探索采煤沉陷區(qū)水系治理方法的新思路

李雁秋

【摘要】本文以淮南西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理中的水系治理方案為例，針對水系封閉、水環(huán)境污染、水景破壞等問題，提出“流動、清潔、活力”的水系統(tǒng)治理目標及具體的實施措施。“流動”指在保障基本環(huán)境容量基礎(chǔ)上，結(jié)合地形，增加水系互聯(lián)程度；“清潔”指利用天然沉陷低洼廢棄地及淺積水區(qū)，修建人工濕地對周邊匯水進行深度處理；“活力”指通過多樣化的水系堤岸布置和河道水系景觀的建設(shè)提升水景質(zhì)量、豐富水景變化。

關(guān)鍵詞：采煤沉陷區(qū)；水系規(guī)劃；生態(tài)治理

中圖分類號：TD1 文獻標識碼： A

【 Abstract:】 This article in huainan coal mining subsidence area in western ecological management of the water treatment project as an example, in view of the drainage closed, water damage and other issues, put forward "dredge, clean and vitality" of water system management objectives and the implementation of specific measures. "Open" refers to the security, based on the basic environmental capacity, according to the topography increases water system interconnection degree; "Clean" refers to the use of natural subsidence low-lying land and shallow water area, the construction of artificial wetland on surrounding catchment deep processing; "Vigor" means through diversification of river bank arrangement and the construction of river stream landscape improve water quality, rich water scene changes.

Keywords: coal mining subsidence area; Water system planning; Ecological management

采煤沉陷區(qū)是由于地下煤炭資源開采以后，采空區(qū)上覆巖層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，依次發(fā)生冒落、斷裂、彎曲等移動變形，最終涉及地表，形成比采空區(qū)面積大的近似橢圓形的下沉盆地，地表產(chǎn)生坡地、積水、凹凸不平、裂縫等。在開采沉陷和雨水、風(fēng)力等因素的綜合作用下，使得地表產(chǎn)生破壞、推移、變形、沉積等土壤侵蝕現(xiàn)象，平原高潛水位地區(qū)易產(chǎn)生常年和季節(jié)性積水，形成深淺不等、大小不一的各自封閉式的塌陷水面，地表由采礦前的陸地生態(tài)環(huán)境演變?yōu)椴傻V后的水生生態(tài)環(huán)境。在此類沉陷地的生態(tài)治理與修復(fù)工作中，水系是關(guān)鍵要素，如何開發(fā)利用沉陷水面，充分發(fā)揮水資源優(yōu)勢對此類沉陷地的綜合治理至關(guān)重要。本文以淮南西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理中的水系規(guī)劃為案例，探索采煤沉陷區(qū)水系規(guī)劃的思路及方法，對資源型城市礦區(qū)生態(tài)治理工作的開展具有一定的借鑒意義。

1、背景分析

煤炭資源是我國重要的基礎(chǔ)能源，在國民經(jīng)濟建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略地位。煤炭資源開采一方面促進了社會經(jīng)濟發(fā)展，另一方面影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，如地下開采導(dǎo)致地表塌陷、形成大面積水面、煤矸石堆壓土地等，引起區(qū)域耕地絕產(chǎn)、村莊搬遷等一系列社會問題?；茨鲜形鞑坎擅核輩^(qū)綜合治理規(guī)劃可為全面實現(xiàn)區(qū)域“人口、資源、環(huán)境”協(xié)調(diào)發(fā)展，提高人民生活和生產(chǎn)條件，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，全面實現(xiàn)小康社會建設(shè)，規(guī)范淮南市采煤塌陷區(qū)水系治理工作，協(xié)調(diào)礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)系提供支撐和服務(wù)。

采煤沉陷區(qū)概況

由于煤炭資源多年來大規(guī)模開采導(dǎo)致地應(yīng)力減小，淮南市境內(nèi)已形成較大面積的采煤塌陷區(qū)水系。雖然淮南市人民政府及各相關(guān)單位盡力推進采煤塌陷區(qū)水系治理工作，但由于缺少塌陷區(qū)治理總體方案、治理責(zé)任主體未落實、治理資金不到位等原因，使采煤塌陷區(qū)生態(tài)水系環(huán)境破壞嚴重，給區(qū)域居民生產(chǎn)生活帶來諸多不便，也給煤礦企業(yè)生產(chǎn)用地和村莊搬遷帶來巨大難度，有效開展采煤塌陷區(qū)綜合整治是一個亟需解決的問題。

淮南煤炭資源開采為多煤層開采，多煤層開采具有以下特點：在同一塌陷區(qū)域內(nèi)由于不同煤層在不同時期開采而會在不同時期內(nèi)反復(fù)多次塌陷，此外，隨著開采不斷進行塌陷深度會越累積越深?；茨系V區(qū)是我國典型的高潛水位區(qū)，煤炭資源開采結(jié)束以后，會出現(xiàn)大面積，大深度的常年積水區(qū)。這些特點也為塌陷區(qū)的及時治理和利用帶來了不利因素和特殊性。

淮南市是全國著名的煤炭資源型城市，其西部地區(qū)為老工礦區(qū)，長期煤炭資源開采帶來經(jīng)濟增長的同時也破壞了生態(tài)環(huán)境，地表沉陷問題尤為突出。西部地區(qū)采礦歷史長，強度大，沉陷相對較嚴重，至2012年底，全市沉陷區(qū)面積達30.69萬畝，由于淮南礦區(qū)屬于平原多煤層開采類型，煤層傾斜度大，導(dǎo)致地表移動和變形大，最大沉陷深度達19.8米。同時由于西部地區(qū)緊鄰淮河，地下水位較高，因此沉陷區(qū)地表積水嚴重，最大水深達10米以上。

水系治理思路

3.1水系現(xiàn)狀

淮南西部沉陷區(qū)規(guī)劃區(qū)總面積66.3平方千米，其中水體面積約9平方千米，最大水域為除東部十澗湖為自然水體，其余80%左右均為沉陷水面，預(yù)計未來隨著沉陷面積的增加，沉陷積水面積還將逐漸增加。規(guī)劃區(qū)屬半濕潤季風(fēng)氣候，年降水量933毫米，且北依淮河，水資源相對豐富。目前規(guī)劃區(qū)內(nèi)部分水體之間通過河流及涵洞相互連通。沉陷水面主要水源為：舜耕山系及西部八公山山系來水；城區(qū)部分生活污水；淮河汛期排水等，水源相對較豐富。

圖1. 水系現(xiàn)狀圖圖2 匯水分析圖

3.1存在問題

（1）水體之間缺乏貫通。仍有大量沉陷水體處于封閉或半封閉狀態(tài)，不利于水系流通和水體自凈。

（2）水環(huán)境質(zhì)量較差。根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)采樣檢測，沉陷水體水質(zhì)較差，很多已出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀況。水污染形勢嚴峻。西部城區(qū)污水處理能力不足，部分生活污水及工業(yè)廢水直接排入附近河流水體，同時周邊仍有農(nóng)村居民和部分農(nóng)田，面源污染也對水環(huán)境造成極大威脅。

（3）沉陷水體周邊環(huán)境較差，亂搭亂建現(xiàn)象嚴重，地形、植被等遭到沉陷破壞較嚴重，整體水景觀較差。

3.2水系治理方法

因地制宜充分利用山水、濕地、農(nóng)田、魚塘等景觀肌理，并針對現(xiàn)狀水系主要問題，提出“活力、清潔、流動”的水系統(tǒng)建設(shè)目標。具體思路為：在維持水體交換，保障基本環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，加大水系密度，增加水系互聯(lián)互通，改善沉陷區(qū)水文環(huán)境與水生態(tài)，構(gòu)建聯(lián)通水系；通過污染源控制，建設(shè)凈化型人工濕地，構(gòu)建清潔水系；通過不同風(fēng)格水系景觀的打造，構(gòu)建活力的水系。

3.2.1構(gòu)建活力水系

通過多樣化的水系堤岸布置和河道水系景觀的建設(shè)提升水景質(zhì)量、豐富水景變化，滿足安全性、親水性、景觀性、生態(tài)性等多方面要求。

水系堤岸布置

根據(jù)水系寬度、濱水景觀分區(qū)、水系景觀類型等方面的要求，確定3種水系堤岸類型。

人工護岸：砌石護岸能通過石材加工和砌筑方法來表達景觀的細微變化、地域特色，作為天然材料，從景觀角度考慮比較好。混凝土護岸雖然造型單調(diào)、難以突出河流個性，但易于施工，造價低。

自然生態(tài)護岸：充分利用現(xiàn)狀，對護岸進行微地形、生態(tài)處理，在保證安全情況下，提倡生態(tài)護岸。

人工與自然結(jié)合護岸：根據(jù)景觀及河道排水要求，不同地段采用不同護岸形式。

水系景觀：根據(jù)坡度、周邊綠地系統(tǒng)及建筑類型選取水系景觀形態(tài)，不同景觀形態(tài)需要不同的水系形態(tài)予以支撐。

靜態(tài)水景：靜態(tài)的水景通常是指水景平靜、幽深、凝重。連續(xù)靜態(tài)水景的串聯(lián)可展示幽靜特點，也可以緩解城市帶來的硬質(zhì)景觀，增加環(huán)境的生機。根據(jù)景觀要求，各水系可適當設(shè)置水位調(diào)控設(shè)施，以利于河道景觀效果。

跌瀑景觀：“跌瀑”是根據(jù)地形特點，通過一定的坡度變化，分段跌落，給人視覺上的沖擊，形成豐富的水景景觀層次。

濕地景觀：濕地具有非常重要的生態(tài)和休閑價值，在抵御洪水、控制污染、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境等方面發(fā)揮很重要的作用，同時對維護生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。結(jié)合地形在邊緣水系、沉陷區(qū)的部分地段可采用濕地形式。

沙岸景觀：沙岸河道景觀多設(shè)置在寬敞水面處，通過在水體邊緣鋪設(shè)砂石以及在護岸處設(shè)置景觀植物形成良好的親水環(huán)境。

自然水景觀：一般位于城市周邊，最大限度維持水體現(xiàn)狀形態(tài)及生態(tài)鏈，為植物生長以及水生動物棲息創(chuàng)造條件。

3.2.2構(gòu)建清潔水系

構(gòu)建清潔水系措施主要包括加大污水收集與處理力度、建設(shè)人工濕地凈化水體、采取工程措施進行水系整治、開展生態(tài)修復(fù)以提高生態(tài)自凈能力等。此處重點介紹建設(shè)人工濕地面積的確定。人工濕地污水處理系統(tǒng)是在一定長寬比及地面坡度的洼地上由填料床和床體上種植的處理性能好、成活率高、抗水性強的植物（如蘆葦和鳳眼蓮等）及水生動物、微生物所組成的獨特生態(tài)環(huán)境，污水流經(jīng)床體表面和填料縫隙時，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實現(xiàn)對污水的高效凈化。規(guī)劃區(qū)內(nèi)存在大量沉陷低洼廢棄地及淺積水區(qū)，利用這些天然資源修建人工濕地，可顯著降低周邊環(huán)境對水體的污染脅迫，提高水質(zhì)、改善水環(huán)境。

未來規(guī)劃區(qū)的污水主要為污水廠尾水（城鄉(xiāng)生活污水）及工礦廢水。根據(jù)《淮南市西部城區(qū)分區(qū)規(guī)劃》對社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的預(yù)測進行污水及污染物的測算，進入人工濕地的水污染物排放特征見下表。

進入人工濕地的水污染物特征

污染物種類 工業(yè)廢水 生活污水（污水處理廠出水）

污水排放量（萬m3/日） 1.93 21.00

BOD濃度（mg/L） 13.19 20.00

BOD總量（噸/日） 0.25 4.20

氨氮濃度（mg/L） 2.51 8.00

氨氮總量（噸/日） 0.05 1.68

城鎮(zhèn)生活污水經(jīng)污水廠處理后仍然無法直接用于景觀，排入人工濕地進行進一步處理后，出水標準設(shè)計將滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅲ類水標準，BOD出水濃度小于4mg/L，氨氮出水濃度小于1mg/L。根據(jù)公式(1)對凈化型人工濕地總需求進行估算：

（1）

式中As為濕地面積；Q為流量，a為水力負荷。分別利用水力負荷和BOD負荷進行計算互為校核。參照國內(nèi)外相關(guān)文獻及相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，人工濕地水力負荷取20~50mm，BOD負荷取70~100kg/（ha?d）[3-4]。規(guī)劃區(qū)建設(shè)凈化型人工濕地的總需求約64公頃，總處理能力23萬噸/日。

主要凈化型人工濕地規(guī)模

濕地位置 污水來源 面積

（公頃） 處理規(guī)模

（萬噸/日）

淮西湖濕地 工礦生產(chǎn)污水、污水廠尾水、雨水 31.87 11.43

十澗湖濕地 城鎮(zhèn)生活污水、雨水 6.13 2.22

瓦埠湖濕地 污水廠尾水、雨水 26.22 9.28

合 計 64.22 22.93

3.2.3構(gòu)建流動水系

利用ArcGIS對規(guī)劃區(qū)內(nèi)自然匯水進行分析，結(jié)合自然地形條件及現(xiàn)狀水面，規(guī)劃貫通部分水面，形成動態(tài)流動水面，打造“三湖、一線多渠”的水系格局。

“三湖”：以十澗湖、淮西湖和瓦埠湖為主構(gòu)成的湖面是規(guī)劃區(qū)水系的核心部分，其中淮西湖及十澗湖濕地均為沉陷水面治理而來。三湖以生態(tài)保育和景觀利用為主，嚴格控制水體污染。

“一線”：在現(xiàn)狀水系聯(lián)通的河流、涵洞基礎(chǔ)上，將主要水面進行聯(lián)通，同時增強規(guī)劃區(qū)內(nèi)水體與外界水體的聯(lián)系，向北與淮河聯(lián)通，向南延伸至瓦埠湖，加快水體交換，提高水體自凈能力。

“多渠”：根據(jù)區(qū)域地形與水系匯水特點，在現(xiàn)狀山脈匯水通道基礎(chǔ)上，分別自西部八公山和東部舜耕山修建多條匯水通道，穿越西部城區(qū)進入規(guī)劃區(qū)水系和濕地系統(tǒng)，沿渠兩側(cè)布置綠化，引水入城，建立連接區(qū)域內(nèi)外的生態(tài)交換網(wǎng)絡(luò)。

圖3 水系結(jié)構(gòu)圖 圖4 水系布局圖

4、結(jié)語

采煤沉陷區(qū)擁有豐富的水系資源，合理開發(fā)利用有助于涵養(yǎng)城市生態(tài)環(huán)境美化、豐富區(qū)域景觀。本文通過對淮南采煤沉陷區(qū)的水系治理方法進行了有益的探索和嘗試，針對沉陷區(qū)水系特點，提出“活力、清潔、流動”的水系治理目標，并探討利用濕地、防護林涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等功能，最大限度地發(fā)揮水系的生態(tài)效益。利用原有水體營造自然水景、跌瀑景觀、濕地景觀、沙岸景觀。以濕地植物為主要造景元素，展示豐富多彩的濕地水景空間，讓人們可以在此感受濕地的水景、野趣、森林的寧靜、清新的空氣……。

參考文獻

渠俊峰, 李鋼, 張紹良. 基于平原高潛水位采煤塌陷土地復(fù)墾的人工濕地規(guī)劃—

2008, (3): 27-30.

淮南市西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理規(guī)劃（2009-2025年）