海州露天礦及周邊水環境重金屬調查與評價

郝 喆，孫鴻昌，許春東，張 搏，陳紅丹

(1. 遼寧大學環境學院，遼寧 沈陽 110036；2. 遼寧有色勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

0 引言

近年來，閉坑礦山在全球特別在中國迅速增加，因此發生了許多水環境污染問題，給日常生產生活與社會經濟發展帶來了嚴重危害。Whittle 和Shilbottie礦區[1]閉坑后疏忽治理地下水位上升，被礦區重金屬污染造成大面積地表水污染。門頭溝煤礦區[2]因礦井水停止疏通，造成附近地下水污染。如何應對礦山關閉導致的環境污染問題，全面推進礦區環境可持續發展是一個亟待解決的問題[3]。重金屬具有毒性強烈、污染持久性、污染源遼闊性和難降解的特點[4-5]，礦區水環境的重金屬污染日益受到全世界的關注。

海州礦曾經是亞洲第一、世界聞名的大型露天煤礦，2005年閉坑，但全面的礦山環境治理一直未能展開。2019年在海州露天礦及周邊區域，針對地質災害、水環境、生態修復、資源評價等方面，開展了全面的調查工作。

水環境是制約露天礦及周邊生態恢復與重建的關鍵問題，本文以海州露天礦水環境調查工作為基礎，開展了海州礦及周邊的地下水和地表水重金屬檢測與評價。建立的調查思路、方法和結論，可為海州礦區環境治理和生態修復提供基礎數據，也可為東北地區其他露天礦的水環境調查提供案例和參考依據。

1 采樣及評價方法

1.1 調查區域

調查區域位于阜新市太平區和海州區境內，屬城市中心地段，包含露天礦坑、排土場及周邊共55km2的范圍。其中露天礦坑7.02km2，排土場14.0km2，工業場地3.84km2，住宅及生活設施2.96km2。露天礦坑和排土場為重點調查區，其它為一般調查區。

1.2 樣品采集

將水環境重金屬調查采樣點分為：淺層地下水水質監測點、礦坑地下水水質監測點和地表水水質監測點3種類型。

(1)部署淺層地下水水質監測點29點位，其中9個點位分布在西南部的排土場，9個點位分布在東北部的露天礦坑，剩余點位散落分布在調查區域周邊。每個點位取水樣1組，共取水樣29組。采樣過程中，采用水泵抽水的方式取水，取樣前先采用水泵抽水10min，取樣瓶采用聚四氟乙烯塑料瓶以及茶色廣口瓶，同時，現場添加保護劑，并且做好密封、控溫、避光措施，以保證水樣質量。

(2)部署礦坑地下水水質監測點4點位，每個點位取水樣1組，共取水樣4組。采集水樣分別來源于海州礦-200礦井水、海州礦-165礦井水、弘霖礦礦井水、王營礦礦井水。

(3)部署地表水水質監測點3點位，分別在細河、韓家店河、韓家店河支流每個點位取水樣1組，共取水樣3組。

1.3 評價方法

從淺層地下水和礦坑水樣品中檢測Cu、Ni、Cr+6、Pb、Mn重金屬濃度，以《GB/T 14848-2017地下水質量標準》[6]的Ⅲ級標準為最低限制值，按檢測出的指標值所在限值范圍確定地下水類別。

從地表水樣品中檢測重金屬濃度，根據《GB/T 3838-2002地表水環境質量標準》[7]的水質指數標準進行評價，選取IV類功能區水質標準限值作為背景值。

2 重金屬污染評價

2.1 淺層地下水重金屬污染評價

2.1.1 檢測結果

淺層地下水中Cu、Ni、Cr+6、Pb、Mn等5種重金屬檢測結果見圖1～圖5。29組樣品的檢測結果表明：Cu為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Pb有25組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，超標率為86.21%；Ni有17組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為58.62%；Cr+6有5組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為17.24%；Mn有6組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為20.69%；結合《GB/T 14848-2017地下水質量標準》[6]參考限值，鎳、鉛的超標率嚴重，并且是該地區污染最重的重金屬元素。

2.1.2 主要污染重金屬的空間分布

調查區內的主要污染指標為鎳和鉛。其濃度等值線見圖6和圖7。

從鉛的空間等值線圖中可見，該指標在整個區域普遍超標，鉛污染面積達到26.5km2左右。調查地區95%以上都被污染，并且西南部出現高濃度污染。僅有礦坑與排土場中間區域沒有超標。由此可知該地的鉛污染非常嚴重，污染面積廣闊。

從鎳的空間等值線圖中可見，鎳的超標區域主要分布在五龍矸石山、海州礦排土場西側以及高德矸石山南側?？傮w來講，淺層地下水污染物嚴重區主要分布在矸石山和排土場附近，Pb在整個區域內普遍超標。

2.2 礦井水重金屬污染評價

4組礦井水樣品的重金屬檢測結果見表1。按地下水質量分類標準[6]，Cu的檢出率為50%，且達到Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Cr+6的檢出率為100%，均達到Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Mn、Ni、Pb檢出率為100%，Ni有一組樣品為Ⅳ類或Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為25%；Pb、Mn有三組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為75%。

表1 礦井水重金屬含量表

2.3 地表水重金屬污染評價

在3組地表水樣品中，第1、第2組的Cu含量為0，第3組的Cu含量為0.017mg/L；Zn、Cr+6、Pb在3組采樣點的含量如圖8所示。

表2 地表水重金屬水質指數表

通過水質指數Pi比較，采樣點3中Pb含量為IV類標準限值的1.02倍，為不合格。其余樣品均在標準范圍內。

2.4 水資源利用分析

根據水環境調查結果，與標準[6～7]中的分類功能對比，提出水資源利用建議：淺層地下水中，排土場東北部住宅區采樣點符合Ⅲ類標準，適用于生活、生產、農業、環境等各種用途；其他采樣點均超出地下水Ⅲ類標準，需凈化處理后才能用于生活飲用，但可用于工業生產、農田灌溉和生態環境等領域。位于-200m以下的深層礦井水符合Ⅲ類標準，適用于各種用途；其它礦井水適用于工業生產和生態環境領域。地表水中，細河和韓家店河干流水質符合Ⅲ類標準，適用于各種用途，韓家店河支流符合Ⅳ類標準，適用于一般工業生產和市政用水。

3 結論

開展了海州露天礦及周邊的水環境重金屬調查、檢測及評價，對類似露天礦水環境調查具有較大參考價值。主要結論如下：

(1)調查區淺層地下水的29組水樣中，有1組為Ⅲ類水，其余均為Ⅳ、Ⅴ類水。Cu為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Pb有25組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，超標率為86.21%；Ni有17組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為58.62%；Cr+6有5組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為17.24%；Mn有6組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，其余樣品結果為Ⅲ類或優于Ⅲ類指標，超標率為20.69%。

(2)Pb和Ni為調查區的主要污染指標。從主要重金屬污染的空間分布來看，矸石山和排土場附近淺層地下水的污染物含量非常高。

(3)礦井水檢測樣品中，調查區的4組礦坑水均為Ⅴ類水。Cu的檢出率為50%，且達到Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Cr+6的檢出率為100%，均達到Ⅲ類或優于Ⅲ類指標；Mn、Ni、Pb檢出率為100%，Ni有一組樣品為Ⅳ類或Ⅴ類指標，超標率為25%；Pb、Mn有三組樣品為Ⅳ、Ⅴ類指標，超標率為75%。

(4)調查區地表水的3組樣品中，一組Pb的含量超標，其余樣品均在標準范圍內。

(5)排土場東北住宅區的淺層地下水和-200m以下的深層礦井水，適用于各種用途；其它地下水適用于工業生產、生態環境或農田灌溉等領域。河流干流地表水適用于各種用途，韓家店河支流水質適用于一般工業生產和市政用水。