某鐵礦露天采場生態(tài)環(huán)境治理對地表水資源的影響研究*

鄭海軍 徐慶榮 李書欽

（1．中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國家環(huán)境保護(hù)礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)中心）

作為生產(chǎn)、生活類基礎(chǔ)資源，水資源是影響經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的關(guān)鍵性要素［1］。在中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的當(dāng)下，由于工業(yè)快速的發(fā)展，出現(xiàn)水污染、大氣污染、土壤污染等多種環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅人們健康生活，阻礙了中國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展［2］。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用過程中，不可避免地會產(chǎn)生一些礦山地質(zhì)環(huán)境問題，如重金屬污染等，直接或間接威脅著人民的生命和財產(chǎn)安全［3-5］。在地下資源正常開采的同時，研究礦山露天采場生態(tài)環(huán)境治理對地表水資源的影響具有重要的科學(xué)意義和實用價值。

本研究以長江中下游地區(qū)某露天鐵礦為研究對象，運(yùn)用模型預(yù)測的方式研究其生態(tài)環(huán)境治理過程對地表水造成的環(huán)境影響，為今后生態(tài)環(huán)境治理工作提供參考。

1 研究方法與內(nèi)容

1.1 地表水評價等級與評價范圍

本研究所屬鐵礦位于長江中下游某縣，營運(yùn)期項目廢水污染源主要包括充填站溢流水、渣漿泵水封廢水、露天坑廢水、生活污水等；其中渣漿泵水封水經(jīng)沉淀后循環(huán)利用，定期補(bǔ)充；經(jīng)地埋式一體化處理裝置處理后的生活污水可以直接用于廠區(qū)綠化，不外排；充填站溢流水部分依托某露天轉(zhuǎn)地下工程充填站回水沉淀池至回水管線泵送至高位水池，多余部分（7 084.3 m3/d）通過現(xiàn)有排口達(dá)標(biāo)外排至河流；項目露天坑澄清水（22 493.94 m3/d）經(jīng)浮箱泵、接力水池、接力泵通過現(xiàn)有排口達(dá)標(biāo)外排至河流；此外某露天轉(zhuǎn)地下工程的井下涌水（12 847.93 m3/d）和某區(qū)域在建項目多余涌水（6 318 m3/d）也通過排口外排至河流。本研究屬污染影響型項目。

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地表水環(huán)境》（HJ 2.3—2018）中的相關(guān)要求，最終確定本項目地表水評價等級為一級。

1.2 地表水環(huán)境影響預(yù)測范圍、時期和情景設(shè)定

1.2.1 預(yù)測范圍

項目預(yù)測范圍與評價范圍一致，地表水評價范圍為A河某排污口上游至某取水口，下游至B河入長江口，全長約22 km。

1.2.2 預(yù)測時期

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地表水環(huán)境》（HJ 2.3—2018），確定本項目預(yù)測時期為枯水期和豐水期。

1.2.3 預(yù)測情景設(shè)定

雨季露天坑洪水總量為245 057 m3，遠(yuǎn)大于正常情況下本項目廢水外排量，雨季露天坑廢水主要為雨水，其水質(zhì)與雨季A河水質(zhì)基本一致，因此根據(jù)本項目生產(chǎn)特點，主要預(yù)測正常情況下項目外排廢水，同時考慮到區(qū)域在建的某鐵礦建設(shè)情況，分為疊加和不疊加區(qū)域在建污染源情況。項目預(yù)測情景見表1。

注：由于某露天轉(zhuǎn)地下工程預(yù)計與本項目基本同時投入運(yùn)行，因此項目廢水源強(qiáng)為本項目廢水源強(qiáng)疊加露天轉(zhuǎn)地下工程井下涌水后源強(qiáng)，地表水預(yù)測情景主要考慮在建項目建成前和建成后2種情形對地表水水質(zhì)影響。

1.3 水動力學(xué)模型

采用荷蘭德爾夫特三角洲研究院（Deltares）開發(fā)的DELFT3D FLOW應(yīng)用程序，DELFT3D FLOW包含了豐富的功能，其中有2D和3D水流計算、水質(zhì)計算（DELWAQ）、水溫計算、泥沙計算（SED）和演變計算（MOR）等，軟件中的水動力程序可以計算風(fēng)、波的影響等。

邊界條件有2個，分別是陸邊界（無通量）和水邊界（一般為水位邊界或流量邊界）。本次模擬采用了上游流量邊界和水位邊界。

1.4 模型構(gòu)建

綜合考慮項目實際、相關(guān)資料及研究目的等因素來確定計算范圍。計算區(qū)域河道長約22 km，河道地形用典型河道斷面測量資料內(nèi)插而得，將Arcgis處理后的地形數(shù)據(jù)輸入Rgfgrid，然后生成正交曲線網(wǎng)格。在網(wǎng)格劃分過程中，根據(jù)項目的實際決定網(wǎng)格的疏密。

模型采用入流和出流處水文站2019年7月10—31日洪水過程的水文作為模型率定和檢驗的出入流邊界條件，同時段C地水文站水位作為模擬和實測校驗過程（圖1、圖2）。

1.5 模型驗證

以河道中部C地實測水位數(shù)據(jù)與模型預(yù)測觀察點2019年7月一次洪水過程的水位進(jìn)行比較，從而對模型進(jìn)行驗證，結(jié)果如圖3所示。通過對比分析，模擬結(jié)果較好。

2 預(yù)測結(jié)果分析

2.1 枯水期水質(zhì)預(yù)測

枯水期水質(zhì)預(yù)測結(jié)果見表2和表3。設(shè)斷面1為F鎮(zhèn)水廠取水口，斷面為G水廠取水口，斷面3為A河入B河口。

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在枯水期，如不考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目實施后F鎮(zhèn)水廠取水口完全混合斷面COD、氨氮、氟化物、砷占標(biāo)率分別為83.2%，56.0%，29.5%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物預(yù)測值均不超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中II類標(biāo)準(zhǔn)限值。若考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目實施后F鎮(zhèn)水廠取水口完全混合斷面COD、氨氮、氟化物、砷占標(biāo)率分別為83.3%，56.0%，29.6%和0.000 4%；COD、氨氮、氟化物預(yù)測值均不超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中II類標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，正常情況下枯水期本項目新增外排水不會對下游水環(huán)境造成明顯不利的影響。

2.2 豐水期水質(zhì)預(yù)測

豐水期水質(zhì)預(yù)測結(jié)果見表4、表5。可以看出，在豐水期不考慮在建礦井下涌水外排情況下，本項目新增外排水同樣不會對下游水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)造成明顯不利的影響。

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2.3 非正常情況下地表水環(huán)境影響分析

在暴雨氣象條件下，露天坑出于安全考慮需要泄洪排水，坑內(nèi)洪水主要來自露天坑匯水面積內(nèi)的降水徑流，泄洪排水量和降水強(qiáng)度相關(guān)，露天坑泄洪水經(jīng)浮箱泵、接力水池、接力泵排水到采場排口沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀后排入河流。

該露天礦坑匯水面積實測為0.761 km2，洪水設(shè)計頻率按100 a一遇計算（1%），日降雨量為341.0 mm，暴雨衰減指數(shù)n=0.68，洪峰流量為27.96 m3/s，洪水總量為245 057 m3。

由前面露天坑廢水水質(zhì)分析可知，項目露天坑澄清水中污染物濃度較低，可滿足《鐵礦采選工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28661—2012）中“采礦廢水—非酸性廢水直接排放”和“選礦廢水—重選和磁選廢水直接排放”標(biāo)準(zhǔn)要求。在經(jīng)雨水稀釋作用后，廢水水質(zhì)在入河斷面處水中主要污染物的濃度將大大降低，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，不會對地表水環(huán)境質(zhì)量造成明顯不利影響。

3 結(jié) 論

（1）在枯水期和豐水期，本項目實施后，F(xiàn)鎮(zhèn)水廠取水口完全混合斷面的COD、氨氮、氟化物預(yù)測值均不超過地表水環(huán)境相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）的限值要求，在正常情況下，本項目新增外排水不會對下游水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)造成明顯不利的影響。

（2）雨季情況下，項目露天坑澄清水中污染物濃度較低，經(jīng)雨水稀釋作用后，廢水水質(zhì)在入河流斷面處水中主要污染物的濃度將大大降低，遠(yuǎn)低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，不會對地表水環(huán)境質(zhì)量造成明顯不利影響。