張集礦區(qū)花家湖水質(zhì)氮磷特征分析及評價

張思亮

摘 ?要：選取花家湖上游（塌陷水域）和下游（自然湖泊）為2個研究站點，進(jìn)行全年的水質(zhì)調(diào)查分析，研究礦區(qū)塌陷對花家湖水質(zhì)的影響。結(jié)果表明，花家湖上游塌陷區(qū)水域污染比自然湖泊嚴(yán)重，污染物質(zhì)以氮為主要，水質(zhì)主要為Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水體富營養(yǎng)化問題較為嚴(yán)重，以3月份污染最為嚴(yán)重。改善花家湖水質(zhì)應(yīng)減少上游礦區(qū)工業(yè)廢水的排放，加強(qiáng)對下游漁業(yè)養(yǎng)殖的管理，合理利用和開發(fā)花家湖水資源。

關(guān)鍵詞：礦區(qū);塌陷湖泊;水環(huán)境

中圖分類號 X524文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）05-0142-05

Abstract：The upstream of Huajia Lake （collapsed waters） and the downstream （natural lakes） were selected as two research sites，annual water quality has been surveyed and analysis to study the impact of mining subsidence on the water quality of Huajia Lake.The results show that the pollution in the upstream of Huajia Lake is more serious than the upstream，nitrogen is the main pollutant，the water quality is mainly the V water quality standard，and the water eutrophication problem is more serious.The improvement of the water quality of Huajia Lake should reduce the discharge of industrial wastewater in the upstream mining area，strengthen the management of downstream fishery culture，and rationally utilize and develop the water resources of Huajia Lake.

Key words：Mining area;Collapsed lake;Water environment

兩淮煤炭礦區(qū)是我國重要的煤炭資源基地，由于煤炭資源所在區(qū)域地下水位埋藏較淺，隨著地下煤炭資源的挖掘，使得地表塌陷形成大面積積水區(qū)域。依據(jù)相關(guān)研究資料測算，2020年兩淮塌陷區(qū)面積將超過500km2[1]，而塌陷區(qū)水域面積占整個沉陷區(qū)面積30%以上，將對礦區(qū)社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響[2]。氮和磷是湖泊富營養(yǎng)化的重要元素，過量輸入會導(dǎo)致藻類的大量生長，影響水體生態(tài)環(huán)境[3]。花家湖是淮南塌陷區(qū)域的1個特殊湖泊，其上游位于張集塌陷區(qū)內(nèi)，下游與淮河連通。本研究對該湖泊進(jìn)行了全年的水質(zhì)調(diào)查，分析其全年的氮、磷變化特征，研究塌陷對湖泊水質(zhì)的影響，為塌陷區(qū)水資源利用、污染控制以及生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況 張集礦區(qū)位于我國秦嶺-淮河南北分界線附件，地表水系豐富，長期的采煤活動導(dǎo)致大面積的農(nóng)田、村莊沉降，形成塌陷水體。張集礦目前塌陷面積為95.86km2[4]，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)狀況。花家湖是由西淝河流經(jīng)張集礦區(qū)在下游形成的一個河灣帶，東西長7km，南北寬1.5～3km，水域面積1533.33hm2。當(dāng)?shù)刂饕M(jìn)行網(wǎng)箱漁業(yè)養(yǎng)殖。

1.2 樣品采集與分析 以花家湖為研究對象，分別在花家湖上游塌陷區(qū)和下游正常湖泊設(shè)置不等平行采樣點（圖1），進(jìn)行全年采樣分析。依據(jù)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》現(xiàn)場測定：水溫、溶解氧、pH值和電導(dǎo)率;實驗室分析：TSS、COD、氮（TN、三氮）、磷（TP、PO4-P）和葉綠素a濃度等水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)，分析方法如表1。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法 對花家湖全年水質(zhì)數(shù)據(jù)采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法綜合評價，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價水體營養(yǎng)狀態(tài)。單因子指數(shù)法是計算監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)比值，大于1說明超標(biāo)，以最大的數(shù)值所在的水質(zhì)類別作為水質(zhì)綜合評價的結(jié)果。計算公式如下[5]：

2 結(jié)果與分析

2.1 花家湖氮特征 花家湖上游和下游2017年9月至2018年8月全年的氮變化特征如圖1所示。由圖1可知，花家湖上游總氮濃度范圍為1.3～4.2mg/L，全年有7個月份超過國家Ⅴ類水總氮濃度標(biāo)準(zhǔn)（2.0mg/L）;下游濃度范圍為1.2～3.9mg/L，全年有3、4和10月3個月份超過Ⅴ類水總氮濃度標(biāo)準(zhǔn)。硝酸鹽氮變化特征和總氮一致，上游全年變化范圍為0.1～2.5mg/L，下游全年變化范圍為0.1～2.6mg/L，下游全年有9個月低于上游硝酸鹽濃度。花家湖氨氮污染程度較低，上、下游全年高于Ⅱ類水氨氮濃度標(biāo)準(zhǔn)。亞硝酸鹽濃度全年低于0.15mg/L，且從9月開始直到來年2月濃度呈下降趨勢。總體來看，花家湖水體污染主要集中于2、3和4月份，3月總氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮都為全年最高，在3月應(yīng)該控制湖泊氮源的輸入，以減少湖泊富營養(yǎng)化;夏季花家湖的氮污染相對較低。

2.2 花家湖磷特征 由圖2可知，花家湖磷污染比較輕，上游全年總磷濃度范圍為0.02～0.23mg/L，下游污染相對嚴(yán)重，總磷濃度范圍為0.09～0.29mg/L，低于Ⅳ類水總磷濃度標(biāo)準(zhǔn)。水體溶解性磷酸鹽濃度較低，上游全年波動范圍為0.01～0.08mg/L，下游波動范圍為0.01～0.15mg/L。

水質(zhì)指標(biāo)全年均值見表3。由表3可知，花家湖pH值范圍為7.6～8.7，水體總體表現(xiàn)為弱堿性。上游DO濃度范圍為4.8～22.1mg/L，下游DO濃度范圍為5.3～15.5mg/L;下游大部分月份DO濃度達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)，水體DO含量較為飽和，上游除8月外，和下游一致。上游COD濃度范圍為4.7～11.9mg/L，下游為5.8～12.1mg/L。湖泊水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，基本為劣Ⅴ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，下游污染相對比上游輕。夏季Chla濃度較高，冬季溫度低，Chla濃度較低，水質(zhì)較為清澈。

2.3 水質(zhì)評價 根據(jù)水體富營養(yǎng)化評價結(jié)果，花家湖水體營養(yǎng)狀況堪憂（表4）。上游從3月開始一直到8月湖泊基本處于重度富營養(yǎng)化，下游的富營養(yǎng)化狀況比上游要輕，但1年仍有4個月處于重度富營養(yǎng)化的的狀態(tài)，N、P是花家湖主要特征污染物，過量的輸入導(dǎo)致湖泊藻類大量繁殖，影響當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｉ睢?/p>

3 討論

花家湖上游張集礦由于長期的采煤活動，導(dǎo)致地表大面積下沉，形成了大面積的塌陷積水區(qū)，儲存著大量水資源，如何合理利用這些自然塌陷區(qū)水資源面臨著重大挑戰(zhàn)。控制湖泊水體中氮、磷含量，對減小湖泊富營養(yǎng)化具有重要意義[7]。

花家湖上游水體流動緩慢，同時受礦區(qū)的污水排放影響，使得水體染較為嚴(yán)重，主要污染是氮和磷，并且氮污染比磷更為嚴(yán)重。花家湖下游由于與淮河連通，水體流動較急，因此水體污染比上游輕。從全年監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，污染最為嚴(yán)重的是3—5月。此時為春季，隨著溫度回升，湖泊中的藻類開始大量生長，使得湖泊中的葉綠素含量逐漸上升。硝酸鹽氮是湖泊中氮污染的主要形態(tài);夏季氮含量迅速降低，是由于湖泊底泥微生物的硝化作用，使得沉積物中的氮以硝酸鹽的形式釋放出來[8]。花家湖磷的全年變化特征是從1月份開始逐漸上升，到7、8月緩慢下降，和藻類的生長周期一致。

總體來看，花家湖的水質(zhì)狀況不容樂觀，但富營養(yǎng)化并不是十分嚴(yán)重。花家湖下游1年僅有4個月處于重度富營養(yǎng)化狀況，其他月份都處于中度或輕度富營養(yǎng)化。根據(jù)實地調(diào)查，目前當(dāng)?shù)鼐用裨谟没液W(wǎng)箱養(yǎng)魚，投入餌料較多，湖泊底泥的微生物活動較為活躍，使得硝化反硝化作用加強(qiáng)，湖泊中的氮以硝酸鹽的形式釋放出來。另一方面，由于大量養(yǎng)殖濾食性魚類，控制了湖泊中的藻類含量，降低了湖泊富營養(yǎng)化。未來花家湖水質(zhì)的改善，主要是對氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的控制，減少上游礦區(qū)廢水的排放，合理發(fā)展?jié)O業(yè)等生態(tài)活動，保護(hù)花家湖水資源。

4 結(jié)論

花家湖水域全年大部分時間段水質(zhì)為Ⅴ類水體，整體表現(xiàn)為弱堿性水體。水體中氮污染比磷污染更為嚴(yán)重，以3月份污染最為嚴(yán)重。目前，湖泊仍然處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，需合理發(fā)展?jié)O業(yè)生產(chǎn)，開發(fā)利用塌陷水域。

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（責(zé)編：張宏民）