淮南采煤沉陷區蓄水富營養化防治對策初探

顧令宇 劉 芳

一、引言

淮南煤礦地處安徽省中部，為國家確定的13個大型煤炭基地和6大煤電一體化基地之一，是我國東南地區最大的煤炭生產基地。礦區范圍以淮南市為主，東部深入至滁州市，西部延伸到阜陽市，地跨淮河兩岸。區內水系眾多且地下水位埋藏較淺，隨著煤炭資源的開采，區內采煤沉陷積水區域也在不斷增加，并逐步形成連貫成片的湖泊型水體。目前已形成的沉陷區水深一般在2~10m之間，隨著煤礦開采的深入以及地層運動的加劇，遠期沉陷積水區水深最大可達20m。

根據規劃資料，淮河以北西淝河及其支流港河、濟河以及泥河、架河等河流所在區域將形成大范圍的沉陷積水區，積水區與上述水系、洼地相連后成為大型湖泊群。近年來，隨著社會經濟的發展，大型湖泊富營養化的污染問題時有發生，嚴重影響到了本已緊張的水資源利用率，因此，采煤沉陷區水體富營養化的防治研究工作也就勢在必行。

二、淮南采煤沉陷區概況

淮南煤田主體位于淮河北岸，地跨淮南、風臺、潁上和阜陽等縣市，礦區面積約3000km2，具有煤層厚和分布集中的特點，可采煤層11～13層，可采煤層總厚平均約20～30m，開采后沉陷范圍廣、深度大，將形成面廣水深的積水區域。此外，礦區內水系豐富，從東到西依次有泥河、架河、西淝河、港河、濟河，這些河流均匯入淮河。隨著采煤沉陷區的擴大，沉陷區與水系、蓄水洼地相互交織，形成范圍更大的蓄水體。采煤沉陷是個動態的、長期的過程，隨著煤炭開采進展，沉陷范圍和積水區范圍從小到大，積水深度由淺到深，積水區從互相獨立逐步連為一體。根據《淮南潘謝礦區開采沉陷預計報告》，2005年底沉陷區面積62.0km2，積水面積 16.9km2，積水量為 0.59 億 m3；2030年前，淮河以北地區礦井采煤沉陷將形成分別與泥河、架河上段、西淝河及港河、濟河及其洼地相連，各自獨立的4個沉陷積水區。

三、采煤沉陷區水體富營養化關鍵因子分析

一般而言，水體富營養化發生的條件包括三個方面：營養物質相對充足、適宜的溫度條件、較為緩慢的水流流態。沉陷區水體屬緩流水域，在水力坡度、密度、梯度及風力的作用下，水體會沿著一定的方向產生緩慢流動，但水體的滯留時間一般較長，整體流態受外部影響的程度有限。環境溫度具有周期性和一定的確定性，人為作用目前無法對其產生短期顯著改變。相對于以上兩個因素，水體中的營養物質受人類活動影響較大，且通過一定的措施可在一定程度上對其進行控制，因此，如何掌控營養物質濃度是防治沉陷區水體富營養化的關鍵。

四、采煤沉陷區水體富營養化防治對策

（一）控制外源性營養物質輸入

1.嚴格控制區域面源污染

區內面源治理的首要任務為控制農業面源污染。首先，應改進農業的耕作方式，如采用先進的灌溉技術，淘汰漫灌等落后方法；其次，降低化肥的使用量，推廣使用有機肥和生物肥，以減少農田營養鹽的流失。

實施農村固體廢棄物處理工程，通過建立沼氣池將有機廢物轉化為可利用的沼氣等資源，推動農村生態系統的建設；調整和優化農村產業結構，大力發展綠色農業、生態農業，從而達到間接降低營養物質入河（湖）的目的。

2.加強周邊地區水土保持工作

制定切實可行的水土流失治理規劃，認真執行貫徹水土保持法中規定的“預防為主、全面規劃、綜合防治、因地制宜、加強管理、注重效益”的水土保持工作方針。根據實際情況，將工程措施、植物措施、農業耕作措施有機結合，減少土壤的流失，在載體上控制營養物質流入水體。

3.建立農田～水體緩沖帶

根據國內外有關研究，農作物對氮和磷的截留率分別為8%、41%，而岸邊植被帶的截留率則高達89%和41%，由此可見植被帶對營養物質的截留和調節控制作用顯著。因此，采煤沉陷區周邊農田防護林帶的規劃設計應結合實際綜合考慮，多選擇具有吸收、過濾、截留營養物質的樹種，使區域達到污染防治功能、生態調節功能、景觀功能與經濟效益和諧統一。此外，在沉陷區穩定以后，可在農田與蓄水水體之間設置過渡帶，種植可吸收氮、磷的植物，當農田流失的營養物質通過地表或地下徑流輸往水體時，這些植物可作為屏障，將多余的營養物質在過渡帶上大量吸收，從而在源頭減少入河量。

4.嚴格控制沉陷區水產養殖

水產養殖是直接利用水資源，同時也直接污染水環境的農業產業，高密度的水產養殖業切斷了水體生態系統食物鏈循環，養殖殘剩飼料、排泄物及死亡殘體會導致營養物質在水體中快速積累。通過調查，已進行水產養殖的沉陷區水體不同程度上均出現了富營養化的趨勢。

（二）降低內源性營養物質負荷

1.沉陷發生前應對區域進行系統的清庫處理

沉陷區目前的土地利用方式為農業用地以及少量農民居住點，在未作清庫處理的情況下，土壤中的殘留肥料及生活廢棄物在水中會逐步浸出，加之農作物及林木等在沉陷區水底的腐殖，沉陷初期水體營養物質會富集，易發生富營養化。因此，需要在區域沉陷前對區內進行全面的清庫作業。

2.物理性處理措施

對于岸邊等已經發生了富營養化的區塊，可采取物理性措施進行治理。這類措施主要有底泥疏浚、水體深層曝氣、機械除藻等。底泥釋放磷是重要的內源性污染源,目前最直接和有效的方法是底泥疏浚。深層曝氣是采取人工深水曝氣的方式補充氧，使水與底泥之間不出現厭氧層,水體經常保持有氧狀態有利于抑制底泥中磷的釋放。機械除藻為利用設備過濾、收集水體中的藻類。以上措施作為應急處理方法，短期內對已發生富營養化的水體具有較好的效果。

3.化學性處理措施

應急處理中常用到的還有化學性處理措施，這類方法包括凝聚沉降和化學藥劑殺藻等。凝聚沉降是在局部產生富營養化的水體中投入石灰脫氮、加鐵鹽促進磷的沉淀等，具有一定的效果。化學殺藻劑的殺藻效果較好，但受大水域、水體流動性的局限，且易造成二次污染，因此在沉陷區富營養化治理中應慎用。

4.生態性處理措施

生態性處理措施是利用水生生物對水中氮磷等營養物進行轉化和代謝，從而使水體凈化的方法。主要通過放養控藻型生物、構建人工濕地、恢復高等水生陸生植物等措施構建水生生態環境。生態性處理措施的特點為投資小，效能長，較適用于采煤沉陷區這樣的大型水體的富營養化控制工作；不足之處為周期長，占地面積大，短期內效果不明顯。

（三）工程等綜合措施

1.實施引淮入“湖”工程，增加沉陷區水環境容量

水體交換緩慢是水體發生富營養化的重要原因之一，淮南采煤沉陷區主要水體通過水系與淮河連通，在適宜的水文條件下，可將淮河水引入沉陷區，加大沉陷區水體的水環境容量。從國內一些湖泊的引水經驗來看，外部引水對預防、降低湖泊的富營養化水平有較好的效果。

2.建立富營養化信息系統，及時預測沉陷區的水質變化

收集沉陷區氣候、水文、水質等資料，定期對沉陷區水環境進行監測，為防治富營養化提供詳細可靠的信息庫。在此基礎上，建立科學實用的富營養化預測預報模型，及時有效地預報水質信息，為采煤沉陷區水體富營養化的防治決策提供科學有效的技術支撐。

五、結語

采煤沉陷區水體富營養化防治是一個新課題，沉陷區水體與湖庫相似又有別于湖庫。本文所提出的防治方法大部分已在國內一些大型湖泊中有所實踐，并取得了良好的治理效果。目前，采煤沉陷區蓄水富營養化防治仍處于嘗試階段，還需更深入、更廣泛的研究與實踐■