干旱地區(qū)煤礦沉陷區(qū)地表水系景觀構(gòu)建思路探究

張 帥 王偉光 康曉澤 馬 驥 魏 臻

1.北京交通大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院

2.大同煤礦集團有限責(zé)任公司塔山煤礦公司

3.大同煤礦集團有限責(zé)任公司大斗溝煤業(yè)公司

4.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院

5.清華大學(xué)公共安全研究院

1 前言

井工煤礦的開采大致可以視作是將埋藏數(shù)百米甚至千余米深煤層采出留下采空區(qū)的過程，在充填采煤技術(shù)尚未在全國煤礦普遍應(yīng)用的情況下，采空區(qū)頂板管理通常采用垮落法[1-4]，通過垮落的破碎巖石及空隙形成的支撐體對上覆巖層的支撐實現(xiàn)采空區(qū)頂板管理，支撐體無法完全充填采空區(qū)空間，該方法帶來的后果為地表動態(tài)沉陷[5-7]。地表沉陷給煤礦外部地表留下了瘡痍，形成無法利用的廢棄地表，最直觀的影響是對地表生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境帶來嚴重危害。

在“綠水青山就是金山銀山”的大背景下，井工煤礦的綠色環(huán)保發(fā)展思路是大勢所趨，在礦山土地復(fù)墾、煤礦沉陷區(qū)生態(tài)修復(fù)、景觀規(guī)劃等領(lǐng)域，如何將沉陷地表化廢為寶，國內(nèi)外已經(jīng)有過一定的理論研究和實踐探索，為現(xiàn)有承受地表沉陷難題的礦山企業(yè)提供了很多景觀規(guī)劃方面的參考。

在2019年國內(nèi)煤炭產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，山西省產(chǎn)量僅次于內(nèi)蒙古自治區(qū)排名第二。山西省在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季鮮明，主要水資源量由地表水資源和地下水資源組成，屬于干旱地區(qū)。

研究以山西省為例，以現(xiàn)有礦山景觀規(guī)劃實踐為參考，走出傳統(tǒng)因地制宜的煤礦地表景觀規(guī)劃思路，以水系構(gòu)建為主線，充分利用企業(yè)優(yōu)勢資源，探討干旱地區(qū)煤礦地表沉陷區(qū)的景觀規(guī)劃建設(shè)思路。

2 相關(guān)概念及定義

井工煤礦沉陷區(qū)水系景觀的構(gòu)建涉及到3個概念[8]，工業(yè)遺產(chǎn)、煤礦廢棄地、景觀重塑。國際工業(yè)遺產(chǎn)保護協(xié)會《下塔吉爾憲章》定義的工業(yè)遺產(chǎn)包含礦業(yè)活動之后遺留的礦場，在本研究中特指煤礦開采之后形成的地表沉陷區(qū)。在風(fēng)景園林學(xué)中，地表沉陷區(qū)是煤礦廢棄地的一種，屬于三種廢棄地類型中的礦業(yè)廢棄地類型，特征在于該種類型土地未經(jīng)修復(fù)無經(jīng)濟利用價值。景觀重塑的含義在于針對因礦業(yè)活動引起的廢棄土地通過重新規(guī)劃、設(shè)計、構(gòu)筑實現(xiàn)土地的重新利用，本研究的景觀重塑是指在地表沉陷區(qū)已經(jīng)形成的形態(tài)特征基礎(chǔ)上，不局限于單一的生態(tài)恢復(fù)，借助跨學(xué)科復(fù)合研究手段，將地表沉陷區(qū)轉(zhuǎn)廢為寶，形成新的景觀，打造新的生態(tài)礦業(yè)名片。

3 國內(nèi)外研究進展及現(xiàn)存問題

國外對煤礦沉陷區(qū)的處理、改造可以追溯到十九世紀(jì)二十年代，當(dāng)時的土地改造圍繞土地復(fù)墾理念開展，在二十世紀(jì)，隨著煤炭需求井噴式增長，不科學(xué)無節(jié)制的開采模式引起了一系列環(huán)境問題，這一階段，地表沉陷區(qū)的處理修復(fù)在土地復(fù)墾的基礎(chǔ)上引入了景觀構(gòu)建的新思路，實現(xiàn)了由單一的功能恢復(fù)到二元的功能恢復(fù)和人文景觀建設(shè)。進入二十一世紀(jì)，在上述改造理念的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代藝術(shù)、高新科技、新型環(huán)保材料、循環(huán)經(jīng)濟等技術(shù)與理念更是融入其中。國際上著名的礦山景觀改造案例有：德國科特布斯露天礦區(qū)、德國北戈爾帕煤礦區(qū)“鐵城”露天博物館、英國萊斯特郡斯波斯頓探索公園等[9-11]。

國內(nèi)煤炭工業(yè)經(jīng)過多年“先污染、后治理”發(fā)展，礦山廢棄地的修復(fù)、重構(gòu)、景觀建設(shè)面對較大挑戰(zhàn)。上個世紀(jì)九十年代可持續(xù)發(fā)展的礦山建設(shè)理念、工業(yè)遺產(chǎn)保護改造理念、廢棄礦山公園化改造理念等進入到國內(nèi)礦山廢棄地利用領(lǐng)域。國內(nèi)比較知名的案例有：阜新露天煤礦公園、徐州九里湖生態(tài)濕地公園、唐山南湖公園等[12-16]。

在礦山景觀構(gòu)建領(lǐng)域，國內(nèi)礦山雖然有一些知名案例，實際上依舊處于國外二十世紀(jì)的發(fā)展水平，聚焦于生態(tài)修復(fù)治理，景觀建設(shè)理念的實施尚有很長一段路要走。

4 干旱地區(qū)井工煤礦沉陷區(qū)水系景觀構(gòu)建思路

傳統(tǒng)的煤礦沉陷區(qū)景觀設(shè)計原則大體上以還原地表、因地制宜、利用區(qū)域優(yōu)勢、與區(qū)域基礎(chǔ)緊密聯(lián)系為主。在本研究中，目標(biāo)區(qū)域為山西省煤礦地表沉陷區(qū)，氣候干旱，降水較少。如果沿用傳統(tǒng)的景觀規(guī)劃、構(gòu)建理念，一般將沿著礦山公園、地質(zhì)公園等思路發(fā)展。

從旅游心理學(xué)角度分析，人類對旅游景觀的期望具有異地性傾向，這意味著在北方干旱地區(qū)構(gòu)建具有南方特色的水系景觀將更加具有觀賞價值和藝術(shù)價值，突破傳統(tǒng)景觀構(gòu)建原則框架的束縛將帶來新穎的景觀體驗，同時也會帶來一定技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，問題主要存在：（1）水資源稀缺；（2）水體循環(huán)排污；（3）水系景觀在干旱地區(qū)的設(shè)計方法。

針對上述總結(jié)的技術(shù)問題，研究提出干旱地區(qū)井工煤礦沉陷區(qū)水系景觀構(gòu)建思路，旨在基于煤礦區(qū)域的能源電力優(yōu)勢，集成易于管理維護的機械設(shè)備，結(jié)合污水處理技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)在干旱地區(qū)井工煤礦沉陷區(qū)構(gòu)建具有異地特色水系景觀。

在干旱地區(qū)煤礦沉陷區(qū)的水系景觀構(gòu)建面對的上述三個問題，該思路提出了對應(yīng)的化解方法。在水資源稀缺的條件下，大量占用水資源為景觀服務(wù)顯然不符合綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的理念，故要求水系景觀的水源要聚焦于固定的水體，實現(xiàn)長期使用；在前述問題解決思路的基礎(chǔ)上，固定水體的凈化需要在景觀體系內(nèi)自行解決，思路為將固定的水體通過泵送形成內(nèi)部循環(huán)，通過水體循環(huán)路徑中的污水處理薄膜等水處理技術(shù)實現(xiàn)水體的循環(huán)、過濾、排污，水體循環(huán)所需的動力來源為附近礦山電廠，充分利用地區(qū)優(yōu)勢資源；在水系設(shè)計方面兼顧功能性和藝術(shù)性，以坡度設(shè)計為主要原則，形成階梯微型瀑布形態(tài)的水系景觀，實現(xiàn)水體自循環(huán)過濾系統(tǒng)。

5 總結(jié)

在井工煤礦沉陷區(qū)景觀建設(shè)尚沒有廣泛開展的大背景下，研究提出的干旱地區(qū)井工煤礦沉陷區(qū)水系景觀構(gòu)建思路突破傳統(tǒng)景觀規(guī)劃原則，從嶄新的視角為類似區(qū)域的景觀設(shè)計提供了參考。針對該理念中遇到的相關(guān)技術(shù)難題，提出了利用區(qū)位優(yōu)勢煤炭電力資源、通過景觀坡度階梯式設(shè)計、結(jié)合泵送水循環(huán)和水體凈化薄膜等技術(shù)的解決方案，證明了該理念思路的可行性，

對同類地表景觀構(gòu)建具有參考意義。