1、附录A控制煤炭开采位置处的地下水污染的决策支持系统的发展张晓东/勒吉那大学工程系email : zxdenv.uregina.ca克里斯廷 W. Chan /勒吉那工程大学 / 能源大学信息实验室email :Christine.Chanuregina.ca戈登黄/勒吉那大学学部email : gordon.huang uregina.ca摘 要：地下水污染是一个主要环境问题,在煤炭开采地点。高盐或高酸性水从采煤能引进严重污染地下水,并严重影响其质量。 这种影响可能持续很长的时间,甚至一直持续到采矿活动结束以后。确定适当的补救技术是有效控制污染的关键。然而,由于考虑到污染的复杂因素,也很难为环
2、境管理优选技术。 本文献给出了一套强有力的决策支持系统命名为GCDSS，它集多种功能部件于一体,包括矿井表征 数值模型,风险评估和修复-技术选择。 结果从一个个案例研究表明，该系统可帮助提高控制由于煤炭开采所造成该影响区域的地下水污染的效率。关 键 字: 决策支持系统，矿井污水的排放、地下水, 煤炭开采1引言在煤炭开采地点的地下水污染是一个主要环境问题。矿井排放酸性污水(AMD) 是主要的污染源。矿井污水通常是较高浓度酸性的富含重金属的水,它能侵入地下水，并严重的污染，恶化地下水的水质。各种矿井污水处理技术和地下污染整治技术已发展到一定程度。由于这些技术比较复杂, 它一般很难在特定的地点找出治
3、理环境最佳的方法。决策支持系统( DSS )可帮助解决这一问题。许多( DSS )已经提出管理煤炭开采作业及地下水污染整治。然而，问题是缺少在判定体系(DSS)里与研究相结合的矿井特征参数、数值模拟、风险评估和修复技术选择的研究。这项调查的目的是为了解决这一差距,在以往的研究与发展综合决策支持系统 ( gcdss ) ,支持在煤炭污染的地点所有这些活动对地下水污染的控制 。2 背景: AMD 和它的危害煤矿的矿井排放的酸性矿井污水（AMD）的问题，是一个既困难又耗费金钱的问题。 它能严重地影响地下水的水质，而且导致金属从矿井废物中溶解。AMD来源于金属质硫化物的氧化, 尤其是黄铁矿 (FeS2
4、). 在酸性条件下，黄铁矿的氧化在下列的反应如式 1 中所示: FeS2 + 14Fe3+ 8H2O15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ (1)此反应，显示出每个摩尔的FeS2被转换成2个摩尔的硫酸和16个摩尔的氢。许多酸雨现象都是通过这个反应形成的。有二个方法可以处理 AMD（酸性矿井污水）：积极的处理方式和消极的处理方式。积极的处理方式涉及中和酸性污染水用碱的化学反应，其中包括石灰石、熟石灰、烧碱、纯碱（腐蚀剂苏打）和氨等碱性化学药品 2。积极的处理手段需要大量的才力、人力和时间来维持。消极的处理方法是利用纯自然发生化学反应和生物化学反应来中和酸性污水，而且这种方法需要很少的维持费
5、用甚至达到零费用。静态的方法包括缺氧水沟，石灰石渠道，碱性的地下水，和疏导渠通过人造净化水池或其它沉淀设施，依靠碱性再生和酸根离子转移来中和处理污水。3 支持决策系统的发展3.1理论知识的获取理论知识的获取是DSS开发的一个瓶颈，并涉及工序引出的知识、分析和描述的流程。因为系统的输出只能像输入的一样，所以这是必要的。该研究的理论的主要来源是专家领域的关于煤矿开采统计的数据、和文件。3.2 GCDSS（地下水支持决策系统）GCDSS 是由数字的模型，危险评估和在调控技术的选择等组件组成，以此作为矿井特征的描述。它也由一个友好的用户界面组成，这个界面允许用户输入数据和查询网站的相关数据，并向使用者
6、提出忠告和建议。详细的数值模拟,风险评估及修复技术选择单元描述如下. GCDSS 的结构体系如图1所示：3.2.1矿井开挖的特征参数组件矿井开挖的特征参数对GCDSS 的下列数字的模型，危险评估和修复技术的选择是决定性的。该模块有为另外三个组件提供必需的数据和标准输入的功能。矿井开挖的特征参数上的一些因素在这一个组件中进行分析, 举例来说： 煤矿的类型煤矿有二种类型: 地面开采和地下开采。地面采矿（煤层就在地表或埋藏深度在接近地表）包括开方式的深坑采矿、边坡开采（露天采矿未开采的工作面）或者露天采矿。 地下采矿是在表下进行煤炭开挖的。图1 GCDSS结构体系矿业废料来自煤矿开采活动的主要废弃物
7、是矿井污水和废弃的矸石,这是长期严重影响并使地下水恶化的主要污染源。矿井污水,通常被称为AMD, 是指具有高浓度的酸性并富含重金属的水。当开采煤炭的位置在地下水位以下的时候，矿井污水可直接地污染地下水, 或间接地通过渗水污染地下水。废弃的矸石一般在大的矸石场中处理，当水(如雨水、地表水或者矿井水)浸渗过废弃的矸石场渗到地下水位,地下水的水质很可能受到影响 3。3.2.2数字的模型组件地下水在土壤中的流动的数字模型，需要一些数据输入到土壤净化的特征参数中，包括时间时间积分参数，初始条件和界限条件,多孔渗入的介质分散率差，物质的可溶性、和其他的许多参数。 这一个模块实现了一般的多元传输方程如下式4
8、：式中 m 和 im表示是分式的土壤充满流动和不动的水；Cwm 和 Cwim 分别表示地在土壤中所含水中的污染物W集中体积 毫升 -3；qi 是达西速度LT -1； qwm 和 qwim 是在可移动又不动的状态内分别处于吸附状态污染物 W 的集中间距 毫米 -1； f 是与易流动流动直接的连接处吸附系数； r 是土壤的松散密度 毫升 -3； q s的每一单位体积的介质L3 T-1： 的流动注入(或撤退)的测定体积流程率；r是容重ml - 3 Cws 是污染物 W 的集中流动的量毫升 -3；而且Dij 是流体力学的扩散张量 L2 T-1.3.2.3风险评估组件此处的危险环境是指在致癌物质和非致癌
9、物质影响下所发生受伤、疾病或死亡的可能性的环境5 。地下水的污染的危险的评估包括：模拟为地下水中污染物的危害程度和流动趋势,从废弃的产物的溶解物或污染土壤的估量、对有毒物影响健康和环境的分析，并显示出评估结果。（美国环保局）USEPA(1992)6推荐了两个危险评估的方法：高致癌性终生致癌的污染物和达到危险份额(HQ)没有致癌危险的污染物(ELCR)。过量寿命期癌风险(ELCR)ELCR 被评价为由于在某种具有潜在危险的致癌物质环境下暴露而导致终生单因其而致癌的机率逐渐增加的可能性。它可以被表示成下式关系: ELCR = CDISF (3)式中 CDI是慢性的每日摄取量(毫克/公斤.天), S
10、F是在一定数量的具有潜在的致癌物质中暴露导致的终生都有可能因这个因素而单独致癌的可能性的一个最大估计斜率因素。 在这研究，基于地下水中集中的污染物W ，CDI 可由方程 (4)中计算得出。 CDI = CW IR EFED/ (ATBW) (4)式中 CW 是地下水中的污染物的集中量(毫克/L)，IR 是人类的摄取率(L/日) ，EF 是暴露在污染污中的频率(每天/年)，ED 是暴露持续时间(年),AT是平均时间(AT =365天/年ED), BW 是人的体重(公斤)。在这研究中，对于一个成人对以上这些参数值可取: IR=2 L/日子,EF=350天/年, ED=70年(终生), AT=365
11、每天/年70 年, BW=70个公斤。 危险商数 (HQ)HQ 是用来表示非致癌物的毒性潜能, 如下式所示: HQ = CDI/RfD (5)式中 RfD 是参考剂量(毫克/公斤日子). HQ的值愈大,危险程度也愈较高。举例来说，HQ 的取值0.05表示健康受到伤害的可能性是5% 。然而 RfD 没有与担心程度相同的准确性或精密度，并且不是基于同样严重的毒性危害所以，当 RfD 被接近或者超过线性增长的時候，担心程度也是非线性地增加7。3.2.4地下水在调控技术的选择组件多项技术可以补救煤矿开采活动造成的地下水污染。 地下水污染整治方法可被分成两类：原地处理和场外处理。现场处理是现场处理受污染
12、地下水,然而场外处理方法是把挖掘出来的污染物运出现场后再进行处理。利用这个方法处理AMD时有可能是积极的也可能是消极的。因为用户在特定的位置选择适当的净化技术是困难的，决策支持系统能支持决策程序。用户可以输入必需的数据例如；位置特征参数和数字的模拟参数通过友好的用户者界面进行输入。 GCDSS 能对在一个特定的煤矿开采位置处的地下水污染进行控制、多种组合的修复技术和AMD 的处理方法等方面作出各种功能不同的多种不同的评估，并且可以确定一个最佳的方案。4 结论 在这项研究中，总结了判定系统(GCDSS)在煤矿开采的特定位置，对地下水污染的控制。通过制定GCDSS的功能，矿井的特征参数、数字模型、
13、危险评估和修复技术技术的选择有效地被有机的结合起来。用户能在不同修复技术的选择上存取各种不同的该系统里面的资源并能获得支持。参考资料1 邦尼斯尔-吉辛、帕斯卡尔，马可-艾伦特，珍-雅克 依哈德 ， 菲利贝哈, 升至水面黄铁矿的氧化作为一个酸碱质的功能 , 环境科学和技术, 32,2839-2845,19982 美国内政部 (USDI) ，地表采矿办公室, 矿井酸性污水的治理技术和费用 , 2002. http:/www.osmre.gov/amdtcst.htm3 U. S. 环保署 (USEPA), 粗犷型挖掘位置的描述和清除手册 , 环保署 910 B-00-001 , 环保署区域 10
14、、西雅图，华盛顿, 20004 万 Genuchten,M. Th。, 韦恩戈， P. J., 弥撒移动在吸收媒介 1 可溶物解析。 土壤科学协会的美国日记, 40,473-480,19765 Z. 陈, G. H. 黄， A. 查可马 ， 在受污染的地下水系统评估环境的危险的混合、模糊-随机程序的模型方法 ，环境工程学的日记, 129,79-88,20036 U. S. 环保署 (USEPA) ， 暴露评估的指导方针 ，联邦的寄存器, 57(104), 22888-22938,19927 U. S. 环保署 (USEPA), 危险评估次要投资指导: 第 1 册-人类的健康评估手册 (部份 A
15、), 环保署/540/1-89/002, 紧急和处理效果、华盛顿， D. C. 的办公室, 1989附录BDevelopment of a Decision Support System for Groundwater Pollution Control at Coal-mining Contaminated SitesXiaodong Zhang/Faculty of EngineeringUniversity of Reginaemail: zxdenv.uregina.caChristine W. Chan/ Faculty of Engineering / Energy Informatics Laboratory University of Regina email: Christine.Chanuregina.caGordon Huang /Faculty of Engineering University of Regina email: gordon.huanguregina.caAbstract:Groundwater contamination is one of the major environment
