1.引言

采煤活动引起了地面沉陷，是最重要的生态环境问题之一^[1-5]。淮南矿区的沉陷面积超过了300km^２[6]。淮南矿区沉陷积水面积大、范围广，水环境问题突出。重金属具有持久性、不可降解性、可累积性等特点，对人体健康具有很大的潜在威胁，是全世界范围关注的重点^[7-10]。研究重金属对于保护环境和人体健康安全具有重要意义。

众多科研人员对沉陷区重金属开展了研究，许可等采用数理统计学、克里金插值等方法研究安徽淮北采煤沉陷区土壤中Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb、As和Hg等元素空间分布及其行为特征^[11]。欧金萍等以淮南矿区顾桥采煤沉陷区为研究对象，分析了上覆水-间隙水-沉积物层面重金属元素的分布特征与潜在迁移趋势^[12]，这些研究主要集中于单一方面对沉陷区重金属特征分析，本研究结合多方面对沉陷区水域重金属特征进行分析。

本文选取淮南张集矿区为研究对象，丰水期，平水期，枯水期采集沉陷区的水样，对重金属Cu，Zn，Pb，Cr，As，Ni, Mn，Fe的含量特征以及在不同深度，不同时期分布特征和污染来源进行分析。

2样品采集与检测方法

采样点布置图如图1所示。对采集后的水样硝酸消解法（HJ677—2013）消解，消解处理后采用ICP-MS进行测定^[13]。

图1采样点分布图

3.重金属特征

3.1水域重金属含量特征

3.1.1丰水期典型重金属含量特征

表1所示为丰水期重金属含量。平均浓度Fe＞Cr＞Pb＞Zn＞Mn＞Ni＞Cu＞As，根据《地表水环境质量标准》(GB3838－2022) ^[14]规定的集中式生活饮用水和地表水源地特定项目Ⅲ类水标准限值，Fe，Ni超标率为100%。最大检出浓度分别为标准限值的6.05、5.35倍，平均浓度分别为标准限值的3.40、3.01倍。Pb，Cr，As的最大浓度值超出地表水Ⅲ级标准，但平均质量浓度均低于地表水Ⅲ级标准。Cu、Zn最大检出浓度和平均浓度均小于地表水Ⅱ类标准限值。地表水重金属变异系数体现了重金属含量空间变异特征，Pb，Mn属于强变异程度，Cu、Fe、As、Zn属于中等变异程度，Cr，Ni属于弱变异程度。各重金属在各点位分布不均匀，具有明显点源污染，受人为活动污染可能性较大，不同重金属间变异系数差别较大。

表1丰水期研究区重金属含量（μg/L）

3.1.2平水期典型重金属含量特征

表2所示为平水期重金属含量。平均浓度Fe＞Mn＞Cr＞Cu＞Zn＞Pb＞Ni＞As，Cr的最大浓度值和平均质量浓度均超出地表水Ⅲ级标准，Cu，Zn，Pb的最大浓度值超出地表水Ⅲ级标准，但平均质量浓度均低于地表水Ⅲ级标准。As最大检出浓度和平均浓度均小于标准限值。除重金属Fe，Cr，Ni外，采煤沉陷区水质基本符合鱼类养殖的水质标准。

变异系数Ni＞Fe＞Zn＞Cr＞As＞Mn＞Pb＞Cu， Cu属于中等程度变异，其余属于强变异程度。重金属Ni的空间差异性最大，检出浓度最大值与最小值之差为1172.2。

表2平水期研究区重金属含量（μg/L）

3.1.3枯水期典型重金属含量特征

表3所示为枯水期重金属含量。平均浓度Mn＞Fe＞Cr＞Pb＞Zn＞Ni＞Cu＞As，Cr，Pb的最大浓度值和平均质量浓度均超出地表水Ⅲ级标准，Cu，Zn的最大浓度值超出地表水Ⅲ级标准，但平均质量浓度均低于地表水Ⅲ级标准。As最大检出浓度和平均浓度均小于标准限值。大部分重金属均超出地表水Ⅲ级标准。

变异系数Mn＞Cu＞As＞Ni＞Pb＞Zn＞Fe＞Cr，Cr，Fe为中等程度变异，其余重金属均为强变异程度。

表3枯水期研究区重金属含量（μg/L）

3.2水域不同深度重金属Cr分布特征

图2所示为不同深度重金属Cr浓度变化情况。在研究区五个采样点中，水体表面重金属Cr含量较高，表明重金属在不同深度分布存在显著差异，重金属元素Cr的表、中、底含量在9、10点位随着深度增加浓度不断减小，表明水体中重金属元素的分布具有一定的垂直变化规律，推测重金属Cr可能出水体表面富集，重金属可能会与底层的沉积物结合形成不易溶解的化合物。 

图2水域不同深度重金属Cr分布图

3.3水域不同时期重金属污染分布特征

水域不同时期重金属含量变化如图3所示。在不同时期，重金属分布存在明显差异，重金属Mn，Fe浓度均表现出枯水期＞平水期＞丰水期，重金属As浓度丰水期＞平水期＞枯水期，重金属Zn，Pb，Cr，Ni浓度均表现出枯水期＞丰水期＞平水期，重金属Cu浓度平水期＞枯水期＞丰水期，大部分重金属在枯水期浓度明显高于其他时期，在枯水期，水流速度减缓，水体的容积变小，这会导致水中重金属的稀释效应减弱。因为水流减缓，重金属在水中的停留时间增加，使得重金属浓度逐渐累积，最终导致浓度升高。枯水期通常伴随着降水量减少或停止，这会导致流入水体的淡水量减少，从而使得水体中的重金属浓度相对升高。重金属的沉积和沉积作用增加，导致重金属浓度升高。

图3水域不同时期重金属污染分布

4.结论

丰水期，平水期，枯水期三个时期重金属均超出地表水Ⅲ标准，在枯水期，大部分重金属均超出地表水Ⅲ标准水体表面重金属Cr含量较高，随着深度增大浓度不断增加，水体底泥中Mn含量较高，随着深度增大浓度不断增加。研究区大部分重金属浓度在枯水期明显高于其他时期。

参考文献

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