（环境工程专业论文）张集煤矿塌陷水域水环境现状评价及其变化规律研究.pdf

摘要 摘要 张集煤矿随着开采规模的不断扩大，采煤塌陷水域面积也在逐年增大，农林植 被等被毁坏，原来的陆生生态系统被水生生态系统替代。长期以来，塌陷水域和 地表河流已经成为矿区及周边工矿企业废水和生活污水的排放场所，另外还有周 围农田进行污水灌溉及农药化肥的使用，可能会对其地下水和土壤造成严重污染， 成为人民生活的潜在威胁。结合地形条件，预计到2 0 3 0 年张集所有塌陷区将连成 一片，塌陷面积将达到7 0 k i n 2 ，是很好的蓄水场所，预计水深2 0 m ，水资源量将达 到4 9 8 亿m 3 。本文从水质指标的分析出发，对水质状况进行初步评价。 本文确定张集煤矿塌陷区为研究区，选定四个区域较大且有代表性的塌陷塘 作为研究对象，首先对污染源现状的调查，确定塌陷区域水域现状、污染源的种 类和分布状况，以及四个塌陷塘的利用情况。采样点的布设参照水质采样方案 设计技术规定( h j4 9 5 n 2 0 0 9 ) ，采样点具体点位用g p s 定位，所有样品在现场 采样时分别添加不同的固定剂进行固定，以确保监测数据的准确性。从理化指标 角度对塌陷塘的水质、底泥和周边土壤进行分析测试。通过研究水质指标监测数 据和营养元素的变化规律分析得出：四个塌陷塘的总磷、总氮和叶绿素含量均是 在秋季最高，冬春最低，可以得出此处的营养元素随着季节的变化而变化，有一 定累积效应。研究区域的富营养化指标均达到了地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 的i 类或类标准以上，大部分处于i i 类标准以上，水质情况很 好，无富营养化的情况。 对水质、底泥和土壤重金属监测结果进行分析，预测以后可能会对水环境造 成的影响。使用改进的内梅罗污染指数法、模糊聚类法和单因子指数法对塌陷水 域进行了评价，得出结论：通过一年内四个季度水质的连续监测，水质指标测试 和评价结果可以得出，常规指标、富营养化指标、重金属类指标均没有呈现明显 的污染状态，水质均能达到地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) m 或类水。 各塌陷水域的水质状况随季节的变化而变化，不同指标在不同季节呈现不同的变 化特点，但水质总体状况良好。根据张集煤矿塌陷水域水环境特征，给出水环境 进行综合利用和环境保护建议，并提出本文的不足之处有待于进一步研究。 图2 0 表1 4 参5 8 关键词：塌陷水域；水质；营养元素；改进的内梅罗污染指数法；模糊聚类法； 单因子指数法 分类号：x 5 2 安徽理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h em i n i n gs c a l e su n c e a s i n g e x p a n s i o no f z h a n g i ic o a lm i n e ，t h em i i l j n gc o a l c o l l a p s ew a t e r sa r e ai sa l s oi n c r e a s i n gy e a rb yy e a r ；t h ef a r m i n ga n df o r e s t r yv e g e t a t i o n a n ds oo ni s d e s t r o y e d ，t e r r e s t r i a le c o s y s t e mo r i g i n a l l yb ya q u a t i ce c o s y s t e m s u b s t i t u t i o n s i n c el o n g ，t h ec o l l a p s ew a t e r sa n dt h es u r f a c er i v e r sa r eb e c a m et h e m i n i n ga r e aa n dt h ep e r i p h e r a li n d u s t r i a la n dm i n i n ge s t a b l i s h m e n tw a s t ew a t e ra n dt h e s a n i t a r ys e w a g ee m i s s i o n sp l a c ea l r e a d y , p e r i p h e r yi na d d i t i o nh a st h ef a r m l a n dt oc a r r y o nt h es e w a g ei r r i g a t i o na n dt h ea g r i c u l t u r a lc h e m i c a l sc h e m i c a lf e r t i l i z e ru s e ，p o s s i b l y c a u s e st h es e r i o u sp o l l u t i o nt oi t sg r o u n dw a t e ra n dt h es o i l ，i tw i l lb e c o m et h el i v e so f t h ep e o p l et h el a t e n tt h r e a t t h eu n i o nt o p o g r a p h i c a l c o n d i t i o n ，e s t i m a t e dt h a tt h e z h a n g i ia l lc o l l a p s ea r e aw i l ll i n ku pi n t oas i n g l es t r e t c ht o2 0 3 0 ，t h ec o l l a p s ea r e aw i l l a c h i e v e7 0s q u a r ek i l o m e t e r s ，i st h ev e r yg o o ds t o r a g ep l a c e ，w i l le s t i m a t ew a t e rd e p t h 2 0m e t e r s ，t h ew a t e rr e s o u r c e sq u a n t i t yw i l la c h i e v e4 9 8 ，0 0 0 ，0 0 0c u b i cm e t e r s t h i s a r t i c l ee m b a r k sf r o mt h ew a t e rq u a l i t yt a r g e t sa n a l y s i s ，c a r r i e so nt h e p r e l i m i n a r y a p p r a i s a lt ot h ew a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n t h i sa r t i c l ed e t e r m i n e dt h a tt h ez h a n g j ic o a lm i n ec o l l a p s ea r e aa st h er e s e a r c h a r e a ，d e s i g n a t e sf o u rr e g i o n sa n dh a st h er e p r e s e n t a t i v ec o l l a p s ep o n dt ot a k et h eo b j e c t o fs t u d y g r e a t l y , f i r s t t os o u r c eo f p o l l u t i o np r e s e n ts i t u a t i o ni n v e s t i g a t i o n , d e t e r m i n a t i o nc o l l a p s er e g i o nw a t e r sp r e s e n ts i t u a t i o n , s o u r c eo fp o l l u t i o nt y p ea n d d i s t r i b u t i o nc o n d i t i o n ，a sw e l la sf o u rc o l l a p s ep o n du s es i t u a t i o n t h es a m p l i n gp o i n t b u i l dr e f e r st o w a t e rq u a l i t y s a m p l i n gp l a nd e s i g nt e c h n i q u es t i p u l a t i o n ”o - i j 4 9 5 2 0 0 9 ) ，t h es a m p l i n gp o i n tc o n c r e t es p o tp o s i t i o nl o c a t e sw i t hg p s ，a l ls a m p l e s w h e nt h es c e n es a m p l i n gi n c r e a s e st h ed i f f e r e n tf i x i n g a g e n tt oc a r r yo ns e p a r a t e l y f i x e d l y , g u a r a n t e e st h em o n i t o rd a t at h ea c c u r a c y f r o mt h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r yt a r g e t a n g l e t ot h ec o l l a p s ep o n d sw a t e rq u a l i t y , t h eb o s o mm u da n dt h e p e r i p h e r a ls o i lc a r r i e s o nt h ea n a l y s i st e s t o b t a i n st h r o u g ht h er e s e a r c hw a t e rq u a l i t y t a r g e tm o n i t o rd a t aa n d n u t r i t i v ee l e m e n t s c h a n g er u l ea n a l y s i s ：f o u rc o l l a p s ep o n d st o t a lp h o s p h o r u s ，t h et o t a l n i t r o g e na n dt h ec h l o r o p h y l lac o n t e n ti sh i g h e s ti nt h ea u t u m n ，t h ew i n t e ri ss p r i n g l o w e s t ，m a yo b t a i nh e r et h en u t r i t i v ee l e m e n t st oc h a n g ea l o n g 、) l ，i t l lt h es e a s o nc h a n g e ， h a sc e r t a i nc u m u l a t i v ee f f e c t t h en e a r b yr e s i d e n t ss a n i t a r ys e w a g ed i s p e r s e si n t ot h e q u a n t i t yt oi n c r e a s e ；n u t r i t i v ee l e m e n t s c o n t e n ti sr e l a t i v e l yh i 曲s t u d i e dt h er e g i o nt h e i i e u t r o p h i c a t i o nt a r g e tt oa c h i e v ei nt h es u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r dh io r i va b o v et h es t a n d a r d , t h em a j o r i t yi si ni ia b o v et h es t a n d a r d , t h ew a t e rq u a l 时 s i t u a t i o ni sv e r yg o o d ，n o n - e u t r o p h i c a t i o ns i t u a t i o n t ot h ew a t e rq u a l i t y , t h eb o t t o mm u da n dt h es o i lh e a v ym e t a lm o n i t o r i n gr e s u l t c a r r i e so nt h ea n a l y s i s ，f o r e c a s tt h a tw i l la d dl a t e rp o s s i b l yw a t e rt h ei n f l u e n c ew h i c h t h ee n v i r o n m e n tw i l lc r e a t e u s ei m p r o v e m e n t si m p r o v e dn e m e r o wi n d e xm e t h o d ，t h e f u z z yc l u s t e r i n ga n a l y t i cm e t h o da n dt h es i n g l ef a c t o re x p o n e n t i a lm e t h o dh a sc a r r i e d o nt h ea p p r a i s a lt ot h ec o l l a p s ew a t e r s ，d r a w st h ec o n c l u s i o n ：t h r o u g ho n ey e a ri nf o u r q u a r t e rw a t e rq u a l i t y sc o n t i n u o u sm o n i t o r i n g ，t h ew a t e rq u a l i t yt a r g e tt e s ta n dt h e m e a s u r er e s u l t sm a yo b t a i n , s t u d yt h er e g i o nt h ec o n v e n t i o n a lt a r g e t , t h ee u t r o p h i c a t i o n t a r g e t ，t h eh e a v ym e t a lc l a s st a r g e tn o tt op r e s e n tt h eo b v i o u sp o l l u t i n gc o n d i t i o n ，t h e w a t e rq u a l i t yc a na c h i e v e ”s u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r d ”( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) i i io ri vk i n do fw a t e r e a c hc o l l a p s ew a t e r s w a t e rq u a l i t yc o n d i t i o nc h a n g e sa l o n g 谢t h t h es e a s o nc h a n g e ，t h ed i f f e r e n tt a r g e tp r e s e n t st h ed i f f e r e n tc h a n g ec h a r a c t e r i s t i ci nt h e d i f f e r e n ts e a s o n ，b u tw a t e rq u a l i t yo v e r a l lg o o ds h a p e a c c o r d i n gt ot h ez h a n g i ic o a l m i n ec o l l a p s ew a t e r sw a t e re n v i r o n m e n tc h a r a c t e r i s t i c ，c a r r i e so nt h ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nf o r t h ew a t e rl e a k a g ee n v i r o n m e n t s u g g e s t e da n dp r o p o s e dt h i sa r t i c l ed e f i c i e n c yw a i t sf o rf u r t h e rs t u d i e s f i g u r e2 0 t a b l e14r e f e r e n c e5 8 k e y w o r d s ：s u b s i d e n c ew a t e r s ，w a t e rq u a l i t y , n u t r i t i v ee l e m e n t s ，i m p r o v e dn e m e r o w i n d e xm e t h o d ，f u z z yc l u s t e r i n ga n a l y t i cm e t h o d ，s i n g l ef a c t o ri n d e xm e t h o do fa n a l y s i s c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：x 5 2 i i i 1 绪论 l绪论 塌陷水域是由于煤矿开采以后，造成地表下沉积水形成的类似于湖泊的封闭 水体。煤矿塌陷区是煤矿生产建设的产物。地下煤层被开采以后，开采区域周围 岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡，引起开采煤 层的上覆岩层移动、变形和破坏，最终导致地表沉陷或塌陷。煤炭生产在带来巨 大经济效益的同时，也给生态环境带来了巨大的压力，矿区环境透支现象相当严 重n 1 。 据调查统计，张集矿井占地总面积约7 1 k i n 2 ，采煤塌陷区总面积已达2 0 k i n z ， 占矿井总面积的2 8 ，其中积水区域约8 k m 2 ，占塌陷面积的4 0 。张集矿区随着 开采规模的不断扩大，开采之后地表沉陷形成塌陷水域，张集靠近淮河，河网众 多，降水量充足，雨水汇入塌陷区域，而且该处潜水位较高，地下水受承压作用 会冒出，积水面积逐年增长，这是煤矿开采区普遍存在的一种现象。彭苏萍应用 遥感技术对淮南煤矿区6 年间积水塌陷变化进行动态监测乜1 ，结果表明：在1 9 9 2 年淮南矿区积水塌陷面积为6 7 0 9 公顷，到1 9 9 8 年底为7 8 5 9 公顷，6 年间增加了 11 5 0 公顷。其发展速度之快，令人瞩目。塌陷水域不断扩展，导致矿区生态环境 不断恶化1 ，有的矿区已经出现富营养化塌陷区啼1 或者是形成了严重污染的塌陷 水域，这都势必将制约矿区经济和社会经济的发展。 本文以张集矿区为研究对象，地处安徽省中北部的淮南市是一座以盛产煤炭 为主的能源型城市，煤炭资源丰富，开采历史悠久。自1 9 0 9 年建设首座煤矿以来， 至今已有1 0 0 多年的开采历史，形成了大范围的采煤塌陷区。随着煤矿的开采， 塌陷范围逐年增长，老矿区由于采煤强度减弱，塌陷区增长速度将减慢，而新矿 区的塌陷范围将急剧增长1 。矿区地表形态被破坏，形成大面积的塌陷水域，农林 植被等被毁坏，原来的陆生生态系统被水生生态系统替代。长期以来，塌陷水域 和地表河流已经成为矿区及周边工矿企业废水和生活污水的排放场所，另外还有 周围农田进行污水灌溉及农药化肥的使用，对其地下水和土壤造成严重污染。塌 陷水域和河流水质的恶化已经严重影响了矿区生态环境状况，对人民的生活环境 产生了潜在的威胁，这将制约城市的可持续发展。 1 1研究目的及意义 水环境是地球表面各种水体的总称，它包括河流、湖泊、海洋、水库以及浅 层地下水等贮水体盯1 。水是生命之源，水体是地球上生命的发源地，是水生动物的 安徽理工大学硕士学位论文 生存环境口1 。长期以来，我国水环境面临着严重的水体污染、水资源短缺和洪涝灾 害等多方面的压力，而且水体污染加重水资源短缺，生态环境破坏导致洪涝灾害 频发，直接影响到人们的生活和生存，制约经济和社会的发展。矿产资源的开发 极大地促进了经济繁荣、社会进步和人类文明的同时，也带来了大量的矿山环境 问题，不仅严重威胁到人民的生命财产安全，而且严重影响区域甚至全国的经济 社会的全面协调、可持续发展以及社会安定四1 。 淮南是全国1 3 个亿吨煤炭煤炭基地之一，也是全国6 个煤电基地之一n 们，同 时也正全面加快建设安徽煤化工( 淮南) 基地，是名副其实的能源城、火电三峡， 其中具有代表性的电厂有：大唐淮南洛河电厂、中电投淮南平圩电厂、大唐淮南 网家庵电厂、淮南阳集发电厂，淮南风台发电厂；代表性的化工企业有：安徽淮 化集团有限公司、安徽德邦化工有限公司、安徽淮河化工股份有限公司。淮南煤、 电、化的大力发展，一方面促进了淮南经济的快速发展，但另一方面也带来了严 重的水资源短缺问题，制约了经济和社会的进一步发展。 本课题以淮南市张集矿塌陷区为例，目前，境内居民生活用水、企业和农业 用水都来自临近的淮河，淮河水质一旦有所变化势必会对工农业造成影响，无法 保障居民的基本生活用水。张集煤矿基地采煤量高，塌陷速度快，蓄水量大，水 资源丰富，随着开采年限的不断延长，采空塌陷的面积及深度也不断增大，使得 塌陷区内储存的淡水资源也越来越多。如果能充分合理利用塌陷区内的淡水资源， 将有助于解决水资源对矿区经济的发展制约，缓解矿区居民与矿业企业之间的用 水矛盾。 不同的水质条件具有不同的利用价值，有效利用塌陷区内水资源的前提条件 是充分了解塌陷区内的水质状况。对塌陷区水域水质进行分析研究，确定主要的 污染物和污染源，为煤矿塌陷区水域的水质确定提供依据，为更好的使塌陷区与 周边环境形成一个良性循环提供依据，同时为水资源的合理利用提供理论依据； 水质评价是对某水环境区域进行环境要素进行分析，对水质优劣进行定量评价的 过程。通过水质评价，可以清晰地了解和掌握水质变化趋势，准确地反映水体污 染状况和程度，为水资源利用、保护、规划和管理提供科学依据。 1 2 国内外研究现状 随着煤炭的开采，采空塌陷区的面积不断增加，矿区的经济、环境等问题日 益恶化。对于如何认清塌陷区的水质状况而充分利用塌陷区水资源的问题，国内 外许多学者都对塌陷区的水质状况进行了研究。 2 一 l 绪论 ( 1 ) 国外研究现状 目前，国外水环境工作者主要集中于对地表水天然水体的研究，对于受煤矿 开采形成的沉陷研究较少，重在研究塌陷区对环境的影响以及对策。 y y y i n 和k s a s i k u m a r 分别利用模糊评价法对水资源环境进行综合评价 i t - t 2 。l iw z h o n gy 研究发现沉水植物占据了湖泊水和底质的主要界面，是水体 两大营养库间的有机结合部分，对湖泊生态系统过程造成重大影响。g o s sb 和 g 1 i w i c ezm 通过对浅水湖的研究得出：重建水生植物是富营养华治理和湖泊生态 恢复的重要措施n 埽1 。d d g e n s k e 论述了从1 9 世纪8 0 年代到2 0 世纪末德国鲁尔 区采煤塌陷对环境的影响n 引。1 9 7 7 年，s l r o s s 根据b o d 。( 五日生化需氧量) 、n h 3 一n ( 氨氮) 、s s ( 悬浮物) 及d o ( 溶解氧) 四项指标，对英国克鲁德河流域的水 质进行了评价。后来，前东欧和苏联的很多学者在研究水质时既考虑物理和化学 指标，还考虑了生物指标，使水质评价工作更加全面、系统、科学。k i - d o n gk i m 等利用g i s 技术对韩国的一个城市采煤塌陷区的危害进行了分析评价n 刀；d a n i e l g h o u z i 以北欧等地区的采煤塌陷为例，论述了采煤塌陷的过程及对环境造成的影 响n 8 1 ；f g b e l l 等论述了从1 9 世纪8 0 年代到2 0 世纪末德国鲁尔区采煤塌陷对环 境所造成的影响n 引。 ( 2 ) 国内研究现状 我国于2 0 世纪5 0 年代开始关注采煤塌陷的问题，自从1 9 8 8 年开始，矿区采 煤塌陷理论研究空前活跃起来，有关采煤塌陷研究的文献成倍增长。我国自2 0 世 纪5 0 年代以来，在全国主要河流、湖泊上进行水质评价。1 9 7 2 年，北京西郊环 境质量评价研究树立了我国水质评价研究上的第一个里程碑。随后，开展了松 花江、白洋淀、杭州西湖、太湖等水环境的专题质量评价工作。目前大量数学方 法应用在天然水体水质评价中，水质评价方法很多，其中应用较多的有单因子评 价法、污染指数法、模糊评价法、神经网络分析法等。 韦朝阳等总结了我国煤矿开发对生态环境破坏的总体状况，指出了我国煤矿区生 态环境的特征，从生态坏境规划、法制管理、整治措施、应用基础研究等方面对 我国当前煤矿区生态环境整治工作中存在的问题进行了全面的分析，并提出了适 应我国国情的煤矿区生态环境综合整治对策汹1 ；师雄等从环境污染、水土流失和 土地荒漠化等方面对煤矿塌陷区对环境的影响进行了分析，并提出了相应的生态 修复措施眨；计承富等陴3 研究了矿区塌陷塘水体营养状况的时空变化特征其主要 指标的内在变化规律；王振红等通过对淮南矿区不同塌陷年龄的采煤塌陷塘的水 生态环境监测，分析了不同塌陷年龄的塌陷塘主要限制因子和塌陷塘内浮游植物 3 安徽理工大学硕士学位论文 种类组成及其生长的限制因子1 ；徐良骥等选择潘一煤矿典型的塌陷水域，采用 格网法布点法对水质进行采样监测，分析水体的重金属元素和运用模糊综合评判 法对水质进行评价，并提出相应的治理措施和综合利用方式嘲1 ；童柳华等对潘集 矿区水质进行全面采样监测，运用数学模糊综合评判法对水质进行了评价并提出 如何合理保护各利用可带来环境效益和经济效益瞳引；张辉等通过监测发展阶段的 塌陷水域水体的理化指标分析淮南塌陷水域水质现状，并为塌陷水域的综合利用 提供理论依据嘲；桂和荣等为治理与开发煤矿塌陷区生态环境，在同一城市选择2 种水域，通过一年四个季度的采样监测，通过研究蓝藻生长的季节性变化以及主 要生态影响因子，找出煤矿塌陷区水域中蓝藻的生态学特征阱1 ；金速等以辽宁省 为例，对大型煤矿区的地下水和地质灾害的演变规律及地下水与地质坏境灾害之 间的关系进行了研究分析嘲1 ；马国哲以华亭矿区大柳矿井地质灾害危险性评估为 例，介绍了煤矿采空引发地面塌陷危险性预测评估的基本内容及评估深度，并提 出了较全面的矿区采空塌陷的防治措施啪1 ：张文鸽、王陆军、杨朋、劳期团等很 多学者都分别通过模糊综合评价法对水质进行评价删。 有研究类似于张集矿区的潘集等矿区的文献，目前还没见到相关张集矿区塌 陷水域和地表主要河流水质评价的资料。 1 2 1 研究内容 ( 1 ) 研究区污染源调查及污染现状分析； 本文首先进行该区内的塌陷区水域现状、污染源的种类和分布状况以及污染 途径进行走访调查，查阅资料，向有关人员进行咨询，力求获得最详尽的现场资 料。 ( 2 ) 选取有代表性的塌陷塘进行布点采样，确定采样时间、频次以及监测项 目。从理化指标角度对塌陷塘的水质进行分析测试； ( 3 ) 对水质指标监测数据和营养元素的变化规律进行分析，以及对底泥和土 壤重金属j l i 测结果进行分析； ( 4 ) 选取合理的地表水水质评价方法，对塌陷水域的水质进行评价； ( 5 ) 在结论的基础上，提出相应的保护环境建议及本文的不足之处。 1 2 2 技术路线 根据调查到的塌陷水域现状与现有的试验条件，为达到预期设定的目标，现 拟定技术路线如下图1 ： 4 - 1 绪论 图1 技术路线 f i g 1t e c h n i q u er o u t e - 5 安徽理工大学硕十学位论文 2 1 区域环境概况 2 1 1 地理环境 2 研究区概况 研究区位于江淮丘陵与黄淮平原交界处，地貌类型有平原和丘陵的共同特点， 地形较为复杂。淮河由西向东横穿全市，淮河北岸为地势平坦的淮北平原，淮河 南岸为丘陵地带。市区由丘陵到淮河，从南向北依次递减为斜坡地带、洪冲积二 级阶地、淮河冲积一级阶地、淮河高位漫滩和滨河床滩。淮南的区域地层，属于 华北地层区一淮河地层分区一淮南地层小区。淮南的地质构造单元，属中朝准地台、 淮河台坳、淮南陷褶断带；区内地面与构造走向特征：西西北向( n w w ) 居主导地 位1 。淮南是一座以煤炭为主体的能源型城市，煤炭资源丰富，开采历史悠久。 自1 9 0 9 年建设首座煤矿以来，至今已有9 0 多年的开采历史，形成了大范围的采 煤塌陷区。随着煤矿的开采，塌陷范围逐年增长，老矿区由于采煤强度减弱，塌 陷区增长速度将减慢，而新矿区的塌陷范围将急剧增长。由于淮南市横跨淮河两 岸，河网众多，潜水位较高，塌陷区大面积常年积水，形成了一种特殊的地表水 体。随着开采规模的扩大，积水面积逐年增长。 研究区位于淮河中游，淮北平原南缘，地处北纬3 2 - - 3 3 度，东经11 6 - - 11 7 度之间。张集临淮河，辖西淝河，县域呈东南、西北斜行，南北长5 0 公里，东西 宽约4 2 公里，总面积1 1 0 0 公里，耕地面积8 6 万公顷，水面1 6 万公顷，人口8 0 力。风台县地势平坦，资源丰富，大部分地区在海拔2 5 米以下，属北亚热带季风 气候，年均降雨量8 0 01 0 0 0 毫米，无霜期2 1 6 天，平均气温1 5 1 。境内地下 水源丰富，地表径流密布，焦岗湖、城北湖、花家湖、姬沟湖等分布其间，淮河、 西淝河、永幸河、茨淮新河等穿境而过，通长江达江浙。凤台县交通便捷，淮河 水上交通发达，淮阜铁路横贯境内东西，凤台、桂集、张集三站镶嵌其间，距京 九线上重站阜阳站仅百公里。距合肥骆岗机场百余公罩，蚌埠机场几十公里。张 集农业基础好，素有“不是江南，胜似江南”的美誉。 2 1 2 气候环境 研究区地处亚热带与暖湿带的过渡带，属暖温带半湿润大陆性季风气候区， 四季分明，气候温和，光照充足，热量丰沛，无霜期长( 全年约2 3 0 天) ，季风显 著，雨热同季。年内冬季：受北方冷空气的控制，晴同多，气温低，降水少；春 一6 2 研究区域概况 季：气温回升快，降水量逐渐增多，受南北冷暖空气活动影响，天气多变，气温 不稳定：夏季：受副热带高压的控制，气压偏低，高温多雨；秋季：晴朗天气偏 多，时有秋雨连绵。 研究区近五十年的年平均气温为1 5 3 ，7 月份最热，1 月份最冷，历史极端 最高气温是4 1 4 ( 1 9 5 9 年8 月2 4 日) ，极端最低气温是一2 1 7 ( 1 9 6 9 年1 月 3 0 日) 。张集降水特征总体来说，时空分布极不均匀；在时间上，年内分配不均匀， 年纪差异大；空间上，淮河南岸比淮河北岸差异大嘲。夏季季降水最多，占平均 年降水量的5 0 ；春秋两季次之，分别占年降水量的2 2 7 和1 9 8 ：冬季降水 量最少，仅占年降水的7 7 。研究区全年平均日照时间为2 2 7 9 2 h ，常年主导风 向为东风，夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风，近五年来平均风速 2 5 m s ，春季风速最大，秋季风速最小。从近年来区内气象特征来看，根据淮南 市气象站的监测资料，各月份气象要素月平均值( 如表1 ) 具有一定的代表性嘶1 。 研究区降雨量约1 0 0 0 1 4 0 0 姗，因受季风影响，降雨年内很不均匀，雨量集 中在6 、7 、8 月，约占全年降雨量的5 0 6 0 ，而且降雨强度大，常造成洪涝灾 害。冬季降雨量一般很少。秋季降雨多于春季；春季降雨大于秋季。降雨量年季 变化大，丰水年和干旱年降雨量相差达2 5 - - - 3 5 倍，年降雨量的变异系数为0 2 5 。 多年平均水面蒸发量为7 0 0 m m ，月最小值出现在1 2 月，最大值出现在6 月。研 究区雨量多，蒸发量年际变化不大，这主要是受太阳辐射、温、湿、风、气压等 年际变化不大的气候条件的制约所致。 7 - 安徽理工大学硕士学位论文 2 1 3 水文 淮河是研究区的主要地表水系，淮河发源于河南省桐柏山，流经河南、安徽、 江苏、山东四省，是我国五大水系之一，分南北两支流进入淮南市，是全市工农 业生产与人民生活的主要水源。研究区段淮河河床标高为+ 9 + l1 m ，水面宽度一 般为4 0 0 , - - , 8 0 0 m ，西段约1 5 0 , - - 一2 8 0 m ，东段约4 0 0 m ，净水面积2 1 5 k m ，平均水位在 + 2 2 + 2 4 m 之间，历史最高水位达+ 2 4 0 3 m ( 1 9 5 4 年7 月2 7 日) ，历史最低水位为 + 1 2 3 6 m ( 1 9 5 3 年，见蚌埠闸后最低水位+ 1 5 1 3 m ) 嘲。年平均流量为8 1 3 m 3 s ，最 大流量为12 7 0 0 m 3 s ，最小流量为0 5 m 3 s 。 研究区境内，地下水分布与江淮丘陵地区的地下水分布大致相同。淮河北岸 至焦岗湖区、淮河一级支流西淝河一花家湖下游区域、淮河及其一级支流西淝河 一瓦埠湖两岸、淮河至高争乡以南区域均为富水区，淮河南岸洛河、姚家湾以西 呈带状分布在两区，含水层较厚，水量较大m 1 。 。8 2 研究区域概况 2 2社会经济 2 2 1 研究区概况 一潺够? 专。： 芦囊锈。 涵馕， 缱乡 鬻越爹 ；郾髑瞬鹂住，：每冀擎雾一：。瓢誊篡i 爹爹 4 涵| e l _ 。 ，j齄蹙幺凋藏i 墨一气， 已一一二“蕊荔基。警蹭睦零霉i 毫i “之蕊 一+ 。璺墼鬈囊嚣；出簟釉豢i 娶雾囊、囊搠 壁妫乡 。 鼍“j 一琴嘲黔= 7 大递区 * 黼 黄瑚多一雾爹荔i j j攀。溺孽曝区 ， 。 篱。荔篓一寿影。；。1 ，聋戮嘲 三秘乡 、 j 鬯篓熹黝镇。擎i ：篱蒸、黛： f i g 2g e n e r a ls i t u a t i o no ff e n g t a i 如图2 所示，研究区位于淮南市风台县境内，风台县城西北约2 0 公里处，地 处淮河中游，淮北平原南缘，是淮南市唯一的市辖县。风台交通便捷，水路有淮 河、西淝河，陆路淮阜铁路、合徐高速公路、合阜高速公路，与合肥、淮南、阜 阳、蚌埠几大城市相临，具有明显的区位优势。 淮南市是一个以煤炭、电力等能源工业为主体的较大中型工业城市，拥有数 百家企业，兼有化工、食品、机械、建材等工业，门类较为齐全，行业技术基础 雄厚。全市现有工业企业8 0 0 多个，主要集中在淮河以南的田家庵、谢家集、八 公山和大通区。1 9 9 7 年，国务院确定淮南市为全国1 3 个较大城市之一。 研究区兼具南北气候的特点。气候资源的多样性决定了农业生产的多样性， 农业生产也兼具南北特点。例如，作物既有暖温带的小麦、大豆、山芋、高梁、 玉米、绿豆、豌豆等，也有亚热带的水稻、油菜、麻类等。 2 2 2 矿产资源开发现状 研究区井田东西走向长约1 2 公里，南北倾斜宽约9 公里，面积约7 1 平方公 里，主采煤层5 层，可采总厚度2 1 0 8 米，矿井总储量为1 5 4 8 亿吨，可采储量 为5 3 亿吨。矿井由中央区、北区和风井区组成，为“一矿三区”，采用前进式开 采方式。中央区于2 0 0 1 年8 月正式投产，设计能力为4 0 0 万吨，技改升级后，矿 。9 安徽理工大学硕士学位论文 井综合生产能力核定为7 0 0 万吨年。北区属张集矿二期工程，2 0 0 6 年9 月竣工验 收，设计能力为3 0 0 万吨年，系统生成能力6 0 0 万吨年。现整个矿井生产能力 达到1 2 0 0 万吨年；风井区安全工程于2 0 0 9 年1 0 月首采面出煤，基本具备联合 试运转条件。整个矿井生产能力将达到1 3 0 0 万吨。 2 2 3 塌陷水域现状 淮南有着近百年的煤炭开采历史，在为国民经济建设做出重大贡献的同时， 也在矿区形成大面积的塌陷区。地表塌陷区主要集中在淮河南岸的老矿区，该区 矿井密布，采矿历史长、强度大，塌陷较严重，积水区最大水深达2 0 m 以上。而 淮河北岸新矿区，地势平坦煤层倾角小，松散沉积层厚度大，因而地面塌陷范围 广，沉陷速度慢，沉陷量小，由于地表径流及潜水汇集，从而形成大面积水域。 随着煤矿的开采，这一塌陷范围还会逐年增长，老矿区由于采煤强度减弱，塌陷 区增长速度将减慢，而新矿区的塌陷范围将急剧增长。由于淮南矿区地形起伏不 大，潜水位较高，塌陷区大面积常年积水，使矿区原陆地生态转化为水生生态。 张集矿有代表性的塌陷水域共4 处，约2 0 k m 2 ，其中积水区域约8 k m 2 。 研究区东部自2 0 0 3 年开始采煤，开采1 1 、1 3 槽煤，该区域地势较高，塌陷 深度为5 - - - 6 m ，积水深3 - - - 5 m ，积水区域约l k m 2 ，平时塌陷水域接纳张集矿工业广 场处理达标后的生活污水排放，有煤矸石道路横穿积水区域。塌陷水域有渔业养 殖。北部自2 0 0 3 年开始采煤，开采1 1 、1 3 槽煤，地势较低，塌陷深度3 - - - 4 m ，积 水深度约3 m ，塌陷区水域面积约4 k m 2 ，有道路和铁路穿过积水区域，该区域有渔 业养殖。硒北部自2 0 0 5 年开始采煤，开采8 层煤，东部塌陷区塌陷深度5 米左右， 积水深度约3 m ，塌陷水域面积约1 5 k m 2 ，西淝河从塌陷区中穿过，将塌陷水域分 为东西两部分。西南部自2 0 0 4 年开始开采1 1 、1 3 槽煤，塌陷深度约5 米，积水 深约3 米，塌陷水域面积约1 5 k m 2 。 1 0 3 塌陷水域污染源调查及初步分析 3 塌陷水域污染源调查及初步评价 3 1 塌陷水域污染源调查 3 1 1 染源现状调查方法 1 、调查对象 进行塌陷区污染源的调查主要从以下几个方面进行： ( 1 ) 调查塌陷区周围人口分布、工业布局、污染源及其排污情况。 ( 2 ) 调查塌陷区水资源现状和水资源的用途，水体流域土地功能及近期使用 计划等。渔业养殖情况( 人工投饵情况) ，地表径流污水，农田灌溉用水、农药和 化肥等使用情况等。 ( 3 ) 工业污染源调查包括工厂企业及矿山的分布，排污口的地理位置、工业 产品的种类和产量，原材料种类和消耗量，生产工艺及设备，排污及治理情况， 排污量及排污方式等；生活污染源调查包括塌陷区周围人口数量及分布、用水量 及污水处理及排污口分布情况等。农业污染源调查主要是农药、化肥的施用量等。 2 、调查范围 对整个研究区以及其周边地区进行调查。 3 、调查方式 ( 1 ) 点源调查 a 、点源的排放特点。主要包括排放形式，分散还是集中排放；排放口的平面 位置( 附污染源平面位置图) 及排放方向；排放口在断面上的位置。 b 、排放数据。根据现有的实测数据，统计报表以及各厂矿的工艺路线等选定 的主要水质参数，调查其现有的排放量、排放速度、排放浓度及变化情况等方面 的数据。 c 、用排水状况。主要调查取水量、用水量、循环水量、排水总量等。 d 、废水、污水处理状况。主要调查各排污单位废物水的处理设备、处理效率、 处理水量及事故状况等。 ( 2 ) 非点源调查 a 、工业类非点源污染源。调查原料、燃料、废料、废弃物的堆放位置( 主要 污染源要绘制污染源平面位置图) 、堆放面积、堆放形式( 几何形状、堆放厚度) 、 堆放点的地面铺装及其保沽程度、堆放物的掩盖方式等；排放方式、排放去向与 处理情况，说明非点源污染物是有组织的汇集还是无组织的漫流；是集中后直接 安徽理工大学硕士学位论文 排放还是处理后排放：是单独排放还是生产废水或生活污水合并排放等；根据现 有实测数据、统计报表以及根据引起非点源污染的原料、燃料、废料、废弃物的 成分及物理、化学、生物化学性质选定调查的主要水质参数，并调查有关排放季 节、排放周期、排放浓度及其变化等方面的数据。 b 、其他非点源污染源。 对于山林、草原、农地非点污染源，应调查有机肥、化肥、农药的施用量， 以及流失率、流失规律、不同季节的流失量等。对于城市非点源污染，应调查雨 水径流特点，初期城市暴雨径流的污染物数量。 4 、污染源资料的整理与分析 对搜集到的和实测的污染源资料进行检查，找出相互矛盾和错误之处，并予 以更正。资料中的缺漏应尽量填补，将这些资料按污染源排入地面水的顺序及水 质参数的种类列成表格，找受纳水体的主要污染源和主要污染物。 在基础资料收集的基础上，还需进行现场的实地踏勘，充分了解监测范围内 道路、交通、电源等实际情况，为水体监测断面和采样点布设提供科学、实用的 依据。以收集现有资料为主，必要时补充现场调查和现场测试。 3 1 2 结果及分类 ( 1 ) 张集矿东翼塌陷区域区域临近西淝河，附近有砖厂，周围有后岗村和后 岗小学；张集矿西翼塌陷区域临近西淝河，附近有吕大台孜村庄；张北矿塌陷区 域附近有一食用菌公司，其生产生活废水将会对塌陷区水质有较大的影响；张北 矿西南部塌陷区域周边较为空旷，受外界的影响较小。塌陷塘沉陷之前为村庄所 在地，淹没地大部分为居民住宅和农田，目前在塌陷塘周围仍有较多居民居住， 加之沉陷速度快、积水区面积快速增大，原地区的有机物和周围居民区生活污水 无组织排放。有零散渔业养殖，无工矿企业。各