南四湖濱湖流域采煤塌陷與洼地綜合治理研究

尚書河，耿 勇，陳立峰，李玥璿

(1.山東省淮河流域水利管理局規(guī)劃設(shè)計(jì)院，250100，濟(jì)南；2.山東省濟(jì)寧市洙趙新河管理處，272000，濟(jì)寧)

南四湖流域煤炭資源豐富，是全國十三大煤炭基地之一。至2009年年底，已累計(jì)生產(chǎn)原煤10億t以上，實(shí)際年生產(chǎn)能力超過1億t。隨著煤炭資源的開采，南四湖周邊地區(qū)形成大面積成片塌陷地，截至2009年年底，流域采煤塌陷地總面積為35.15萬畝（2.34萬 hm2），其中積水面積為11.77萬畝（0.79萬hm2）。目前采煤塌陷地每年以3萬畝（0.2萬hm2）的速度增加，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年總塌陷面積為 73 萬畝（4.87 萬 hm2），其中常年積水面積將達(dá)到29萬畝（1.93萬hm2）。

南四湖是南四湖流域3.17萬km2的主要排水承泄區(qū)，湖周邊37 m等高線(廢黃河高程)以下地區(qū)常年承受湖、河側(cè)滲影響，汛期受湖、河水位頂托，嚴(yán)重影響區(qū)內(nèi)澇水自排，嚴(yán)重的地方積水0.1～0.2 m，形成濱湖洼地，面積2 303 km2。濱湖洼地內(nèi)地勢(shì)平坦、人口密集，是山東省的糧食高產(chǎn)區(qū)。隨著煤炭資源的大規(guī)模開采，大面積良田塌陷絕產(chǎn)，大量村莊被迫搬遷，越來越多的農(nóng)民將失去賴以生存的土地。同時(shí)，因塌陷區(qū)地貌的改變，破壞了原有的灌排體系，導(dǎo)致河流斷流、堤防坍塌，進(jìn)一步惡化了洼地內(nèi)澇水自排條件。采煤塌陷治理與洼地綜合治理結(jié)合，是迫切需要研究的重要課題。

一、采煤塌陷治理已有模式及效果分析

根據(jù)濱湖地區(qū)采煤塌陷治理實(shí)踐，對(duì)于常年積水的重度塌陷區(qū)，一般有三種方法進(jìn)行治理：一是“生態(tài)治理法”，即采取圍湖造岸、植樹種草，形成相對(duì)獨(dú)立的小湖泊，實(shí)行種植、養(yǎng)殖、加工、旅游綜合開發(fā)相結(jié)合的立體治理模式。二是 “預(yù)置填充法”，此法的前提是有足量的煤矸石等填充物，在塌陷地表破壞發(fā)生之前或已發(fā)生但未穩(wěn)定之前，預(yù)測(cè)塌陷深度，提前剝離表土，用煤矸石等填充物充填抬高，然后表面覆土，使其塌陷之后與周圍地貌基本持平，用于種植、養(yǎng)殖或非農(nóng)業(yè)建設(shè)。三是“泥漿吹填法”，即對(duì)于沿黃河、沿湖地帶的塌陷區(qū)域，利用泥漿泵抽調(diào)河湖底泥，充填至塌陷區(qū)域，盡可能恢復(fù)塌陷地的生態(tài)功能。

在三種治理方式中，“生態(tài)治理法”治理區(qū)域的絕大多數(shù)因塌陷土地?zé)o法恢復(fù)原狀而形成水面?！邦A(yù)置填充法”治理區(qū)域則根據(jù)十多年的實(shí)踐證明，礦區(qū)內(nèi)缺乏恢復(fù)耕地的填充物，即便是已經(jīng)預(yù)置填充治理過的區(qū)域，因下組煤的開采還面臨著再次塌陷和重復(fù)治理的問題?！澳酀{吹填法”規(guī)模較大的是濟(jì)寧市采煤塌陷地引黃沖填復(fù)墾項(xiàng)目，工程范圍主要涉及濟(jì)寧市梁山縣、汶上縣、嘉祥縣，近期引水輸沙至汶上縣陽城煤礦建設(shè)總長(zhǎng)50.84 km，至嘉祥縣梁寶寺煤礦建設(shè)總長(zhǎng)59.75 km，工程引水天數(shù)為260天，采用絞吸式挖泥船經(jīng)管道混合式接力輸入沉沙淤積區(qū)域，管道直徑350～650 mm，管道設(shè)計(jì)引水流量1.82～2.36 m3/s， 根據(jù)高村站 1951—2009年實(shí)測(cè)泥沙資料進(jìn)行分析計(jì)算，含沙量多年平均19.73 kg/m3，汛期平均含沙量為28.31 kg/m3，非汛期平均含沙量為9.38 kg/m3。根據(jù)黃河水沙特點(diǎn)，結(jié)合引水輸沙條件及工程條件，挖泥船及組合式泥漿泵，使黃河水含沙量達(dá)到 300～450 kg/m3，實(shí)現(xiàn)引黃淤填采煤塌陷地的目的。按充填厚度2.2 m計(jì)算，年設(shè)計(jì)輸送沙量648.96萬m3，充填面積為4 429.96畝（295.33 hm2）。引黃沖填復(fù)墾項(xiàng)目使?jié)钡V區(qū)采煤塌陷地每年減少近1/4，但考慮到輸沙距離長(zhǎng)、充填區(qū)泥漿回流處理、黃河水資源分配制度等因素，成本較高。

二、洼地綜合治理模式思路

從水利角度講，濱湖洼地綜合治理模式無非是灌排結(jié)合，入湖河道既承擔(dān)灌溉引水任務(wù)，又承擔(dān)汛期除澇任務(wù)。灌溉需要考慮的主要有地表水水源和引水路線兩個(gè)問題。濱湖洼地的水源主要是南四湖及大型平原河道上節(jié)制閘所攔蓄的水源，引水路線主要考慮引水?dāng)嗝娴赘叱毯蛯挾?。?duì)不滿足要求的引水路線進(jìn)行疏挖，以滿足引水流量要求；對(duì)于灌溉泵站，根據(jù)其控制灌溉面積和存在問題分別采取相應(yīng)的治理措施。

濱湖洼地排澇問題，先湖東后湖西，從北至南對(duì)濱湖水系進(jìn)行排澇分區(qū)，共劃分一級(jí)排澇分區(qū)75個(gè)，二級(jí)排澇分區(qū)105個(gè)，三級(jí)排澇分區(qū)586個(gè)(泵站排澇分區(qū))。對(duì)各分區(qū)的除澇能力進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)核，對(duì)不滿足標(biāo)準(zhǔn)的河道及干溝進(jìn)行疏挖，有防洪任務(wù)的河段結(jié)合疏挖進(jìn)行復(fù)堤，解決澇水入湖問題，對(duì)586座除澇泵站根據(jù)其控制除澇面積和存在的問題分別采取相應(yīng)的治理措施，解決澇水排入干流問題。

三、采煤塌陷治理與洼地綜合治理結(jié)合的可行性分析

1.采煤塌陷治理與洼地內(nèi)中小河流水系調(diào)整結(jié)合

采煤塌陷治理與洼地綜合治理相結(jié)合的前提是以現(xiàn)狀年的灌排體系為基礎(chǔ)，結(jié)合礦區(qū)分布及近期、中期、遠(yuǎn)期塌陷深度預(yù)測(cè)，在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮中遠(yuǎn)期的地貌改變，對(duì)塌陷區(qū)范圍內(nèi)中小河流水系進(jìn)行必要的優(yōu)化調(diào)整，在滿足灌排要求的前提下，盡量減小采煤塌陷對(duì)骨干河道、堤防的影響。

2.采煤塌陷治理與河道式水庫建設(shè)結(jié)合

采煤塌陷生態(tài)治理法采取圍湖造岸、植樹種草，形成相對(duì)獨(dú)立的小湖泊，如果塌陷區(qū)位于骨干河道兩側(cè)或旁邊，可以將塌陷區(qū)納入河道，在塌陷區(qū)外圍修建堤防，在下游修建節(jié)制閘，建設(shè)河道式水庫。鄒城以西的白馬河兩岸北宿煤礦、南屯煤礦、鮑店煤礦、東灘煤礦形成的連片塌陷區(qū)就是此類典型。此結(jié)合模式的優(yōu)點(diǎn)有三：一是可以挖深河道取土治理周邊塌陷區(qū)，河道式水庫一般水深不小于5 m，可取土1～3 m回填周邊塌陷區(qū)。二是有效緩解河道式水庫控制范圍內(nèi)洼地的灌溉水源緊張問題。三是增加了河道調(diào)蓄能力，汛期根據(jù)洪水預(yù)報(bào)綜合調(diào)度，提高河道的防洪能力。

3.采煤塌陷治理與飲水安全水庫建設(shè)結(jié)合

近年，隨著國家對(duì)飲水安全的重視，濟(jì)寧、菏澤兩市正興建一批平原水庫，濟(jì)寧市典型的為金鄉(xiāng)縣高河水庫，工程位于金鄉(xiāng)縣城東北部7.5 km處，水庫北臨高河鎮(zhèn)駐地，南至高速路連接線，西臨高河社區(qū)，東至東溝河，庫區(qū)開挖棄土700萬m3左右，水庫距金橋煤礦4 km，距鹿洼煤礦12 km，按2.5 m的平均棄土高度，可治理采煤塌陷地4 200畝（280 hm2）。菏澤市典型的為鄆城城南水庫，工程位于鄆城縣南外環(huán)處，庫區(qū)開挖棄土800萬m3左右，水庫距郭屯、彭莊、鄆城煤礦均10 km以內(nèi)，距嘉祥縣梁寶寺煤礦20 km，按2.5 m的平均棄土高度，可治理采煤塌陷地4 800畝（320 hm2）。以上實(shí)例既解決了采煤塌陷所缺少的土料問題，又解決了水庫棄土臨時(shí)占地的問題。

4.采煤塌陷治理與提高洼地內(nèi)河道灌排標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合

根據(jù)洼地內(nèi)河道現(xiàn)狀進(jìn)行過流能力分析計(jì)算，現(xiàn)狀除澇流量?jī)H為設(shè)計(jì)除澇流量(5年一遇)的 19%～75%，河道淤積嚴(yán)重，需進(jìn)行治理。河道引水能力除湖西的洙水河、蔡河下游、西支河以及湖東的幾條短引河引水能力較好外，其他河道引水能力均較差。湖西的新河二號(hào)煤礦、王樓煤礦、鹿洼煤礦，湖東的二號(hào)井、三號(hào)井、二級(jí)壩附近的煤礦，均在洼地治理范圍內(nèi)，可提高排澇河道、干溝的除澇標(biāo)準(zhǔn)至10年一遇，擴(kuò)寬子槽以利排水，挖深河底以利引水，棄土用于采煤塌陷地治理，實(shí)現(xiàn)采煤塌陷治理與提高洼地內(nèi)河道灌排標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。

四、結(jié) 語

南四湖地區(qū)是全國重要的煤炭基地之一，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要能源支撐，但南四湖流域采煤塌陷面積之廣、塌陷之深全國罕見，且塌陷地分布之處原本人口稠密、土地肥沃，排灌設(shè)施配套齊全，多屬于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的噸糧田，因采煤塌陷造成的危害巨大。采煤塌陷地治理與洼地綜合治理相結(jié)合，通過調(diào)整中小河流水系、建設(shè)河道式水庫、疏挖河道提高灌排標(biāo)準(zhǔn)等措施治理塌陷地，

同時(shí)提高洼地整體灌排標(biāo)準(zhǔn)，這既符合國家的土地政策和水利政策，又維護(hù)了塌陷區(qū)社會(huì)的穩(wěn)定，有利于促進(jìn)塌陷區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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