上黨盆地采煤沉陷區(qū)水系綜合治理技術(shù)研究

郭亞超，楊麗娜，王 博

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司山西分公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

上黨盆地指長(zhǎng)治盆地，位于山西省的東南部，北起八松嶺和五云山，南至金泉山和丹朱嶺附近，介于太行、太岳兩座山脈之間，即為如今的山西省長(zhǎng)治市。

長(zhǎng)治市總面積13 864 km2，其中含煤面積達(dá)8 500 km（2占總面積的61.31%），是名副其實(shí)的采煤大市。多年來(lái)，長(zhǎng)治市的煤礦產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。然而，隨著大規(guī)模、長(zhǎng)期的煤炭資源開(kāi)采，當(dāng)?shù)囟鄠€(gè)縣區(qū)形成了不同程度的地面塌陷，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)狀況產(chǎn)生了極大的擾動(dòng)，水生態(tài)方面主要是在河道內(nèi)或周邊產(chǎn)出了大量的積水洼地，改變了水流匯集條件[1]，致使當(dāng)?shù)厮h(huán)境惡化，制約了當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。為此，政府每年均會(huì)下達(dá)較多的資金用以恢復(fù)、優(yōu)化當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境，從而促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

筆者結(jié)合參與治理的項(xiàng)目，闡述了一套采煤沉陷區(qū)水系綜合治理與開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)方案，希望給當(dāng)?shù)厮稻C合治理項(xiàng)目提供一套完整的思路。

1 上黨盆地采煤沉陷區(qū)河流水系現(xiàn)狀分析

上黨盆地內(nèi)河流有濁漳河、清漳河、沁河（源頭）、衛(wèi)河（源頭郊溝河）和多條入汾小河。其中，濁漳河、清漳河、衛(wèi)河均屬海河流域，占全市總面積的79.9%；沁河和入汾小河均屬黃河流域，占全市總面積的20.1%。

長(zhǎng)治市水資源總量為18.88 億m3（含入境水量），人均水資源占有量為604.7 m3，約為山西省人均水資源占有量的1.6倍，在省內(nèi)屬水資源較豐富的地區(qū)。但是，若以聯(lián)合國(guó)“國(guó)際人口行動(dòng)”中提出的1 000 m3作為人均水資源缺水指標(biāo)，長(zhǎng)治市仍屬于缺水地區(qū)，且非常接近于人均的嚴(yán)重缺水界限500 m3。長(zhǎng)治市地理上處于黃土高原東部，南水北調(diào)工程沒(méi)有到達(dá)長(zhǎng)治，從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃來(lái)看，大型的跨流域調(diào)水工程均難于到達(dá)長(zhǎng)治，但是隨著經(jīng)濟(jì)、人口的增長(zhǎng)，水資源需求不斷增加，而本地水資源呈衰減趨勢(shì)，長(zhǎng)治市的水資源存在著潛在的危機(jī)，形勢(shì)不容樂(lè)觀。

采煤導(dǎo)致的地面沉陷，對(duì)當(dāng)?shù)睾恿魉诞a(chǎn)生了較大影響，致使以下問(wèn)題更為突出。

1.1 防洪安全問(wèn)題

地面沉陷對(duì)區(qū)域內(nèi)的防洪工程破壞較大，多數(shù)堤防產(chǎn)生裂縫、變形，達(dá)不到規(guī)定的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，使河道兩岸村莊、農(nóng)田、道路安全受到洪水的威脅；塌陷區(qū)在雨季的排澇問(wèn)題日益突出，長(zhǎng)期積水給防汛工作造成了不利影響。

1.2 水資源問(wèn)題

地面沉陷產(chǎn)生的裂縫會(huì)極速加大雨水下滲量，使得地表水資源量減少。根據(jù)《某煤礦采煤對(duì)區(qū)域水資源影響調(diào)查報(bào)告》，該煤礦的開(kāi)采每年減少了其下游水庫(kù)入庫(kù)水量13.14 萬(wàn)m3，致使當(dāng)?shù)毓┧Ｕ下氏陆怠?/p>

1.3 水質(zhì)安全問(wèn)題

煤礦開(kāi)采的同時(shí)也會(huì)將大量礦坑水外排至地表，改變了當(dāng)?shù)卦械慕涤?、地表水、地下水“三水”的循環(huán)方式。大量地下水排至地表，造成了地下水水位下降、河岸潛水位抬高，從而使河道周邊的塌陷區(qū)形成了較多積水湖泊。

由于湖泊內(nèi)水體基本無(wú)法流動(dòng)，加上周邊工礦企業(yè)的工業(yè)污水、村莊生活污水、農(nóng)田退水等的直接匯入，河道水體發(fā)黑發(fā)臭，對(duì)河岸居民的身心健康造成了不利影響。

最終沒(méi)能改變阿花的決定，景花廠(chǎng)宣布倒閉。阿花說(shuō)她最難過(guò)的是對(duì)不起員工們，他們跟隨自己這么多年，金融危機(jī)來(lái)了，沒(méi)能在她的樹(shù)蔭下躲過(guò)這場(chǎng)雨，而樹(shù)倒猢猻散了。所以景花廠(chǎng)倒了，一定要給員工們一個(gè)交代。她想好了具體的方案：一是向林強(qiáng)信妥協(xié)，讓大發(fā)廠(chǎng)來(lái)的員工再回大發(fā)廠(chǎng)；二是請(qǐng)業(yè)務(wù)單位幫忙，安置熟手；三是把設(shè)備低價(jià)處理給員工，讓他們自己接活加工；四是剩下的員工最大限度地予以賠償。阿花安排我去大發(fā)廠(chǎng)和林強(qiáng)信交談，她跑其他業(yè)務(wù)單位。

1.4 水岸生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

煤礦開(kāi)采造成的地面沉陷、裂縫，影響土地耕作、植物生長(zhǎng)，從而引發(fā)地貌和景觀生態(tài)的改變，摧毀了一些動(dòng)物和植物的棲息環(huán)境，致使生物種類(lèi)和數(shù)量減少，生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重破壞，河岸生態(tài)景觀惡化，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[2]。

2 與開(kāi)發(fā)相結(jié)合的生態(tài)治理措施

上黨盆地采煤沉陷區(qū)水系綜合治理的思路是：合理利用采煤沉陷區(qū)的積水洼地，盡量發(fā)揮積水洼地的蓄滯洪能力[3]，在保證區(qū)域防洪安全的前提下，提高河流水系的供水量與供水保證率[4]，同時(shí)加強(qiáng)河流周邊水生態(tài)環(huán)境治理，通過(guò)工程措施、生物措施提高水體自?xún)裟芰?，打造濱水主題生態(tài)景觀[5]，開(kāi)發(fā)旅游業(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

2.1 河道防洪

河流水系綜合治理項(xiàng)目的首要任務(wù)是防洪，防洪問(wèn)題主要是通過(guò)疏浚河道、擴(kuò)寬河道、修建堤防等方式來(lái)解決。由于河道兩岸存在變形的可能，所以盡量避免采用鋼筋混凝土堤防、漿砌石堤防等剛性的結(jié)構(gòu)，建議采用柔性的土堤，必要時(shí)采用格賓石籠防沖，以減少地面沉陷對(duì)堤防的影響。針對(duì)采煤沉陷區(qū)，還可通過(guò)擴(kuò)挖積水湖泊，以增加河道的蓄滯洪能力來(lái)提高防洪能力。

2.2 水系連通

水系連通的主要目的是將沉陷區(qū)內(nèi)積水洼地的死水變?yōu)榛钏?，加大河道蓄滯洪能力的同時(shí)可提高河道的供水能力與供水保證率[6]。水系連通主要包括兩部分，一是積水洼地與河道的連通，二是積水洼地之間的連通。

積水洼地與河道連通的最好方式是直接采用明渠把河道徑流引入蓄水區(qū)，在河道連通斷面下游設(shè)閘壩，以控制積水區(qū)水位。

積水洼地之間連通采用以下兩種辦法：若沉陷區(qū)相距不遠(yuǎn)，可將中間土體全部下挖直接連通；若沉陷區(qū)距離較遠(yuǎn)，可通過(guò)明渠或輸水涵洞等方式連接。

2.3 濕地構(gòu)建

濕地構(gòu)建的主要目的是提高各沉陷區(qū)積水洼地的自?xún)裟芰?，凈化積水洼地內(nèi)的水質(zhì)，為構(gòu)建水生態(tài)景觀奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

現(xiàn)狀積水洼地內(nèi)水體的污染源主要包括河道內(nèi)部污染源和河道外部污染源兩種。河道外部污染源可分為點(diǎn)污染源、面污染源兩類(lèi)。點(diǎn)污染源主要指以點(diǎn)的形式排放入河的沿線(xiàn)村莊生活污水和工企業(yè)廢水，面污染源是指以面狀形式隨雨水入河的河岸農(nóng)業(yè)噴撒的農(nóng)藥等。

針對(duì)點(diǎn)源污染主要通過(guò)“先截流、再鋪設(shè)輸水管涵、最終輸送至污水處理廠(chǎng)處理”的方式進(jìn)行初步處理，由于經(jīng)污水處理廠(chǎng)處理后的中水水質(zhì)較河道內(nèi)水質(zhì)差，所以可在其入河口建設(shè)人工濕地進(jìn)行二次凈化，二次凈化后再入河。面源污染主要是在河口線(xiàn)與生態(tài)藍(lán)線(xiàn)間的緩沖區(qū)內(nèi)栽植陸生植物，以截留氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素。積水洼地的內(nèi)部污染源主要通過(guò)“清除底泥”的形式進(jìn)行處理。最后，再在湖泊內(nèi)采用“栽植水生植物+放養(yǎng)控藻生物”的方式提升湖泊自?xún)裟芰?。該濕地的?gòu)建方式不僅具有良好的生態(tài)效果，景觀效果亦佳。

2.4 打造濱水主題景觀

上黨地區(qū)歷史文化悠久，早在上古時(shí)代，人類(lèi)的祖先神農(nóng)氏炎帝就在這片廣闊的土地上嘗百草、發(fā)展原始農(nóng)業(yè)，傳說(shuō)中的“愚公移山”“后羿射日”“精衛(wèi)填?！钡裙适乱舶l(fā)生于此；同時(shí)，長(zhǎng)治還是一個(gè)革命老區(qū)，各縣區(qū)均有其獨(dú)特的歷史文化。

打造濱水主題景觀設(shè)計(jì)時(shí)，要從以下方面考慮：①要充分挖掘當(dāng)?shù)氐臍v史底蘊(yùn)和文化內(nèi)涵，加強(qiáng)區(qū)域與地方特色的塑造；②要結(jié)合不同河道的地形、地貌及上位規(guī)劃，體現(xiàn)河流水系與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一，加強(qiáng)周邊環(huán)境與河流水系的聯(lián)系；③要結(jié)合寬闊的水域，通過(guò)合理可持續(xù)性發(fā)展的土地開(kāi)發(fā)策略，提升河流水系周邊土地的價(jià)值，從而開(kāi)發(fā)文化遺產(chǎn)旅游、農(nóng)業(yè)文化旅游等文旅產(chǎn)品[7]，將采煤沉陷區(qū)水系建設(shè)為集“自然、生態(tài)、休閑、康樂(lè)、教育、文化”于一體的區(qū)域性大型綜合旅游度假區(qū)。

具體設(shè)計(jì)手法如下：考慮到塌陷區(qū)水系存在的封閉、枯燥、缺乏功能性等問(wèn)題的現(xiàn)狀，可采用“打開(kāi)+變化+生態(tài)+功能+趣味”的設(shè)計(jì)策略對(duì)整個(gè)河流水系進(jìn)行景觀的提檔升級(jí)。其中，“打開(kāi)”的方式有放坡、多級(jí)臺(tái)階、墻改堤，“變化”的方式有岸線(xiàn)變化、空間變化、植物變化、色彩變化，“生態(tài)”的方式有生態(tài)的水、生態(tài)的岸線(xiàn)、生態(tài)的生物，“功能”的方式有步道三通、配套服務(wù)、休閑活動(dòng)、生態(tài)修復(fù)，“趣味”的方式有親水的活動(dòng)、豐富的空間、多變的地形、植物的搭配。

3 效益分析

水系綜合治理項(xiàng)目屬社會(huì)公益性水利建設(shè)項(xiàng)目，具有多方面難以定量計(jì)算的社會(huì)效益和生態(tài)效益。工程實(shí)施后，可以改善周邊環(huán)境，提高區(qū)域防洪能力，較大程度地促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

（1）社會(huì)效益。水系經(jīng)過(guò)治理后，河道防洪能力可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，直接保障沿河兩岸人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。塌陷區(qū)蓄水后，可為周邊生態(tài)休閑觀光農(nóng)業(yè)提供水資源保障，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

（3）生態(tài)效益。工程實(shí)施后，可以增加區(qū)域濕地面積、植被綠化面積、居民休閑平臺(tái)，使河道呈現(xiàn)水清堤綠處處彰顯生機(jī)的景象，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境趨于良性循環(huán)，為提高人民的健康水平及生活質(zhì)量提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

上黨盆地作為我國(guó)主要產(chǎn)煤基地之一，必須高度重視采煤沉陷區(qū)水系綜合治理問(wèn)題。借鑒學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)地區(qū)的治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，變害為利，以較小的資金投入帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益，為走可持續(xù)發(fā)展道路做鋪墊。