煤矿开采对岩溶区水质及土壤的污染与评价.doc

煤矿开采对岩溶区水质及土壤的污染与评价 摘要对研究区煤矿开采背景下的土壤和地表河进行了重金属含量分析，并进行了质量评价。结果表明，地表河Ｓ１～Ｓ８样点Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ａｓ含量最高的为Ｓ１，Ｃｒ含量最高的为Ｓ３，Ｎｉ含量最高为Ｓ４；Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５水样污染因子均为Ｃｄ、Ｚｎ，Ｓ２、Ｓ３、Ｓ６水样污染因子为Ｚｎ，质量级别均为中等。综合因子指数最大的为Ｓ１，质量级别为中等，最小的为Ｓ８，质量级别为好。土壤Ｔ１～Ｔ６样地Ａｓ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｚｎ含量最高的为Ｔ１，Ａｓ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｎｉ含量最低的为Ｔ５，Ｃｄ含量最低的为Ｔ６，Ｚｎ含量最低的为Ｔ４，样地污染因子均为Ｃｄ，质量级多为很坏，综合质量级别为中等－坏－很坏。 关键词煤矿；土壤；水质；污染；评价 中图分类号Ｘ８２４；Ｘ８２５文献标识码Ａ文章编号0439－８114（２０11）04－0704-04 Effect of Coal Minning on Water Quality and Soil in Karst Area ＳＵ Ｃｈｕｎ－ｔｉａｎ，ＸＩＥ Ｄａｉ－ｘｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｓｈｅｎｇ，ＬＩ Ｚｈａｏ－ｌｉｎ，ＰＡＮ Ｘｉａｏ－ｄｏｎｇ，ＬＩAＮＧ Ｘｉａｏ－ｐｉｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｋａｒｓｔ Ｇｅｏｌｏｇｙ， ＣＡＧＳ， Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４， Ｇｕａｎｇｘｉ， Cｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｎｉｎｇ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｉｎ ｋａｒｓｔ ａｒｅａ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｉｎ Ｓ１～Ｓ８ ｒｉｖｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｚｎ， Ｃｄ， Ｃｕ， ａｎｄ Ａｓ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ Ｓ１， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｃｒ ａｎｄ Ｎｉ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ Ｓ３ ａｎｄ Ｓ４ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｓ１， Ｓ４， ａｎｄ Ｓ５ ｗｅｒｅ ａｌｌ Ｃｄ ａｎｄ Ｚｎ， ｗｈｉｌｅ Ｓ２， Ｓ３， Ｓ６ ｗａｓ Ｚｎ， ｉｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｍｅｄｉｕｍ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｓ１ ｗａｓ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ， ｉｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ｍｅｄｉｕｍ， ｗｈｉｌｅ Ｓ８ ｗａｓ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｓｔ， ｉｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ｇｏｏｄ． Ｉｎ Ｔ１～Ｔ６ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ａｓ， Ｃｕ， Ｃｒ， Ｃｄ， Ｐｂ， Ｎｉ， ａｎｄ Ｚｎ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ Ｔ１，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ａｓ， Ｃｕ， Ｃｒ， Ｐｂ， ａｎｄ Ｎｉ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｉｎ Ｔ５， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｃｄ ａｎｄ Ｚｎ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｉｎ Ｔ６ ａｎｄ Ｔ４ respectively． Ｔｈｅ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎ Ｔ１～Ｔ６ ｗｅｒｅ ａｌｌ Ｃｄ， ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｗｅｒｅ ａｌｍｏｓｔ ｖｅｒｙ ｂａｄ ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｗｅｒｅ ｍｅｄｉｕｍ－ｂａｄ－ｖｅｒｙ ｂａｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏａｌ； ｓｏｉｌ； ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ； ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ 煤矿开采在国民经济发展中起着非常重要的作用，但煤矿开采却引起一系列环境问题，如土壤重金属污染、地表河水污染，如果未经处理的矿坑水排入地下，还会引起地下水污染，造成居民水质性缺水。重金属污染具有累积性、区域性、隐蔽性、潜伏性、长期性以及不可逆性等，后果极为严重，不但对土壤理化性质、土壤肥力、土壤微生物造成直接影响，而且影响农作物的产量和品质，进而通过食物链进入人体危害人体健康［１，２］，引起一系列疾病的产生和发作，其中又以Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｈｇ污染及其复合污染最为突出［３］。因此，开展重金属污染调查与研究，无论在理论上还是生产实践中都有较大的意义和价值。以贵州省德江县岩溶区为例，探讨了由于煤矿开采而引起地下水污染，地下水出流后转为地表河流，进而引起地表河流污染以及土壤污染的问题，并对地表河流及土壤进行了质量评价，以期为后续的土壤改良与修复、水污染防治与治理、农作物质量评价提供参考依据。 １材料与方法 １．１研究区概况 德江县位于贵州东北部，地处东经１０７３６′～１０８２８′，北纬２８００′～２８３８′，总面积为２ ０７１．９２ ｋｍ２。德江县地处云贵高原东北部阶梯状斜缓坡面上的娄山山系与武陵山系交汇处，为省内碳酸盐分布较广的地区之一。地势为西北部高，中部较缓，东部稍低的波状起伏斜面，最高为沙溪乡的夏家山羊角脑山峰，海拔１ ５３４ ｍ，最低为桶井乡望牌村乌江出境口，海拔３１９ ｍ，相对高差１ ２１５ ｍ，属中低山地貌区。出露地层有古生界的寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、缺失泥盆系和石炭系，尚有中生界的三叠系及新生界的第四系，岩石均为沉积岩，多为碳酸盐岩，以石灰岩、白云岩为主，岩溶区面积为 １ ３７２．０ ｋｍ２，占县域面积的６６．２％。 １．２样品的采集与分析 沿德江县枫香溪乡地表河流为此次研究水样的采样点，水样采样点编号为Ｓ１～Ｓ８，同时在水样采样点横向一侧农田采集相应的土壤１份，土壤编号为Ｔ１～Ｔ６，纵向上两点之间距离约１．５ ｋｍ。由于受岩溶区特殊的地形与地貌关系的影响，水样Ｓ６与Ｓ７、Ｓ７与Ｓ８距离较远，其中Ｓ８为地表河流的终点，于此汇入主河流。各水样点用纯净水水瓶取地表河水１瓶，取前连洗３次水瓶，各样地土壤采用对角线取样法进行混合样品采集，取样深度为０～２０ｃｍ，重量１ ｋｇ左右。所有样品送回实验室，由中国地质科学院岩溶地质研究所实验室完成测试，各重金属的分析方法采用ＩＣＰ等离子体法。 １．３土壤及水样质量评价 １．３．１评价方法［４－６］ １）单因子指数法。Ｐｉ＝Ｃｉ/Ｓｉ 式中，Ｐｉ为某测点土壤或水样中污染物ｉ的单因子指数；Ｃｉ为某测点土壤或水样中污染物ｉ的实测浓度；Ｓｉ为污染物ｉ的评价标准。 ２）综合指数法。Ｐ综＝ 式中，Ｐ综为某测点土壤或水样的综合指数；Ｐｍａｘ为土壤或水样中单因子指数的最大值；Ｐａｖｅ为土壤或水样中各单因子指数的平均值。 １．３．２评价标准土壤评价采用国家土壤环境质量二级标准（ＧＢ１５１６８１９９５，６．５＜ｐＨ值＜７．５）。地表河流主要用于当地农业农田（水田）灌溉用水，水样评价采用国家农田灌溉水质一类评价标准（ＧＢ５０８４１９９２），由于农田灌溉水质标准中未对Ｎｉ元素进行规定，在此暂用地下水质量标准Ⅴ类水标准。具体参比标准见表１。 １．３．３质量等级划分标准土壤和水样中单因子质量级别分为好、中等、坏及很坏，综合因子质量级别分为安全、警戒级、中等、坏和很坏（表２）。 ２结果与分析 ２．１地表河水重金属含量及质量评价 ２．１．１地表河水重金属含量对地表河流Ｓ１～Ｓ８水样进行重金属含量分析可知，Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ含量最高的为Ｓ１，分别为０．０９２ ２、０．０５３ ８、０．０１１ ３ ｍｇ／Ｌ，Ｎｉ含量最高的为Ｓ４，为０．０７７ ０ ｍｇ／Ｌ（图1）。Ｃｒ含量最高的为Ｓ３，为０．０１３ ５ ｍｇ／Ｌ，其余水样Ｃｒ含量均小于０．００２ ０ｍｇ／Ｌ。Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｎｉ含量最小的为Ｓ８，分别为０．００１ ６、＜０．０００ ６、０．００１ ９、０．００４ ３ｍｇ／Ｌ，Ｐｂ的含量均小于０．００５ ０ ｍｇ／Ｌ，Ｈｇ含量均小于０．０００ ０５ ｍｇ／Ｌ，Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４水样Ａｓ有数值，但很小，其余均小于０．００２ ０ ｍｇ／Ｌ；Ｓ１、Ｓ２、Ｓ６重金属含量最高的为Ｚｎ，分别为０．０９２ ２、０．０６８ ６、０．０７５ ０ ｍｇ／Ｌ，Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８重金属含量最高的为Ｎｉ，分别为０．０６２ ５、０．０７７ ０、０．０７３ ５、０．０６２ １、０．００４３ ｍｇ／Ｌ。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７重金属含量最低的为Ｃｕ，分别为０．０１１ ３、０．００４ ３、０．００２ ０、０．００４ ３、０．００２ ５、０．００２ ５、０．００２ ７ ｍｇ／Ｌ，Ｓ８重金属含量最低的为Ｃｄ，含量小于０．０００ ６ ｍｇ／Ｌ。各水样重金属含量顺序Ｓ１为Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｄ＞Ｃｕ，Ｓ２为Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｄ＞Ｃｕ，Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７为Ｎｉ＞Ｚｎ＞Ｃｄ＞Ｃｕ，Ｓ６为Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｄ＞Ｃｕ，Ｓ８为Ｎｉ＞Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｃｄ。