晋城岩溶水资源的污染防治和保护探讨

一、概述

晋城水资源主要属丹河岩溶水系统，在北方岩溶水系统模式中应属于裸露山区反倾单斜岩溶水系统A（模式），该系统为一以岩溶地下水为主，由地表水—第四系孔隙水—基岩裂隙水—岩溶地下水组成的水资源系统。中奥陶岩溶含水层与中寒武岩溶含水层组成了巨大的岩溶地下水盆地，接受大气降水、地表水及浅层地下水的补给，经调蓄后以泉水形式排泄。可分为a、东丹河子系统，b、任庄子系统，c、高平—晋城子系统，d、长河子系统。

丹河岩溶地下水的天然资源量为8.6236m3/s，其中裸露岩溶区的天然入渗补给量为4.586m3/s，半裸露岩溶区天然入渗补给量为2.292m3/s，覆盖岩溶区天然入渗补给量为1.677m3/s，任庄水库渗漏补给岩溶水的量为0.0686m3/s。

丹河岩溶地下水系统内城乡平均人口密度390/km2,总人口约110万人，生活“三废”排放量：废水220万m3/a,废气污染物约3万t/a，固体废渣约69万t/a。

区内工业以煤炭、化工为主，布局集中，属资源密集型环境，主要污染源为工业污染源。有煤炭、造纸、化学、电力、纺织等工业。对丹河岩溶水系统内岩溶水环境影响最大的是丹河流域内排污厂矿，据不完全统计分布于晋城市城、郊两区和高平市、陵川县的主要污染源有21家厂矿企业。

二、岩溶水的主要污染途径

1、污染河水沿裸露岩溶河床呈线状入渗污染。在补给径流区，岩溶水水位低于河床，枯水期排入河床的污水除蒸发外，几乎全在裸露或浅覆盖岩溶区地段渗入地下，造成岩溶水污染，如丹河在高平县城至寺庄段、河西段、任庄水库以下至小会泉段等及白水河在自西武匠至南河西段。

2、分布于裸露、半裸露岩溶区的厂矿、居民区的工业和生活“三废”排放，污染物由岩溶裂隙渗入岩溶含水层，如江淮厂的工业、生活污水的排放使下游的岩溶水源地在枯水期岩溶水中铁含量超标，六价铬的检出率为100%，检出含量为全区最高值（0.005mg/L）。

3、工矿区的矿坑，矿井、废弃钻孔和采矿裂隙等人工信道导入污水，使岩溶水污染，如莒山煤矿的下游水源井，岩溶水的硫酸盐（537.94mg/L）、硝酸盐（120mg/L）含量增高，其中硝酸盐含量高达本区平均值的2.6倍。

4、污染的第四系或石炭系浅层地下水越流入渗造成岩溶水污染，入渗信道主要是接触带的岩溶裂隙、构造裂隙和人工钻孔。

5、污染物区域性面状下渗，由于区内大多数厂矿企业、工业和城镇的工业、生活“三废”无处理或低水平处理排放，使地表环境质量逐年下降。造成大气降水的氨氮含量超标，且在降水入渗过程中携带污染物进入岩溶含水层造成区域性岩溶水质量下降。

6、含水介质中污染物析出量增大和水流条件改变引起污染物或污水富集造成水质恶化。例如在巴公、晋城等盆地，大量取水使水位下降，水循环深度加大，岩层中硫酸盐更多的转入水体，同时地表水入渗污水向抽水区汇集，以致盆地水的硫酸盐、硝酸盐含量和总硬度、矿化度升高。

三、主要污染物与污染原因

根据水质检测结果，引起岩溶水污染的主要污染物是硫酸盐、硝酸盐、铁、锰、铅等，以及水的矿化度和总硬度增高。

（一）硫酸盐、矿化度、总硬度

研究结果表明，岩溶水的矿化度和总硬度的增高与硫酸盐的含量上升有关，据统计分析，两者与硫酸盐之间浓度的相关系数均在0.9以上，往往在硫酸盐浓度高的地段矿化度（最大值1016.7mg/L）和总硬度（最大值43.24德度）也较高。区内硫酸盐浓度高的分布区位于煤矿开采区和汇水盆地区，引起硫酸盐污染的主要原因是：（1）煤矿开采过程中加速了地下煤系岩层中的硫化物氧化，经地下水和矿坑水的溶滤作用，硫化物大量转入水体，并下渗进入岩溶含水层，此外，排出地表的矿渣和矿坑水，在地表氧化环境下，受降水和地表水的淋滤，富含硫化物和硫酸盐的污水，在裸露岩溶区或覆盖区再度入渗补给岩溶含水层；（2）工矿企业和居民生活燃煤和产品加工，排放大量含硫废气，降雨过程中转入水体，随降水渗入岩溶含水层，造成区内岩溶水硫酸盐含量（平均90.04mg/L）普遍增高；（3）本区碳酸盐岩形成于硫酸盐较富集的环境，在盆地深部的碳酸盐中仍含有较丰富的硫酸盐矿物，由于盆地内水流循环深度较大和水位下降，含水介质中硫酸盐更多溶出，使盆地岩溶水中硫酸盐（平均101.50 mg/L）含量较高。部分工业废水中也富含废硫酸或硫化物，污水入渗造成岩溶水污染。

（二）硝酸盐

岩溶水中硝酸盐的形成主要是产生于地表环境氮化合物溶入下渗水和下渗水中的有机物分解所造成。因此地表污染源的分布与规模和岩溶含水层上覆地层的隔污性能是硝酸盐污染的主要影响因素。监测表明，在东南部岩溶山区，污染源较少，西北部埋藏岩溶区上覆岩层隔污能力强，岩溶水的硝酸盐含量一般在4~8mg/L，低于本区平均值的50%,据高平降水分析结果计算，各类氮化物转化成硝酸盐的能力为5.5mg/L，反映了在人为活动影响下岩溶水硝酸盐含量背景。而在城镇生活区、厂矿及下游受污染地区，硝酸盐含量多在“背景”的一倍以上，如晋城盆地岩溶水的硝酸盐含量在12mg/L以上，晋城第二化肥厂一带高达56mg/L，形成较高浓度的污染。

（三）铁、锰

本区岩溶水的铁、锰污染，在枯水期较为显著，许多研究表明，在氧化条件下，铁、锰在水中多以胶体形式存在，在滞流水贫氧环境下，水中铁、锰离子含量增高。枯水期系统补给区水量减少，水流循环减缓，局部地段形成滞流环境，如大阳南沟、大箕南河底等地枯水期抽水断续出水，水量甚小，岩溶水铁、锰含量超标，其中铁含量高达8.65~17.12mg/L。

岩溶水中铁、锰的来源大致有三种：（1）煤系地层中的黄铁矿等含铁硫化物，因采煤使其处于氧化环境，经氧化水解转入地下水进入岩溶含水层；（2）本区奥陶系灰岩顶部上覆的山西式铁矿层分布广泛，铁矿开采或地表揭露使铁质淋滤作用加强，更多的铁随淋滤水下渗污染岩溶水；（3）工矿区排放的高含铁污水下渗进入岩溶含水层；局部地区形成超标污染，如江淮厂工业污水排放，在枯水期引起下游水源点岩溶水铁超标。

锰在还原条件下具有与铁相似的性质，在因煤矿开采引起铁污染的地区锰含量（最大0.1164 mg/L）也较高。

（四）铅

研究结果表明，岩溶含水介质对铅具有较强的吸附能力，本区岩溶水的铅检出率达75%以上，检出含量平均0.0143~0.0180mg/L，最高达0.0557mg/L，反映了岩溶水的铅来源极为丰富。可见铅来源主要是煤系地层中的金属硫化物的氧化淋滤结果，长期以来，较丰富的铅来源使岩溶介质的吸附能力退化，在采矿活动强的地区，岩溶水中铅浓度较高。此外，部分厂矿的生产废水中富含铅，如晋城钢厂、凤凰山矿、6013厂等，污水中铅含量高于岩溶水铅含量均值的2倍以上，以致污水入渗段岩溶水受到污染。

综上所述，本区岩溶水的污染主要是矿产资源开发、矿产品加工和工业生产及居民生活等活动造成环境条件变化，污染物大量进入岩溶水体引起的。区内已形成多个点状污染和小范围的带状污染，局部地段污染已十分严重，每年因污染事故造成的直接经济损失达3 0多万元，因水源污染，整村居民发生疾病时有发生，已严重影响到经济建设，危及到人民身体健康，招商引资也因此受到影响。

从目前情况看，本区的岩溶水污染防治及水资源保护工作已迫在眉睫，尤其是在岩溶水汇水盆地和水源集中开采区，应尽快加强污染源的治理、控制区内污染物的总排放量，维护环境的自净能力，在岩溶水补给、径流区和水源地设立不同级别的环境保护区，为本区的经济开发和居民生活造就良好的自然环境。

四、污染防治和保护措施

1、各级政府、各部门及工矿企业要认真贯彻执行国家和地方有关环境保护法、水资源保护和水污染防治法等政策、法令，严格控制各排污企业的“三废”排入，建立或完善城市“三废”处理设施，从控制和减少污染物着手保护和改善环境。

2、进一步开展环境条件和水资源分布的研究，建立必要的地下水（包括水位、水量、水质、水温）监测点，选择条件清楚的水源地建立水源卫生保护区，禁止在水源地及上游污水易下渗区排放污染物。

3、防治地表水污染，改善地表水水质，对于保护本区岩溶水资源是最为重要的措施之一。据调查，地表水的污染是由于工厂和生活污水大量排入所致。因此，治理污染源，增强污水处理能力是本区环境污染防治的首要任务。

4、引起中度和重度污染的污染区主要位于晋城市市区和巴公工业区下游、白水河和丹河渗漏段。在晋城市建立生活污水处理厂（在建），对于改善白水河水质和晋城盆地岩溶水质是较为有效的措施。在巴公工业区建立综合污水处理厂，对于改善农业灌溉水质和丹河水质以及防治下游岩溶水污染亦十分有利。

5、系统内煤矿分布较多，采矿“三废”对岩溶水的污染虽然并不十分严重，但对地表环境和石炭系地下水的污染已较为显著，随着开采和矿产工业的扩大，“三废”排放量势必增加，故对岩溶水的污染影响亦不容忽视。就矿坑废水来讲，把清水、污水分别排放，对于矿区污水处理、废水利用和保护水资源均有利，并可提高本区水资源利用率。

6、进一步查明主要水源地内，点状污染地段的污染原因和途径。如晋城第二化肥厂、巴公电厂等地，严禁在污水易渗漏区修建污水贮存池或排放污水和利用废弃钻孔、渗坑、渗井排放污水，并应责成有关单位定期检查和修缮排污渠道，以防止污水渗漏。

7、由于浅层地下水水质较差而且容易遭受污染，因此必须禁止施工上、下层混合抽水的钻孔，已有的此类钻孔应采取止水措施，部分深井钻孔浅层水封闭不严，（如自来水公司15号水源井（在油库附近）矿物油污染事故，就是深井钻孔浅层水封闭不严导致的被污染的浅层水直接向下灌入，污染深层水。）要及时重新封闭，以防止深部岩溶水遭受污染。