營(yíng)養(yǎng)化的決定因素是一致的，因此認(rèn)為謝二塘水體的主要污染物是氮和磷，屬有機(jī)污染，這與前面分析所得結(jié)論是相一致的[5,6]。

表2　謝二塘水體2004～2006年各污染因子權(quán)重系數(shù)ei

表3　謝二塘水體2004～2006年的模糊綜合指數(shù)zj

2.3.2依據(jù)模糊綜合指數(shù)進(jìn)行分析

將表2的相關(guān)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的K值代入(2)式，并綜合水質(zhì)狀況，可列出表3。由于Z0=max{zj}，依據(jù)表3，2004～2006年的Z0分別為0.0890、0.6850、0.3370，其相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為2004年為Ⅳ級(jí)、2005年為Ⅴ級(jí)、2006年為Ⅲ級(jí)(表4)。

表4　不同方法對(duì)謝二塘水體評(píng)價(jià)結(jié)果

3　結(jié)論

謝二塘水體水質(zhì)中，TN、TP值是決定水質(zhì)級(jí)別的主要因素，其主要污染物為有機(jī)污染物，但同一級(jí)別的水體其水質(zhì)并不一樣，僅僅從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上很難區(qū)分其水質(zhì)的差別，依據(jù)灰色理論可在多目標(biāo)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)決策距陣中確定客觀的水環(huán)境污染程度。2004～2006年間模糊綜合指數(shù)Z0分別為：0.0890、0.6850、0.3370，其相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為2004年為Ⅳ級(jí)、2005年為Ⅴ級(jí)、2006年為Ⅲ級(jí)，其水質(zhì)級(jí)別總體為中度富營(yíng)養(yǎng)Ⅳ型[3]。

由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息量的局限性，這里還不足以說(shuō)明謝二塘水體水質(zhì)在已監(jiān)測(cè)的2年多的期間有所下降，但可以看出謝二塘水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已在GB3838—2002 標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類及以上(大部分水體已為Ⅳ類甚至已有Ⅴ類水質(zhì)),而且其水體水質(zhì)的總體變化趨勢(shì)在逐漸變差，故防止其水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象以及加強(qiáng)塌陷塘水域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作仍是當(dāng)前塌陷區(qū)水域生態(tài)環(huán)境綜合治理的一項(xiàng)重要工作。

[1]杜寶漢，李永安.用灰色關(guān)聯(lián)度模型評(píng)價(jià)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化[J].四川環(huán)境，1999，18(4)：48～52.

[2]張穎，楊偉光，任南琪，等.西泉眼水庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)評(píng)價(jià)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，37(4)：478～450.

[3]計(jì)承富.礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)特征綜合研究及模糊評(píng)價(jià):以淮南謝二礦南塌陷塘為例[D].淮南：安徽理工大學(xué),2007.

[4]鄒 銳.洱海富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)空分布模糊評(píng)價(jià)及成因?qū)Σ叻治鯷J].環(huán)境科學(xué)研究，1995，8(3)：36～41.

[5]金相燦，劉鴻亮. 中國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

[6]國(guó)家環(huán)保局《水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)》編委會(huì). 水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，1993.

The Comprehensive Research on the State of Water Quality in the Subsidence Pool

Ji Chengfu1,2,3,4, Hou Laili3,Gui Herong3

(1.HefeiAnhuicoalchemicaltechnologyCo.,Ltd.,AnhuiHefei230041,China;2.AnhuiHuizhouGeologicalSafetyResearchInstituteCo.,Ltd.,AnhuiHefei230000,China;3.AnhuiUniversityofscienceandtechnology,Huainan232001,China;4AnhuiProvinceAssociationforstandardization,Hefei230001,China))

Grey theoretical model was used to assess the water quality of coal mine subsidence area, and the polluting level was confirmed. The results showed the subsidence pool was polluted by reducing substances badly, and the polluting level about water quality was Ⅳ, which revealed the subsidence lake was badly affected by agriculture and animal husbandry industry pollution. This paper conducted comprehensive research to water quality of subsided area, which offered basic data and scientific evidence for treating the subsided area water.

mining area； subsidence pool; water quality

2016-08-10

計(jì)承富(1967—),男，碩士，主要從事地質(zhì)工程方向的研究工作。

X826

A

1674-9944(2016)16-0134-02