大同煤炭基地水生態(tài)現(xiàn)狀及修復(fù)對(duì)策探析

張建成

(山西省大同市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 大同 037006)

大同市地處背風(fēng)的內(nèi)蒙高原內(nèi)陸區(qū)，屬高原溫帶季風(fēng)型大陸性氣候。春季受蒙古高原大氣環(huán)流的影響，冷空氣活動(dòng)頻繁，風(fēng)大沙多，干旱少雨。夏季受太平洋副熱帶暖濕氣流控制，雨熱同步，降水集中，多暴雨和雷陣雨。降水量分布由山區(qū)向盆地遞減、迎風(fēng)坡大于背風(fēng)坡，年降水量約70%集中在7、8、9月份，因而形成了“十年九旱，年年春旱”的氣候特征。

大同市新構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈，地形地貌是在燕山運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上改造發(fā)展形成的，突出的特點(diǎn)是斷陷盆地的形成和強(qiáng)烈的火山運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)烈的火山運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為左云、大同等有火山噴發(fā)相的玄武巖分布，大面積的玄武巖主要展布在北緯40°以北。出露的太古界分部于雷公山、采涼山一帶。元古界、古生界地層構(gòu)成中高山區(qū)，寒武系、奧陶系、石炭系分布于口泉至青磁窯帶狀邊山一線，二迭系出露在口泉鎮(zhèn)西南，侏羅系分布于云崗以西廣大地區(qū)，這一區(qū)域是大同市煤炭主產(chǎn)區(qū)，也是大同經(jīng)濟(jì)文化的核心區(qū)域。新生界為松散堆積物及玄武巖，分布于西部邊山丘陵及盆地沿河區(qū)域。地區(qū)性地層構(gòu)造，形成栗鈣土面積較廣，山丘至平原均有，土質(zhì)較粗，以沙壤土為主，不利于作物生長(zhǎng)，加之水資源貧乏，客觀上生態(tài)環(huán)境脆弱。御河由北向南流經(jīng)大同市區(qū)，流域包括了大同市南郊區(qū)(城區(qū)、礦區(qū))、新榮區(qū)、左云縣、陽(yáng)高縣、大同縣、朔州市右玉縣及懷仁縣部分面積。流域內(nèi)煤炭資源豐富，工礦企業(yè)眾多，是大同市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的核心區(qū)域，同時(shí)也是全市生態(tài)惡化集中區(qū)域。因此，改善大同煤炭基地生態(tài)環(huán)境，切實(shí)可行的方案是綜合治理邊界清晰、結(jié)構(gòu)功能完整的御河流域水生態(tài)環(huán)境。

1 水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 植被覆蓋率低，水源涵養(yǎng)功能弱

大同煤炭開(kāi)采有1 500多年歷史，集中在流域中上游區(qū)域(十里河與口泉河河溝兩岸)，由于煤炭開(kāi)采植被破壞嚴(yán)重，植被覆蓋率低于20%，中下游區(qū)域受采煤排水，河道兩岸的植物及周邊環(huán)境同樣受到較大影響?？傮w看流域森林覆蓋率低，植被面積少，水源涵養(yǎng)功能弱。

1.2 地下水超采嚴(yán)重，水環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題突出

流域水資源貧乏，供水水源單一。隨著城市建設(shè)和工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，造成主要供水水源地下水超采嚴(yán)重，地下水開(kāi)采量已約占流域總?cè)∷?0%，地下水開(kāi)采系數(shù)達(dá)到1.7以上，水井密度達(dá)11～19眼/km2以上，流域內(nèi)，目前地下水開(kāi)采量約17 600萬(wàn) m3，超采量達(dá)9 180萬(wàn) m3，部分區(qū)域地下水位下降速率0.52～1.24 m/a，城北、城南、城西三大超采漏斗區(qū)總面積達(dá)130.98 km2。因地下水超采，誘發(fā)了地裂縫及地面沉降，地裂縫最早發(fā)現(xiàn)于1983年，當(dāng)時(shí)在大同機(jī)車廠生活區(qū)發(fā)育一條長(zhǎng)1.3 km地裂縫，目前，市區(qū)平原區(qū)在大同機(jī)車廠、鐵路分局、五里店、馬軍營(yíng)、322醫(yī)院、文化里及鑿井隊(duì)出現(xiàn)了7條地裂縫，長(zhǎng)度20.6 km。大同市地面沉降始于70年代末，目前，御河、口泉河流域有兩個(gè)地面沉降中心，中心區(qū)分別位于十里河南岸的時(shí)莊-西韓嶺一帶和御河兩側(cè)利群制藥-梓家村一帶。

1.3 煤炭采空區(qū)水環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題嚴(yán)重

據(jù)2015年地質(zhì)災(zāi)害核查資料，多年的煤炭開(kāi)采形成715.6 km2采空區(qū)，沉陷區(qū)內(nèi)地面塌陷(塌陷裂縫)地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點(diǎn)共155處。其中在高山——吳官屯段(長(zhǎng)度10 km)出現(xiàn)河道塌陷、裂縫、洼地，致使河水灌入采空區(qū)。采煤漏水既破壞了地下水資源的補(bǔ)徑排條件，采煤后形成的采空區(qū)還造成了地面沉陷、裂縫等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。煤礦開(kāi)采造成地表水與井下溝通滲漏及大量疏干性排水等環(huán)境問(wèn)題，流經(jīng)采煤區(qū)的十里河、口泉河徑流量由上世紀(jì)80年代初的1 520萬(wàn) m3/a、1 270萬(wàn) m3/a，到2000年變?yōu)楦珊印?/p>

1.4 污水排放量大，水質(zhì)惡化

大部分河道無(wú)水，很多支流干枯，由于流域內(nèi)廢水排放量大，出現(xiàn)有河無(wú)水、有水皆污的狀況，是全省水污染最嚴(yán)重的區(qū)域。河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本為IV及劣V類。其中總汞、氨氮、高錳酸鉀等指數(shù)超標(biāo)。地表水的污染加之采煤透水，已影響到了地下水的水質(zhì)，淺層地下水已遭到了污染。水質(zhì)監(jiān)測(cè)，揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、三氮、氟化物、氟化物、亞硝酸鹽氮超標(biāo)。

2 原因分析及對(duì)策研究

2.1 水土流失

1)原因分析。流域中上游部分地域，同煤集團(tuán)和地煤集團(tuán)企業(yè)云集，開(kāi)采歷史悠久，地表植被影響嚴(yán)重，采煤沉陷區(qū)進(jìn)一步破壞了地表下墊面水循環(huán)，造成地表水嚴(yán)重滲漏。加之以土石、黃土為主的地表多直接受到降水沖刷，造成水土流失加劇。同時(shí)，強(qiáng)降雨產(chǎn)生高含沙水流乃至泥石流，造成河流下游泥沙淤積、河床抬高、水面萎縮等后果。

2)對(duì)策研究。針對(duì)御河源頭為土石山區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)，上、中游地域?yàn)辄S土丘陵溝壑區(qū)或黃土丘陵緩坡風(fēng)沙區(qū)，下游為沖積平原區(qū)這一地貌特征。治理對(duì)策為：在淤泥河、萬(wàn)泉河、十里河支流源頭保護(hù)區(qū)的土石山和黃土丘陵溝壑區(qū)，采取生態(tài)修復(fù)工程，立地條件較好地域，采取水平溝整地，徑流調(diào)控方式植樹(shù)造林，同時(shí)加強(qiáng)管護(hù)，制定必要的地方性法規(guī)和管護(hù)辦法；在十里河、口泉河溝采煤沉陷區(qū)，采取沉陷區(qū)治理措施，立地條件較好的有林地、灌木林地或草地，采取封禁治理措施；充分利用現(xiàn)有人工增雨設(shè)施和技術(shù)，對(duì)該區(qū)適時(shí)開(kāi)展人工增雨作業(yè)，增加降水，促進(jìn)區(qū)域植被自然修復(fù)。總體上采用水平溝整地徑流調(diào)控方式提高郁閉度。

2.2 地下水超采

1)原因分析。上世紀(jì)80年代后，大同市國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地下水成為御河流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源。由于供水水源單一，大量集中式開(kāi)采地下水，地下水超采嚴(yán)重，流域內(nèi)集中開(kāi)采區(qū)域地下水位持續(xù)下降，由此誘發(fā)的地面沉降、地裂縫等一系列水環(huán)境問(wèn)題突出。

2)對(duì)策研究。解決地下水超采引發(fā)的水環(huán)境問(wèn)題，總量控制是關(guān)鍵?？偭靠刂颇繕?biāo)分四步逐步實(shí)施。(1)壓縮超采量，減緩超采區(qū)發(fā)展速度。(2)采補(bǔ)平衡，地下水位止降，漏斗區(qū)范圍逐漸減小。(3)壓縮開(kāi)采量，開(kāi)采量小于可開(kāi)采量，地下水位回升。(4)涵養(yǎng)水源，地下水系統(tǒng)良性循環(huán)。到2020年，御河、口泉河流域地下水配置水量控制在6 053萬(wàn) m3。壓采替代水源為引黃北干線供水工程，增加引黃水供水量及完善向企事業(yè)單位供水管網(wǎng)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)總量控制目標(biāo)的前期和基礎(chǔ)。關(guān)井壓采后，地表水(引黃水)作為主要供水水源，必須建立城市應(yīng)急備用水源，實(shí)現(xiàn)多元化戰(zhàn)略性水資源是提高城市供水安全系數(shù)的根本措施和保障。依據(jù)《大同市城市總體規(guī)劃》(2006—2020年)城鎮(zhèn)化率82.0%計(jì)算，城市供水人口為 163.4萬(wàn)人。山西省屬于二類區(qū)域，用水凈定額為85～140 L/人·d。Ⅲ級(jí)應(yīng)急狀態(tài)下，取低值用水定額 50 L/人·d，應(yīng)急供水水量為8萬(wàn) m3/a。按每眼取水井出水量60 m3/h計(jì)算，應(yīng)急備用水源需要56眼取水井。應(yīng)急備用水選取水量豐富、水質(zhì)較好、、管網(wǎng)通達(dá)、能迅速啟動(dòng)安全可靠的壓采封閉的地下水取水井。

2.3 煤炭采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

1)原因分析。煤炭開(kāi)采改變了煤系含水層及其上覆含水層中地下水原有的循環(huán)運(yùn)移條件以及礦區(qū)地表徑流的產(chǎn)匯流條件，導(dǎo)致地下水位下降、泉水?dāng)嗔?、河川徑流下滲轉(zhuǎn)化成礦坑水、含水層疏干、相應(yīng)水井產(chǎn)水量減少甚至干涸、污染礦坑水排入河道使下游水體污染等一系列水環(huán)境問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)煤炭資源在某種程度上破壞水資源。

2)對(duì)策研究。大同煤田開(kāi)采歷史久遠(yuǎn)，由于存在多次煤開(kāi)采的原因，采空區(qū)層數(shù)多、范圍大，治理難度大?？傮w上根據(jù)地形地貌、地層巖性，對(duì)流域內(nèi)沉陷區(qū)地面塌陷坑、塌陷裂縫采用碎石和粘土進(jìn)行填筑，在其上游修筑排水渠，降低降雨對(duì)塌陷地面的沖刷，減少地面水土流失，恢復(fù)土地功能，宜草種草、宜林植樹(shù)。選擇坡度、坡向有利的開(kāi)闊地形，開(kāi)發(fā)光伏太陽(yáng)能電站，充分利用土地資源。上世紀(jì)80年代，由于地方小煤窯私挖亂采對(duì)十里河局部河道下進(jìn)行采掘，在高山—吳官屯段出現(xiàn)河道塌陷、裂縫、洼地，致使河水灌入采空區(qū)。對(duì)該段沉陷河道進(jìn)行整平、鋪設(shè)防滲層，恢復(fù)河道功能。按照山西省改善農(nóng)村人居環(huán)境工作領(lǐng)導(dǎo)組全省采煤沉陷治理搬遷工作安排，對(duì)十里河、口泉河流域采煤沉陷區(qū)內(nèi)受威脅的113個(gè)村莊進(jìn)行整體避讓搬遷。

2.4 污水排放及水質(zhì)惡化

1)原因分析。流域內(nèi)點(diǎn)污染源主要為同煤集團(tuán)礦井、柴油機(jī)廠、機(jī)車廠、鋼廠等大中型企業(yè)。面源污染中COD、氨氮主要來(lái)源均為農(nóng)村生活，其次來(lái)源于農(nóng)田徑流。排放量大于10萬(wàn) t的排污口多達(dá)50處，年排污水量4 898.44萬(wàn) t?，F(xiàn)流域內(nèi)已建成東郊、西郊、開(kāi)發(fā)區(qū)等6家城鎮(zhèn)污水處理廠，總設(shè)計(jì)處理能力達(dá)到了269 000 t/d，由于城市污水管網(wǎng)不完善，有很大一部分污水無(wú)法收集進(jìn)入污水處理廠，直接排入河道，污染水體。

2)對(duì)策研究。在建成區(qū)內(nèi)的排污口集中入管網(wǎng)，污水處理廠收集范圍外污水采取截污導(dǎo)流方式由污水處理廠集中處理。同煤集團(tuán)沿十里河、口泉河礦井入河排污口延伸至下游與其它入河排污口歸并集中處理。對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)尾水主要考慮深度處理后的廠外中水回用。同時(shí)，加大已建污水處理廠廢污水收集管網(wǎng)配置建設(shè)，實(shí)現(xiàn)污水回收全覆蓋。

建設(shè)清潔小流域，在方山、雷公山、七峰山、武周山等山高坡陡、人煙烯少地區(qū)，采取封禁治理措施，設(shè)置封禁標(biāo)牌、護(hù)欄，減少人為活動(dòng)和干擾破壞。在新榮區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)種植區(qū)及人類活動(dòng)頻繁地區(qū)，實(shí)施封育、林草地保護(hù)等自然恢復(fù)等措施。在南郊區(qū)、新榮區(qū)加快實(shí)施鄉(xiāng)村污水治理工程，污水最大限度接入市政污水管網(wǎng)。在趙家窯、孤山等水庫(kù)周邊地帶，從保護(hù)生態(tài)的角度進(jìn)行治理，清除河道垃圾及障礙物，種植喬灌草植被過(guò)濾帶，過(guò)濾進(jìn)入河道的泥沙雜物，減少污染物對(duì)水質(zhì)的影響；在御河主河道水陸交錯(cuò)帶，因地制宜栽植水生植物，修建人工濕地。

3 結(jié)語(yǔ)

黨的十八大報(bào)告明確提出必須樹(shù)立尊重自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位、堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主，著力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式，從源頭上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)，這為流域生態(tài)修復(fù)提供了政策保障。水源保障是生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)施引黃一期工程為大同市提供水量1.7億 m3，引黃二期工程完成后可提供水量 3.02億 m3，也為流域生態(tài)修復(fù)提供水量保障。通過(guò)5年建設(shè)，10 a自然修復(fù)，總計(jì)15 a左右的時(shí)間，在流域內(nèi)重現(xiàn)山水相依、林泉相伴、河湖相映、溪水長(zhǎng)流、湖光山色的田園風(fēng)光，使河流兩岸生態(tài)植被恢復(fù)，改善當(dāng)?shù)鼐用裆瞽h(huán)境，給大同市民提供良好的休閑、娛樂(lè)觀光空間，實(shí)現(xiàn)人民和諧、人水和諧、人與自然和諧。