沙隴水庫酸性水質(zhì)的影響因素分析

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 研究區(qū)背景

1.1 自然地理環(huán)境

研究區(qū)位于瑞金市城區(qū)方位290°，直線距18 km處。區(qū)內(nèi)主要地形地貌為中低山與丘陵區(qū)，地形起伏較大。沙隴水庫北西南三面環(huán)山，僅在南東面為地勢(shì)平坦的山間沖洪積平原。水庫整體呈北西-南東狹長狀分布，南北水面長約2.5 km，東西水面最寬處約0.68 km，水庫水面面積約0.64 km2。

研究區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有氣候溫和，光照充足，雨量充沛，四季分明等特點(diǎn)。多年平均氣溫16℃～19℃之間，年平均降水量1710 mm。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

沙隴水庫及周邊主要出露地層巖性有第四系粘土；石炭系下統(tǒng)梓山組粉砂巖、頁巖、炭質(zhì)頁巖夾煤；石炭系下統(tǒng)華山嶺組砂巖、粉砂巖[1]。

沙隴水庫整個(gè)庫區(qū)均位于石炭系梓山組之上。梓山組中段為區(qū)內(nèi)主要含煤段，煤層中硫分含量高（主要為無機(jī)硫，以硫化物黃鐵礦為主），據(jù)煤巖化學(xué)分析結(jié)果，梓山組中段煤層（全硫含量平均為5.47%）為高硫無煙煤類[2-3]。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)周圍水系僅在水庫庫區(qū)西北側(cè)發(fā)育兩條季節(jié)性溪流，最大地表水體為沙隴水庫，庫水的排泄方式為經(jīng)庫壩下游農(nóng)灌水渠向庫區(qū)東側(cè)山前沖洪積平原處逕流，最終匯入九堡河。

本區(qū)主要含水層為第四系松散層、石炭系下統(tǒng)梓山組上段、下段粉砂巖含水巖組；石炭系下統(tǒng)梓山組中段巖性相對(duì)頁巖層位多，具較大塑性，構(gòu)造活動(dòng)影響較小，裂隙不太發(fā)育，有一定的隔水性，為相對(duì)隔水層。

研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，含水層主要分布于淺表層的殘坡積層和風(fēng)化裂隙巖層，富水性一般，主要接受大氣降水補(bǔ)給，一般從地勢(shì)相對(duì)高的山坡向地勢(shì)較低的坡腳徑流，在坡腳處以泉的形式出露，泉的流量一般較小，且受季節(jié)性降雨量影響較大。

1.4 人類工程活動(dòng)

沙隴水庫周邊山體為煤系地層構(gòu)成，其采礦活動(dòng)已有近百年歷史，歷史上當(dāng)?shù)卮迕褚圆擅簽橹?，綜合回收黃鐵礦。20世紀(jì)70年代當(dāng)?shù)厝杂薪偃藦氖虏擅汗ぷ?，限于?jīng)濟(jì)技術(shù)條件，采煤深一般在30～50m，最深不過百米，主要以平硐開采（部分下山開采），開采標(biāo)高局限在+260 m以上[2]。由于歷史原因，2001年以前的小煤窯多已坍塌或被安全整改關(guān)閉。

2001年以來，周邊主要人類工程活動(dòng)仍為采礦活動(dòng)，水庫匯水范圍內(nèi)共有4處采礦權(quán)，其中3處采礦權(quán)位于水庫西北側(cè)，距離水庫庫區(qū)500～1670 m；1處采礦權(quán)位于水庫南側(cè)，緊鄰庫區(qū)；開采礦種均為磚瓦用頁巖礦，開采方式均為露天開采。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與采樣

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查主要針對(duì)沙隴水庫及外圍匯水單元展開，現(xiàn)場(chǎng)使用REF G001602-0001 PH筆式系列酸度計(jì)對(duì)沙隴水庫庫區(qū)水體、礦坑積水、上游匯流溪水等進(jìn)行了PH值快速檢出，并且使用便攜式XRF儀對(duì)庫區(qū)土壤、礦山土壤、水庫庫區(qū)外自然狀態(tài)土壤進(jìn)行了土壤元素檢測(cè)。

2.2 采樣工作

（1）采樣工作布置

依據(jù)系統(tǒng)布點(diǎn)法和專業(yè)判斷布點(diǎn)法[4]相結(jié)合的方式對(duì)水庫及周邊水樣和土樣的進(jìn)行布點(diǎn)工作，在沙隴水庫的匯水范圍內(nèi)對(duì)采樣工作進(jìn)行了以下布置：

①沙隴水庫庫區(qū)范圍內(nèi)布置采取土樣和水樣，用以分析測(cè)試庫區(qū)土質(zhì)和水質(zhì)狀況；

②礦山開采區(qū)布置采取土樣和水樣，用以分析測(cè)試礦山開采區(qū)土壤和淋溶水狀況；

③未經(jīng)擾動(dòng)的水庫匯水范圍內(nèi)采取土樣和水樣，用以分析測(cè)試區(qū)域土壤和水質(zhì)背景狀況。

（2）水樣采集

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，在沙隴水庫及其周邊區(qū)域內(nèi)共采集水樣16組（編號(hào)S1～S16），其中S14和S16為背景對(duì)照樣。水樣基本信息情況表見表1。

表1 水樣采集基本信息一覽

（3）土樣采集

本次調(diào)查共采集土壤樣5組，其中T1為背景對(duì)

照樣，采樣點(diǎn)均分布在庫區(qū)匯水范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)使用

便攜式XRF儀對(duì)部分土壤樣品（T1、T2、T5）進(jìn)行了檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2，土樣采集基本情況見表3。

表2 部分土壤樣現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

表3 土壤樣采集基本信息一覽

3 樣品檢測(cè)

3.1 檢測(cè)項(xiàng)目

針對(duì)沙隴水庫現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)結(jié)果，對(duì)送檢樣品檢測(cè)項(xiàng)目包括PH值、硫酸根離子等，各樣品檢測(cè)項(xiàng)目見表4、表5。

表4 土壤樣檢測(cè)項(xiàng)目

表5 水樣檢測(cè)項(xiàng)目

3.2 檢測(cè)結(jié)果

土樣和水樣檢測(cè)結(jié)果分別見表6、表7。

表6 水樣檢測(cè)項(xiàng)目

表7 水樣檢測(cè)結(jié)果

4 水庫酸性水質(zhì)的影響因素分析

4.1 水庫周邊土壤影響分析與評(píng)價(jià)

（1）水庫周邊土壤的形成及背景條件

研究區(qū)匯水范圍內(nèi)土壤普遍為林地土壤，其成土母質(zhì)為石炭系梓山組砂頁巖風(fēng)化物，土壤的礦物組成和化學(xué)成分受成土母質(zhì)的影響。

根據(jù)便攜式XRF儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，土壤的檢出主要元素為鐵、鉀、硫（Fe、K、S）；此次調(diào)查采取林地土壤樣品T1、T2 共2個(gè)，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)土壤樣品T1、T2可交換酸度分別為37.6 mmol/kg、26.1 mmol/kg，有效硫含量分別為23.1 mg/kg、22.6 mg/kg。劉崇群等對(duì)江西省內(nèi)采集的55個(gè)土壤標(biāo)本統(tǒng)計(jì)分析得出江西省土壤中有效硫含量的平均值為13.3±0.6 mg/kg[5]，這表明沙隴水庫的區(qū)域土壤背景為含硫量高于省內(nèi)土壤的平均值。

（2）礦區(qū)土壤特征

沙隴水庫周邊礦山開采活動(dòng)強(qiáng)烈，礦山開采一方面造成植被破壞、山體裸露，另一方面剝離山體產(chǎn)生大量棄土廢渣。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦山開采缺乏水土保持工程和環(huán)保處理工程，礦山停產(chǎn)后也未及時(shí)進(jìn)行礦山環(huán)境恢復(fù)治理工程，導(dǎo)致雨季會(huì)造成泥沙隨水混流進(jìn)入水庫。

此次調(diào)查采取礦區(qū)土壤T5共1個(gè)，并使用便攜式XRF儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。XRF儀檢測(cè)出主要元素為鉀、鈦、鐵、硫（K、Ti、Fe、S），T5實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)可交換酸度和有效硫含量分別為13.7 mmol/kg、21.1 mg/kg。以上結(jié)果表明，礦區(qū)土壤為含硫量較高的土壤。

（3）庫區(qū)土壤特征

庫區(qū)土壤從來源上可分為原生土壤和外來土壤兩種，原生土壤是組成庫區(qū)的本底，外來土壤為被水流從周圍山體帶入水庫的泥沙淤積。為此，此次調(diào)查在庫區(qū)采取了T3（外來土壤）、T4（原生土壤）共2個(gè)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)T3和T4的可交換酸度分別為31.2 mmol/kg、41.3 mmol/kg，檢測(cè)出有效硫含量分別為22.3 mg/kg、19.4 mg/kg，均高于江西省土壤中有效硫含量的平均值，這表明庫區(qū)土壤為含硫量較高的土壤。

4.2 水庫周邊水源影響分析與評(píng)價(jià)

影響水庫水質(zhì)的水源主要有以下三種類型：自然狀態(tài)下的周圍山體匯流的地表水、礦山淋溶水、周圍山體徑流的地下水。

（1）山體匯流地表水特征

沙隴水庫匯水面積達(dá)22.61 km2，落到匯水范圍內(nèi)的降雨，除了少量直接降落到水庫水面上的，山體匯流的地表水是沙隴水庫的主要補(bǔ)給來源。

區(qū)內(nèi)植被較為發(fā)育，降雨落到地面時(shí)，由于有地表植被的遮擋和保護(hù)，地表土壤基本上不會(huì)受到雨水的直接沖刷，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)匯流地表水清澈、無異味。采取的山體匯流地表水代表樣品有S2、S3、S5、S14，PH值檢出范圍為6.18～7.33，硫酸鹽檢出范圍為2.25～12.7 mg/L。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果表明，山體匯流的地表水PH值整體呈微酸性-中性，硫酸鹽的含量也相對(duì)較低。這表明在植被覆蓋良好的情況下，山體匯流的地表水對(duì)水庫水質(zhì)酸化的影響輕微。

（2）礦山淋溶水特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，位于沙隴水庫匯水范圍內(nèi)的有效采礦權(quán)共有4個(gè)，分別位于沙隴水庫西北側(cè)（3個(gè)采礦權(quán)）和南側(cè)（1個(gè)采礦權(quán)）。礦山均開采石炭系梓山組含炭頁巖，俗稱煤矸石，含硫量高。

①水庫西北側(cè)礦山淋溶水

水庫西北側(cè)的3個(gè)礦區(qū)基本連成一片，礦山生產(chǎn)時(shí)間短，剝離量相對(duì)較小，距離水庫相對(duì)較遠(yuǎn)。

在礦區(qū)上游和下游各采取1個(gè)水樣，檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 水樣S3、S4檢測(cè)結(jié)果

結(jié)果表明，水庫西北礦區(qū)水質(zhì)整體呈微酸性，礦區(qū)上游（S3）水質(zhì)相比礦區(qū)下游（S4）水質(zhì)PH值較大、硫酸鹽含量較少，也就是說礦區(qū)上游來水流經(jīng)礦區(qū)土壤時(shí)，淋溶了土壤中的硫化物，使得水質(zhì)酸性增強(qiáng)、硫酸鹽含量增多。

②水庫西南側(cè)礦山淋溶水

水庫西南側(cè)現(xiàn)有1處采礦權(quán)，礦區(qū)緊鄰水庫庫區(qū)，礦山露采區(qū)、煤矸石場(chǎng)均在水庫匯水范圍內(nèi)。

在該礦區(qū)內(nèi)共采集水樣4個(gè)（S8、S9、S10、S12），礦區(qū)上游采集水樣1個(gè)（S14），在礦區(qū)淋溶水匯入水庫口采集水樣2個(gè)（S11、S13）。水樣檢測(cè)結(jié)果見表9。

表9 水樣S8～S14檢測(cè)結(jié)果

結(jié)果表明，該處礦山淋溶水PH值為3.24～4.51，為強(qiáng)酸性，硫酸鹽含量也普遍較高，而礦區(qū)上游水質(zhì)PH值為6.39，為微酸性，硫酸鹽含量較低。因此，礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)造成原有植被的山體裸露，上游匯水流經(jīng)礦區(qū)后沖刷淋溶礦區(qū)巖土體，加劇了水質(zhì)酸化程度。

③周圍山體徑流地下水特征

庫區(qū)及周圍山體出露地層巖性為石炭系下統(tǒng)梓山組粉砂巖、頁巖等，出露在地表淺部的巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈，裂隙相對(duì)發(fā)育，深部巖體裂隙不發(fā)育，基本為不透水層，因此周圍山體補(bǔ)給水庫的地下水主要為淺部的風(fēng)化裂隙水。

落到地表的降雨，一部分通過地表匯流進(jìn)入溝谷后流入水庫，另一部分雨水下滲進(jìn)入土壤補(bǔ)給淺部地下水，淺部的地下水在地勢(shì)低洼的地方以泉的形式出露，最終也匯入水庫。

本次調(diào)查采集裂隙泉水樣1個(gè)（S1），檢測(cè)出PH值為3.43，檢測(cè)出硫酸鹽含量為128 mg/L，檢測(cè)結(jié)果表明，該水樣呈強(qiáng)酸性，硫酸鹽含量也較高。出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因?yàn)橥寥兰皫r體含硫量較高，地下水徑流過程中溶解帶走了土壤及巖體中的硫化物，從而導(dǎo)致水中硫酸鹽含量大幅增加，水質(zhì)酸性加劇。周圍山體徑流地下水對(duì)水庫水質(zhì)酸化也有一定的影響。

5 結(jié)語與建議

5.1 結(jié)語

（1）根本影響因素：含硫量較高的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景條件是水庫酸性水質(zhì)的根本影響因素。

（2）主要誘發(fā)因素：礦山開采形成的裸露山體和廢渣堆放在未采取有效保護(hù)措施的現(xiàn)狀情況下，易遭受雨水沖刷淋溶，礦山淋溶水呈強(qiáng)酸性，其對(duì)水庫水質(zhì)酸化影響較大，是水庫酸性水質(zhì)的主要誘發(fā)因素。

（3）一般影響因素：山體匯流地表水和淺部風(fēng)化裂隙水為水庫的主要水源，其在山體植被覆蓋良好的情況下，其水質(zhì)基本為偏酸性、硫酸鹽含量較低，對(duì)水庫酸性水質(zhì)影響較輕。

綜上，沙隴水庫酸性水質(zhì)是區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件、周邊地表匯水、地下匯水等綜合因素影響的結(jié)果，尤其是露天采礦等人類工程活動(dòng)在未采取有效保護(hù)措施的現(xiàn)狀情況下，造成山體裸露、植被破壞，從而加劇了沙隴水庫水質(zhì)的酸化程度。

5.2 建議

鑒于目前水庫水質(zhì)酸化已有加劇的形勢(shì)，為了改善沙隴水庫水質(zhì)，建議從以下方面防治：

（1）源頭控制：控制破壞山體植被的工程活動(dòng)，保護(hù)水庫周邊植被，提高植被覆蓋率。

（2）礦山治理：嚴(yán)格管控水庫周邊的礦山開采等工程活動(dòng)，依法依規(guī)做好礦山環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工程以及水土流失防治工程，礦區(qū)廢水經(jīng)環(huán)保處理后再排放。

（3）庫區(qū)整治：待水庫每年枯水期時(shí)，撒播石灰類物質(zhì)中和水庫庫區(qū)底泥，逐漸改善庫區(qū)的環(huán)境。