陜西府谷西部煤礦采空區(qū)生態(tài)修復(fù)措施探討

李譚寶

(國家林業(yè)局 西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，陜西 西安 710048)

2012年3月，國家發(fā)展改革委頒布了《陜甘寧革命老區(qū)振興規(guī)劃》，部署在陜北、隴東、寧東等地建設(shè)國家能源化工基地，實施優(yōu)勢資源轉(zhuǎn)化，振興老區(qū)經(jīng)濟的戰(zhàn)略規(guī)劃[1]。礦產(chǎn)資源開發(fā)大大促進了經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，在國民經(jīng)濟中具有舉足輕重的地位[2]。但在煤炭開采過程中，出現(xiàn)的大量采空地面和堆積煤矸石，破壞、占壓土地資源，毀壞耕地和草場[3-5]；開采過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣等廢棄物，污染環(huán)境，嚴重損壞礦區(qū)生態(tài)[6]；采空區(qū)的塌陷，又可能引發(fā)植被退化甚至引發(fā)地震等災(zāi)難性事件[7]，嚴重影響礦區(qū)和周邊群眾的生產(chǎn)生活和社會穩(wěn)定，不利于經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[4]。隨著原煤開采力度的進一步加大，開采量的不斷累積，煤礦采空區(qū)面積越來越大，由此產(chǎn)生的各種負面影響必然越來越嚴重。如何治理因煤礦開采而遺留的采空區(qū)和塌陷區(qū)，是當前面對的重大課題。

府谷縣位于陜西省北部，地處晉、陜、內(nèi)蒙古接壤地帶，神府煤田腹地，全縣含煤面積1 600 km2，占縣域面積的50%，已探明儲量200億t，均為優(yōu)質(zhì)動力煤和化工用煤。20世紀90年代中期以來，府谷縣實施工業(yè)富縣戰(zhàn)略，經(jīng)濟發(fā)展迅速，然而多年的開采對生態(tài)環(huán)境卻造成了極大的破壞。2012年全縣采空區(qū)面積達267 km2、塌陷區(qū)面積達48 km2。不斷增大的采空區(qū)和塌陷區(qū)不但給本已脆弱的生態(tài)造成了巨大壓力，而且影響到府谷人民的生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定。為此，筆者在分析煤礦采空區(qū)、塌陷區(qū)危害的基礎(chǔ)上，初步探討了府谷西部礦區(qū)應(yīng)實施的生態(tài)修復(fù)措施，并對可能取得的效益進行了估算，以期能為該區(qū)域的生態(tài)治理提供參考。

1 區(qū)域介紹

府谷縣位于北緯39°25′—39°42′、東經(jīng)110°22′—110°55′之間，面積3 229 km2。屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬夏長、春秋短。年均氣溫9.1 ℃，最熱的7月份平均氣溫23.9 ℃，最冷的1月份平均氣溫零下8.4 ℃，氣溫年較差32.3 ℃，多年平均日照時數(shù)為2 894.9 h，無霜期177 d。年均降水量453.5 mm，主要集中在7—9月份，期間降水量占全年的67%。自然災(zāi)害頻繁，地勢西北高東南低，海拔780—1 426.5 m。屬黃土高原農(nóng)牧交錯區(qū)。境內(nèi)水系較多，東部瀕臨黃河，從北向南有皇甫川、孤山川、清水川、窟野河等水系自西北向東南注入黃河。溝壑密布，長1 km以上的溝道1 245條。雨水資源短缺，地下水資源相對豐富。主要土壤類型為風(fēng)沙土和黃綿土。

府谷縣礦區(qū)主要位于縣域西部，涉及新民鎮(zhèn)、老高川鎮(zhèn)、三道溝鎮(zhèn)、廟溝門鎮(zhèn)、大昌汗鎮(zhèn)和趙五家灣辦事處等區(qū)域，共1 051.29 km2，約占縣域面積的1/3，如圖1所示。按照上下錯位、地裂縫的程度、地表植被保存現(xiàn)狀，可將礦區(qū)分為低度、中度和重度塌陷區(qū)3個部分，分別占礦區(qū)面積的14.6%、68.9%和16.5%。采空區(qū)不僅對府谷人民的生命財產(chǎn)安全造成了極大的危害，同時也使礦區(qū)植被覆蓋率下降，給全縣的生態(tài)安全帶來隱患。

2 煤礦采空區(qū)對環(huán)境的危害

地下煤層被采出后，地表和巖石圈的原有力學(xué)平衡被打破，頂板巖層和上覆巖層向下彎曲和移動，若疏于管理，則不能形成新的穩(wěn)固平衡，將產(chǎn)生裂隙和離層[8]。在地下水涌入和沖刷的作用下，上層覆巖、巖層和地表將被破壞，形成采空塌陷區(qū)。塌陷之處，地表房屋、耕地、道路和植被不能幸免，造成全方位的危害。

圖1 府谷縣區(qū)位圖及其西部礦區(qū)涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)

2.1 可耕地資源數(shù)量和質(zhì)量下降

采空區(qū)在覆巖冒落帶和裂隙發(fā)育處的潛水排泄由以水平徑流為主轉(zhuǎn)化為沿冒落帶和裂縫垂向滲漏為主，地下水位迅速下降，切斷采空區(qū)上覆土層與地下水的聯(lián)系，土層更趨干旱。水分、養(yǎng)分等農(nóng)業(yè)條件迅速惡化，輕則影響產(chǎn)量，重則顆粒無收，甚至促使風(fēng)蝕和水土流失加劇，引起土地沙漠化。采空區(qū)一旦塌陷，地表形態(tài)的變化使區(qū)域內(nèi)的耕地受到破壞，可耕地面積迅速減少。塌陷區(qū)地表裂隙急劇增多，土壤蒸發(fā)面積和強度迅速增大，導(dǎo)致土壤持水能力下降。

2.2 地下水位下降和水質(zhì)惡化

我國北方煤炭礦區(qū)大多位于水資源缺乏的區(qū)域，煤炭資源分布和水資源配置呈顯著的逆向性，生態(tài)環(huán)境嚴重先天不足。煤炭資源的開采一般對地表水資源及地下水資源造成重大影響。對地表水資源的影響主要是污染水質(zhì)，而對地下水資源的影響主要是導(dǎo)致其水位下降等。原因是水裂隙帶和地面塌陷范圍的擴大，采煤排水形成了以礦井為中心的降落漏斗，裂隙水向礦坑匯流，在其影響半徑內(nèi)，地下水流速加快，水位下降，局部地區(qū)由承壓水轉(zhuǎn)為無壓水，可利用的水資源量迅速減少，且水質(zhì)迅速惡化。

2.3 植被數(shù)量和多樣性降低，生態(tài)環(huán)境惡化

煤礦采空區(qū)地表裂縫破壞土體的水分環(huán)境，無論是森林，還是灌叢草地，均很難存活，甚至寸草不生。植被數(shù)量明顯減少，物種多樣性顯著降低。生態(tài)環(huán)境惡化，土地生產(chǎn)力下降，極大地增加風(fēng)蝕和沙漠化發(fā)生的可能性。

2.4 危害基礎(chǔ)設(shè)施，影響社會穩(wěn)定

煤礦采空區(qū)一旦出現(xiàn)塌陷，勢必造成許多基礎(chǔ)設(shè)施和公益設(shè)施毀壞、道路變形、水庫漏水、管道扭曲、通信受阻，在有些地方還造成一系列地質(zhì)災(zāi)害。采空區(qū)塌陷不僅影響到當?shù)鼐用竦恼Ｉ?，甚至?xí)劤墒鹿剩＜熬用裆嫼蜕?。這種生態(tài)補償問題若得不到妥善解決，將激發(fā)社會矛盾，增加社會不穩(wěn)定因素[9-10]。

3 煤礦采空區(qū)的生態(tài)修復(fù)措施

礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)主要是指對煤炭開采引起的土地功能退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)缺損、功能失調(diào)等問題，通過工程、生物及其他綜合技術(shù)和措施來恢復(fù)和提高生態(tài)系統(tǒng)的功能，因此針對煤礦采空區(qū)塌陷的不同程度和地表植被的不同賦存狀態(tài)，需要采用不同的生態(tài)保護和生態(tài)修復(fù)措施[11]。減少人為活動，減輕負荷壓力，輔以人工措施，增強生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力與自組織能力，使其進行有序演替，向良性循環(huán)方向發(fā)展[12-13]。

3.1 穩(wěn)定地表沉降和地形整理措施

開采塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)的第一步就是加固地質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其要對裂縫和塌陷活躍的重度區(qū)進行重點加固，使地表沉降趨于穩(wěn)定。目前，控制地面沉陷的主要方法有井下采空區(qū)充填法、覆巖離層帶高壓注漿法等。地形整理則是第二步，通常采用就地平整、填充整理等，隨后實施生態(tài)修復(fù)措施[5]。

3.2 土壤重構(gòu)措施

土地復(fù)墾是煤礦采空區(qū)生態(tài)修復(fù)的主要措施，而土壤重構(gòu)則是土地復(fù)墾成敗的關(guān)鍵[14]。土壤重構(gòu)是以土壤恢復(fù)或重建為目的，采取適當?shù)牟傻V和重構(gòu)技術(shù)工藝，應(yīng)用工程措施及物理、化學(xué)、生物、生態(tài)措施，重新構(gòu)造一個穩(wěn)定的地貌景觀、適宜的土壤剖面和土壤肥力條件，并在較短的時間內(nèi)恢復(fù)和提高重構(gòu)土壤的生產(chǎn)力，并改善重構(gòu)土壤的環(huán)境質(zhì)量。

礦區(qū)土地復(fù)墾的初始階段采用工程重構(gòu)。工程重構(gòu)過程中或結(jié)束后需進行生物重構(gòu)，重構(gòu)“土壤”培肥改良與種植措施，加速重構(gòu)“土壤”剖面發(fā)育，改善土壤環(huán)境質(zhì)量，逐步恢復(fù)重構(gòu)土壤的肥力，提高重構(gòu)土壤的生產(chǎn)力，恢復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)。主要包括土壤改良技術(shù)、污染土壤恢復(fù)技術(shù)、植物品種篩選與植被工藝等，增加土壤有機質(zhì)，提高土壤生產(chǎn)力。

3.3 封育隔離措施

封育隔離措施適用于采空區(qū)內(nèi)的國有林場、保護區(qū)等，其中封育適用于植被保存較好的低度塌陷區(qū)，而隔離措施則適用于塌陷嚴重、土壤地下水污染嚴重和暫難恢復(fù)的重度塌陷區(qū)。具體撫育措施有：對有較強萌蘗能力的喬、灌木覆蓋區(qū)，進行帶狀或塊狀除草、破土整地，實現(xiàn)人工促進天然更新的目的；對自然萌蘗能力不足、幼苗幼樹分布不均的間隙地塊，或樹木稀疏、郁閉度和蓋度低的地塊，進行補植；對遭受地質(zhì)災(zāi)害又無植被分布的地塊進行人工補植；對有萌蘗能力的喬灌木幼樹和母樹，進行平茬或斷根復(fù)壯；對符合封育目標或價值較高的樹種，重點采取除草松土、除蘗、間苗、抗旱等培育措施。

3.4 植被恢復(fù)措施

府谷縣地處陜北黃土丘陵向草原荒漠的過渡地帶，自然條件惡劣，氣候干旱。在造林綠化中，必須針對礦區(qū)干旱瘠薄的土壤條件，做到適地適樹，以提高造林成活率和營林效果。如在一些暫時無法還林的區(qū)域，以草起步、草灌先行，待土壤改良和立地條件改善后再造林，實行草灌喬混交；實行林草間作，在培肥土壤為林木生長創(chuàng)造有利條件的同時，也為畜牧業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)條件，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟效益共贏的目標。

4 煤礦采空區(qū)生態(tài)修復(fù)的效益分析

府谷縣西部采礦區(qū)將實施植被恢復(fù)工程6 400多hm2，包括塌陷區(qū)植被恢復(fù)、火燒殘留區(qū)復(fù)墾還林、高標準通道景觀綠化、川道植被恢復(fù)、礦場景觀綠化等。其產(chǎn)生的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益分析如下：

4.1 生態(tài)效益

(1)防風(fēng)固沙。通過植被重建實施土地修復(fù)工程，既可有效防止周邊生態(tài)系統(tǒng)退化又能減少修復(fù)土地的風(fēng)蝕沙化。據(jù)報道，有林地每公頃的泥沙流失量為0.05 t，而無林地則是2.22 t，兩者相差40多倍；另有研究表明，每公頃森林年均可固土41.76 t[12-14]，由此知生態(tài)修復(fù)后整個府谷西部礦區(qū)每年可減少風(fēng)蝕26.73萬t。

(2)提升礦區(qū)的生物多樣性。項目實施后將有效遏制礦區(qū)環(huán)境的惡化，在提高森林覆蓋率的基礎(chǔ)上最終實現(xiàn)植物生態(tài)系統(tǒng)的多樣性與穩(wěn)定性。吸引周邊動物群落的回遷，增加動物群落多樣性，達到植物和動物群落的動態(tài)平衡。

(3)改善空氣質(zhì)量和局部小氣候。生態(tài)系統(tǒng)重建工程的實施，將對局部空氣質(zhì)量和小氣候產(chǎn)生正面與長效影響。每公頃森林放出的氧氣可供1 000人呼吸，森林還可吸收大氣中的有害氣體。森林能阻擋和過濾粉塵，是天然的吸塵器，林木樹冠茂密，具有降低風(fēng)速的作用，當含塵量很大的氣流通過樹林時，隨著風(fēng)速的降低，空氣中攜帶的顆粒較大的粉塵迅速下降，另外有些樹的葉面粗糙，有絨毛或者能夠分泌油脂或黏液，能吸收空氣中的大量飄塵，經(jīng)過樹林的凈化大氣中的灰塵含量會大大降低。據(jù)報道，每公頃森林年均可吸收各種灰塵330～900 t，與無林區(qū)相比，降雨次數(shù)和降雨量多20%。

4.2 社會效益

生態(tài)修復(fù)措施的實施，可以減少因采礦而造成的新增水土流失，保障當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全。復(fù)墾措施的實施還可為府谷群眾提供更多的就業(yè)機會，對于維護社會安定能起到積極的促進作用。建設(shè)后的林地、草地，恢復(fù)了林、草植被覆蓋，有助于緩解建設(shè)國家能源化工基地與保護林業(yè)資源的矛盾。

4.3 經(jīng)濟效益

府谷縣既是黃河中游138個水土流失嚴重縣之一和陜西省沙化土地分布的重點縣，又是國家能源化工基地，環(huán)境、人口、資源矛盾非常突出。府谷縣西部采礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方案的實施，可以改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，有助于打破生態(tài)系統(tǒng)對當?shù)啬茉撮_發(fā)的約束，為府谷縣經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和能源化工基地的建設(shè)提供支撐和保障；可以極大地改善府谷西部采礦區(qū)群眾的生產(chǎn)、生活條件，為當?shù)厝嗣袢罕娞峁┮粋€良好的生存環(huán)境，為建設(shè)社會主義新農(nóng)村做出貢獻。

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