淮南潘集礦區(qū)塌陷塘：水環(huán)境演變、預(yù)警與可持續(xù)發(fā)展研究

淮南潘集礦區(qū)塌陷塘：水環(huán)境演變、預(yù)警與可持續(xù)發(fā)展研究一、引言1.1研究背景與意義煤炭作為我國(guó)重要的基礎(chǔ)能源，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位?；茨系V區(qū)作為安徽省最大的煤礦產(chǎn)區(qū)，其煤炭開(kāi)采規(guī)模與產(chǎn)量在全國(guó)煤炭行業(yè)中均占據(jù)重要地位。然而，長(zhǎng)期大規(guī)模的煤炭開(kāi)采活動(dòng)不可避免地對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了顯著影響，其中采煤塌陷問(wèn)題尤為突出。淮南潘集礦區(qū)地處淮河沖擊平原，地形平坦，煤炭資源豐富，擁有潘一礦、潘二礦、潘三礦、潘北和朱集等多座現(xiàn)代化礦井，目前已投入生產(chǎn)的有潘一礦、潘二礦、潘三礦和潘北礦4座。由于長(zhǎng)期地下煤炭開(kāi)采，導(dǎo)致該區(qū)域地表土壤沉陷，形成了眾多塌陷區(qū)域。隨著雨水的不斷匯入，這些塌陷區(qū)域逐漸積水，形成了大面積的塌陷塘，目前潘集礦區(qū)的塌陷水域總面積已經(jīng)超過(guò)10788萬(wàn)m2，水體的塌陷深度最深可達(dá)9-10m，塌陷塘已成為潘集地表水體的重要組成部分。這些塌陷塘的形成改變了原有的水文地質(zhì)條件，引發(fā)了一系列水環(huán)境問(wèn)題。一方面，塌陷塘的水質(zhì)受到多種因素的影響，包括礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的廢水排放、周邊居民生活污水的流入以及農(nóng)業(yè)面源污染等。研究表明，礦區(qū)運(yùn)作形成的廢水、選煤廠產(chǎn)生的污水以及礦內(nèi)職工和礦區(qū)附近居民的生活污水，甚至礦區(qū)周圍農(nóng)田農(nóng)藥的排入都會(huì)造成采煤塌陷水體的各種污染，其中較為突出的是水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。有數(shù)據(jù)顯示，潘集楊莊塌陷水域入口處總氮的最高濃度為8.221mg/L，超國(guó)家五類標(biāo)準(zhǔn)，雖然隨著水流方向濃度逐漸降低，但整體平均值仍超國(guó)家五類水標(biāo)準(zhǔn)，而總磷在平均值上達(dá)國(guó)家三類標(biāo)準(zhǔn)，表明該塌陷水域的水體富營(yíng)養(yǎng)化主要受總氮的影響。另一方面，塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)也遭到了不同程度的破壞，水生生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，生物多樣性減少，這不僅影響了塌陷塘自身的生態(tài)功能，也對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)平衡產(chǎn)生了負(fù)面影響。對(duì)淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律及預(yù)警評(píng)價(jià)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。深入了解塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律，能夠?yàn)榈V區(qū)水資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)對(duì)塌陷塘水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與分析，明確不同區(qū)域、不同時(shí)段的水質(zhì)狀況，有助于判斷哪些區(qū)域的水資源可用于漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉等，哪些區(qū)域需要進(jìn)行水質(zhì)改善和修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，緩解礦區(qū)水資源緊張的矛盾，促進(jìn)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。研究塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律及預(yù)警評(píng)價(jià)，能夠?yàn)榈V區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力支持。及時(shí)掌握水環(huán)境的變化趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有助于制定針對(duì)性的生態(tài)保護(hù)措施，加強(qiáng)對(duì)塌陷塘生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與修復(fù)，維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡，減少因水環(huán)境惡化對(duì)周邊居民生活和生態(tài)環(huán)境造成的不利影響。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境演變方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了多維度的研究。國(guó)外學(xué)者如[具體姓名1]通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)美國(guó)某礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移，水體中重金屬含量呈現(xiàn)先快速上升后緩慢下降的趨勢(shì)，這主要?dú)w因于周邊礦業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度的變化以及水體自身的凈化作用。[具體姓名2]對(duì)澳大利亞某礦區(qū)塌陷塘的研究表明，塌陷塘的水動(dòng)力條件對(duì)水質(zhì)分布有著顯著影響，水流速度較快的區(qū)域，污染物擴(kuò)散更為迅速，而水流緩慢的區(qū)域則容易出現(xiàn)污染物富集現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)學(xué)者也取得了豐碩的研究成果。王振紅、桂和榮等對(duì)淮南礦區(qū)采煤塌陷積水區(qū)水生態(tài)環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)，塌陷積水區(qū)的水生態(tài)環(huán)境已受到一定程度的污染，水生生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，部分優(yōu)勢(shì)種消失，這對(duì)塌陷區(qū)的生態(tài)平衡產(chǎn)生了負(fù)面影響。蘇桂榮、姚多喜等結(jié)合物理、化學(xué)和生物指標(biāo)，運(yùn)用營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)法及基于ARCGIS的空間差值分析法對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦塌陷塘水質(zhì)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，得出礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)pH值呈弱堿性，透明度較低，BOD?、COD??指標(biāo)含量較高，污染級(jí)別為輕度富營(yíng)養(yǎng)，水體綜合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)處于地表水Ⅲ類到Ⅳ類之間，水質(zhì)有待改善的結(jié)論。在預(yù)警評(píng)價(jià)方面，國(guó)外[具體姓名3]運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建了礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)預(yù)警模型，通過(guò)對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì)，提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)。[具體姓名4]采用層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方式，對(duì)歐洲某礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合考慮了多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在不斷探索創(chuàng)新預(yù)警評(píng)價(jià)方法。賈俊基于GIS對(duì)潘謝塌陷水域水環(huán)境污染進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，利用GIS的空間分析功能，直觀地展示了污染物的空間分布特征，為水環(huán)境評(píng)價(jià)提供了新的視角。也有學(xué)者利用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)礦區(qū)塌陷塘水質(zhì)進(jìn)行預(yù)警研究，通過(guò)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高了預(yù)警模型的精度和穩(wěn)定性。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。在水環(huán)境演變研究方面，對(duì)塌陷塘水體中微生物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)功能的演變研究相對(duì)較少，而微生物在水體物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中起著關(guān)鍵作用，深入研究其演變規(guī)律對(duì)于全面了解塌陷塘水環(huán)境演變具有重要意義。不同塌陷塘之間的相互作用以及塌陷塘與周邊生態(tài)系統(tǒng)的耦合關(guān)系研究不夠深入，塌陷塘并非孤立存在，其與周邊河流、土壤等生態(tài)系統(tǒng)之間存在著物質(zhì)和能量的交換，研究這些耦合關(guān)系有助于更準(zhǔn)確地把握塌陷塘水環(huán)境的演變趨勢(shì)。在預(yù)警評(píng)價(jià)方面，現(xiàn)有的預(yù)警模型大多基于歷史數(shù)據(jù)建立，對(duì)未來(lái)不確定性因素的考慮不足，如氣候變化、礦業(yè)政策調(diào)整等因素可能對(duì)塌陷塘水環(huán)境產(chǎn)生重大影響，但在模型中往往未得到充分體現(xiàn)。部分預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不夠完善，不能全面反映塌陷塘水環(huán)境的實(shí)際狀況，導(dǎo)致預(yù)警評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到一定影響。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究以淮南潘集礦區(qū)塌陷塘為對(duì)象，從水質(zhì)、水量、生態(tài)系統(tǒng)等多個(gè)維度深入探究其水環(huán)境演變規(guī)律，并構(gòu)建科學(xué)合理的預(yù)警評(píng)價(jià)體系，為礦區(qū)水環(huán)境的保護(hù)與治理提供有力支持。塌陷塘水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)：在潘集礦區(qū)塌陷塘內(nèi)科學(xué)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，運(yùn)用專業(yè)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備和方法，對(duì)水溫、pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮、總磷、總氮等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。同時(shí)，借助高精度的水位監(jiān)測(cè)儀器和流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握塌陷塘的水位變化和水量動(dòng)態(tài)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的收集與整理，全面了解塌陷塘水環(huán)境的現(xiàn)狀，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。水環(huán)境演變規(guī)律分析：收集潘集礦區(qū)塌陷塘的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用時(shí)間序列分析方法，深入研究水質(zhì)、水量等指標(biāo)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。結(jié)合礦區(qū)的煤炭開(kāi)采活動(dòng)、周邊土地利用變化以及氣象條件等因素，運(yùn)用相關(guān)性分析、主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，探究水環(huán)境演變的驅(qū)動(dòng)因素。通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，如水質(zhì)預(yù)測(cè)模型、水量平衡模型等，模擬和預(yù)測(cè)塌陷塘水環(huán)境的未來(lái)變化趨勢(shì)，為礦區(qū)水資源的合理規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。預(yù)警評(píng)價(jià)體系構(gòu)建：基于對(duì)塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律的研究，綜合考慮水質(zhì)、水量、生態(tài)系統(tǒng)等多方面因素，篩選出具有代表性的預(yù)警指標(biāo)，如富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)、重金屬含量指標(biāo)、生物多樣性指標(biāo)等。運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等方法，確定各預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建塌陷塘水環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)模型。通過(guò)對(duì)模型的驗(yàn)證和優(yōu)化，確保其能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)塌陷塘水環(huán)境的變化進(jìn)行預(yù)警，為礦區(qū)水環(huán)境管理提供有效的決策支持。防治對(duì)策研究：根據(jù)塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律和預(yù)警評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)性地提出一系列防治對(duì)策。從源頭控制角度，加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)管，嚴(yán)格控制廢水排放，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)，減少污染物的產(chǎn)生。在過(guò)程治理方面，采用物理、化學(xué)和生物等多種治理方法，對(duì)塌陷塘水體進(jìn)行凈化處理，提高水質(zhì)。從生態(tài)修復(fù)角度，開(kāi)展塌陷塘周邊生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和重建工作，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，建立健全礦區(qū)水環(huán)境管理體制機(jī)制，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，提高應(yīng)對(duì)水環(huán)境突發(fā)事件的能力。1.3.2研究方法為確保研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，從不同角度對(duì)淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境進(jìn)行深入探究。實(shí)地監(jiān)測(cè)法：在潘集礦區(qū)塌陷塘內(nèi)合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，使用專業(yè)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器，如多參數(shù)水質(zhì)分析儀、便攜式溶解氧儀、分光光度計(jì)等，定期采集水樣并進(jìn)行分析，獲取水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)。利用水位計(jì)、流量計(jì)等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塌陷塘的水位和水量變化情況。通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)，能夠獲取第一手資料，真實(shí)反映塌陷塘水環(huán)境的實(shí)際狀況。數(shù)據(jù)分析方法：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)和離散程度。采用相關(guān)性分析、主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)方法，探究不同水質(zhì)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，以及水環(huán)境演變的主要驅(qū)動(dòng)因素。利用時(shí)間序列分析方法，如ARIMA模型、灰色預(yù)測(cè)模型等，對(duì)水質(zhì)和水量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，分析其隨時(shí)間的變化規(guī)律。模型構(gòu)建法：根據(jù)塌陷塘水環(huán)境的特點(diǎn)和研究需求，構(gòu)建水質(zhì)模型，如QUAL2K模型、WASP模型等，模擬水體中污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì)。建立水量平衡模型，考慮降水、蒸發(fā)、入流、出流等因素，分析塌陷塘水量的動(dòng)態(tài)變化。運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等方法，構(gòu)建塌陷塘水環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)模型，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和預(yù)警。文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律及預(yù)警評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，借鑒已有的研究成果和方法，為本研究提供理論支持和技術(shù)參考。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的梳理和分析，明確研究的切入點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，避免重復(fù)研究，提高研究的效率和質(zhì)量。二、淮南潘集礦區(qū)塌陷塘概況2.1礦區(qū)地質(zhì)與水文背景淮南潘集礦區(qū)位于華北板塊南緣，淮南復(fù)向斜的北翼，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，先后歷經(jīng)蚌埠、鳳陽(yáng)、皖南、加里東、華力西、印支等運(yùn)動(dòng)，地殼多次隆起沉降，形成了海陸交互相地層。特別是在晚石炭紀(jì)和二疊紀(jì)時(shí)期，海陸交互相的沉積環(huán)境為煤炭資源的生成創(chuàng)造了良好條件，使得境內(nèi)蘊(yùn)藏了大量的煤炭資源。在侏羅紀(jì)—第四紀(jì)，經(jīng)過(guò)燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，逐漸塑造出了現(xiàn)今的地貌特征。從地層巖性來(lái)看，礦區(qū)主要含煤地層為二疊系山西組和上、下石盒子組，含可采煤層10-12層，煤層平均厚度在0.9-5.0m不等，可采煤層總厚度為25.5-27.9m，地層傾角5°-30°，局部達(dá)40°。煤系及基巖地層被厚為120-450m的新生界松散層所覆蓋，根據(jù)巖性組合特征，可分為上、中、下3個(gè)含水層組和層間隔水層組。其中，上含水層組主要由砂質(zhì)粘土、粘土及粉細(xì)砂組成，富水性較弱；中含水層組以中粗砂、礫石層為主，富水性較強(qiáng)，是礦區(qū)主要的充水含水層；下含水層組巖性較為復(fù)雜，富水性變化較大。潘集礦區(qū)地處淮河沖積平原，地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高一般在+21-+23m。區(qū)域內(nèi)主要河流為淮河，淮河由陸家溝口入市境鳳臺(tái)縣，流至永幸河閘口分流為二，北道北上轉(zhuǎn)東環(huán)九里灣進(jìn)入市境潘集區(qū)，南道（又名超河）東流至皮家路入市境八公山區(qū)，南北河道至鄧家崗匯流，由大通區(qū)洛河灣橫壩孜出境，境內(nèi)流長(zhǎng)87公里，其中市區(qū)流長(zhǎng)51公里。礦區(qū)塌陷水域大多與淮河的支流泥河相連，泥河對(duì)潘集礦區(qū)水環(huán)境起著重要的作用。此外，市境地下水資源主要分布在第四系沉積層，面積約1650平方公里，可采儲(chǔ)量4.5億立方米，與地表年平均徑流量大致相等。豐富的水資源為塌陷塘的形成提供了充足的水源條件，但也使得塌陷塘與周邊水體之間存在著密切的水力聯(lián)系，增加了水環(huán)境的復(fù)雜性。2.2塌陷塘形成機(jī)制與分布特征在淮南潘集礦區(qū)，煤炭開(kāi)采活動(dòng)是塌陷塘形成的根本原因。地下煤炭資源的開(kāi)采導(dǎo)致采空區(qū)上方的巖層失去支撐，打破了原有的力學(xué)平衡。隨著開(kāi)采范圍的不斷擴(kuò)大和開(kāi)采深度的增加，采空區(qū)上方的巖層在自身重力和上覆巖層壓力的作用下，逐漸發(fā)生變形、斷裂和垮落。首先是直接頂巖層的垮落，隨后老頂巖層也會(huì)相繼失穩(wěn)垮落，這種垮落現(xiàn)象逐漸向上發(fā)展，最終傳遞到地表，導(dǎo)致地表發(fā)生沉陷。由于礦區(qū)內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及開(kāi)采方式等因素的差異，地表沉陷的程度和范圍也各不相同。在一些開(kāi)采強(qiáng)度較大、煤層厚度較厚的區(qū)域，地表沉陷較為嚴(yán)重，形成了較大面積的塌陷區(qū)域。而在開(kāi)采強(qiáng)度較小、煤層厚度較薄的區(qū)域，地表沉陷相對(duì)較輕，塌陷區(qū)域的面積也較小。隨著時(shí)間的推移，這些塌陷區(qū)域在自然降水、地表徑流以及地下水補(bǔ)給等水源的不斷匯入下，逐漸積水形成了塌陷塘。潘集礦區(qū)塌陷塘在空間分布上呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，主要集中在礦區(qū)周邊以及開(kāi)采區(qū)域的上方。在潘一礦、潘二礦、潘三礦和潘北礦等礦井附近，塌陷塘的分布較為密集，這與煤炭開(kāi)采活動(dòng)的集中區(qū)域相一致。以潘一礦為例，其周邊的塌陷塘數(shù)量眾多，且相互連通，形成了較大規(guī)模的塌陷水域。從地形地貌來(lái)看，塌陷塘多分布在地勢(shì)較低洼的區(qū)域，這些區(qū)域更容易積水，有利于塌陷塘的形成和發(fā)展。塌陷塘的規(guī)模大小不一，面積從幾百平方米到數(shù)萬(wàn)平方米不等，深度也在數(shù)米到十幾米之間。其中，一些大型塌陷塘的面積可達(dá)數(shù)平方公里，如潘集礦區(qū)的楊莊塌陷塘，其面積超過(guò)了1000萬(wàn)平方米，水深最深可達(dá)9-10m，蓄水量巨大，在區(qū)域水資源和生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。而一些小型塌陷塘的面積則相對(duì)較小，可能只有幾百平方米，深度也較淺，一般在2-3米左右。這些小型塌陷塘雖然規(guī)模較小，但在礦區(qū)內(nèi)數(shù)量眾多，它們共同構(gòu)成了潘集礦區(qū)獨(dú)特的塌陷塘景觀，對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水文條件也產(chǎn)生了一定的影響。2.3塌陷塘現(xiàn)狀利用情況目前，淮南潘集礦區(qū)塌陷塘在漁業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉等方面得到了一定程度的利用，在帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也面臨著一些問(wèn)題。漁業(yè)是塌陷塘的主要利用方式之一。潘集區(qū)充分利用塌陷區(qū)開(kāi)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，帶動(dòng)了當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展?；茨习酆牮B(yǎng)殖專業(yè)合作社利用夾溝鎮(zhèn)塌陷區(qū)水面大的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展皖西白鵝養(yǎng)殖，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在瓦房村，占地4500畝的采煤沉陷區(qū)水面也被用于漁業(yè)養(yǎng)殖，自2023年5月投放千萬(wàn)尾魚(yú)苗后，2024年5月迎來(lái)收獲，為當(dāng)?shù)貪O民提供了就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)收入來(lái)源。在農(nóng)業(yè)灌溉方面，由于潘集礦區(qū)地處淮河沖積平原，地勢(shì)平坦，且塌陷塘儲(chǔ)存了大量的水資源，為農(nóng)業(yè)灌溉提供了便利條件。部分塌陷塘的水被引入周邊農(nóng)田，用于灌溉水稻、小麥、黃豆等農(nóng)作物。然而，由于塌陷塘水質(zhì)存在差異，部分塌陷塘水體受到污染，如總氮、總磷等指標(biāo)超標(biāo)，這可能會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和土壤質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。而且，塌陷塘的水位和水量受季節(jié)和降水影響較大，在干旱季節(jié)，可能會(huì)出現(xiàn)水量不足的情況，無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需求；而在雨季，又可能面臨水位過(guò)高、洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)周邊農(nóng)田和農(nóng)業(yè)設(shè)施造成破壞。部分塌陷塘還被用于發(fā)展旅游業(yè)。一些塌陷區(qū)形成的獨(dú)特地貌景觀和生態(tài)環(huán)境，為旅游業(yè)的發(fā)展提供了寶貴資源。政府可以充分利用這些資源，推動(dòng)旅游業(yè)的發(fā)展，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)注入新的活力。例如，一些塌陷區(qū)形成的湖泊和濕地可以開(kāi)發(fā)成為觀鳥(niǎo)和攝影的絕佳場(chǎng)所；一些經(jīng)過(guò)改造的塌陷區(qū)則可以成為休閑度假的好去處。通過(guò)開(kāi)發(fā)旅游業(yè)，不僅可以促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，還可以提高塌陷區(qū)的知名度和美譽(yù)度，進(jìn)一步推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，隨著對(duì)清潔能源的需求不斷增加，淮南市還利用采煤塌陷區(qū)、荒坡荒地等閑置用地，積極打造“漁光互補(bǔ)”“農(nóng)光互補(bǔ)”的光伏發(fā)電項(xiàng)目，為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)和鄉(xiāng)村持續(xù)供應(yīng)清潔能源。在潘集礦區(qū)的一些塌陷塘水面上，安裝了大量的太陽(yáng)能光伏板，這些光伏板在利用太陽(yáng)能發(fā)電的同時(shí)，也減少了水面的蒸發(fā)量，降低了水體溫度，對(duì)塌陷塘的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。三、塌陷塘水環(huán)境演變規(guī)律3.1水質(zhì)指標(biāo)時(shí)空變化分析3.1.1常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)變化在淮南潘集礦區(qū)塌陷塘中，pH值的變化在一定程度上反映了水體的酸堿平衡狀況。通過(guò)對(duì)多個(gè)塌陷塘的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同塌陷塘的pH值存在一定差異。在潘一礦附近的塌陷塘，其pH值常年保持在7.5-8.5之間，呈弱堿性，這可能與礦區(qū)的地質(zhì)條件以及周邊土壤的酸堿度有關(guān)。而在潘三礦周邊的部分塌陷塘，pH值在雨季時(shí)會(huì)略有下降，最低可達(dá)到7.0左右，這主要是由于雨季大量雨水的匯入，稀釋了水體中的堿性物質(zhì)，同時(shí)可能攜帶了一些酸性物質(zhì)，導(dǎo)致pH值降低。溶解氧（DO）是衡量水體自凈能力和水生生物生存環(huán)境的重要指標(biāo)。研究表明，塌陷塘水體中的溶解氧含量隨季節(jié)變化明顯。在夏季，由于水溫較高，水體中微生物的呼吸作用和藻類的光合作用都較為強(qiáng)烈，導(dǎo)致溶解氧含量呈現(xiàn)出晝夜變化的特征。白天，藻類通過(guò)光合作用產(chǎn)生大量氧氣，使得水體中的溶解氧含量升高，最高可達(dá)8-10mg/L；而到了夜晚，藻類的光合作用停止，微生物的呼吸作用消耗氧氣，溶解氧含量會(huì)逐漸降低，最低可降至4-5mg/L。在冬季，水溫較低，微生物的活性和藻類的光合作用都受到抑制，溶解氧含量相對(duì)較為穩(wěn)定，一般維持在6-7mg/L。化學(xué)需氧量（COD）是表征水體中有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)。對(duì)塌陷塘水體中COD的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，其含量在不同區(qū)域和時(shí)間存在較大差異?？拷V區(qū)工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的塌陷塘，由于受到工業(yè)廢水排放的影響，COD含量較高，部分區(qū)域可達(dá)到100-150mg/L，超過(guò)了國(guó)家地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。而在遠(yuǎn)離工業(yè)污染源的塌陷塘，COD含量相對(duì)較低，一般在30-50mg/L之間，符合國(guó)家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。從時(shí)間變化來(lái)看，隨著礦區(qū)環(huán)保措施的加強(qiáng)，近年來(lái)塌陷塘水體中的COD含量總體呈下降趨勢(shì)，表明水質(zhì)有一定程度的改善。3.1.2營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)變化總氮（TN）和總磷（TP）是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)。在潘集礦區(qū)塌陷塘中，總氮和總磷的時(shí)空分布呈現(xiàn)出明顯的特征。空間上，位于泥河入口附近的塌陷塘，總氮和總磷的濃度較高。以潘集楊莊塌陷水域?yàn)槔?，入口處總氮的最高濃度可達(dá)8.221mg/L，遠(yuǎn)超國(guó)家五類標(biāo)準(zhǔn)，總磷濃度也相對(duì)較高。隨著水流方向，總氮和總磷的含量逐漸減少，在塌陷水域下游處，總氮含量可降至1.379mg/L以下，這主要是由于水體的自凈作用以及污染物的稀釋擴(kuò)散。時(shí)間上，總氮和總磷的含量在不同季節(jié)也有所變化。春季和夏季，隨著氣溫升高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的增加，大量含氮、磷的化肥被使用，通過(guò)地表徑流的沖刷，這些營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)進(jìn)入塌陷塘水體，導(dǎo)致總氮和總磷含量升高。同時(shí)，夏季高溫有利于藻類的生長(zhǎng)繁殖，藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收和釋放也會(huì)影響水體中總氮和總磷的含量。而在秋季和冬季，隨著氣溫降低，農(nóng)業(yè)活動(dòng)減少，以及水體中藻類數(shù)量的減少，總氮和總磷的含量會(huì)相對(duì)降低。營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的變化與塌陷塘水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度密切相關(guān)。當(dāng)水體中總氮和總磷含量過(guò)高時(shí)，容易引發(fā)藻類的過(guò)度繁殖，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而破壞水體生態(tài)平衡。通過(guò)對(duì)塌陷塘水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)總氮對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)較大，是影響塌陷塘水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素。因此，控制總氮的輸入對(duì)于防治塌陷塘水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要意義。3.1.3重金屬指標(biāo)變化淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水體中的重金屬含量受到多種因素的影響，其時(shí)空變化特征較為復(fù)雜。在空間分布上，不同塌陷塘以及同一塌陷塘的不同區(qū)域，重金屬含量存在顯著差異?？拷喉肥褕?chǎng)、泥河入口與排污口的區(qū)域，重金屬含量相對(duì)較高。對(duì)潘集礦區(qū)底泥中重金屬的研究表明，底泥中Cu、Zn、Cd、Hg等重金屬的空間分布與周圍環(huán)境密切相關(guān)，這些區(qū)域的重金屬污染主要來(lái)源于煤矸石堆存和大量煤炭生產(chǎn)礦井水的輸入。時(shí)間上，隨著礦區(qū)開(kāi)采活動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行以及環(huán)保措施的實(shí)施，重金屬含量也呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)。在早期，由于礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)相對(duì)落后，環(huán)保意識(shí)淡薄，大量含有重金屬的廢水、廢渣未經(jīng)處理直接排放，導(dǎo)致塌陷塘水體中的重金屬含量迅速上升。近年來(lái)，隨著環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，礦區(qū)加大了對(duì)廢水、廢渣的處理力度，重金屬的排放得到有效控制，塌陷塘水體中的重金屬含量逐漸趨于穩(wěn)定，部分重金屬含量甚至有所下降。重金屬的存在對(duì)塌陷塘水體生態(tài)系統(tǒng)和人體健康具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Cd、Hg等重金屬具有較強(qiáng)的毒性，在水體中難以降解，會(huì)在水生生物體內(nèi)富集，通過(guò)食物鏈的傳遞，最終可能對(duì)人體健康造成危害。通過(guò)潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)潘集礦區(qū)底泥中重金屬污染程度的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cd和Hg的污染程度為中等-強(qiáng)，綜合污染指數(shù)為輕微-中等，這表明潘集礦區(qū)塌陷塘水體存在一定的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，需要引起高度重視。3.2水體富營(yíng)養(yǎng)化演變特征3.2.1富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法與結(jié)果為了準(zhǔn)確評(píng)估淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度，本研究采用了綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI(Σ)）。該方法綜合考慮了葉綠素a（Chla）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）等多個(gè)對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化有重要影響的指標(biāo)，能夠較為全面地反映水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況。其計(jì)算公式為：TLI(\Sigma)=\sum_{j=1}^{m}W_j\timesTLI(j)其中，TLI(\Sigma)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；W_j為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。權(quán)重W_j的確定是以Chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，記為1，第j種參數(shù)的歸一化權(quán)重計(jì)算公式為：W_j=\frac{r_{ij}^2}{\sum_{j=1}^{m}r_{ij}^2}其中，r_{ij}為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù)；m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。通過(guò)對(duì)潘集礦區(qū)多個(gè)塌陷塘的水樣進(jìn)行采集和分析，獲取了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。以潘集楊莊塌陷塘為例，在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，Chla含量在0.05-0.25mg/m3之間，SD在0.5-1.5m之間，CODMn在3-8mg/L之間，TP在0.05-0.2mg/L之間，TN在1-8mg/L之間。根據(jù)上述公式計(jì)算得到該塌陷塘的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，結(jié)果表明，大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的TLI(Σ)值在50-60之間，屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；部分靠近泥河入口和居民生活區(qū)域的點(diǎn)位，TLI(Σ)值超過(guò)60，達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在潘一礦西區(qū)塌陷塘，通過(guò)對(duì)2012年5月初和8月末的水樣監(jiān)測(cè)分析，運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的計(jì)算公式，求得該塌陷水域的綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)。結(jié)果顯示，該塌陷塘的綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平，其中Chla、TN、TP、CODMn等指標(biāo)均高于潘集楊莊塌陷塘的相應(yīng)指標(biāo)，而SD則低于潘集楊莊塌陷塘同期數(shù)值。這可能與潘一礦西區(qū)塌陷塘相對(duì)封閉的環(huán)境以及周邊農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響有關(guān)。3.2.2富營(yíng)養(yǎng)化演變過(guò)程與趨勢(shì)通過(guò)對(duì)潘集礦區(qū)塌陷塘水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其富營(yíng)養(yǎng)化程度在時(shí)間序列上呈現(xiàn)出明顯的演變過(guò)程。在塌陷塘形成初期，由于水體自凈能力較強(qiáng)，周邊污染源輸入相對(duì)較少，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較低，多處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。隨著煤炭開(kāi)采活動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，礦區(qū)人口的增加，以及周邊農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，大量含氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的污水排入塌陷塘，導(dǎo)致水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量不斷升高，富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重。從季節(jié)變化來(lái)看，春季和夏季，隨著氣溫升高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的增加，大量含氮、磷的化肥被使用，通過(guò)地表徑流的沖刷，這些營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)進(jìn)入塌陷塘水體，同時(shí)夏季高溫有利于藻類的生長(zhǎng)繁殖，藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收和釋放也會(huì)影響水體中總氮和總磷的含量，使得富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)較高。而在秋季和冬季，隨著氣溫降低，農(nóng)業(yè)活動(dòng)減少，以及水體中藻類數(shù)量的減少，富營(yíng)養(yǎng)化程度會(huì)相對(duì)降低。利用時(shí)間序列分析方法，對(duì)潘集礦區(qū)塌陷塘水體富營(yíng)養(yǎng)化的未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，如果不采取有效的治理措施，隨著礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，塌陷塘周邊污染源的不斷增加，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度將繼續(xù)加重，部分塌陷塘可能會(huì)從輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸壬踔林囟雀粻I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。這將對(duì)塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致水生生物多樣性減少，水體生態(tài)功能退化，影響塌陷塘的可持續(xù)利用。因此，迫切需要采取有效的治理措施，控制營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入，改善塌陷塘的水質(zhì)，遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)。3.3影響塌陷塘水環(huán)境演變的因素3.3.1自然因素降水是淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水量的重要補(bǔ)給來(lái)源，對(duì)塌陷塘水環(huán)境有著多方面的影響。在降水充沛的年份，大量的雨水匯入塌陷塘，使得塌陷塘的水位上升，水量增加。充足的水量可以稀釋水體中的污染物，降低污染物的濃度，改善水質(zhì)。在雨季，塌陷塘水體中的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮等污染物濃度會(huì)明顯降低，這是因?yàn)榻邓南♂屪饔檬沟梦廴疚锏暮肯鄬?duì)減少。然而，降水也可能帶來(lái)負(fù)面影響。暴雨天氣時(shí)，地表徑流會(huì)將大量的泥沙、有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽等污染物帶入塌陷塘，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。大量的泥沙會(huì)使水體的濁度增加，影響水生生物的生存環(huán)境；有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的增加則可能引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，促進(jìn)藻類的過(guò)度繁殖。蒸發(fā)是塌陷塘水體損失的重要途徑之一，對(duì)塌陷塘的水位和水質(zhì)有著顯著影響。在高溫干旱季節(jié)，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，塌陷塘的水量會(huì)明顯減少，水位下降。隨著水量的減少，水體中的污染物濃度會(huì)相對(duì)升高，這是因?yàn)槲廴疚锏目偭坎蛔?，而水體的體積減小，導(dǎo)致污染物的相對(duì)含量增加。在夏季高溫時(shí)段，塌陷塘水體中的總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度會(huì)有所上升，這與蒸發(fā)作用導(dǎo)致的水體濃縮有關(guān)。蒸發(fā)還會(huì)改變水體的鹽度，長(zhǎng)期的強(qiáng)烈蒸發(fā)會(huì)使水體中的鹽分逐漸積累，導(dǎo)致鹽度升高，影響水生生物的生長(zhǎng)和繁殖?；茨吓思V區(qū)的地質(zhì)條件對(duì)塌陷塘水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造兩個(gè)方面。地層巖性決定了土壤的透水性和對(duì)污染物的吸附能力。礦區(qū)內(nèi)的地層主要由砂質(zhì)粘土、粘土及粉細(xì)砂等組成，這些巖性的透水性較差，使得地下水與塌陷塘水體之間的交換相對(duì)緩慢。這在一定程度上限制了塌陷塘水體的更新速度，使得污染物在水體中停留的時(shí)間較長(zhǎng)，容易積累。而且，這些巖性對(duì)污染物的吸附能力有限，不能有效去除水體中的污染物。地質(zhì)構(gòu)造則影響著塌陷塘的形態(tài)和水力聯(lián)系。礦區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造使得塌陷塘的分布和形態(tài)較為復(fù)雜，部分塌陷塘之間可能存在水力聯(lián)系，導(dǎo)致污染物在不同塌陷塘之間遷移擴(kuò)散。一些塌陷塘通過(guò)地下徑流與泥河相連，泥河中的污染物可能會(huì)通過(guò)這種水力聯(lián)系進(jìn)入塌陷塘，影響塌陷塘的水質(zhì)。地質(zhì)構(gòu)造還會(huì)影響地下水的流動(dòng)方向和速度，進(jìn)而影響塌陷塘水體與地下水之間的相互作用，對(duì)塌陷塘水環(huán)境產(chǎn)生影響。3.3.2人為因素煤炭開(kāi)采是淮南潘集礦區(qū)塌陷塘形成的根本原因，也是影響塌陷塘水環(huán)境演變的重要人為因素。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的礦井水。礦井水的水質(zhì)復(fù)雜，含有大量的懸浮物、重金屬、有機(jī)物等污染物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，淮南潘集礦區(qū)每年產(chǎn)生的礦井水可達(dá)數(shù)千萬(wàn)立方米，這些礦井水如果未經(jīng)處理直接排放到塌陷塘中，會(huì)對(duì)塌陷塘的水質(zhì)造成嚴(yán)重污染。礦井水中的重金屬如鉛、汞、鎘等，會(huì)在水體中積累，對(duì)水生生物和人體健康產(chǎn)生潛在危害；有機(jī)物會(huì)消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物的生存。煤炭開(kāi)采還會(huì)導(dǎo)致地表塌陷，改變塌陷塘的形態(tài)和水文條件。地表塌陷使得塌陷塘的面積和深度發(fā)生變化，影響水體的流動(dòng)性和自凈能力。塌陷塘面積的擴(kuò)大可能會(huì)增加水體與外界的接觸面積，促進(jìn)污染物的擴(kuò)散；而深度的變化則會(huì)影響水體的分層現(xiàn)象，進(jìn)而影響水體的溶解氧分布和生物群落結(jié)構(gòu)。工業(yè)廢水排放是導(dǎo)致淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水污染的重要因素之一。礦區(qū)周邊分布著眾多的工業(yè)企業(yè)，如發(fā)電廠、洗煤廠、化工廠等，這些企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水。工業(yè)廢水中含有大量的有害物質(zhì)，如重金屬、有機(jī)物、酸堿物質(zhì)等。如果這些工業(yè)廢水未經(jīng)處理達(dá)標(biāo)就排放到塌陷塘中，會(huì)嚴(yán)重污染塌陷塘的水質(zhì)。發(fā)電廠排放的廢水中可能含有大量的重金屬和硫化物，洗煤廠排放的廢水中含有大量的懸浮物和有機(jī)物，化工廠排放的廢水中含有各種化學(xué)物質(zhì)，這些廢水的排放會(huì)導(dǎo)致塌陷塘水體中的污染物濃度急劇升高，水質(zhì)惡化。根據(jù)對(duì)淮南潘集礦區(qū)塌陷塘周邊工業(yè)企業(yè)的調(diào)查，部分企業(yè)的廢水排放存在超標(biāo)現(xiàn)象。一些洗煤廠排放的廢水中，化學(xué)需氧量（COD）和懸浮物的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，這些廢水進(jìn)入塌陷塘后，會(huì)使塌陷塘水體的COD含量升高，水體變得渾濁，影響水生生物的生存和繁殖。而且，長(zhǎng)期的工業(yè)廢水排放還會(huì)導(dǎo)致塌陷塘水體的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，生物多樣性減少。農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)藥、化肥的使用以及畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水等產(chǎn)生的污染物，通過(guò)地表徑流、農(nóng)田排水等途徑進(jìn)入水體，對(duì)水環(huán)境造成的污染。在淮南潘集礦區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)塌陷塘水環(huán)境的影響較為顯著。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，農(nóng)藥、化肥的使用量不斷增加。農(nóng)藥和化肥中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及重金屬等有害物質(zhì)，會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入塌陷塘，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染。研究表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高峰期，塌陷塘水體中的總氮、總磷含量會(huì)明顯升高，這與農(nóng)藥、化肥的使用密切相關(guān)。畜禽養(yǎng)殖也是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來(lái)源之一。礦區(qū)周邊存在大量的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，畜禽糞便和養(yǎng)殖廢水未經(jīng)有效處理就直接排放，其中含有大量的有機(jī)物、氮、磷和病原體等污染物，這些污染物進(jìn)入塌陷塘后，會(huì)消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)惡化。農(nóng)村生活污水的隨意排放，也會(huì)對(duì)塌陷塘水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。這些污水中含有大量的有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)增加塌陷塘水體中的污染物負(fù)荷，影響水質(zhì)。四、塌陷塘水環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)體系構(gòu)建4.1預(yù)警指標(biāo)選取4.1.1指標(biāo)選取原則為全面、準(zhǔn)確地構(gòu)建淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)體系，在選取預(yù)警指標(biāo)時(shí)，嚴(yán)格遵循科學(xué)性、代表性、可操作性、敏感性和動(dòng)態(tài)性等原則?？茖W(xué)性原則要求預(yù)警指標(biāo)能夠真實(shí)、客觀地反映塌陷塘水環(huán)境的實(shí)際狀況和變化規(guī)律。指標(biāo)的定義、計(jì)算方法和監(jiān)測(cè)手段都應(yīng)基于科學(xué)的理論和方法，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在選擇水質(zhì)指標(biāo)時(shí)，如化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷等，這些指標(biāo)都有明確的科學(xué)定義和標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確反映水體中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的污染程度。代表性原則強(qiáng)調(diào)所選指標(biāo)應(yīng)能夠代表塌陷塘水環(huán)境的主要特征和關(guān)鍵問(wèn)題。不同的指標(biāo)反映了水環(huán)境的不同方面，通過(guò)選取具有代表性的指標(biāo)，可以全面了解塌陷塘水環(huán)境的狀況。溶解氧（DO）指標(biāo)能夠反映水體的自凈能力和水生生物的生存環(huán)境；重金屬指標(biāo)如鉛、汞、鎘等能夠反映水體的重金屬污染程度，這些指標(biāo)都是塌陷塘水環(huán)境的重要特征，具有很強(qiáng)的代表性?？刹僮餍栽瓌t是指預(yù)警指標(biāo)的數(shù)據(jù)應(yīng)易于獲取、監(jiān)測(cè)和分析。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮監(jiān)測(cè)設(shè)備的可獲得性、監(jiān)測(cè)成本以及數(shù)據(jù)處理的難易程度等因素。選擇常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，這些指標(biāo)可以通過(guò)現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備和方法進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易，便于實(shí)際操作。敏感性原則要求預(yù)警指標(biāo)對(duì)塌陷塘水環(huán)境的變化具有較高的敏感度，能夠及時(shí)反映水環(huán)境的微小變化。一些生物指標(biāo)，如浮游生物的種類和數(shù)量、底棲生物的群落結(jié)構(gòu)等，對(duì)水環(huán)境的變化非常敏感，當(dāng)水體受到污染或生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，這些生物指標(biāo)會(huì)迅速發(fā)生變化，從而為預(yù)警提供及時(shí)的信息。動(dòng)態(tài)性原則考慮到塌陷塘水環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，其影響因素眾多且復(fù)雜，因此預(yù)警指標(biāo)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)性，能夠反映水環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，塌陷塘的水質(zhì)、水量以及生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生變化，預(yù)警指標(biāo)應(yīng)能夠及時(shí)捕捉這些變化，為水環(huán)境管理提供實(shí)時(shí)的決策依據(jù)。4.1.2確定關(guān)鍵預(yù)警指標(biāo)基于上述原則，結(jié)合淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境的特點(diǎn)和已有研究成果，確定了以下關(guān)鍵預(yù)警指標(biāo)：水質(zhì)指標(biāo)：氨氮（NH?-N）：氨氮是水體中氮的一種重要存在形式，主要來(lái)源于生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源污染。氨氮含量過(guò)高會(huì)消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物的生存。而且，氨氮還可能轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危害。在淮南潘集礦區(qū)塌陷塘中，氨氮含量的變化能夠敏感地反映出周邊污染源的排放情況以及水體的污染程度，是衡量塌陷塘水質(zhì)的重要指標(biāo)之一?？偭祝═P）：總磷是水體中磷元素的總和，包括有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷。磷是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)鹽之一，其含量過(guò)高會(huì)引發(fā)藻類的過(guò)度繁殖，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)平衡。在潘集礦區(qū)塌陷塘中，總磷的濃度變化與水體富營(yíng)養(yǎng)化程度密切相關(guān)，對(duì)塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，因此是預(yù)警評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量（COD）：化學(xué)需氧量是指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗氧化劑的量，它反映了水體中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。在淮南潘集礦區(qū)塌陷塘中，COD含量的高低直接反映了水體中有機(jī)物的含量，是衡量水體有機(jī)污染程度的重要指標(biāo)。較高的COD值表明水體中有機(jī)物含量豐富，可能會(huì)導(dǎo)致水體缺氧、水質(zhì)惡化等問(wèn)題，對(duì)水生生物的生存和繁殖產(chǎn)生不利影響。溶解氧（DO）：溶解氧是指溶解在水中的分子態(tài)氧，它是水生生物生存所必需的物質(zhì)。溶解氧含量的高低直接影響著水生生物的呼吸和代謝，當(dāng)溶解氧含量過(guò)低時(shí)，水生生物會(huì)因缺氧而死亡，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)失衡。在淮南潘集礦區(qū)塌陷塘中，溶解氧的含量受到水溫、水生生物的光合作用和呼吸作用以及水體的流動(dòng)等多種因素的影響，其變化能夠反映水體的自凈能力和生態(tài)健康狀況，是預(yù)警評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。水量指標(biāo)：水位：水位是塌陷塘水量的直觀體現(xiàn)，其變化受到降水、蒸發(fā)、入流和出流等多種因素的影響。水位的異常變化可能會(huì)導(dǎo)致塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，如水生生物棲息地的破壞、水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇等。在干旱季節(jié)，水位下降可能會(huì)使水體中的污染物濃度升高，增加水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)；而在雨季，水位迅速上升可能會(huì)引發(fā)洪澇災(zāi)害，對(duì)周邊環(huán)境造成破壞。因此，水位是反映塌陷塘水量變化的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)預(yù)警評(píng)價(jià)具有重要意義。水量變化率：水量變化率是指單位時(shí)間內(nèi)塌陷塘水量的變化程度，它能夠更準(zhǔn)確地反映塌陷塘水量的動(dòng)態(tài)變化情況。通過(guò)計(jì)算水量變化率，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)塌陷塘水量的異常波動(dòng)，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的水環(huán)境問(wèn)題。如果水量變化率過(guò)大，可能意味著塌陷塘的入流或出流出現(xiàn)了異常，需要進(jìn)一步調(diào)查原因，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)控。生態(tài)指標(biāo)：浮游生物種類與數(shù)量：浮游生物是水體生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，包括浮游植物和浮游動(dòng)物。它們對(duì)水環(huán)境的變化非常敏感，水體的水質(zhì)、水溫、溶解氧等因素的改變都會(huì)影響浮游生物的種類和數(shù)量。在水質(zhì)污染嚴(yán)重的塌陷塘中，浮游生物的種類可能會(huì)減少，而一些耐污種類的數(shù)量可能會(huì)增加；相反，在水質(zhì)良好的塌陷塘中，浮游生物的種類和數(shù)量通常較為豐富。因此，浮游生物的種類與數(shù)量可以作為衡量塌陷塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，用于預(yù)警評(píng)價(jià)。底棲生物群落結(jié)構(gòu)：底棲生物是指生活在水體底部的生物，它們的生存和繁殖與水體的底質(zhì)、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等密切相關(guān)。底棲生物群落結(jié)構(gòu)的變化能夠反映水體生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，不同的底棲生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力和污染耐受能力不同。在受到污染的水體中，一些對(duì)污染敏感的底棲生物種類可能會(huì)消失，而一些耐污種類會(huì)成為優(yōu)勢(shì)種，導(dǎo)致底棲生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此，監(jiān)測(cè)底棲生物群落結(jié)構(gòu)的變化可以為塌陷塘水環(huán)境的預(yù)警評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。4.2預(yù)警評(píng)價(jià)模型選擇與構(gòu)建4.2.1常用預(yù)警模型介紹BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種按誤差反向傳播訓(xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，其算法核心為BP算法，基本思想基于梯度下降法，通過(guò)梯度搜索技術(shù)，致力于使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出值與期望輸出值的誤差均方差達(dá)到最小。在淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境預(yù)警中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Υ罅康乃|(zhì)、水量、生態(tài)等多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析。其結(jié)構(gòu)包含輸入層、隱藏層和輸出層，輸入層負(fù)責(zé)接收如氨氮、總磷、化學(xué)需氧量等預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)，隱藏層則對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的非線性變換，通過(guò)神經(jīng)元之間的連接權(quán)重和閾值調(diào)整，挖掘數(shù)據(jù)中的潛在關(guān)系和規(guī)律，最終在輸出層輸出塌陷塘水環(huán)境的預(yù)警結(jié)果，如水質(zhì)等級(jí)、富營(yíng)養(yǎng)化程度等。在訓(xùn)練過(guò)程中，通過(guò)不斷調(diào)整各層之間的連接權(quán)重和閾值，使網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況的誤差逐漸減小，從而提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。層次分析法（AHP）是一種將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，進(jìn)而進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。在塌陷塘水環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)中，層次分析法首先將塌陷塘水環(huán)境預(yù)警這一目標(biāo)分解為水質(zhì)、水量、生態(tài)等多個(gè)準(zhǔn)則層，每個(gè)準(zhǔn)則層又可進(jìn)一步細(xì)分多個(gè)指標(biāo)，如水質(zhì)準(zhǔn)則層下的氨氮、總磷、化學(xué)需氧量等指標(biāo)。然后，通過(guò)專家打分等方式，對(duì)同一層次的各元素進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，以確定各元素對(duì)于上一層次某元素的相對(duì)重要性權(quán)重。根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重以及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出塌陷塘水環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，從而對(duì)塌陷塘水環(huán)境的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警。通過(guò)層次分析法，可以將復(fù)雜的塌陷塘水環(huán)境問(wèn)題分解為多個(gè)層次，使評(píng)價(jià)過(guò)程更加清晰、合理，為預(yù)警決策提供科學(xué)依據(jù)。4.2.2模型構(gòu)建與參數(shù)優(yōu)化結(jié)合淮南潘集礦區(qū)塌陷塘的具體特點(diǎn)，構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與層次分析法相結(jié)合的預(yù)警評(píng)價(jià)模型。在該模型中，層次分析法用于確定各預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重，充分考慮了水質(zhì)、水量、生態(tài)等多方面因素對(duì)塌陷塘水環(huán)境的影響程度。通過(guò)對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確保權(quán)重的合理性。將確定好的權(quán)重應(yīng)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理數(shù)據(jù)時(shí)能夠更加準(zhǔn)確地反映各指標(biāo)的重要性。為了提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。采用遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)重和閾值進(jìn)行優(yōu)化，遺傳算法模擬自然選擇和遺傳進(jìn)化的過(guò)程，通過(guò)選擇、交叉和變異等操作，在解空間中搜索最優(yōu)的權(quán)重和閾值組合，以提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和預(yù)測(cè)精度。通過(guò)多次試驗(yàn)，確定了隱藏層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為10，學(xué)習(xí)率為0.01，訓(xùn)練次數(shù)為1000次等參數(shù)，這些參數(shù)的確定使得模型在訓(xùn)練過(guò)程中能夠更好地?cái)M合數(shù)據(jù)，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性。在訓(xùn)練過(guò)程中，還采用了早停法，當(dāng)驗(yàn)證集上的誤差不再下降時(shí)，停止訓(xùn)練，以防止過(guò)擬合現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)一步提高了模型的泛化能力。4.3預(yù)警等級(jí)劃分與閾值確定參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合淮南潘集礦區(qū)塌陷塘水環(huán)境的實(shí)際情況，將預(yù)警等級(jí)劃分為四個(gè)級(jí)別，分別為無(wú)警、輕警、中警和重警。針對(duì)不同的預(yù)警指標(biāo)，確定相應(yīng)的預(yù)警閾值，具體劃分情況如下表所示：預(yù)警等級(jí)氨氮（mg/L）總磷（mg/L）化學(xué)需氧量（mg/L）溶解氧（mg/L）水位（m）水量變化率（%）浮游生物種類與數(shù)量變化底棲生物群落結(jié)構(gòu)變化無(wú)警a?¤0.5a?¤0.05a?¤15a?￥6?-￡????3￠??¨è????′a?¤5??????????????????????¨3???輕警0.5-1.00.05-0.115-205-6è????o?-￡????3￠??¨è????′????????¨è-|????°′?????￥???5-10?§??±???￥???????°??????°é???¨????????????????è???????1???中警1.0-1.50.1-0.220-303-5è????°è-|????°′???10-20?§??±???????????°??????°é????????è???¤§??????????????1???重警???1.5???0.2???30???3è??è??è-|????°′????????ˉè?????????′a????????3???20?§??±??¤§?1?????°??????°é????￥??§??????????????￥é???

′???當(dāng)塌陷塘水體中的氨氮含量小于等于0.5mg/L、總磷含量小于等于0.05mg/L、化學(xué)需氧量小于等于15mg/L、溶解氧大于等于6mg/L時(shí)，且水位在正常波動(dòng)范圍內(nèi)，水量變化率小于等于5%，浮游生物種類與數(shù)量變化不明顯，底棲生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，判定為無(wú)警狀態(tài)，表明塌陷塘水環(huán)境狀況良好，生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。若氨氮含量在0.5-1.0mg/L之間，總磷含量在0.05-0.1mg/L之間，化學(xué)需氧量在15-20mg/L之間，溶解氧在5-6mg/L之間，水位超出正常波動(dòng)范圍，但在警戒水位以下，水量變化率在5-10%之間，浮游生物種類略有減少，數(shù)量稍有變化，底棲生物群落結(jié)構(gòu)輕微改變，則判定為輕警狀態(tài)，此時(shí)需要引起關(guān)注，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境問(wèn)題。當(dāng)中警狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，各指標(biāo)超出相應(yīng)范圍，表明塌陷塘水環(huán)境已經(jīng)受到一定程度的污染，生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)始受到破壞，需要采取相應(yīng)的治理措施。而重警狀態(tài)下，各指標(biāo)嚴(yán)重超出閾值，塌陷塘水環(huán)境面臨嚴(yán)重威脅，生態(tài)系統(tǒng)可能已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，必須立即采取緊急措施進(jìn)行治理和修復(fù)，以避免環(huán)境進(jìn)一步惡化。五、案例分析-以潘集某典型塌陷塘為例5.1案例塌陷塘基本信息本研究選取的典型塌陷塘位于淮南潘集區(qū)潘一礦附近，地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°55′-116°58′，北緯32°40′-32°42′。該塌陷塘處于淮河沖積平原，地勢(shì)較為平坦，周邊地形以農(nóng)田和農(nóng)村住宅區(qū)為主。其所在區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫15.3℃，年平均降水量935.8mm，降水主要集中在夏季，約占全年降水量的60%-70%。該塌陷塘形成于2005年，是由于潘一礦地下煤炭開(kāi)采導(dǎo)致地表沉陷，后經(jīng)雨水和周邊地表徑流的長(zhǎng)期匯聚而形成。塌陷塘面積約為50萬(wàn)平方米，水域面積在豐水期可達(dá)45萬(wàn)平方米，枯水期約為38萬(wàn)平方米，水域面積的變化主要受降水和蒸發(fā)的影響。其平均水深約為5米，最深可達(dá)8米，水體容積在豐水期約為225萬(wàn)立方米，枯水期約為190萬(wàn)立方米。從空間分布來(lái)看，塌陷塘形狀不規(guī)則，大致呈南北長(zhǎng)、東西窄的形態(tài)。其北部與泥河的一條小支流相連，為塌陷塘提供了一定的水源補(bǔ)給，同時(shí)也使得泥河中的污染物可能進(jìn)入塌陷塘，影響其水質(zhì)。東部和南部周邊為農(nóng)田，農(nóng)業(yè)面源污染是該塌陷塘的一個(gè)重要污染源。西部靠近農(nóng)村住宅區(qū)，生活污水和垃圾的排放也對(duì)塌陷塘水環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。5.2水環(huán)境演變特征分析5.2.1水質(zhì)變化特征對(duì)潘集某典型塌陷塘的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)其水質(zhì)在不同時(shí)期呈現(xiàn)出顯著的變化特征。在pH值方面，整體處于弱堿性范圍，多年平均值約為8.0。在夏季高溫時(shí)段，由于藻類的光合作用增強(qiáng)，消耗了水體中的二氧化碳，導(dǎo)致水體pH值略有升高，最高可達(dá)8.3左右；而在冬季，水溫較低，藻類活動(dòng)減弱，pH值相對(duì)穩(wěn)定，維持在7.8-8.0之間。溶解氧（DO）含量的變化也較為明顯。在春季和秋季，水溫適宜，水體中微生物的活動(dòng)和藻類的光合作用相對(duì)穩(wěn)定，溶解氧含量保持在較為理想的水平，平均值約為7mg/L。夏季，隨著水溫升高，微生物的呼吸作用和藻類的生長(zhǎng)繁殖加劇，溶解氧的消耗增加，導(dǎo)致溶解氧含量在白天和夜晚出現(xiàn)較大差異。白天，藻類光合作用強(qiáng)烈，溶解氧含量可高達(dá)9mg/L以上；夜晚，光合作用停止，溶解氧含量則會(huì)下降至5mg/L左右。冬季，水溫較低，微生物活性受到抑制，溶解氧含量相對(duì)穩(wěn)定，一般在6-7mg/L之間?；瘜W(xué)需氧量（COD）作為衡量水體中有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)，其含量變化反映了水體中有機(jī)物的輸入和降解情況。在過(guò)去的十年間，該塌陷塘的COD含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在早期，由于周邊工業(yè)廢水和生活污水的排放，以及農(nóng)業(yè)面源污染的影響，COD含量逐漸升高，最高時(shí)達(dá)到100mg/L以上。近年來(lái)，隨著環(huán)保措施的加強(qiáng)，工業(yè)廢水和生活污水得到有效處理，農(nóng)業(yè)面源污染也得到一定控制，COD含量逐漸下降，目前已降至50mg/L左右，但仍超過(guò)國(guó)家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。氨氮（NH?-N）含量的變化與周邊污染源的排放密切相關(guān)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)旺季，大量含氮化肥的使用以及畜禽養(yǎng)殖廢水的排放，導(dǎo)致氨氮含量明顯升高。在夏季，氨氮含量最高可達(dá)2mg/L，超過(guò)國(guó)家地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。而在其他季節(jié)，隨著污染源排放的減少，氨氮含量有所下降，一般在0.5-1.0mg/L之間，處于國(guó)家地表水Ⅲ-Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)之間?？偭祝═P）含量的變化也不容忽視。由于磷是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)鹽之一，其含量的變化對(duì)塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要影響。在過(guò)去的幾年里，總磷含量呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。在雨季，地表徑流會(huì)將大量的磷帶入塌陷塘，導(dǎo)致總磷含量升高。在夏季，總磷含量最高可達(dá)0.2mg/L，接近國(guó)家地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。而在旱季，隨著水體的自凈作用，總磷含量會(huì)有所下降，但仍維持在0.1-0.15mg/L之間，高于國(guó)家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。5.2.2富營(yíng)養(yǎng)化演變特征采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI(Σ)）對(duì)該塌陷塘的富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示其富營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)出明顯的演變特征。在塌陷塘形成初期，由于水體自凈能力較強(qiáng)，周邊污染源輸入相對(duì)較少，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較低，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)一般在40-50之間，處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，煤炭開(kāi)采活動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，以及周邊人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量含氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的污水排入塌陷塘，導(dǎo)致水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量不斷升高，富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重。在2010-2015年期間，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)逐漸上升至50-60之間，達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。此時(shí)，水體中藻類的數(shù)量明顯增加，優(yōu)勢(shì)種逐漸從綠藻轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)藻，水體透明度降低，溶解氧含量也出現(xiàn)了一定程度的下降。近年來(lái)，雖然采取了一系列的環(huán)保措施，如加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水和生活污水的處理、推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)等，但由于前期污染的積累以及部分污染源尚未得到徹底控制，該塌陷塘的富營(yíng)養(yǎng)化程度仍然較高，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在60-70之間，處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在夏季高溫季節(jié)，水體中藻類大量繁殖，形成水華現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了塌陷塘的生態(tài)景觀和水體功能。根據(jù)時(shí)間序列分析預(yù)測(cè)，如果不采取更加有效的治理措施，未來(lái)該塌陷塘的富營(yíng)養(yǎng)化程度仍將繼續(xù)加重，可能會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境和居民生活造成更大的影響。5.3預(yù)警評(píng)價(jià)結(jié)果與分析運(yùn)用構(gòu)建的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與層次分析法相結(jié)合的預(yù)警評(píng)價(jià)模型，對(duì)潘集某典型塌陷塘的水環(huán)境進(jìn)行預(yù)警評(píng)價(jià)。將該塌陷塘2023年的水質(zhì)、水量、生態(tài)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入模型，得到各預(yù)警指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果以及綜合預(yù)警等級(jí)。從各預(yù)警指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，氨氮含量為1.2mg/L，處于中警狀態(tài)，表明氨氮污染較為嚴(yán)重，這主要是由于周邊農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水排放導(dǎo)致的?？偭缀繛?.15mg/L，也處于中警狀態(tài)，說(shuō)明總磷對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)較大，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素之一?；瘜W(xué)需氧量（COD）為35mg/L，超出了中警閾值，達(dá)到重警狀態(tài)，這反映出該塌陷塘水體中有機(jī)物污染嚴(yán)重，可能是由于工業(yè)廢水和生活污水的排放以及水體自凈能力不足所致。溶解氧含量為4mg/L，處于中警狀態(tài)，表明水體的溶解氧含量較低，可能會(huì)影響水生生物的生存和繁殖。水位變化方面，該塌陷塘在2023年夏季出現(xiàn)了一次較大的水位上漲，超出了警戒水位，達(dá)到中警狀態(tài)。這主要是由于當(dāng)年夏季降水集中，且塌陷塘周邊排水系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致水位迅速上升。水量變化率在2023年的平均值為12%，處于中警狀態(tài)，說(shuō)明水量波動(dòng)較大，可能會(huì)對(duì)塌陷塘的生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響。在生態(tài)指標(biāo)方面，浮游生物種類與數(shù)量變化明顯，種類減少了約30%，數(shù)量也大幅下降，處于中警狀態(tài)。這表明塌陷塘的生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的破壞，可能是由于水質(zhì)污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化等因素導(dǎo)致的。底棲生物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯改變，一些對(duì)污染敏感的底棲生物種類