丁作民
安徽省宿州水文水资源局 安徽宿州 234000
摘要：煤矿开采导致塌陷的同时，塌陷水域提供了新的水资源利用形式。塌陷区的原生水质直接影响到水资源利用途径。通过对祁南煤矿塌陷塘常规阴阳离子及重金属离子的测定，分析其天然水化学特征，利用单因子评价法评价水质，并对水体进行岩土腐蚀性评价。结果表明，塌陷塘水化学类型为碳酸盐类-钙组-Ⅲ型，所检指标达到地表水Ⅰ类标准，地下水Ⅲ类标准，对混凝土结构和钢筋均只具微腐蚀性，适宜农田灌溉、渔业养殖及工业、建筑用水等多种使用途径。
关键词：天然水化学特征；岩土腐蚀性；塌陷区；祁南煤矿；淮北煤田
引言：煤炭井工开采导致的地面塌陷，对周边的土壤、水体以及生态系统造成一系列影响，是矿区最重要的地质灾害之一。在其导致的环境问题日益显现的同时，塌陷水域的形成也给矿区水资源利用提供了新的形式。对煤矿塌陷区水域的开发利用已经成为矿区水资源综合利用管理的重要部分。
采煤塌陷使地表水与地下水、矿坑水发生直接联系，地下水入渗补给量增加，周边地表水量减少；地裂缝、塌陷洞则直接增加了采矿废水、矸石淋溶污水的入渗通道，地下水体污染风险增高[1]。在塌陷区形成初期，对塌陷区水域进行原生水质调查，对矿区地下水保护、塌陷区污染防治都具有重要意义。
本文以发育中的祁南煤矿塌陷区为研究对象，通过对塌陷水体内常规离子水化学特征及重金属离子污染进行分析，了解水质特征及污染现状，为矿区污染防治、环境保护以及塌陷区合理开发利用提供依据。
1研究区域
祁南煤矿属于淮北煤田宿县矿区，位于宿县矿区宿南向斜西翼南部的转折端，为一走向近似南北转至东西，向西凸出，倾向东至北的弧形单斜构造，其地表为巨厚的新生界松散层所覆盖，以下地层依次为二迭系石千峰组，上、下石盒子组、山西组，基底为石炭系太原组及奥陶系石灰岩。矿井主要含水层为新生界第四含水层（组）、煤系砂岩裂隙含水层（段）和10煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层（段），煤系砂岩裂隙水是矿井水的主要来源，也是塌陷区水来源。[2]
矿井位于安徽省宿州市蕲县镇浍河南岸，煤田面积50多平方公里，2000年底正式投产。2005年，地表塌陷开始显现，至2011年形成规模坑塘水面，水域现状南北最大长度约900m，东西最大宽度约500m，平均水深3m左右，总面积约50公顷。水塘地址位于宿州市埇桥区大营镇耿湾村后王庄，站址中心地理坐标为东经116°58'59"，北纬33°24'19"。水塘中东部有一土堤，东侧有明渠向北通向浍河，可与浍河形成连通关系。
2材料与研究方法
2.1样品采集及处理
通过对水塘及其周边地形等实地查勘，根据水面宽度，设5个采样点。采样深度设置为水面下0.5m。采样时记录采样点的经纬度并进行样品编号。根据测试需要，现场采集的水样分别采用聚乙烯试剂瓶和棕色玻璃试剂瓶保存，并分别按照不加保存剂、加入浓硝酸、加入浓硫酸至pH≤2、加入氢氧化钠至pH为8~9等方式预处理。[3]
2.2样品检测
样品在规定时间内送至安徽省煤田地质局第三勘探队检测。检测项目有pH、总硬度、溶解性总固体、钠、钾、钙、镁、碳酸根、重碳酸根、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、铅、铬（六价）、砷、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氟化物、总碱度、侵蚀性CO2、游离CO2、可溶性SiO2等25项。
3天然水化学特征评价
3.1矿化度、总硬度评价
场地水平均矿化度299.80mg/L，平均总硬度239.79mg/L，根据《地表水资源质量评价技术规程》（GB395—2007），评价级别为二级，类型为较低矿化度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中1、3、5号位置评价级别为二级，类型为较低矿化度；2、4号位置评价级别为三级，类型为中等矿化度，矿化度较大区域主要集中在水面中东部。场地水总硬度评价为三级，类型为适度硬水，各点位水质硬度差异不大。
3.2水化学类型评价
按阿列金分类法评价，场地水优势阴离子为重碳酸根，优势阳离子为钙离子，阴阳离子间摩尔浓度的相对比例关系为[HCO3-]+2[SO42-]＜2[Ca2+]+2[Mg2+]，水化学类型评价为碳酸盐类-钙组-Ⅲ型。其中1、3、5号位置阴阳离子间摩尔浓度的相对比例关系为[HCO3-]+2[SO42-]＜2[Ca2+]+2[Mg2+]，类型为碳酸盐类-钙组-Ⅲ型；2、4号位置阴阳离子间摩尔浓度的相对比例关系为[HCO3-]＜2[Ca2+]+2[Mg2+]＜[HCO3-]+2[SO42-]，类型为碳酸盐类-钙组-Ⅱ型。碳酸盐类-钙组-Ⅱ型区域主要集中在水面中东部。
4单因子水质评价
按《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）评价，场地水的pH、氟化物、铜、锌、铅、六价铬、砷等基本项目均可达到Ⅰ类标准，硫酸盐、氯化物、硝酸盐氮、铁、锰等补充项目亦可达标，只有4号位置锰超标。按《地下水环境质量标准》（GB/T14848-2017）评价，场地水的总硬度为Ⅱ类，锰为Ⅲ类，其余指标均可达到Ⅰ类标准，水质总评为Ⅲ类。4号位置出现锰超标现象。
5 腐蚀性评价
场地水各类腐蚀介质在不同环境类型下，采用总碱度作为最不利条件分析，水对混凝土结构均具微腐蚀性。场地水各类腐蚀介质在不同地层渗透性条件下，对混凝土结构均具微腐蚀性。场地水在长期浸水、干湿交替不同条件下，对钢筋混凝土结构中的钢筋均只具微腐蚀性。
6结论与建议
6.1结论
（1）场地水平均矿化度2为二级，矿化度较低，其中矿化度较大区域主要集中在水面中东部，为中等矿化度；平均总硬度为三级，为适度硬水；优势阴离子为重碳酸根，优势阳离子为钙离子，水化学类型为碳酸盐类-钙组-Ⅲ型，其中水面中东部区域水化学类型为碳酸盐类-钙组-Ⅱ型；说明塌陷区水体是地下水和地面降雨混合起源的水。
（2）场地水可达到地表水Ⅰ类标准，地下水Ⅲ类标准，影响指标为总硬度、锰，东部区域锰超标。
（3）场地水在不同环境类型中，不同条件下对混凝土结构和对钢筋混凝土结构中的钢筋均只具微腐蚀性。
6.2建议
（1）塌陷区现状水质良好，可用作农田灌溉水源，水产、水禽养殖，可以满足工业企业用水要求，水质对建筑材料腐蚀影响很小。
（2）塌陷区未稳定，地下的煤炭开采正在进行，地表形态在不断的变化中，水域面积和水体深度变化较大，且受继续开采塌陷的影响，目前不适宜大量投资的综合整治与综合开发[4]，支架上清洁发电、支架下渔业养殖的渔光互补光伏开发模式是适宜的选择。
（3）在对塌陷区开发利用过程中，要加强水质监测，建立预警机制，保护塌陷区水质。
参考文献：
[1] 侯聪超.煤炭开采对地下水环境影响评价研究[D].哈尔滨：黑龙江大学，2018：10.
[2] 曾文.宿南矿区地下水系统演化规律模拟研究[D].合肥：合肥工业大学，2017：8.
[3] SL 219-2013 水环境监测规范
[4] 罗爱武. 淮北市采煤塌陷区土地复垦研究[J]. 安徽师范大学学报(自然科学版)，2002年，第25卷3期：289.
作者简介:丁作民(1989 - )，男，本科，助理工程师，主要从事水文水资源监测评价工作。
论文作者:丁作民
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
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