矿区地下水污染的原因、特征及治理措施

2021-06-23罗晛

世界有色金属 2021年21期

罗晛

（江西省地质调查研究院，江西南昌 330030）

我国地下水存在水量日益减少、水质不断恶化等问题，特别是我国北方地区，水质日益变差，社会各界及相关人士也愈来愈关注[1]。受矿区地质条件的影响，地下水资源具有一定的脆弱性，因此应加大对地下水受污染原因的研究力度，了解矿区地下水污染的主要原因，并深入分析地下水污染产生的影响，从而通过采取相关的治理措施，缓解矿区地下水污染情况，更好地保护水资源。

1 岩溶区矿区地下水污染的主要原因

1.1 自然因素导致的岩溶区矿区地下水污染

（1）岩溶区矿区防污水平不高，土壤覆盖层相对较薄。由于碳酸盐岩含有的酸不溶物相对较少，造成成土速度较慢，从而出现土层覆盖不连续、土层薄以及土壤少的现象。碳酸盐岩越纯的地层，土层就会越薄，成土速度也会更慢。受土地资源先天不足的影响，再加上矿企开采活动对原生态植物进行过度破坏，导致水土流失现象不断加剧，大幅度降低了土壤覆盖层的抗污染能力[2]。不仅如此，岩溶区矿区土壤直接覆盖在坚硬的碳酸盐岩上，土壤与基岩间缺少过渡层，在岩土界面形成了优先流，由于没有土壤层的过滤，这些地表水经过岩土界面-裂隙-落水洞后直接进入地下含水层。除此以外，基岩缺少土壤层的覆盖，造成地表水将污染物直接带入含水层，导致岩溶区矿区地下水污染。

（2）含水层具有较强的渗透性能。因为碳酸盐岩中的含水介质不均匀且存在多元含水介质，再加上矿区土壤覆盖层薄等因素的影响，会形成溶洞、管道、溶隙以及溶孔。在上述现象中，虽然管道占有的比例相对较小，但管道中的地下水流速较快，可以将大部分水资源汇集到一起。管道的存在，不但提高了地下水的循环转换速度，还提升了含水层的渗透性。

（3）地下含水层具有一定的开放性。地下含水层开放性高主要表现在含水岩层渗透性强以及土壤覆盖层薄等方面，所以含水层极易受到外界因素的影响，这也造成了含水系统稳定性差。

1.2 人为因素导致的地下水污染

（1）在社会的快速发展下，地下水污染物无论是数量还是种类都在不断增长，使得地下水污染情况愈来愈严重。通常来说，矿区地下水化学类型主要为Ca-HCO3。随着污染问题的日益严峻，相关节能技术的使用在一定程度上减少了Ca-HCO3型水在地下水中的占有比例。但是，以硫酸盐型水为主的化学类型不断增多，快速增加了地下水中F-、NO3-、C1-、SO42-、TDS以及总硬度等无机物浓度，单环芳烃、卤代烃以及挥发酚等有机物质的检出率也有了明显升高。

（2）近年来，在人类过多采矿、隧道建设以及大量开采地下水的情况下，地下水水量不断减少，并且地下水水质越来越差。结合近三十年相关数据（如图1）可知，地下水水质在三十年前较好，以I-III类水质较多，但随着时代的进步与经济的发展，从2001年起，IV-V类水质与劣V类水质愈来愈多，说明水质正在逐年变差。水资源具有环境、资源双重属性，在水资源缺乏合理利用的情况下，地下水的环境容量也会相应降低。地下水量减少，从而削弱了地下水对污染物的分解与容纳能力。

图1 近三十年地下水水质级别变化图

2 岩溶区矿区地下污染的特征

（1）污染物扩散迅速。由于缺少岩溶区矿区地表覆盖层的缓冲保护，而含水介质中有较强的导水性，从而造成矿区地下水的循环、径流以及入渗速度相对较快，随着地下水流动，污染物进入含水层后的扩散速度十分迅速，污染范围也迅速增大。例如，某地在2016年出现了镉污染事件，导致该事件污染的原因为采矿企业将高镉生产废水向龙江上游的落水洞进行了大量排放，地下河中有废水灌入后迅速污染了龙江地带，造成当地居民出现恐慌性屯水购水行为，也在一定程度上造成了渔民的损失。

（2）有较强的隐蔽性。从结构来看，地下水污染区域多属于地表和地下双层结构。在我国西南地区，地表普遍发育为漏斗、谷地以及洼地，底部连接着地下管道。洼地四周有较大的容纳能力，极易被人们当成选矿废渣、生产废料以及生活垃圾的堆放地，从表现上看其已成为堆放废水废渣的好去处。但是这些有毒有害的污染物在洼地底部的落水洞会随着水流进入到地下，导致地下水污染。地下水污染不同于地表污染，其具有较强的隐蔽性，难以被发现，想要发现被污染的地下水难度更大。

（3）污染源头过于复杂。①工矿污染。西南地区作为我国有色金属资源分布比较集中的地区之一，在该区域的经济发展中，矿产开发已成为重中之重。但是为了降低开采成本和获取更大的经济效益，采矿企业在有色金属矿产的开采及加工时的排污处理不达标，造成地下含水层不断有污染物排入，加上采矿污水消减难度较大，使得地下水水质恶化愈来愈严重，对当地居民健康造成了严重的威胁。北方地区含水层主要以奥陶系灰岩为主，地下含水层顶板与下组矿层间的距离，中间厚度不足50m，但依然会被断裂构造打破，使得两者形成对接现象，此时地下水突水会对矿山开采造成安全隐患。采矿行为使得各种有毒有害物质进入地下含水层，加剧了矿坑污水和地下水的融合。除此以外，采空区在煤矿作业停止后，还会形成矿坑污水，极易成为永久性污染源，使地下含水层污染具有持续性特点。在电力、化工、冶金等工业生产中产生大量的工业废水，其中含有丰富的NO3-和SO42-、有机物、重金属的废水，对地下水造成了严重的污染。②农业污染。西南地区土地资源匮乏，地形破碎化严重，多分布于各级高原，受“水在楼下、土在楼上”的影响，加剧了地下水的保护难度。近年来，西南地区农业发展中，为了在仅有的土地上实现农业生产，提升农民的收入水平，通过使用农药、化肥来提升土地复种率，进而造成地下水受到农药化肥、高强度耕作等行为的影响，日益扩大了污染范围。

（4）治理十分困难。地下水污染具有污染源多而分散、污染物扩散迅速快、污染来源隐蔽性强、自身脆弱易被污染等特点。同时，含水层介质发育尚不均匀，结构十分复杂，管道分布空间繁琐，难以确认污染分布情况。加上地下水存在和多个水资源的补排关系，经过不断地转化，想要明确其污染情况已是困难重重，若想要对污染的地下水进行治理更是难上加难。

3 地下水污染的影响

（1）地下水污染会对供水造成影响。北方地区受地下水污染的影响，水质性抽水现象十分明显。工业化发展使北方地下水污染日益严重，加上区域地下水位下降，一些以往的水源地和水井已无法实现供水。虽然我国西南地区地下水资源较为丰富，总流量达到了黄河的多年平均流量，但部分地区依旧面临着地表缺水，地下水开采成本较高的危机。近年来，尽管我国一直在大力推动扶贫、抗旱找水等工程，缓解了部分地区的取水问题，但却未重视地下水污染，将造成该地区工程性缺水向水质性缺水的转变，甚至严重威胁人们的用水安全。

（2）破坏生态环境。地下水受富含氮磷物质的污染，不仅会破坏水生态平衡，改变生态系统中的种群种类，还会使得藻类大量繁殖。在地下水系统中，有毒有害污染物的不断扩散与传播，将直接造成矿区周围的植物濒危死亡。

4 岩溶区矿区地下水污染的有效治理措施

（1）开展详细的水文地质环境调查和综合治理。应以地下流域为单元，综合考虑区域地质特点，开展水文地质环境调查，充分考虑边界含水层的问题，掌握地下水系统发育的程度、地下河流分布的规律、污染地区和污染源分布区域等，并做好地下水脆弱性的评价工作，划分含水层的主体功能，以保护地下水资源为基础，一方面，为土地资源的科学合理规划和利用提供依据，另一方面为地下水系统遭受突发性污染事件时做出相应的综合治理对策提供有利条件。

（2）综合治理矿山开采区周边的生态环境及地下水污染治理技术攻关。针对目前矿山开采区周边存在生活废水、垃圾随意排放、堆放等问题，应以区域建设为契机，统一规划，建设生活废水统一的排放点、垃圾固定的存放点，修建统一污水排放的渠道，并相应提高沟渠防渗的标准。另外，由于地表水和地下水交换比较迅速，地表土壤等过滤层相对缺失，地表污染物可以直接污染地下水，应该以矿区水环境的特殊性为依据，有针对性地加强投入，努力研究地下水污染治理的相关技术。比如，地下水污染的风险评价和检测，污染物的扩散迁移途径，地下水污染的数值模拟，地下水污染的同位元素研究等相关技术。

（3）对岩溶区矿区开展地下水的水质监测、评估并查清污染现状。应依据矿区地下水水文地质的结构特点，在典型部位建立监测站，形成高效监测网络，并根据监测结果适当地调整监测指标和监测结果，做好区域内地下水自净能力评估工作、水质评价工作。同时，构建完善的监测和评价数据库，以此为依据，找到污染源与污染的类型，明确地下水污染的现状，在第一时间开展详细的调查，及时编制出科学合理的地下水综合治理与保护规划方案，为岩溶区矿区地下水污染治理提供科学的依据。