1、探索采煤沉陷区水系治理方法的新思路【摘要】本文以淮南西部采煤沉陷区生态治理中的水系治理方案为例，针对水系封闭、水环境污染、水景破坏等问题，提出“流动、清洁、活力”的水系统治理目标及具体的实施措施。 “流动”指在保障基本环境容量基础上，结合地形，增加水系互联程度；“清洁”指利用天然沉陷低洼废弃地及浅积水区，修建人工湿地对周边汇水进行深度处理；“活力”指通过多样化的水系堤岸布置和河道水系景观的建设提升水景质量、丰富水景变化。 关键词：采煤沉陷区；水系规划；生态治理 中图分类号：TD1 文献标识码： A 【 Abstract:】 This article in huainan coal mining
2、 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
3、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;
4、“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 采煤沉陷区是由于地下煤炭资源开采以后，采空区上覆岩层的原始应力平衡状态受到破坏，依次发生冒落、断裂、弯曲等移动变
5、形，最终涉及地表，形成比采空区面积大的近似椭圆形的下沉盆地，地表产生坡地、积水、凹凸不平、裂缝等。在开采沉陷和雨水、风力等因素的综合作用下，使得地表产生破坏、推移、变形、沉积等土壤侵蚀现象，平原高潜水位地区易产生常年和季节性积水，形成深浅不等、大小不一的各自封闭式的塌陷水面，地表由采矿前的陆地生态环境演变为采矿后的水生生态环境。在此类沉陷地的生态治理与修复工作中，水系是关键要素，如何开发利用沉陷水面，充分发挥水资源优势对此类沉陷地的综合治理至关重要。本文以淮南西部采煤沉陷区生态治理中的水系规划为案例，探索采煤沉陷区水系规划的思路及方法，对资源型城市矿区生态治理工作的开展具有一定的借鉴意义。 1
6、、背景分析 煤炭资源是我国重要的基础能源，在国民经济建设中具有重要的战略地位。煤炭资源开采一方面促进了社会经济发展，另一方面影响了区域生态环境，如地下开采导致地表塌陷、形成大面积水面、煤矸石堆压土地等，引起区域耕地绝产、村庄搬迁等一系列社会问题。淮南市西部采煤塌陷区综合治理规划可为全面实现区域“人口、资源、环境”协调发展，提高人民生活和生产条件，促进社会经济可持续发展，全面实现小康社会建设，规范淮南市采煤塌陷区水系治理工作，协调矿产资源开发与生态环境保护的关系提供支撑和服务。 采煤沉陷区概况 由于煤炭资源多年来大规模开采导致地应力减小，淮南市境内已形成较大面积的采煤塌陷区水系。虽然淮南市人民政
7、府及各相关单位尽力推进采煤塌陷区水系治理工作，但由于缺少塌陷区治理总体方案、治理责任主体未落实、治理资金不到位等原因，使采煤塌陷区生态水系环境破坏严重，给区域居民生产生活带来诸多不便，也给煤矿企业生产用地和村庄搬迁带来巨大难度，有效开展采煤塌陷区综合整治是一个亟需解决的问题。 淮南煤炭资源开采为多煤层开采，多煤层开采具有以下特点：在同一塌陷区域内由于不同煤层在不同时期开采而会在不同时期内反复多次塌陷，此外，随着开采不断进行塌陷深度会越累积越深。淮南矿区是我国典型的高潜水位区，煤炭资源开采结束以后，会出现大面积，大深度的常年积水区。这些特点也为塌陷区的及时治理和利用带来了不利因素和特殊性。 淮南
8、市是全国著名的煤炭资源型城市，其西部地区为老工矿区，长期煤炭资源开采带来经济增长的同时也破坏了生态环境，地表沉陷问题尤为突出。西部地区采矿历史长，强度大，沉陷相对较严重，至 2012 年底，全市沉陷区面积达 30.69 万亩，由于淮南矿区属于平原多煤层开采类型，煤层倾斜度大，导致地表移动和变形大，最大沉陷深度达 19.8 米。同时由于西部地区紧邻淮河，地下水位较高，因此沉陷区地表积水严重，最大水深达 10 米以上。 水系治理思路 3.1 水系现状 淮南西部沉陷区规划区总面积 66.3 平方千米，其中水体面积约 9 平方千米，最大水域为除东部十涧湖为自然水体，其余 80%左右均为沉陷水面，预计未
9、来随着沉陷面积的增加，沉陷积水面积还将逐渐增加。规划区属半湿润季风气候，年降水量 933 毫米，且北依淮河，水资源相对丰富。目前规划区内部分水体之间通过河流及涵洞相互连通。沉陷水面主要水源为：舜耕山系及西部八公山山系来水；城区部分生活污水；淮河汛期排水等，水源相对较丰富。 图 1. 水系现状图图 2 汇水分析图 3.1 存在问题 （1）水体之间缺乏贯通。仍有大量沉陷水体处于封闭或半封闭状态，不利于水系流通和水体自净。 （2）水环境质量较差。根据现场水质采样检测，沉陷水体水质较差，很多已出现富营养化状况。水污染形势严峻。西部城区污水处理能力不足，部分生活污水及工业废水直接排入附近河流水体，同时周
10、边仍有农村居民和部分农田，面源污染也对水环境造成极大威胁。 （3）沉陷水体周边环境较差，乱搭乱建现象严重，地形、植被等遭到沉陷破坏较严重，整体水景观较差。 3.2 水系治理方法 因地制宜充分利用山水、湿地、农田、鱼塘等景观肌理，并针对现状水系主要问题，提出“活力、清洁、流动”的水系统建设目标。具体思路为：在维持水体交换，保障基本环境容量的基础上，加大水系密度，增加水系互联互通，改善沉陷区水文环境与水生态，构建联通水系；通过污染源控制，建设净化型人工湿地，构建清洁水系；通过不同风格水系景观的打造，构建活力的水系。 3.2.1 构建活力水系 通过多样化的水系堤岸布置和河道水系景观的建设提升水景质量
11、、丰富水景变化，满足安全性、亲水性、景观性、生态性等多方面要求。 水系堤岸布置 根据水系宽度、滨水景观分区、水系景观类型等方面的要求，确定3 种水系堤岸类型。 人工护岸：砌石护岸能通过石材加工和砌筑方法来表达景观的细微变化、地域特色，作为天然材料，从景观角度考虑比较好。混凝土护岸虽然造型单调、难以突出河流个性，但易于施工，造价低。 自然生态护岸：充分利用现状，对护岸进行微地形、生态处理，在保证安全情况下，提倡生态护岸。 人工与自然结合护岸：根据景观及河道排水要求，不同地段采用不同护岸形式。 水系景观：根据坡度、周边绿地系统及建筑类型选取水系景观形态，不同景观形态需要不同的水系形态予以支撑。 静
12、态水景：静态的水景通常是指水景平静、幽深、凝重。连续静态水景的串联可展示幽静特点，也可以缓解城市带来的硬质景观，增加环境的生机。根据景观要求，各水系可适当设置水位调控设施，以利于河道景观效果。 跌瀑景观：“跌瀑”是根据地形特点，通过一定的坡度变化，分段跌落，给人视觉上的冲击，形成丰富的水景景观层次。 湿地景观：湿地具有非常重要的生态和休闲价值，在抵御洪水、控制污染、调节气候、美化环境等方面发挥很重要的作用，同时对维护生态系统具有重要意义。结合地形在边缘水系、沉陷区的部分地段可采用湿地形式。 沙岸景观：沙岸河道景观多设置在宽敞水面处，通过在水体边缘铺设砂石以及在护岸处设置景观植物形成良好的亲水环
13、境。 自然水景观：一般位于城市周边，最大限度维持水体现状形态及生态链，为植物生长以及水生动物栖息创造条件。 3.2.2 构建清洁水系 构建清洁水系措施主要包括加大污水收集与处理力度、建设人工湿地净化水体、采取工程措施进行水系整治、开展生态修复以提高生态自净能力等。此处重点介绍建设人工湿地面积的确定。人工湿地污水处理系统是在一定长宽比及地面坡度的洼地上由填料床和床体上种植的处理性能好、成活率高、抗水性强的植物（如芦苇和凤眼莲等）及水生动物、微生物所组成的独特生态环境，污水流经床体表面和填料缝隙时，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对污水的高效净化。规划区内存在大量沉陷低洼
14、废弃地及浅积水区，利用这些天然资源修建人工湿地，可显著降低周边环境对水体的污染胁迫，提高水质、改善水环境。 未来规划区的污水主要为污水厂尾水（城乡生活污水）及工矿废水。根据淮南市西部城区分区规划对社会经济发展规模的预测进行污水及污染物的测算，进入人工湿地的水污染物排放特征见下表。 进入人工湿地的水污染物特征 污染物种类 工业废水 生活污水（污水处理厂出水） 污水排放量（万 m3/日） 1.93 21.00 BOD 浓度（mg/L） 13.19 20.00 BOD 总量（吨/日） 0.25 4.20 氨氮浓度（mg/L） 2.51 8.00 氨氮总量（吨/日） 0.05 1.68 城镇生活污水经
15、污水厂处理后仍然无法直接用于景观，排入人工湿地进行进一步处理后，出水标准设计将满足地表水环境质量标准类水标准，BOD 出水浓度小于 4mg/L，氨氮出水浓度小于 1mg/L。根据公式(1)对净化型人工湿地总需求进行估算： （1） 式中 As 为湿地面积；Q 为流量，a 为水力负荷。分别利用水力负荷和 BOD 负荷进行计算互为校核。参照国内外相关文献及相关设计经验，人工湿地水力负荷取 2050mm，BOD 负荷取 70100kg/（had）3-4。规划区建设净化型人工湿地的总需求约 64 公顷，总处理能力 23 万吨/日。 主要净化型人工湿地规模 湿地位置 污水来源 面积 （公顷） 处理规模 （
16、万吨/日） 淮西湖湿地 工矿生产污水、污水厂尾水、雨水 31.87 11.43 十涧湖湿地 城镇生活污水、雨水 6.13 2.22 瓦埠湖湿地 污水厂尾水、雨水 26.22 9.28 合 计 64.22 22.93 3.2.3 构建流动水系 利用 ArcGIS 对规划区内自然汇水进行分析，结合自然地形条件及现状水面，规划贯通部分水面，形成动态流动水面，打造“三湖、一线多渠”的水系格局。 “三湖”：以十涧湖、淮西湖和瓦埠湖为主构成的湖面是规划区水系的核心部分，其中淮西湖及十涧湖湿地均为沉陷水面治理而来。三湖以生态保育和景观利用为主，严格控制水体污染。 “一线”：在现状水系联通的河流、涵洞基础上，
17、将主要水面进行联通，同时增强规划区内水体与外界水体的联系，向北与淮河联通，向南延伸至瓦埠湖，加快水体交换，提高水体自净能力。 “多渠”：根据区域地形与水系汇水特点，在现状山脉汇水通道基础上，分别自西部八公山和东部舜耕山修建多条汇水通道，穿越西部城区进入规划区水系和湿地系统，沿渠两侧布置绿化，引水入城，建立连接区域内外的生态交换网络。 图 3 水系结构图 图 4 水系布局图 4、结语 采煤沉陷区拥有丰富的水系资源，合理开发利用有助于涵养城市生态环境美化、丰富区域景观。本文通过对淮南采煤沉陷区的水系治理方法进行了有益的探索和尝试，针对沉陷区水系特点，提出“活力、清洁、流动”的水系治理目标，并探讨利用湿地、防护林涵养水源、调节气候等功能，最大限度地发挥水系的生态效益。利用原有水体营造自然水景、跌瀑景观、湿地景观、沙岸景观。以湿地植物为主要造景元素，展示丰富多彩的湿地水景空间，让人们可以在此感受湿地的水景、野趣、森林的宁静、清新的空气。 参考文献 渠俊峰, 李钢, 张绍良. 基于平原高潜水位采煤塌陷土地复垦的人工湿地规划 2008, (3): 27-30. 淮南市西部采煤沉陷区生态治理规划（2009-2025 年）
