鐵礦區(qū)地下水環(huán)境的調查與評價研究

朱國華

（忻州市生態(tài)環(huán)境局監(jiān)控中心,山西 忻州 034000）

鐵礦資源是工業(yè)發(fā)展的基礎，我國作為世界范圍內(nèi)的鋼鐵大國和強國，每年需要開采大量的鐵礦資源以供社會使用[1]。鐵礦資源雖然為我國社會經(jīng)濟發(fā)展作出了非常重要的貢獻，但也要清醒地認識到，在對鐵礦資源進行開發(fā)利用的過程中，會對附近的水文地質條件造成一定程度的影響，如果處理不當會帶來一系列的水文地質問題[2-3]。所以，針對鐵礦區(qū)的水文地質條件進行調查研究，對于水害防治工作具有非常重要的意義，基于調查研究結果可以制定中長期的防治措施，以便將危害程度控制在最低水平[4-5]。本文主要以某鐵礦區(qū)為例，對其地下水環(huán)境基本情況進行了調查研究，并對地下水污染情況進行了綜合評價。對于做好鐵礦區(qū)地下水環(huán)境的治理工作，具有重要的理論和實踐意義。

1 鐵礦區(qū)水文地質基本情況

本文主要以鐵礦區(qū)的水環(huán)境為研究對象，該鐵礦區(qū)處在亞熱帶地區(qū)，整個研究區(qū)域范圍內(nèi)每年的平均降雨量和蒸發(fā)量分別為1 563.12 mm 和1 512.39 mm。地形地貌方面整體上呈現(xiàn)出丘陵低山的狀態(tài)，通過前期的地質勘查發(fā)現(xiàn)地形上出現(xiàn)了明顯的割裂現(xiàn)象，內(nèi)部的溝谷縱橫交錯發(fā)育，地質結構不是很復雜，斷裂構造尚未發(fā)育。礦區(qū)范圍內(nèi)主要以花崗巖為主，還包含一部分斑巖和混合巖。礦區(qū)下的地下水主要分為兩種類型，分別為松散巖類孔隙水以及風化帶裂隙水，富水性不是很好。鐵礦資源開發(fā)為本地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展作出了非常重要的貢獻，但是在對鐵礦資源進行開發(fā)時，對附近區(qū)域的地下水環(huán)境造成了一定程度的污染。地下水是人們生活用水的主要來源，如果地下水出現(xiàn)污染，就會對附近地區(qū)人們的身體健康造成一定程度的威脅?；诖?，有必要對地下水環(huán)境污染情況進行調查分析，為后續(xù)的治理工作奠定良好的基礎。

2 地下水環(huán)境監(jiān)測點布設及監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測點的布設

為了得到真實準確的地下水環(huán)境監(jiān)測結果，在布置監(jiān)測點時需要遵循功能性原則和控制性原則，要求所有的監(jiān)測點布置在監(jiān)測區(qū)域范圍以內(nèi)，且所選的點需要有一定的代表性，確?？梢苑从车叵滤奈廴厩闆r。另外，選擇的監(jiān)測井點的層位應該控制在具有開發(fā)利用價值的水層或者潛水層。同時，要求潛水監(jiān)測井必須控制在潛水層，不應該穿過隔水底板，承壓水監(jiān)測層監(jiān)測部位必須具備良好的止水性。根據(jù)規(guī)范標準要求，在對水質進行監(jiān)測時每層監(jiān)測點位數(shù)不得少于5 個。

2.2 監(jiān)測方法

根據(jù)相關規(guī)范標準，評價級別為二級的監(jiān)測，每個監(jiān)測點只需要取一個水質樣品即可。具體的取樣方法如下：首先對井孔進行徹底清洗，要求排出的水量大于井孔容積的3 倍以上。然后，利用水樣對取樣瓶、瓶塞和取樣器進行蕩洗3 次以上。最后，利用小直徑支管在泵的出水口部位取樣，取樣時要求支管深入采樣瓶的底部區(qū)域，待水灌滿采樣瓶后緩慢取出支管。所有取樣點利用GPS 進行定位，準確記錄取樣的地理位置。根據(jù)水質監(jiān)測要求，需要對地下水水質中的20 個指標進行分析檢測。具體檢測指標見第312 頁表1，表1 中還列出了不同指標的檢測分析方法。

表1 地下水水質檢測指標及其檢測分析方法

2.3 地下水環(huán)境調查監(jiān)測結果分析

獲得水質樣品以后，嚴格按照對應檢測方法及其操作流程，對各項指標進行檢測。本研究中共設置了5 個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點都進行取樣，監(jiān)測點的20 項指標檢測結果如表2 所示。由表2 可知，地下水的pH 值平均為7.68，整體上呈現(xiàn)出弱堿性，在國家標準要求的范圍以內(nèi)。其他各項指標中，鐵元素和錳元素的濃度超過了國家標準要求值。其中，鐵元素的質量濃度平均值為9.336 mg/L，錳元素的質量濃度平均值為0.15 mg/L。在國家標準要求中，以上兩種元素的質量濃度大小臨界值分別為0.3 mg/L 和0.1 mg/L?？梢?，地下水中鐵元素質量濃度已經(jīng)遠遠超過了國家標準值，錳元素的超出范圍相對較小。其他指標都沒有超過國家標準值。

表2 地下水水質指標檢測結果 mg·L

3 地下水評價方法與結果

3.1 地下水污染評價方法

基于以上的鐵礦區(qū)地下水水質檢測指標結果，通過修改后的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)方法，對地下水的水質污染情況進行綜合評價分析[6]。式（1）所示為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的評價模型。

式中：Ci和C0分別表示第i 個指標實際測量得到的濃度大小和國家標準值，Ni表示第i 個指標的污染指數(shù)；Ri和Cmax分別表示第i 個指標的最大污染指數(shù)和實際測量濃度的最大值；Wi表示在所有的污染因素指標中，第i 個指標的權重。

根據(jù)污染指數(shù)大小可以對其污染程度進行評價分析。具體如下：污染指數(shù)超過3.96 為極差程度；污染指數(shù)在1.00～3.96 為較差程度；污染指數(shù)在0.75～1.00范圍為較好程度；污染指數(shù)在0.59～0.75 范圍為良好程度；污染指數(shù)小于0.59 時為良好程度。根據(jù)以上的評判標準可知，當污染指數(shù)超過1.00 時，說明存在對應的污染情況，且污染指數(shù)越大，污染情況越嚴重；相反的，污染指數(shù)小于1.00 時，說明不存在對應的污染情況，且污染指數(shù)越小，污染情況越良好。

3.2 評價結果

基于以上理論計算公式，可以得到地下水20 個水質指標的污染指數(shù)及其對應的權重大小，如圖1所示為地下水各檢測指標的污染指數(shù)情況。由圖1可知，地下水中鐵元素的污染程度處于極差狀態(tài)，污染指數(shù)達到了4.45；鉛元素和錳元素的污染程度處于較差狀態(tài)，對應的污染指數(shù)分別為2.4 和1.5；高錳酸鹽指數(shù)和pH 值的污染程度處于良好狀態(tài)，對應的污染指數(shù)分別為0.85 和0.96；其他各項指標全部處在優(yōu)良狀態(tài)。綜上，鐵礦區(qū)地下水環(huán)境中，鐵、鉛、錳元素的濃度相對較高，超過了國家標準值，存在不同程度的污染情況，其他各項指標均正常。

圖1 地下水各檢測指標的污染指數(shù)

為了進一步分析鐵礦區(qū)地下水環(huán)境中不同檢測指標對整體污染情況的貢獻程度。基于以上理論模型，計算了所有污染因素指標中各個指標所占據(jù)的權重大小，結果如圖2 所示。由圖2 中數(shù)據(jù)可以看出，地下水各檢測指標中，鐵元素的污染程度對整體污染的貢獻率最大，達到了37.22%，其次為鉛元素，權重大小為18.82%，再次為錳元素，其權重大小為11.29%。

圖2 地下水各檢測指標對整體污染程度的權重

結合上文的計算結果可知，鐵、鉛、錳元素存在不同程度的污染，并且其污染程度依次降低，所以在開展地下水污染治理工作時，首要考慮的是鐵元素污染治理，其次為鉛元素，再次為錳元素。另一方面，pH 值和高錳酸鹽指數(shù)雖然還沒有達到國家標準值，但是與國家標準已經(jīng)非常接近，有存在污染的風險。pH 值和高錳酸鹽指數(shù)對整個地下水污染程度的權重大小分別為6.13%和6.06%，在對鐵礦區(qū)地下水環(huán)境進行治理時，以上兩個指標也是需要考慮的對象。

4 結論

本文主要以鐵礦區(qū)地下水環(huán)境為調查研究對象，基于調查研究結果發(fā)現(xiàn)，地下水環(huán)境中存在鐵、鉛、錳元素的污染情況。鐵元素污染情況最為嚴重，污染指數(shù)達到了4.45，處于極差狀態(tài)，在整個地下水污染程度中占據(jù)的權重大小為37.22%。鉛和錳元素的污染情況次之，污染指數(shù)分別為2.4 和1.5，處于較差狀態(tài)，占據(jù)的權重大小分別為18.82%和11.29%。在開展地下水污染治理工作時，需要依次將以上3 種元素的污染情況作為重點。另外，地下水的pH 值和高錳酸鹽指數(shù)雖然沒有達到國家標準，但與其非常接近，在開展地下水污染治理工作時需要重點關注。