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第 ４８ 卷第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ. ４８ Ｎｏ. １１ ２０２０ 年１１ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｖ.２０２０ 移动扫码阅读 韩佳明，高 举，杜 坤，等.煤矿地下水库水体水化学特征及其成因解析［Ｊ］.煤炭科学技术，２０２０，４８（１１） ２２３－２３１. ｄｏｉ１０. １３１９９／ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｓｔ. ２０２０. １１. ０２８ ＨＡＮ Ｊｉａｍｉｎｇ， ＧＡＯ Ｊｕ， ＤＵ Ｋｕｎ，ｅｔ ａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ［ Ｊ］. Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０２０， ４８ （ １１） ２２３ － ２３１. ｄｏｉ １０. １３１９９／ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｓｔ. ２０２０. １１. ０２８ 煤矿地下水库水体水化学特征及其成因解析 韩佳明１，高 举１，杜 坤１，陈梦圆１，蒋斌斌１，２，张 凯１ （１.中国矿业大学（北京） 化学与环境工程学院，北京 １０００８３；２.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室，北京 １０００８３） 摘 要煤炭资源开采过程中地下水资源破坏严重，是煤炭绿色开采过程中的难题，煤矿地下水库可 有效保护矿井水和提高水资源循环利用。 为阐明煤矿地下水库水体净化机理，测定了神东大柳塔煤 矿地下水库原位进出水水样水质指标，结合相关性、主成分分析等统计学方法与舒卡列夫分类、Ｐｉｐｅｒ 三线图等水化学分析方法和离子比值法，分析了地下水库水体水化学特征及其形成机制。 结果表明 煤矿地下水库自净化效果显著，出水的固体悬浮物、浊度、电导率和溶解性总固体等指标明显降低，化 学需氧量、Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 平均去除率可分别达到 ４２％、８９％、９４％；水化学类型由进水的 Ｃａ ２＋ Ｎａ＋－ Ｃｌ－ ＳＯ ２－ ４ 型逐步向出水的 Ｎａ＋Ｃａ ２＋ － Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ 型转变，水库净化过程中发生了阳离子交换；多元统计分 析表明溶滤作用、混合作用、外界干扰、阳离子交换等均会影响地下水库水质的净化过程，其中溶滤作 用起主导作用；水体中 Ｎａ＋、Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ 主要来自硅酸盐矿物的溶解。 关键词煤矿地下水库；水化学特征；水－岩相互作用；相关性分析；主成分分析 中图分类号ＴＤ７４１ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６（２０２０）１１－０２２３－０９ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＨＡＮ Ｊｉａｍｉｎｇ１， ＧＡＯ Ｊｕ１， ＤＵ Ｋｕｎ１， ＣＨＥＮ Ｍｅｎｇｙｕａｎ１， ＪＩＡＮＧ Ｂｉｎｂｉｎ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｋａｉ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１１， Ｃｈｉｎａ） 收稿日期２０２０－０４－２５；责任编辑郭 鑫 基金项目国家重点研发计划基金资助项目（２０１８ＹＦＣ０４０６４０４）；中国矿业大学（北京）中央高校基本科研业务费资助项目（２０２０ＹＪＳＨＨ１２）；神华 集团科技创新资助项目（ＳＨＪＴ－１６－２８） 作者简介韩佳明（１９８２），男，吉林长春人，博士研究生。 Ｅ－ｍａｉｌｈａｎ２００９＠ ｃｕｍｔｂ.ｅｄｕ.ｃｎ 通信作者张 凯（１９８４），男，辽宁朝阳人，副教授，博士。 Ｅ－ｍａｉｌ ｚｈａｎｇｋａｉ＠ ｃｕｍｔｂ.ｅｄｕ.ｃｎ ＡｂｓｔｒａｃｔＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｄｅｓｔｒｏｙｅｄ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ. Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｍｉｎｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｈｙｄｒｏ- ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｉｎｃｏｍｉｎｇ ａｎｄ ｏｕｔｇｏｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｎｄｏｎｇ Ｄａｌｉｕｔａ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ， ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｉｔｈ Ｓｃｈｕｋａｌｅｖ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ， Ｐｉｐｅｒ ｔｒｉｇｒａｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｍｅｔｈｏｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ. Ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ＳＳ， ＮＴＵ， ＥＣ ａｎｄ ＴＤＳ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ. Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｓ ｏｆ ＣＯＤ， Ｆｅ ３＋ ａｎｄ Ｍｎ ２＋ ｒｅａｃｈ ４２％， ８９％ ａｎｄ ９４％ ｒｅｓｐｅｃ- ｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｙｐｅ ｉｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｃｈａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ Ｃａ ２＋ Ｎａ＋－ Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ ｔｙｐｅ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ｔｏ Ｎａ＋Ｃａ ２＋ － Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｆｆｌｕ- ｅｎｔ. Ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ， ｍｉｘ- ｉｎｇ， ｅｘｔｅｒｎａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ， ａｍｏｎｇ ｗｈｉｃｈ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｌａｙｓ ａ ｌｅａｄｉｎｇ ｒｏｌｅ. Ｎａ＋， Ｃａ ２＋ ａｎｄ Ｍｇ ２＋ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ； ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ； ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍ- ｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ３２２ ２０２０ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 ０ 引 言 水资源保护是煤炭绿色开采面临的重大技术难 题。 据统计，每年我国煤炭开采破坏地下水约 ８０ 亿 ｔ， 且矿井水利用率仅为 ２５％左右［１］，损失的矿井水资 源相当于我国每年工业和生活缺水量（１００ 亿 ｔ）的 ６０％。 因此，有学者提出以“导储用”为核心的煤矿 地下水库保水理念，突破以往“堵截”地下水的被动 保水开采方式，开辟了煤炭开发与水资源保护利用 的新途径［２］。 煤矿地下水库可实现煤炭开采中的 环境保护，并能提高资源回收率［３］。 神东矿区大柳 塔煤矿是我国第一个建设地下水库的矿井，大柳塔 矿地下水库运行结果［４－５］表明，煤矿采空区冒落岩 体与水库中水体发生水－岩作用，使水质得到改善， 因此煤矿地下水库中水－岩相互作用和水体净化机 理研究备受关注。 目前，国内外学者对水－岩作用 的研究已涉及地质学、地球化学、水文学、矿床学、环 境保护、能源和天然资源研究等诸多领域［６］，环境 保护领域探究水－岩相互作用机理，主要集中在模 拟回灌水对地下水环境质量影响的研究。 石旭飞 等［７］通过室内试验和水文地球化学模拟分析人工 回灌过程中水－岩作用机理，指出 Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ 、ＨＣＯ － ３ 等主要来自碳酸盐矿物的溶解，Ｎａ＋主要来自岩盐 的溶解。 白国良等［８］采用淋溶试验方法，对入渗过 程中主要污染物离子质量浓度的变化规律进行研 究，发现酸性矿井水入渗过程中岩体与溶质会发生 强烈的化学反应，矿物溶解使渗滤液内溶质（如 Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ ）质量浓度升高，同时使 ｐＨ 升高。 ＯＲＬＹ 等［９］通过实地研究和实验室模拟污水回灌到含水 层地下水的地球化学演变过程指出，出水的化学成 分主 要 受 阳 离 子 交 换 和 碳 酸 钙 溶 解 控 制。 ＲＥＤＷＡＮ 等［１０］采用经典地球化学和多元统计工具 评价了上埃及新填海区水化学特征和水－岩相互作 用对地下水化学特性的影响，得出 ２ 者结合可有效 识别和评价地下水化学中的水－岩相互作用过程。 多元统计方法有助于把隐藏在大规模原始数据群体 中的重要信息提取出来，把握数据的主要特征，从而 简化原始变量的数目，达到有效揭示原始信息本质 的效果。 目前多元统计方法在研究地下水化学场方 面应用广泛［１１－１４］。 由于地下水库环境封闭、复杂，且地下水库在煤 炭工程实践领域是新生事物，目前以煤矿地下水库 为背景的水－岩作用研究相对较少。 为研究煤矿地 下水库水体的净化机理等问题，有必要对地下水库 水化学特征进行研究和分析。 以神东大柳塔矿区煤 矿 １ 号、２ 号和 ３ 号地下水库为研究对象，对研究区 原位进出水水样进行测试分析，运用地下水水化学 分析方法和多元统计方法，对煤矿地下水库水体中 主要离子（Ｎａ＋、Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ ）来源、途径进行判别，研 究结果可对解析煤矿地下水库水体自净化机理，保 障区域地下水水质安全和煤矿地下水库出水后续利 用等提供理论依据及技术支持。 １ 大柳塔煤矿概况 大柳塔煤矿位于陕西省榆林市神木县西北部， 该矿的地质及钻孔资料揭示，矿区地层由老至新为 三叠系上统永坪组（Ｔ３ｙ）、侏罗系下统富县组（Ｊ１ｆ）、 侏罗系中下统延安组（Ｊ１－２ｙ）、侏罗系中统直罗组 （Ｊ２ｚ）、第四系更新统及全新统。 该煤矿主采 ２ －２ 煤 层和 ５ －２ 煤层。 在井田 ２ －２ 煤层开采范围内，上覆基 岩厚度大部分区域小于煤层开采后形成的导水裂隙 带发育高度，部分局部区域甚至小于冒落带高 度［１５］，使得“两带”成为导通各种水源进入水库的 主要通道。 大柳塔矿 ２ －２ 煤层可分为 ５ 个盘区，其中 四盘区、老六盘区及新六盘区等 ３ 个采空区分别建 成了 １ 号、２ 号和 ３ 号地下水库，即水样采集目标水 库，距地表深度约 １３０ ｍ。 地下水库水源主要有 ３ 种，分别为地下各含水岩组含水、沿煤炭开采形成的 裂隙带进入采空区的大气降水以及由排水管道注入 采空区的井下生产污水。 ２ 煤矿地下水库水样采集与测试方法 ２.１ 地下水库水样采集 水样分别采自 ３ 座地下水库进出口，并采集采 空区裂隙水样作对比样，具体采样点和水样特征见 表 １。 表 １ 水样及其表观特征 Ｔａｂｌｅ １ Ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐａｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ 样品编号采样点位置酸碱度浊度 Ｓ１１ 号水库进水中性浊度高 Ｓ２２ 号水库进水中性浊度高 Ｓ３３ 号水库进水中性浊度高 Ｓ４１ 号水库 ４００ 出水中性浊度低 Ｓ５１ 号水库 ４０６ 出水中性浊度低 Ｓ６２ 号水库 ６１５ 出水中性浊度低 Ｓ７３ 号水库 ６０８ 出水中性浊度低 Ｓ８５ －２ 采空区裂隙水中性浊度低 ４２２ 韩佳明等煤矿地下水库水体水化学特征及其成因解析２０２０ 年第 １１ 期 采样参照 ＨＪ ４９５２００９水质采样方案设计技 术规定和 ＨＪ ４９４２００９水质采样技术指导。 矿 井水样现场采集后，用酸溶液对其进行预处理并密 封、避光保存，冰袋低温保存后运回实验室。 对部分 水样进行 ０.４５ μｍ 滤膜处理，为后续离子测试分析 做准备。 ２.２ 水质测试分析方法 依据 ＤＺ／ Ｔ ００６４１９９３地下水质检验方法， 在采样现场对水样进行 ｐＨ、电导率 ＥＣ 测定，其他 水质指标测试在实验室完成。 采用重量法测定固体 悬浮物（ＳＳ）和溶解性总固体（ＴＤＳ），比浊法测定浊 度，滴定法测定 ＨＣＯ － ３质量浓度。 用酚酞和甲基橙 做指示剂，用酸标准溶液滴定水样，根据其所消耗的 酸标准溶液体积来计算 ＨＣＯ － ３的质量浓度。 采用离 子色谱仪（ＩＣ） 测定 Ｃｌ－、ＳＯ ２－ ４ 质量浓度，色谱条件 为淋洗液为 ０.００１ ８ ｍｏｌ／ Ｌ 碳酸钠＋０.００１ ７ ｍｏｌ／ Ｌ 碳酸氢钠，进样量 ２５ μＬ，淋洗液流速为 １.０ ～ ２.０ ｍＬ／ ｍｉｎ，再生液流速由淋洗液流速确定。 采用电感 耦合等离子体发射光谱（ＩＣＰ －ＭＳ） 测定 Ｋ＋、Ｎａ＋、 Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ 、Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 、Ｓｂ ２＋ 、Ｃｒ ２＋ ，Ｚｎ ２＋ ，Ｃｕ ２＋ 等金属离 子质量浓度，采用快速消解分光光度法测定化学需 氧量（ＣＯＤ）。 上述室内试验均测 ３ 次，取平均值进 行后续分析。 采用主成分分析和相关分析等统计学方法，分 析地下水库水体各水化学指标之间的关系，判断水 体中主要离子来源。 ３ 结果与讨论 ３.１ 地下水库进出水水化学特征 选择 ＥＣ、ｐＨ、ＴＤＳ、ＣＯＤ 等化学指标表征进出 水水质基本特征，选择 Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ ２＋ 、Ｍｇ ２＋ 、Ｃｌ－、 ＳＯ ２－ ４ 、ＨＣＯ － ３等地下水中普遍存在的离子表征水体水 化学特征。 考虑到煤矿生产中存在重金属污染物等 情况，重点监测重金属的部分指标，通过以上指标的 最大值、最小值、平均值来描述地下水库水体整体特 征。 将 进 出 水 的 水 质 指 标 测 定 结 果 和 ＧＢ／ Ｔ １４８４８２０１７地下水质量标准中的分类及标准值 进行对比，判断地下水库进出水水质情况。 ３.１.１ 一般化学指标 表 ２ 为水样化学成分，由表 ２ 知地下水库进出 水 ｐＨ 为 ６.９８～８.２２，平均为 ７.２２，根据酸碱度水平 可将该区地下水归类为中性－弱碱性水，ｐＨ 整体水 平表明该含水层未出现重金属污染情况。 电导率表 征溶液中可溶性盐浓度，地下水库水样电导率为 １ ６２７～１ ９３７ μＳ／ ｃｍ，平均为 １ ７８０ μＳ／ ｃｍ。 水样中 溶解性总固体质量浓度为质量浓度 ８１４～９７６ ｍｇ／ Ｌ， 平均为 ８８９ ｍｇ／ Ｌ，标准差为 ５１.８４，说明大部分样 品的 ＴＤＳ 与均值相差较大，平均 ＴＤＳ 不能表征该 区地下水样的整体特征。 该区地下水 ＴＤＳ 表明 所采水样均属淡水（ＴＤＳ＜１ ０００ ｍｇ／ Ｌ）。 出口处 ＥＣ 和 ＴＤＳ 的降低表明盐分离子的下降，水库水 质有转好趋势。 表 ２ 煤矿地下水库进出水和裂隙水化学成分 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｎｄ ｃｒａｃｋ ｗａｔｅｒ 水样 ＥＣ／ （μＳｃｍ －１ ） ｐＨ ρ（ＳＳ） ／ （ｍｇＬ －１ ） 浊度／ ＮＴＵ ρ（ＴＤＳ） ／ （ｍｇＬ －１ ） ρ（ＣＯＤ） ／ （ｍｇＬ －１ ） 离子质量浓度／ （ｍｇＬ －１ ） Ｎａ＋Ｋ＋Ｃａ ２＋ Ｍｇ ２＋ Ｃｌ－ ＳＯ ２－ ４ ＨＣＯ－ ３ Ｓ１１ ８０１７.０５６３６９０１５６.３４１３１.９８０.０１１７２.７６１０.５４２８９.２２３６７.３４１１８.７９ Ｓ２１ ９３７７.０６５６０９７６３８.４２１３７.４８０.０１２１３.５６０.１３３００.２６３８７.１２１１７.４７ Ｓ３１ ９２０７.１５２ ４９６９３４６０.８５１３８.３９０.０１１６８.４７１４.９０２６６.５４３５６.２３１２０.０１ Ｓ４１ ７２０６.９８９９.０９０４３０.２７１７４.０３１.５２１２６.４５２３.４６２８７.１０３３０.２４１０７.８６ Ｓ５１ ６２７７.１５９８.５８１４３５.３０１７２.８５０.０１１３８.４０９.６８３２０.３４３２１.２０１０９.３９ Ｓ６１ ７２３８.２２９８.５８６９２８.６７２０４.３７０.０１１５１.５１０.０１３１０.１２３１０.８０１１１.６８ Ｓ７１ ７５７７.０４９８.０８７８２６.４５２１８.７８０.０１１３９.１１１.１２２７８.５６３４１.５６１０９.８９ Ｓ８１ ７５６７.１５７８.０８３７２５.３２２０１.０９０.０１１４０.３１１.４４２６８.３０３１５.６７１１８.９３ ３.１.２ 主要阴阳离子 由表 ２ 可知，地下水库水体阳离子中 Ｎａ＋和 Ｃａ ２＋ 含量较大，Ｎａ＋平均质量浓度为 １６８.２７ ｍｇ／ Ｌ， 最小和最大分别为 １３１.９８、２１８.７８ ｍｇ／ Ｌ，Ｃａ ２＋ 平均 质量 浓 度 为 １５８. ６１ ｍｇ／ Ｌ， 最 小、 最 大 分 别 为 １２６.４５、２１３.５６ ｍｇ／ Ｌ，Ｎａ＋和 Ｃａ ２＋ 为该地下水的主 要阳离子。 同时 Ｎａ＋在地下水库每个出水口的含 量均大于其进水口的含量，随地下水的流动而增 加，而 Ｃａ ２＋ 含量随水流流动有减小趋势，与 Ｎａ＋含 量变化相反。 水样中 Ｋ＋、Ｍｇ ２＋ 含量较低，其中 Ｋ＋ 平均质量浓度为０.２３ ｍｇ／ Ｌ，大多数采样点浓度为 ０.０１ ｍｇ／ Ｌ，１ 号水库 ４００ 采样点的浓度最大为 １.５２ ｍｇ／ Ｌ，因 为 Ｋ＋含 量 低， 所 以 整 体 变 化 小。 Ｍｇ ２＋ 质量浓度的平均为８.５４ ｍｇ／ Ｌ，在该地下水中 ５２２ ２０２０ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 浓度较低，浓度不稳定且变化规律不明显，需按路 径细化分析。 水样阴离子中 ＳＯ ２－ ４ 和 Ｃｌ－含量较大，ＳＯ ２－ ４ 是地下 水库中主要阴离子，平均质量浓度为 ３４４.９３ ｍｇ／ Ｌ，最 小和最大分别为 ３１０.８０、３８７.１２ ｍｇ／ Ｌ。 出水中 ＳＯ ２－ ４ 含量低于其在进水中含量，与 Ｃａ ２＋ 变化规律相同。 Ｃｌ－平均质量浓度为 ２９３.１６ ｍｇ／ Ｌ，最小、最大分别为 ２６６.５４、３２０.３４ ｍｇ／ Ｌ，Ｃｌ－含量变化无明显规律，但其 浓度一直维持在较高水平，是水样中主要的阴离子， 在 １ 号地下水库出水口处浓度低于进水口，在 ２ 号 和 ３ 号地下水库出水口处浓度相比进水口处有所上 升。 ＨＣＯ － ３平均质量浓度为 １１３.５８ ｍｇ／ Ｌ，最小和最 大分别为 １０７.８６、１２０.０１ ｍｇ／ Ｌ，随地下水的流动而 浓度减小，但数值变化幅度小。 ３.１.３ 重金属离子 煤矿地下水库矿进出水重金属离子质量浓度见 表 ３。 由表 ３ 知，Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 含量相对较高，Ｆｅ ３＋ 的质 量浓度最小和最大分别为 ０.０１、１２.６７ ｍｇ／ Ｌ ，进出 水含量差异较大，Ｍｎ ２＋ 的质量浓度最小和最大分别 为 ０.０２、１.３５ ｍｇ／ Ｌ，进出水变化差异较小。 Ｓｂ ２＋ 、 Ｃｒ ２＋ 、Ｃｕ ２＋ 、Ｚｎ ２＋ 质量浓度相对偏低，平均为 ０.０１ ｍｇ／ Ｌ。 通过测定地下水库进出水 Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 含量知，出水处 的 Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 含量下降显著，可见在地下水库中 Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 发生了吸附和沉淀作用。 表 ３ 煤矿地下水库进出水重金属离子质量浓度 Ｔａｂｌｅ ３ Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｍｉｎｅ ｗａｔｅｒ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ 水样 重金属离子质量浓度／ （ｍｇＬ －１ ） Ｓｂ ２＋ Ｆｅ ３＋ Ｃｒ ２＋ Ｃｕ ２＋ Ｍｎ ２＋ Ｚｎ ２＋ Ｓ１０.２０５.６７０.０１０.０１０.２４０.０１ Ｓ２０.０７１２.６７０.０１０.０１０.４６０.０１ Ｓ３１１.１９０.０１０.０１１.３５０.０１ Ｓ４０.０２１.８３０.０１０.０１０.０６０.０１ Ｓ５１.８２０.０１０.０１０.０３０.０１ Ｓ６０.０３０.５７０.０１０.０１０.０３０.０１ Ｓ７０.０１０.０１０.０１０.０１０.０２ Ｓ８０.１００.０１０.０１０.８２０.０１ ３.１.４ 进出水质情况分析 表 ４ 为煤矿地下水库进出水和裂隙水水质分析 检测结果。 参照 ＧＢ／ Ｔ １４８４８２０１７地下水环境质 量标准，煤矿地下水库进出水水质总体符合地下水 Ⅴ类水质量标准。 结合表 ２ 和表 ３ 可知，与进水水质 相比较，出水的悬浮物、浊度明显降低，总硬度减小， Ｎａ＋和 Ｃｌ－浓度增加，Ｃａ ２＋ 浓度减少，Ｃｌ－和 ＳＯ ２－ ４ 浓度均 达到地下水Ⅳ类水质标准，且与裂隙水水质相近； Ｆｅ ３＋ 、Ｍｎ ２＋ 的去除效率显著，Ｆｅ ３＋ 质量浓度由进口处的 ９.８４ ｍｇ／ Ｌ 下降至出口处的 １.０６ ｍｇ／ Ｌ，下降了 ８９％， Ｍｎ ２＋ 质量浓度由进口处的 ０.６８ ｍｇ／ Ｌ 下降至出口处 的 ０.０４ ｍｇ／ Ｌ，下降了 ９４％；ＣＯＤ 质量浓度由进口处 的 ５１.８７ ｍｇ／ Ｌ 下降至出口处的 ３０.１７ ｍｇ／ Ｌ，下降了 ４２％，表明有机物污染物的去除效果明显。 由上可知，地下水库对有机污染物、重金属污染 物去除效果显著，悬浮物和总硬度的降低及离子浓 度的变化［１６］表明，煤矿地下水库中水体与垮落岩体 可能发生了物理沉降、吸附和离子交换等水－岩相 互作用。 地下水中主要化学组分的绝对含量的增加 或降低说明，地下水化学环境发生了全面变化，地下 水库水质改善明显。 ３.２ 地下水库进出水水化学类型分析 ３.２.１ 舒卡列夫分类的水化学类型分析 舒卡列夫分类法是依据地下水中离子当量浓度 和其矿化度，进行水化学类型划分的常用方法，离子 包括 ６ 类Ｃａ ２＋ 、Ｎａ＋（Ｋ＋合并于 Ｎａ＋）、Ｍｇ ２＋ 、Ｃｌ－、 ＨＣＯ － ３和 ＳＯ ２－ ４ 。 计算每类离子的毫克当量百分数 （ｍｅｑ／ Ｌ，以一个电荷为单位的离子摩尔占比），以 ６２２ 韩佳明等煤矿地下水库水体水化学特征及其成因解析２０２０ 年第 １１ 期 ２５％为分级分类标准，将各类离子进行组合，共划分 为 ４９ 个不同类别，用数字编号，同时以矿化度划分 为 Ａ、Ｂ、Ｃ 和 Ｄ 四个类别。 最后将离子的 ４９ 个类别 和矿化度的 ４ 个类别进行组合，得到地下水水化学 类型。 计算地下水库进出水水样中离子的毫克当量 百分数可知，占比大于 ２５％的阳离子有 Ｃａ ２＋ 和 Ｎａ＋， 阴离子有 ＳＯ ２－ ４ 和 Ｃｌ－，属第 ３９ 号，同时所有水样的矿 化度均小于１.５ ｇ／ Ｌ，为 Ａ 类别。 因此初步判断地下水 库的水化学类型是 ３９－Ａ，即 Ｎａ＋Ｃａ ２＋ － ＳＯ ２－ ４ Ｃｌ－ 型。 ３.２.２ Ｐｉｐｅｒ 三线图的水化学演化分析 水化学图在研究地下水的水文地球化学规律时 意义重大。 Ｈｉｌｌ 在 １９４０ 年首次利用三线图对水化 学类型进行分类，Ｐｉｐｅｒ 在此基础上修改与完善，并 于 １９４４ 年创立 Ｐｉｐｅｒ 三线图。 利用 ＧＷ_Ｃｈａｒｔ 软件 对地下水库进出水水样中测得的 Ｃａ ２＋ 、Ｎａ＋、Ｋ＋、 Ｍｇ ２＋ 、Ｃｌ－、ＨＣＯ－ ３和 ＳＯ ２－ ４ 等 ７ 类离子进行模拟分析， 结果如图 １ 所示。 图 １ 煤矿地下水库水样水化学类型分布 Ｆｉｇ.１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ 地下水进出水中阳离子的毫克当量百分数占比 重少，各水样中阳离子有明显差异，阴离子的毫克当 量百分数占比重大，阴离子变化不大，Ｃｌ－毫克当量 百分数总是大于 ＳＯ ２－ ４ 。 经计算在进水水样中，Ｃａ ２＋ 占比最大，为 ５３.７１％ ～６４.０１％，Ｎａ＋含量次之，占比 最小的是 Ｍｇ ２＋ 。 在出水水样中，Ｃａ ２＋ 毫克当量百分 数占比下降，同时出水水样中 Ｎａ＋含量增加明显，由 进水的３５.９２％ ～ ３８.４６％上升至出水的 ４８.０１％ ～ ５７.５０％，尤其是在 ３ 号水库中的进水口至出水口点 位，Ｎａ＋的毫克当量百分数增加至 ６０.０７％。 将各类离子的毫克摩尔当量百分数投影于菱形图 （图１），得到煤矿地下水库水体进出水的水化学类型 进水点Ｓ１、Ｓ２和Ｓ３的水样为 Ｃａ ２＋ Ｎａ＋ － Ｃｌ －ＳＯ ２－ ４ 型， 出水点位Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６和Ｓ７的水样为Ｎａ＋Ｃａ ２＋ － Ｃｌ －ＳＯ ２－ ４ 型。 这说明地下水从进水端至出水端，在整个地下 水库的径流区，发生了一系列的水文地球化学作用。 由于不同阳离子的吸附能力存在强弱差异，除浓度 因素影响外，阳离子本身的吸附能力也不同，地下水 中阳离子的吸附能力 Ｃａ ２＋ ＞Ｍｇ ２＋ ＞Ｋ＋＞Ｎａ＋。 发生的 化学反应主要是 Ｃａ ２＋ （水）＋ＨＣＯ－ ３ ＋Ｎａ ＋（岩）→Ｎａ＋（水）＋ＨＣＯ－ ３ ＋Ｃａ ２＋ （岩） Ｃａ ２＋ （水）＋Ｎａ＋（水） ＋ＨＣＯ－ ３ ＋Ｎａ ＋（岩）→Ｎａ＋（水） ＋ ＨＣＯ－ ３ ＋Ｃａ ２＋ （岩） Ｍｇ ２＋ （水）＋ＨＣＯ－ ３ ＋Ｎａ ＋（岩）→Ｎａ＋（水）＋ＨＣＯ－ ３＋Ｍｇ ２＋ （岩） Ｍｇ ２＋ （水）＋Ｎａ＋（水）＋ ＨＣＯ－ ３ ＋Ｎａ ＋（岩）→Ｎａ＋（水）＋ ＨＣＯ－ ３＋Ｍｇ ２＋ （岩） 综上反应过程，完成了 Ｃａ ２＋ Ｎａ＋－ Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ 型水向 Ｎａ＋Ｃａ ２＋ － Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ 型水的演替，解释了 Ｎａ＋和 Ｃａ ２＋ 的离子交换过程。 ３.３ 地下水库水化学特征形成机制分析 ３.３.１ 水质指标相关性分析 表 ５ 为进出水水质指标相关性矩阵，由表 ５ 可 知， ＥＣ 与 ＴＤＳ、Ｆｅ 达到极显著相关，同时 ＥＣ 与 Ｃａ ２＋ 、ＳＯ４ ２－ 、ＨＣＯ－ ３浓度达到显著相关，说明电导率与 上述离子的溶解关系密切，并且其变化与 ＥＣ 变化 趋势基本相同；ＴＤＳ 与 Ｆｅ ３＋ 、ＳＯ ２－ ４ 、Ｃａ ２＋ 达到极显著 相关，说明水体中溶解了方解石和含有黄铁矿的高 岭石、伊利石等，且上述离子对 ＴＤＳ 的贡献较大； Ｎａ＋与 Ｆｅ ３＋ 、ＣＯＤ 达到了极显著负相关、与 ＳＯ ２－ ４ 达到 了显著负相关，且在进出水数值上表现出相反趋势， 说明上述物质有可能他与 Ｎａ＋发生了交换吸附。 Ｆｅ ３＋ 与 ＳＯ ２－ ４ 达到显著相关，Ｃａ ２＋ 与 ＳＯ ２－ ４ 达到显著相 关，说明上述元素可能来源相同，主要来自方解石和 含有黄铁矿的高岭石、伊利石等；Ｋ＋、Ｍｇ ２＋ 显著性相 关，说明该 ２ 种还原性较强的离子可能有相同的矿 物溶解来源，比如伊利石或硅酸盐矿物。 此外，ｐＨ 与其他指标无显著相关性，这与地下水环境是中性、 中性偏弱碱性有关；Ｃｌ－与其他指标无显著相关性， 这与氯化物化学性质相对稳定有关，同时说明其来 源相对复杂，可能包括岩盐的溶解等。 ３.３.２ 主成分分析 采用主成分分析法，构建具有代表性的若干综 合因子，在不损失或少损失信息的前提下从多个变 ７２２ ２０２０ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 量中构建相互独立的综合变量。 主成分特征值和贡 献率是选择主成分的依据，通常取特征值大于 １ 或 者累积贡献率大于 ８５％的特征值为对应主成分。 在地下水水质指标选择上，由于 ｐＨ 与其他指标无 显著相关性，且数值变化较小，故选用除 ｐＨ 外的其 余 １２ 个指标。 表 ６ 是特征值大于 １ 时对应的 ４ 个 主成分，累计贡献率达到 ９４.８２％，前 ４ 个主成分已 涵盖 １２ 个地下水指标所包含的信息，其中第 １ 个主 成分的贡献率最大，达到了 ４９.１５％。 主成分分析用 尽可能少的指标反映尽量多的信息，故选取前 ４ 个 主成分代表地下水库水体的总体情况。 表 ７ 为进出 水指标公因子方差结果，由表 ７ 可知，每项指标的共 性方差均＞０.８，说明 ４ 个主成分能够较好地反映各 原始指标变量的大部分信息。 表 ５ 进出水水质指标相关性系数 Ｔａｂｌｅ ５ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ＥＣｐＨＴＤＳＣＯＤＮａ＋Ｋ＋Ｃａ ２＋ Ｍｇ ２＋ Ｃｌ－ＳＯ ２－ ４ ＨＣＯ－ ３ Ｆｅ ３＋ Ｍｎ ２＋ ＥＣ１.００ ｐＨ－０.２２１.００ ＴＤＳ０.８８∗∗－０.２２１.００ ＣＯＤ０.５７－０.２３０.４７１.００ Ｎａ＋ －０.６００.３７ －０.６３－０.８５∗∗ １.００ Ｋ＋ －０.２３ －０.２４０.１２ －０.２２０.０２ １.００ Ｃａ ２＋ ０.８１∗ －０.０６０.７６∗ ０.５０－０.６９－０.４３１.００ Ｍｇ ２＋ －０.１０ －０.４００.１１ ０.３８－０.４００.７５∗－０.３３１.００ Ｃｌ－ －０.４６０.４１ －０.２４ －０.２１ －０.０１ －０.０６０.０７ －０.１６１.００ ＳＯ ２－ ４ ０.８１∗ －０.４９０.８４∗∗ ０.６１－０.７６∗－０.１７０.８５∗∗０.０１－０.１５１.００ ＨＣＯ－ ３ ０.７３∗ －０.１４０.４０ ０.６１－０.５５－０.５２０.６３－０.２０－０.５００.５０１.００ Ｆｅ ３＋ ０.８７∗∗－０.２７０.８４∗∗０.７１∗－０.８５∗∗－０.１９０.８６∗∗０.１０ －０.１２０.８５∗∗ ０.６１１.００ Ｍｎ ２＋ ０.６７－０.２００.３３０.５４－０.４０－０.２６０.３２０.０９－０.６８０.２７０.７９４∗０.５７１.００ 注∗表示 ｐ＜０.０５ 时达到显著性水平，∗∗表示 ｐ＜０.０１ 时达到极显著水平；ＥＣ 单位为 μＳ／ ｃｍ；ＴＤＳ、ＣＯＤ 及各离子浓度单位为 ｍｇ／ Ｌ。 表 ６ 进出水指标主成分分析 Ｔａｂｌｅ ６ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ 成 分 初始特征值提取后特征值旋转后特征值 特征值贡献率／ ％累积贡献率／ ％特征值贡献率／ ％累积贡献率／ ％特征值贡献率／ ％ 累积贡献率／ ％ １６.４７５３.９０５３.９０６.４７５３.９０５３.９０５.９０４９.１５４９.１５ ２２.１４１７.８０７１.７０２.１４１７.８０７１.７０２.１４１７.８６６７.０１ ３１.７５１４.６１８６.３０１.７５１４.６１８６.３０２.１２１７.６５８４.６６ ４１.０２８.５２９４.８２１.０２８.５２９４.８２１.２２１０.１６９４.８２ ５０.３２２.６９９７.５０ ６０.２０１.６９９９.１９ ７０.１００.８１１００ ８２.３９１０ －１６ １.９９１０ －１５ １００ ９１.６５１０ －１６ １.３８１０ －１５ １００ １０７.４４１０ －１８ ６.２０１０ －１７ １００ １１－６.２２１０ －１７ －５.１８１０－１６ １００ １２－３.４３１０ －１６ －２.８６１０－１５ １００ 表 ８ 为最大正交旋转法生成的主成分分析矩阵。 由表 ８ 主成分分析结果可知，主成分 １ 的主要影响因 子有 Ｃａ ２＋ 、ＳＯ ２－ ４ 、ＥＣ、ＴＤＳ，主成分 ２ 的主要影响因子 有 Ｃｌ－、Ｍｎ ２＋ ，主成分 ３ 的主要影响因子有 ＣＯＤ，主成 分 ４ 的主要影响因子有 Ｍｇ ２＋ 、Ｋ＋。 主成分 １ 中 ＥＣ 和 ＴＤＳ 是水样的整体性指标，表征可溶性盐浓度和溶解 的固体浓度，上述指标在出水处下降，表明可溶性盐 离子的浓度在下降，可溶性物质在减少；ＳＯ ２－ ４ 和 ＥＣ、 ＴＤＳ 表现为相同的下降趋势，说明易溶的硫酸盐发生 了部分溶解，结合表 ５ 相关性分析知，Ｃａ ２＋ 与 ＳＯ ２－ ４ 离 子有共同来源，可能为方解石和含有黄铁矿的高岭 石、伊利石等。 上述分析可说明主成分 １ 代表了溶滤 ８２２ 韩佳明等煤矿地下水库水体水化学特征及其成因解析２０２０ 年第 １１ 期 作用，贡献率达 ４９.１５％，随溶滤作用延续，岩层含有 的氯化物不断转入水中而贫化，相对易溶的硫酸盐成 为迁入水中的主要组分，持续时间越久，地下水库水 体中的 ＴＤＳ、ＥＣ 越低，水库中的水体主要成分以难溶 的硅酸盐、碳酸盐离子为主。 主成分 ２ 贡献率 １７.８６％，主要影响因子有 Ｃｌ－、 Ｍｎ ２＋ ，代表着混合作用。 Ｍｎ 的主要来源是生产污 水，Ｃｌ－存在于裂隙水中和各含水岩组含水中，３ 者 汇聚于地下水库中，形成混合作用。 Ｃｌ－在水质净化 过程中无明显变化规律。 在 １ 号水库出水口处，Ｃｌ－ 与 ＴＤＳ、ＥＣ 表现为相反的趋势，与 Ｎａ＋相关性很弱， 否定了溶滤作用的影响。 同时氯化物在地下水系统 中相对稳定，不易发生物理化学反应，其在 ２ 号和 ３ 号地下水库浓度的上升，可能是各含水岩组含水中 少量 Ｃｌ－、裂隙水中 Ｃｌ－、生产污水中的少量 Ｃｌ－的叠 加效应所致。 主成分 ３ 贡献率为 １７.６５％，主要影响因子是 ＣＯＤ，ＣＯＤ 代表了有机污染物的含量，矿区生产作 业过程中会产生大量有机污染物，采空区的井下生 产污水通过排水管道注入水库中，所以主成分 ３ 代 表着外界干扰。 主成分 ４ 贡献率为 １０.１６％，主要影 响因子 Ｍｇ ２＋ 、Ｋ＋，２ 者含量不高，但还原性较强，可与 岩体中的 Ｎａ＋发生离子交换，主成分 ４ 代表了阳离 子交换。 各水质指标的主成分分析表明，影响地下 水库水质影响因素较多，溶滤作用、混合作用、外界 干扰、阳离子交换均可共同影响水质。 同时，主成分 分析结果也验证了水岩作用是复杂开放体系中非平 衡的地球化学过程［６］。 表 ７ 进出水指标公因子方差 Ｔａｂｌｅ ７ Ｃｏｍｍｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｖａｒｉａｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｏｍｉｎｇ ａｎｄ ｏｕｔｃｏｍｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｉｎｄｅｘ 指标