当前世界环境

介绍

煤矿开采对一个国家的经济发展作出了重大贡献，尽管它严重影响人类健康和环境。为了给煤矿让路，大面积的农田、山脉和森林被砍伐，这是一个令人担忧的问题。T煤炭的长期持续开采会对自然环境造成严重影响，包括土壤污染、地面沉降、河流生态系统恶化等。^{1 - 3}此外，煤矿废弃物的处理与附近水体相互作用，对水生和陆地环境产生不可逆转的影响。⁴

煤炭的开采往往伴随着上覆岩层和矿体开挖过程中产生的大量粉尘和松散物质的产生。煤矿开采影响的严重程度主要受地区地质、煤中覆岩和矿物组成、开采类型、开采规模、降雨等因素的影响。^{5 - 9}在采煤前被清除的废弃物主要以覆盖层的形式存在，通常含有许多有毒化学物质和重金属等污染物。特别是在下雨的时候，它会过滤出来，污染周围地区。¹⁰水污染的一个主要原因是含硫矿物(如煤矿中的黄铁矿)氧化产生酸。^11、12酸性矿井水是黄铁矿与水和空气反应生成硫酸和部分溶解铁的产物。AMDs造成的污染降低了受影响水体的pH值，导致酸性，这反过来又促进了有毒金属的浸出到水中。^13、14

那加兰邦是印度板块与缅甸板块碰撞的活动形态构造单元的一部分。¹⁵根据形态构造要素，那加兰邦自西向东可划分为4个不同的单元，即许朋带(BoS)、内褶皱带(IFB)、那加山蛇绿岩和那加变质岩。^{16日至18日}所有这些主要结构都有东北向西南的趋势。研究区是渤西系的一部分，是一个以离散的岩石构造块为特征的叠瓦状逆冲片带。^{月19 - 21日}博斯山脉，以西北的那迦断层和东南的底桑断层为界，²²面积约4500平方公里，长度约300公里。²³该带的沉积范围为始新世至渐新世和上新世-更新世，包括Barail组、Surma组、Tipam组、Namsang组和Dihing组。

那加兰邦的煤是受海洋环境影响而沉积的亚烟煤。²⁴类似的沉积环境已在辛格的研究中得到揭示等(2012)²⁵从蒂鲁山谷煤田第三系煤与Barail组的Tikak Parbat组伴生，该组由细粒至中粒砂岩组成，间或有少量页岩。

木中郡昌基空山脉及其周边地区的大规模煤矿开采已经不可挽回地改变了景观，并使水体严重退化。Tiakaba(2016)等工人强调了那加兰邦Mokokchung地区与煤炭开采有关的活动导致的水和土壤质量的恶化。²⁶Semy和Singh (2019,2021a, 2021b);^-和Semy等,(2022)。^30.这项研究的目的是确定煤炭开采对楚江及其支流的影响。它包括对从子母江及其支流采集的样本进行理化性质分析和水质指数评价。在本研究中，WQI的使用是为了评估楚江水系的水质是否受到煤矿开采的影响。

研究区域

考虑调查的地区是从那加兰邦Mokokchung地区的Changkikong山谷开始的。它是印度Survey of India (SOI)第83/J7号地形图的一部分，位于北纬26°28′18.321”和北纬26°24′31.308”之间，东经94°24′18.291”和东经94°19′19.254”之间，面积约21平方公里。km(图1)。采煤方式优选鼠孔开采;然而，近年来露天采矿也变得相当流行(图2a, b)。煤炭开采主要是季节性的，采矿活动在印度季风开始前的10月至4月进行。大多数采矿活动是由个别土地所有者管理和控制的。煤炭开采被认为是更有利可图的，而快速赚取货币收入的吸引力导致了该地区古老的传统农业和农业作为生计来源的衰落。矿山对灌溉水源的污染和可耕地退化为荒地也是导致人们逐渐放弃这种土地占用的原因(图2c)。。Tzuong河(图2)发源于Mangkolemba镇，名为Tsujenyong河，向东北-西南方向流动，最终流入4号河^th订单流入邻近的沃卡地区的Tsurong河。

图1:研究区及采样点位置图。 点击此处查看图

图2:现场照片a - Rathole矿;b -露天矿山;c -因灌溉用水被污染而废弃的水田;d .在宗江抽取水质样本 点击此处查看图

方法

为了评估煤矿开采对木果中昌基孔河谷水状况的影响，从楚江及其邻近支流取样了水。流入子母江的支流多有2条^nd和3^{理查德·道金斯}订单流。研究方法如流程图(图3)所示。共收集14个水样，分析pH(氢电位)、总溶解固形物(TDS)、硝酸盐、总硬度、镁硬度、钙硬度、铁和铜。样品采集在2l聚丙烯瓶中，用唯一识别号进行标记，每个采样点用GPS(全球定位系统)进行标记。

图3:研究方法流程图。 点击此处查看图

pH值(氢电位)的分析在采样点使用数字pH计(EcoTestr pH1, Eutech Instruments)完成，而TDS的研究则根据印度标准局(BIS) 3025(1984)使用重量法完成。³¹根据BIS 3025(2009,1991,1994)，采用EDTA(乙二胺四乙酸)滴定法分析总硬度、镁硬度和钙硬度。^尺码硝酸盐、铁和铜的分析使用德国默克公司(Merck KGaA)的Spectroquant Pharo 300检测试剂盒。

计算WQI，利用样品的理化参数来估计水的状态。在这里，在特定地点或时间内，水的一般质量通过合并水的几个质量参数用一个数字表示。这确保了来自水的各种参数的数据被简化成一个合乎逻辑和简化的值。^{第35 - 37 29日。}加权算术指数法(WAI)³⁸采用以下方法测定WQI:

在这里,问_n=质量等级n水质参数，W_n的单位重量n水。

问_n由方程确定，

问_n= 100 (V_n- v_我) / (V_年代- v_我）]

在这里,V_n的实际数量n现在的参数，

V_我=理想参数值[V_我= 0, pH (V_我= 7)),

V_年代标准允许值³⁹为n水。

W_n(单位重量)由下式导出，

W_n= k / V_年代

在那里,k比例是常数吗，是由下面推导出来的

在哪里E= 1 /V_年代(pH) + 1/V_年代(tds) + 1/V_年代(总硬度)+ 1/V_年代(钙硬度)+ 1/V_年代(镁的硬度)+ 1/V_年代(硝酸盐)+ 1/V_年代(铁)+ 1 /V_年代(铜)。水质指数的计算采用BIS饮用水类别标准，以及各理化参数的权重，见表1，水质指数的范围及状态见表2。

表1:BIS标准及确定WQI的不同参数的单位权重

参数(毫克/升)	BIS标准(V)年代）	单位重量(W)n）
pH值(0.00 -14)	6.5 - -8.5	0.0050005
TDS	500	0.0000850
总硬度以CaCO计3.	200	0.0002125
钙硬度	75	0.0005667
镁硬度	30.	0.0014168
硝酸	45	0.0009445
铁	0.3.	0.1416820
铜	0.05	0.8500919

表2:水质指标范围及水样状况⁴⁰

水质指数范围	wq
0.00 - -25.00	优秀的
26.00 - 50.00	好
51.00 - 75.00	可怜的
76.00 - 100.00	非常贫穷的
超过100	不宜饮酒

结果与讨论

物理化学参数

表3显示了所有测试样品的物理化学性质。pH值是评价水质的一个非常重要的标准，因为它影响环境中金属的行为。^{第四十一条、第四十二条}水样的pH值在2.7-5.7之间，超出了BIS标准的允许范围(表1)。在C10采样点采集的pH值为2.7的水样酸性最强。总溶解固体(TDS)是溶解离子浓度的量度，其范围在32.1-587 mg/L之间，其中C10时记录的最大值为587 mg/L。根据BIS标准，C10和C11站点采集的样品分别超过允许限量587和525 mg/L。黄铁矿(FeS)氧化引起的AMD污染₂)转化为溶解的铁、硫酸盐和氢，导致酸度和水中溶解固体总量的增加。^43-45

表3:水样的物理化学特征

采样地点	pH值	TDS	总硬度	钙硬度	镁硬度	硝酸	铁	铜
		毫克/升
C1	3.	336	68	40	6.83	0.7	3.14	0.02
C2	3.2	276	36	24	2.92	0.8	2.74	0.08
C3	3.	429	68	32	8.79	1.6	3.72	0.02
C4	3.5	32.1	88	56	7.81	0.7	1.73	0.03
C5	5.7	38	72	12	14.64	0.6	0.27	0.01
C6	3.3	202	108	20.	23.91	0.8	3.17	0.08
C7	2.9	411	52	32	4.89	0.7	2.86	0.02
C8	3.	416	80	56	5.86	0.5	4.77	0.03
制备过程	3.7	119	72	48	5.86	0.8	4.58	0.04
10大	2.7	587	80	52	6.83	0.5	4.22	0.05
C11	2.9	525	152	56	23.42	1.7	4.74	0.04
C12	3.3	166	184	44	34.16	0.6	0.8	0.09
C13	3.1	271	92	44	11.71	0.6	3.39	0.06
碳	3.2	238	96	48	11.71	0.8	1.65	0.05

所有取样点的总硬度均在BIS标准允许范围内，范围为36 ~ 184 mg/L。钙的硬度浓度为12-56 mg/l。所有水样的钙值均在BIS容许限量内。镁的硬度范围为2.92-34.16 mg/L。C12地点采集的样品中镁含量最高，为34.16 mg/L，超出BIS允许限量，其余样品均在允许限量范围内。

所有样本的硝酸盐含量均较低，均在国际清算银行允许的0.5-1.7毫克/升范围内。在开挖和开采过程中，土壤和基岩中的氮在空气和水的存在下以硝酸盐的形式释放出来。⁴⁶样品中硝酸盐含量低可能是由于研究区土壤和基岩中氮含量较低。Semy和Singh (2019,2021a, 2021b)也报告了类似的结果。^-

铁的浓度范围为0.27-4.77 mg/L。在C8点采集的样品中铁的浓度最高，为4.77 mg/L。除C5站点(0.27 mg/L)外，所有样品的铁浓度均高于BIS允许限量。样品中铜的浓度在0.02 ~ 0.09 mg/L之间。C2、C6、C12、C13位点样品铜浓度分别为0.08、0.08、0.09、0.06 mg/L，超出BIS允许限量，其余样品在允许限量范围内。黄铁矿(菲斯₂)和黄铜矿(cufe)₂)，这是煤开采过程中释放的，是样品中高铁和高铜的原因。^{44 47 48}

水质指数分析

最高的W_n铜的值为0.85，铁的值为0.14(表1)表明它们对WQI结果的影响意义重大。各样区各物化参数的观测值及其WQI值如表4、5、6、7、8所示。从WQI分数来看，铁和铜在研究中考虑的所有其他参数中影响最大。

表4:C1、C2、C3站点的WQI计算

参数	C1			C2			C3
	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n
pH值	3.	-266.667	-1.33348	3.2	-253.333	-1.2668	3.	-266.667	-1.33348
总溶解固体	336	67.2	0.005713	276	55.2	0.004693	429	85.8	0.007294
总硬度	68	34	0.007226	36	18	0.003825	68	34	0.007226
钙硬度	40	53.33333	0.030225	24	32	0.018135	32	42.66667	0.02418
镁硬度	6.83	22.76667	0.032256	2.92	9.733333	0.01379	8.79	29.3	0.041513
硝酸	0.7	1.555556	0.001469	0.8	1.777778	0.001679	1.6	3.555556	0.003358
铁	3.14	1046.667	148.2938	2.74	913.3333	129.4029	3.72	1240	175.6857
铜	0.02	40	34.00367	0.08	160	136.0147	0.02	40	34.00367
	W ?n问n= 181.0409			W ?n问n= 264.1929			W ?n问n= 208.4394
	Wqi = 181.04			Wqi = 264.19			Wqi = 208.44

表5:C4、C5、C6站点的WQI计算

参数	C4			C5			C6
	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n
pH值	3.5	-233.333	-1.16679	5.7	-86.6667	-0.43338	3.3	-246.667	-1.23347
总溶解固体	32.1	6.42	0.000546	38	7.6	0.000646	202	40.4	0.003434
总硬度	88	44	0.009351	72	36	0.007651	108	54	0.011476
钙硬度	56	74.66667	0.042316	12	16	0.009068	20.	26.66667	0.015113
镁硬度	7.81	26.03333	0.036885	14.64	48.8	0.069141	23.91	79.7	0.112921
硝酸	0.7	1.555556	0.001469	0.6	1.333333	0.001259	0.8	1.777778	0.001679
铁	1.73	576.6667	81.70327	0.27	90	12.75138	3.17	1056.667	149.7106
铜	0.03	60	51.00551	0.01	20.	17.00184	0.08	160	136.0147
	W ?n问n= 131.6326			W ?n问n= 29.4076			W ?n问n= 284.6365
	Wqi = 131.63			Wqi = 29.41			Wqi = 284.64

表6:C7、C8、C9站点WQI计算

参数	C7			C8			制备过程
	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n
pH值	2.9	-273.333	-1.36681	3.	-266.667	-1.33348	3.7	-220年	-1.10012
总溶解固体	411	82.2	0.006988	416	83.2	0.007073	119	23.8	0.002023
总硬度	52	26	0.005526	80	40	0.008501	72	36	0.007651
钙硬度	32	42.66667	0.02418	56	74.66667	0.042316	48	64	0.036271
镁硬度	4.89	16.3	0.023094	5.86	19.53333	0.027675	5.86	19.53333	0.027675
硝酸	0.7	1.555556	0.001469	0.5	1.111111	0.001049	0.8	1.777778	0.001679
铁	2.86	953.3333	135.0702	4.77	1590	225.2743	4.58	1526.667	216.3012
铜	0.02	40	34.00367	0.03	60	51.00551	0.04	80	68.00735
	W ?n问n= 167.7683			W ?n问n= 275.033			W ?n问n= 283.2817
	Wqi = 167.77			Wqi = 275.03			Wqi = 283.28

表7:C10、C11、C12站点WQI计算

参数	10大			C11			C12
	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n
pH值	2.7	-286.667	-1.43349	2.9	-273.333	-1.36681	3.3	-246.667	-1.23347
总溶解固体	587	117.4	0.00998	525	105	0.008926	166	33.2	0.002822
总硬度	80	40	0.008501	152	76	0.016152	184	92	0.019552
钙硬度	52	69.33333	0.039293	56	74.66667	0.042316	44	58.66667	0.033248
镁硬度	6.83	22.76667	0.032256	23.42	78.06667	0.110606	34.16	113.8667	0.161329
硝酸	0.5	1.111111	0.001049	1.7	3.777778	0.003568	0.6	1.333333	0.001259
铁	4.22	1406.667	199.2993	4.74	1580	223.8575	0.8	266.6667	37.78186
铜	0.05	One hundred.	85.00919	0.04	80	68.00735	0.09	180	153.0165
	W ?n问n= 282.9661			W ?n问n= 290.6796			W ?n问n= 189.7831
	Wqi = 282.97			Wqi = 290.68			Wqi = 189.78

表8:C13和C14站点的WQI计算

参数	C13			碳
	Vn	问n	Wn问n	Vn	问n	Wn问n
pH值	3.1	-260年	-1.30014	3.2	-253.333	-1.2668
总溶解固体	271	54.2	0.004607	238	47.6	0.004046
总硬度	92	46	0.009776	96	48	0.010201
钙硬度	44	58.66667	0.033248	48	64	0.036271
镁硬度	11.71	39.03333	0.055303	11.71	39.03333	0.055303
硝酸	0.6	1.333333	0.001259	0.8	1.777778	0.001679
铁	3.39	1130	160.1006	1.65	550	77.92509
铜	0.06	120	102.011	0.05	One hundred.	85.00919
	W ?n问n= 260.9157			W ?n问n= 161.775
	Wqi = 260.92			Wqi = 161.78

表9显示了所有研究样本的WQI值的汇编。结果表明，C5站点的水质为良好，WQI值为29.41，其余样品均为不适宜饮用。

C5点的WQI值较低是由于其位于上游，远离煤矿的影响(图1)。WQI值最高的样本位于C11点，得分为290.68。C11站点的高WQI值可归因于三股水流经过煤矿后汇合。

表9:WQI和WQS摘要

采样地点	水质指数	wq
C1	181.04	不宜饮用
C2	264.19	不宜饮用
C3	208.44	不宜饮用
C4	131.63	不宜饮用
C5	29.41	水质好
C6	284.64	不宜饮用
C7	167.77	不宜饮用
C8	275.03	不宜饮用
制备过程	283.28	不宜饮用
10大	282.97	不宜饮用
C11	290.68	不宜饮用
C12	189.78	不宜饮用
C13	260.92	不宜饮用
碳	161.78	不宜饮用

从图4可以看出，采样点C5到达C6时的初始WQI值为29.41，此时WQI值急剧上升至284.64(图4)。WQI值的突然上升可以直接归因于C6点的水流经过矿区时，受到了煤矿地表径流的污染。在到达C7之前，C6处的水流与C2、C3和C4处的水流汇合，WQI分别为264.19、208.44和131.63。到达C7点后，WQI值大幅下降至167.77。从C7(167.77)到C10(282.97)，再到C8(275.03)， WQI值呈增加趋势。随着河流在C10站点下游加入楚江，WQI值从C13站点(260.92)到C14站点(161.78)逐渐开始下降。WQI值的下降可归因于污染较轻/未污染的支流的流入，导致河流的排放量增加，从而稀释了污染物。⁴⁹

图4:流经C5、C6、C7、C8和C10地点的楚江及其支流的WQI等级。 点击此处查看图

长江上游(C12) WQI初始值较高，为189.78，表明受煤矿污染。当达到C13时，WQI值急剧上升至260.92。WQI值的突然增加归因于煤矿通过其支流从C1、C2、C4、C6和C9的污染(图1)。从C13(260.92)到C14(161.78)， WQI值急剧下降，表明来自未污染支流的稀释。

结论

研究地区的大部分水源受到采矿活动的严重污染。煤矿废水以AMD的形式通过其支流严重恶化了宗江的水质，表现为高酸度、高TDS、高铁和高铜浓度。从WQI值来看，楚江及其支流的整体水质状况不适合饮用，铁和铜是影响WQI得分的主要参数。虽然污染程度仍然很高，WQI值也很高，但由于未受污染的支流的流入稀释了污染物，下游的水质逐渐改善。

由于整个煤矿开采是由土地所有者/当地人随意进行的，没有政府控制或环境影响评估/环境考虑/立法，因此迫切需要建立意识，以便在开展任何采矿活动之前遵循适当的环境保护程序，并鼓励利益相关者主动参与恢复活动，并在可能的情况下，尽量减少与煤炭开采及其相关活动相关的负面影响。

确认

作者感谢Bendangsunep Jamir先生和Limasanen Longkumer博士在实地工作期间的帮助和支持。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

资金来源

这项研究工作得到了科学与工业研究理事会(CSIR)、印度政府、国家资格考试(NET) jrf奖学金的资助。

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