张集矿区花家湖水质氮磷特征分析及评价

张思亮

摘  要：选取花家湖上游（塌陷水域）和下游（自然湖泊）为2个研究站点，进行全年的水质调查分析，研究矿区塌陷对花家湖水质的影响。结果表明，花家湖上游塌陷区水域污染比自然湖泊严重，污染物质以氮为主要，水质主要为Ⅴ类水质标准，水体富营养化问题较为严重，以3月份污染最为严重。改善花家湖水质应减少上游矿区工业废水的排放，加强对下游渔业养殖的管理，合理利用和开发花家湖水资源。

关键词：矿区;塌陷湖泊;水环境

中图分类号 X524文献标识码 A文章编号 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

两淮煤炭矿区是我国重要的煤炭资源基地，由于煤炭资源所在区域地下水位埋藏较浅，随着地下煤炭资源的挖掘，使得地表塌陷形成大面积积水区域。依据相关研究资料测算，2020年两淮塌陷区面积将超过500km2[1]，而塌陷区水域面积占整个沉陷区面积30%以上，将对矿区社会、经济和生态环境产生重要影響[2]。氮和磷是湖泊富营养化的重要元素，过量输入会导致藻类的大量生长，影响水体生态环境[3]。花家湖是淮南塌陷区域的1个特殊湖泊，其上游位于张集塌陷区内，下游与淮河连通。本研究对该湖泊进行了全年的水质调查，分析其全年的氮、磷变化特征，研究塌陷对湖泊水质的影响，为塌陷区水资源利用、污染控制以及生态修复提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况 张集矿区位于我国秦岭-淮河南北分界线附件，地表水系丰富，长期的采煤活动导致大面积的农田、村庄沉降，形成塌陷水体。张集矿目前塌陷面积为95.86km2[4]，严重影响了当地生态状况。花家湖是由西淝河流经张集矿区在下游形成的一个河湾带，东西长7km，南北宽1.5～3km，水域面积1533.33hm2。当地主要进行网箱渔业养殖。

1.2 样品采集与分析 以花家湖为研究对象，分别在花家湖上游塌陷区和下游正常湖泊设置不等平行采样点（图1），进行全年采样分析。依据GB3838—2002《地表水环境质量标准》现场测定：水温、溶解氧、pH值和电导率;实验室分析：TSS、COD、氮（TN、三氮）、磷（TP、PO4-P）和叶绿素a浓度等水质常规指标，分析方法如表1。

1.3 数据分析方法 对花家湖全年水质数据采用单因子指数法和综合污染指数法综合评价，采用综合营养状态指数评价水体营养状态。单因子指数法是计算监测水质数据和标准比值，大于1说明超标，以最大的数值所在的水质类别作为水质综合评价的结果。计算公式如下[5]：

2 结果与分析

2.1 花家湖氮特征 花家湖上游和下游2017年9月至2018年8月全年的氮变化特征如图1所示。由图1可知，花家湖上游总氮浓度范围为1.3～4.2mg/L，全年有7个月份超过国家Ⅴ类水总氮浓度标准（2.0mg/L）;下游浓度范围为1.2～3.9mg/L，全年有3、4和10月3个月份超过Ⅴ类水总氮浓度标准。硝酸盐氮变化特征和总氮一致，上游全年变化范围为0.1～2.5mg/L，下游全年变化范围为0.1～2.6mg/L，下游全年有9个月低于上游硝酸盐浓度。花家湖氨氮污染程度较低，上、下游全年高于Ⅱ类水氨氮浓度标准。亚硝酸盐浓度全年低于0.15mg/L，且从9月开始直到来年2月浓度呈下降趋势。总体来看，花家湖水体污染主要集中于2、3和4月份，3月总氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮都为全年最高，在3月应该控制湖泊氮源的输入，以减少湖泊富营养化;夏季花家湖的氮污染相对较低。

2.2 花家湖磷特征 由图2可知，花家湖磷污染比较轻，上游全年总磷浓度范围为0.02～0.23mg/L，下游污染相对严重，总磷浓度范围为0.09～0.29mg/L，低于Ⅳ类水总磷浓度标准。水体溶解性磷酸盐浓度较低，上游全年波动范围为0.01～0.08mg/L，下游波动范围为0.01～0.15mg/L。

水质指标全年均值见表3。由表3可知，花家湖pH值范围为7.6～8.7，水体总体表现为弱碱性。上游DO浓度范围为4.8～22.1mg/L，下游DO浓度范围为5.3～15.5mg/L;下游大部分月份DO浓度达到Ⅰ类水标准，水体DO含量较为饱和，上游除8月外，和下游一致。上游COD浓度范围为4.7～11.9mg/L，下游为5.8～12.1mg/L。湖泊水质污染较为严重，基本为劣Ⅴ水质标准，下游污染相对比上游轻。夏季Chla浓度较高，冬季温度低，Chla浓度较低，水质较为清澈。

2.3 水质评价 根据水体富营养化评价结果，花家湖水体营养状况堪忧（表4）。上游从3月开始一直到8月湖泊基本处于重度富营养化，下游的富营养化状况比上游要轻，但1年仍有4个月处于重度富营养化的的状态，N、P是花家湖主要特征污染物，过量的输入导致湖泊藻类大量繁殖，影响当地居民的日常生活。

3 讨论

花家湖上游張集矿由于长期的采煤活动，导致地表大面积下沉，形成了大面积的塌陷积水区，储存着大量水资源，如何合理利用这些自然塌陷区水资源面临着重大挑战。控制湖泊水体中氮、磷含量，对减小湖泊富营养化具有重要意义[7]。

花家湖上游水体流动缓慢，同时受矿区的污水排放影响，使得水体染较为严重，主要污染是氮和磷，并且氮污染比磷更为严重。花家湖下游由于与淮河连通，水体流动较急，因此水体污染比上游轻。从全年监测数据来看，污染最为严重的是3—5月。此时为春季，随着温度回升，湖泊中的藻类开始大量生长，使得湖泊中的叶绿素含量逐渐上升。硝酸盐氮是湖泊中氮污染的主要形态;夏季氮含量迅速降低，是由于湖泊底泥微生物的硝化作用，使得沉积物中的氮以硝酸盐的形式释放出来[8]。花家湖磷的全年变化特征是从1月份开始逐渐上升，到7、8月缓慢下降，和藻类的生长周期一致。

总体来看，花家湖的水质状况不容乐观，但富营养化并不是十分严重。花家湖下游1年仅有4个月处于重度富营养化状况，其他月份都处于中度或轻度富营养化。根据实地调查，目前当地居民在用花家湖网箱养鱼，投入饵料较多，湖泊底泥的微生物活动较为活跃，使得硝化反硝化作用加强，湖泊中的氮以硝酸盐的形式释放出来。另一方面，由于大量养殖滤食性鱼类，控制了湖泊中的藻类含量，降低了湖泊富营养化。未来花家湖水质的改善，主要是对氮、磷营养物质的控制，减少上游矿区废水的排放，合理发展渔业等生态活动，保护花家湖水资源。

4 结论

花家湖水域全年大部分时间段水质为Ⅴ类水体，整体表现为弱碱性水体。水体中氮污染比磷污染更为严重，以3月份污染最为严重。目前，湖泊仍然处于富营养化状态，需合理发展渔业生产，开发利用塌陷水域。

参考文献

[1]谢凯，张雁秋，易齐涛，等.淮南潘一矿塌陷水域沉积物中磷的赋存和迁移转化特征[J].中国环境科学，2012，32（10）：1867-1874.

[2]章磊，易齐涛，李慧，等.两淮矿区小型塌陷湖泊水质特征与水环境容量[J].生态学杂志，2015，34（4）：1121-1128.

[3]阳小兰，张茹春，毛欣，等.白洋淀水体氮磷时空分布与富营养化分析[J].江苏农业科学，2018，24（5）：1002-1302.

[4]陈静怡，王承武，霍习良，等.张集矿区土地复垦适宜性评价研究[J].环境与可持续发展，2017，42（03）：195-196.

[5]郭晶，王丑明，黄代中，等.洞庭湖水污染特征及水质评价[J].环境化学，2019（01）：1-8

[6]王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准[J].中国环境监测，2002，18（5）：47-49.

[7]Xie K，Zhang Y Q，Yi Q T，et al.Optimal resource utilization and ecological restoration of aquatic zones in the coal mining subsidence areas of the Huaibei Plain in Anhui Province，China[J].Desalination and Water Treatment，2013，51（19/20）：4019-4027.

[8]何岩，沈叔云，黄民生，等.城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究[J].生态环境学报，2012，21（06）：1166-1170.

（责编：张宏民）