Effect of Flow Rate on Acidity Concentration from Above-Drainage Underground Mines

Abstract

High flows during spring runoff and snowmelt can increase the concentrations of contaminants in the discharge or dilute them. In the Appalachian region, March tends to be a time of high flows from underground mines, May has moderate flow rates, and July has low flows. The objective of this study was to determine the effect of flow rate on water quality from five acid-producing, above-drainage underground mines in West Virginia. We measured flow rates and acidity twice a week for 3 weeks in March, May, and July 2007. As expected, flow rates in March (average of five sites) were significantly higher at 32 L s⁻¹ than flows in May and July at 18 and 6 L s⁻¹. Flows during weeks within months were not significantly different. Acidity concentrations for March and May (high and moderate flow months) were significantly lower at 342 and 400 mg L⁻¹ (as CaCO₃) than those in July at 524 mg L⁻¹ (as CaCO₃). Similar to flow, acidity concentrations during weeks within the same month were not significantly different. In general, this data supported the ‘dilution’ concept, where higher flow rates resulted in lower acidity concentrations from above-drainage underground mine discharges.

Zusammenfassung

Die hohen Abflüsse während des Frühjahrsabflusses und der Schneeschmelze können die Konzentrationen von Schadstoffen im Ablauf erhöhen oder verdünnen. In der Appalachen-Region, ist März eine Zeit der hohen Abflüsse, Mai der moderaten Abflüsse und Juli der geringen Abflüsse aus unterirdischen Minen. Das Ziel dieser Studie war es, die Wirkung der Fließgeschwindigkeit auf die Wasserqualität aus fünf säurebildenden Abflüssen aus Untertagebergwerken in West Virginia zu bestimmen. Es wurden die Durchflussraten und der Säuregehalt zweimal pro Woche für einen Zeitraum von drei Wochen im März, Mai und Juli 2007 gemessen. Wie erwartet, waren die Durchflussraten im März (Durchschnitt aus fünf Standorten) mit 32 L/s deutlich höher als die Durchflüsse im Mai und Juli mit 18 und 6 L/s. Die Durchflüsse innerhalb eines Monats waren nicht signifikant unterschiedlich. Die Säurekonzentrationen für März und Mai (hohe und moderate Durchflüsse) waren signifikant niedriger (342 und 400 mg/L als CaCO3) als diejenigen im Juli (524 mg/L als CaCO3). Ähnlich den Durchflussraten, gab es keine signifikanten Unterschiede in den Säurekonzentrationen innerhalb eines Monats. In der Regel unterstützten die Daten die “Verdünnungstheorie”, wobei höhere Durchflussraten zu geringeren Säurekonzentrationen im Abfluss führen.

Resumen

Los altos flujos durante la llegada de la primavera y la fusión de la nieve pueden incrementar o diluir las concentraciones las concentraciones de contaminantes en la descarga. En la región de los Apalaches, Marzo tiende a ser un tiempo de altos flujos desde las minas subterráneas, Mayo tiene flujos moderados y Julio tiene bajos flujos. El objetivo de este estudio fue determinar el efecto del flujo sobre la calidad del agua de cinco drenajes de minas subterráneas en el oeste de Virginia. Los flujos y la acidez fueron medidos dos veces por semana en los meses de Marzo, Mayo y Julio de 2007. Como se esperaba, los flujos en Marzo (promedio de los cinco sitios) fueron significativamente mayores, con 32 L s-1, mientras que los flujos en Mayo y Julio fueron 18 y 6 L s-1. Los flujos en las distintas semanas de un mismo mes no fueron significativamente distintos. Los valores de acidez para Marzo y Mayo (meses con altos y moderados flujos) fueron significativamente menores, con 342 y 400 mg/L (como CaCO3) que aquellos en Julio donde alcanzó 524 mg/L (como CaCO3). Al igual que el flujo, los valores de acidez en diferentes semanas del mismo mes no fueron significativamente diferentes. En general, este dato respaldó el concepto de “dilución” donde mayores flujos provocaron menores valores de acidez en las descargas de las minas.

抽象

在春季融雪和径流之际,地下矿井排泄污水流量达到最大值。最大污水流量或增大或稀释污染物浓度。在阿巴拉契亚地区,地下矿井排泄污水流量通常在三月份最大、五月份中等、七月份最小。本文旨在以西弗吉尼亚5个位于潜水面以上、产生和排泄酸性污水且已废弃的地下矿井为例,研究矿井污水流量对水质的影响。分别于2007年3月、5月和7月,我们进行了每月为期一周、每周2次的矿井污水流量和酸度监测。监测结果显示,3月份污水流量(取5个场地的平均值)为32 L·s^-1,明显高于5月份和7月份污水流量(分别为18 L·s^-1和6 L·s^-1)。在当月的监测周内,污水流量没有明显变化。3月份和5月份(即,最大和中等污水流量月)的酸度分别为342和400mg/L(以CaCO3计),明显低于7月份酸度524mg/L (以CaCO3计)。与流量变化规律相似,酸度在当月监测周内没有显著差异。该结果符合“稀释”原理,最大污水流量导致位于潜水面以上地下矿井废水的低酸度。