撫順西露天礦及周邊水環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)

郝 喆，陳紅丹，許春東，張 搏，孫鴻昌

（1.遼寧大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036；2.遼寧有色勘察研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110013）

撫順西露天礦作為曾經(jīng)亞洲的第一大露天煤礦，于2019 年6 月30 日正式閉坑，并開(kāi)展了相應(yīng)基礎(chǔ)調(diào)查工作，進(jìn)一步為未來(lái)礦山環(huán)境改善治理工作提供有力數(shù)據(jù)支撐。礦山開(kāi)采過(guò)程對(duì)水資源和水環(huán)境的影響是必須考慮的重要因素。礦區(qū)內(nèi)的露天礦坑、選礦廠、排土場(chǎng)等區(qū)域?qū)Φ乇硭偷叵滤h(huán)境具有重要影響[1]。隨著西露天礦閉坑，礦產(chǎn)開(kāi)采所導(dǎo)致的各類水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題將日益凸顯[2]。以往針對(duì)礦山水環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展過(guò)較多的研究工作，例如張金海[3]對(duì)煤礦開(kāi)采對(duì)于水環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)；熊威娜[4]評(píng)價(jià)了釩礦開(kāi)發(fā)對(duì)于周邊水環(huán)境的影響程度和范圍；張洪等[5]研究和調(diào)查評(píng)價(jià)了鈾礦山水環(huán)境重金屬的污染現(xiàn)狀；鞏學(xué)敏等[6]對(duì)于煤礦開(kāi)采對(duì)礦區(qū)水環(huán)境影響及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究。國(guó)外針對(duì)礦山水環(huán)境的研究也層出不窮，比如A Ali[7]對(duì)于澳大利亞悉尼盆地煤炭開(kāi)采對(duì)地表水水質(zhì)的影響進(jìn)行研究；Abhay Kumar Singh[8]對(duì)于印度某煤田地區(qū)礦井水進(jìn)行評(píng)價(jià)；L J Xu[9]對(duì)于礦區(qū)塌陷區(qū)水環(huán)境進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

鑒于撫順西露天礦在我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)史上的特殊地位，針對(duì)閉坑后的西露天礦及周邊區(qū)域，開(kāi)展大規(guī)模全面的水環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)，具有深遠(yuǎn)現(xiàn)實(shí)意義；建立的調(diào)查、監(jiān)測(cè)、分析方法及相應(yīng)結(jié)論，為相似大型露天礦水環(huán)境調(diào)查及治理提供重要參考依據(jù)。

1 現(xiàn)場(chǎng)采樣及檢測(cè)

1.1 樣品采集

1）地表水樣品采集。研究區(qū)水環(huán)境調(diào)查面積126 m2。研究區(qū)內(nèi)水系有渾河及其支流東洲河、海新河、古城子河和古城子支流楊柏河，共5 條河。在每條河的流入流出研究區(qū)各取1 組水樣，共10 組水樣。采集水樣時(shí)，先用水泵充分抽汲后再用水樣采集器進(jìn)行采樣，手壓泵井和抽水井采集水樣時(shí)，先將停滯在管路中的水汲出，充分沖洗后再采樣[10]。地表水取樣位置示意圖如圖1。

圖1 地表水取樣位置示意圖

2）地下水樣品采集。地下水樣點(diǎn)共部署淺層水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)38 點(diǎn)位，取水樣38 組。部署礦坑地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)7 個(gè)，取水樣7 組。樣品采集方法同地下水，水質(zhì)全分析項(xiàng)目同地下水。地下水取樣點(diǎn)示意圖如圖2。

圖2 地下水取樣點(diǎn)示意圖

1.2 樣品檢測(cè)

1）地表水樣品檢測(cè)。24 h 內(nèi)將采集水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)濾后在4℃下用聚乙烯瓶保存。地表水水質(zhì)全分析項(xiàng)目共37 項(xiàng)，其中：高錳酸性指數(shù)通過(guò)酸性高錳酸鉀法測(cè)定，COD 用重鉻酸鹽法進(jìn)行測(cè)定，BOD5 利用生化培養(yǎng)箱（SPX－250B）和溶解氧測(cè)定儀（JPBJ－608）測(cè)定，氨氮、總磷、總氮、氟化物、鉻（六價(jià)）、氰化物、硫化物、硫酸鹽、硝酸鹽用可見(jiàn)分光光度計(jì)（755B）進(jìn)行測(cè)定，用4－氨基安替比林分光光度法測(cè)揮發(fā)酚，Cu、Zn、Mn、Fe、Mg、Na、K 用原子吸收分光光度計(jì)（AA－S2 System）進(jìn)行測(cè)定，石油類項(xiàng)目用雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（TU－1901）測(cè)，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（iCAP RQ）測(cè)Cd、Pb，Se、As、Hg 用原子熒光光度計(jì)（AFS－3000）測(cè)定。

2）地下水樣品檢測(cè)。地下水水質(zhì)全分析項(xiàng)目共43 項(xiàng)：色度、渾濁度／NTU、肉眼可見(jiàn)物、pH、總硬度、嗅和味、溶解性總固體、Fe、Pb、Ca、NH3－N、揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑、耗氧量、Al、Na、總大腸菌群、Cd、Cr（六價(jià)）菌落總數(shù)、Mg、亞硝酸鹽、K、硫酸鹽、As、硝酸鹽、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、石油類、重碳酸根、碳酸根。3 組水樣加測(cè)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 項(xiàng)。

2 分析與評(píng)價(jià)

按GB/T 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[11]，選取IV 類功能區(qū)（一般工業(yè)用水）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值作為背景值，根據(jù)單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)Pi，判定地表水的水質(zhì)級(jí)別。按GB/T 14848—2017 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12]，根據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)限值范圍確定淺層地下水水質(zhì)類別，指標(biāo)限值相同從優(yōu)不從劣。按GB/T 14848—2017 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12]，進(jìn)行礦坑水評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法同區(qū)域淺層地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 地表水評(píng)價(jià)

對(duì)地表水分析項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，參照評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地表水質(zhì)量評(píng)價(jià)。在此，僅針對(duì)4 種污染物作柱形圖（圖3～圖6）。

通過(guò)分析比較，項(xiàng)目區(qū)地表水質(zhì)量為Ⅲ至劣Ⅴ，主要污染物包含6 種，為高錳酸性指數(shù)、COD、BOD5、DO、NH3－N、總磷。高錳酸鹽指數(shù)在東洲河上游和古城子河下游的Pi值分別為1.44、1.19，化學(xué)需氧量（COD）在東洲河上游的Pi值為1.03，5 d 生化需氧量（BOD5）在楊柏河下游、榆林河上游、東洲河上游、古城子河下游的Pi值分別為1.10、1.27、2.12、1.52，氨氮（NH3－N）在楊柏河下游、東洲河下游的Pi值分別為1.39、1.23。按IV 類功能區(qū)（一般工業(yè)用水）評(píng)價(jià)，根據(jù)地表水水質(zhì)級(jí)別劃分，1

圖3 高錳酸鹽指數(shù)柱狀圖

圖4 化學(xué)需氧量柱狀圖

圖5 溶解氧離子濃度柱狀圖

圖6 氨氮濃度柱狀圖

2.2 地下水評(píng)價(jià)

對(duì)淺層地下水分析項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果參照評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)。在此，僅針對(duì)溶解性總固體、硫酸鹽、鐵離子、耗氧量等指標(biāo)作柱形圖（圖7～圖10）。

圖7 溶解性總固體離子濃度柱狀圖

圖8 硫酸鹽離子濃度柱狀圖

圖9 鐵離子濃度柱狀圖

圖10 耗氧量柱狀圖

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果可見(jiàn)，在39 組樣品中，鋁檢出率97.44%，NH3－N、硝酸鹽檢出率為92.31%，鐵檢出率為89.74%，亞硝酸鹽（以N 計(jì)）檢出率為71.79%，錳、石油類檢出率為35.90%，銅檢出率為28.21%，鋅、鉛檢出率為15.38%，鎘檢出率為12.82%，陰離子表面活性劑、硫化物、氰化物、碘化物、汞、砷、硒、鉻（六價(jià)）、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯、碳酸根檢出率為0%，剩余18 項(xiàng)指標(biāo)檢出率均為100.00%。

根據(jù)單指標(biāo)評(píng)價(jià)，通過(guò)分析可知，露天礦礦區(qū)地下水質(zhì)量為Ⅲ－Ⅴ類，Ⅲ類水樣為2 組，占全部水樣的5%，Ⅳ類水樣為12 組，占全部水樣的32%，Ⅴ類水樣為24 組，占全部水樣的63%。西露天礦礦區(qū)地下水污染物（大于Ⅲ類）指標(biāo)有10 項(xiàng)：總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、NH3－N、氟化物、Fe、Mn、氯化物、耗氧量、Na。按地下水質(zhì)量Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，該露天礦礦區(qū)地下水中，鐵、硫酸鹽、總硬度、溶解性總固體超標(biāo)率分別為57.9%、47.4%、34.2%、28.9%，耗氧量超標(biāo)率26.3%，錳、氨氮超標(biāo)率23.7%，鈉超標(biāo)率18.4%，氟化物超標(biāo)率15.8%，氯化物、鉛、氯化物超標(biāo)率2.6%。

2.3 礦坑水評(píng)價(jià)

對(duì)礦坑水分析項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果可見(jiàn)，在7 組樣品中色度、渾濁度、pH 值、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鋁、揮發(fā)性酚類、耗氧量、氨氮、鈉、總大腸菌群、菌落總數(shù)、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物、鉀、鈣、鎂、重碳酸根檢出率為100.00%，鐵檢出率為85.71%，錳檢出率為71.43%，石油類檢出率為42.86%，鋅、鎘、鉛檢出率為28.57%，銅檢出率為14.29%，陰離子表面活性劑、硫化物、氰化物、碘化物、汞、砷、硒、鉻（六價(jià)）、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯、碳酸根檢出率為0%。

4 結(jié)論

1）根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，地表水主要污染物6 種：高錳酸性指數(shù)、DO、COD、BOD5、NH3－N、總磷，其主要原因是河流流經(jīng)撫順市區(qū)，工業(yè)企業(yè)和人口密集，河流受生活污水、工礦企業(yè)污水排放影響。

2）與地表水相比，地下水主要污染（大于Ⅲ類）指標(biāo)為總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氨氮、氟化物、鐵、錳、氯化物、耗氧量、鈉及石油類。污染指標(biāo)空間分布存在一定規(guī)律性，從污染物分布的空間分析，污染源主要分布在汪良舍場(chǎng)、西舍場(chǎng)、東舍場(chǎng)以及西露天礦的北側(cè)和東露天礦的北側(cè)。

3）地下水主要污染物中，鐵離子超標(biāo)率最高，呈大面積片狀超標(biāo)，為57.9%，超標(biāo)來(lái)源主要為舍場(chǎng)和礦井涌水。地下水中Hg、As、Cr 等重金屬檢出率均為0，能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4）根據(jù)西露天礦及周邊實(shí)際情況，地表水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇37 項(xiàng)：水溫、pH、溶解氧、高錳酸性指數(shù)、COD、BOD5、NH3－N、總磷、總氮、Cu、Zn、Se、As、Hg、Cd、Cr（六價(jià)）、Pb、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、糞大腸桿菌群、硫酸鹽、硫化物、氯化物、硝酸鹽、Fe、Mn、Ca、Mg、Na、K、溶解性總固體、總硬度、重碳酸根、碳酸根；地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇43 項(xiàng)：色度、嗅味、渾濁度、肉眼可見(jiàn)物、總硬度、總?cè)芙庑怨腆w、pH、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、Na、Se、As、Hg、Cd、Cr（六價(jià)）、Pb、K、Ca、Mg、NH3－N、揮發(fā)酚、陰離子活性劑、耗氧量、總大腸菌群、總菌落數(shù)、亞硝酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、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、石油類、重碳酸根、碳酸根。

5）由于水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目全、區(qū)域大，因此采用水泵抽取水樣，再用水樣采集器進(jìn)行采樣。油類不用采集水樣沖洗、單獨(dú)采樣；Fe、Mn 用塑料桶采樣；苯系物用鐵皮桶采樣；pH、DO 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)；依照測(cè)試項(xiàng)目不同，向水樣中加相應(yīng)保護(hù)劑。