采矿活动积水区域修复思考

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摘要：中国高寒地区是指海拔高或纬度高，长期处于低温环境下，常年有冻土不溶化或季节性有冻土不溶化的地区。本文主要研究中国高寒地区采矿活动形成的积水区修复成为湿地的问题，以黑龙江七台河市为典型研究区域，研究采煤活动造成废弃地积水区、塌陷积水区，形成的新一类型湖泊湿地成因及现状，分析其形成的过程及治理模式，研究人类采矿工程活动所形成各类坑、泡、湖积水区进行人工的修复成湿地，对于矿业城市的可持续发展、生态环境的恢复治理的影响和人类生存与发展的重要作用。为进一步研究矿城山水林田湖草人类生命共同体，增加了新的、更大的内容。这是湿地新的一族，使山水林田湖草生态系统更加发挥作用。

关键词：高寒;采矿;湖泊;湿地;修复

一、中国高寒地区的特征

高寒是地理学意义上的一种气候特点，是指由于海拔高或者因为纬度高而形成的特别寒冷的气候区。海拔高而气候寒冷是因为人类主要生活在地球表层的对流层大气圈内，在本圈内，气温的高低变化与海拔高低呈一定关系，即海拔平均每升高100米，气温要下降约0.6摄氏度。按照这个道理，海拔越高的地方，气候就越寒冷。另外，由于地球是一个不发光的倾斜的不规则球体，太阳光线从遥远的地方射来，会导致在整个地球表面所得光热不均匀，赤道地区太阳高度角大，太阳辐射强烈，所得光热多，而越往南北两极地区，太阳高度角越来越小，所得光热也很少，就导致到了高纬度地区，气候变得相当寒冷。无论是海拔高，还是纬度高，寒冷的气候造就了这些地区有常年不化或季节性不化的冻土等特殊的地理环境，这对于人类的生存活动是产生重要的影响，有一定的特殊性。我国属于高寒地区的有黑龙江省、青藏高原、甘肃、内蒙古部分地区。这些地区储藏百余种矿产资源，矿产丰富,品种齐全。其中：煤炭、石油、天然气、铝土等储量大、规模较大矿产资源。因此，研究采矿造成的坑、泡、湖和水湿地，更有其重要意义，这一问题是个世界性的。具有研究价值和引起关注的新课题。

二、湿地的概述及主要功能

“湿地”，泛指暂时或长期覆盖水深不超过2米的低洼地、土壤充水较多的草甸、以及低潮时水深不过6米的沿海地区，包括各种咸水淡水沼泽地、湿草甸、湖泊、河流以及泛洪平原、河口三角洲、泥炭地、湖海滩涂、河边洼地或漫滩、湿地草原等。按《国际湿地公约》定义，湿地系指不论其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6米的水域。潮湿或浅积水地带发育成水生生物群和水成土壤的地理综合体。是陆地、流水、静水、河口和海洋系统中各种沼生、湿生区域的总称。湿地是重要的自然资源，是“地球之肾”，它具有多种独特功能的生态系统，与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，它不仅为人类的生产、生活提供大量食物、原料和水资源等多种资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及改善和净化水质、涵养水源保护、蓄洪防旱、降解污染调节气候、补充地下水、减低噪声、控制土壤污染侵蚀、调节生态环境、为野生动物提供栖息地、旅游休闲娱乐、教育和科研等方面有其它系统不可替代的作用。因此，在世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。湿地是人类最重要的环境资源之一，也是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统。它不但具有丰富的资源，还有巨大的环境调节功能和生态效益。各类湿地在提供水资源、调节气候、涵养水源、调蓄洪水、促淤造陆、降解污染物，保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥重要作用。人类采矿工程活动形成的积水区，通过科学的规划和治理成的湿地，同样也具有这样的功能。

三、矿产资源开采造成的湖泊湿地的形成、修复与利用

人类采矿工程活动造成的湖泊湿地的形成应具备两个最基本条件：一是洼地、即湖盆，二是湖盆中所蓄积的水体。在人类对地下矿产资源实施开采前，岩体在地应力作用下处于相对平衡状态，当局部矿体采出后，在岩体内部形成一个采空区，随着矿山向深部开采，地压增大，地下采空区在强大的地压下，导致周围岩体应力状态发生变化，从而引起应力的重新分布，使岩体产生移动变形和破坏。随着采矿工作的进行，这一过程不断重复，是一个十分复杂的物理、力学过程。一般情况下，当地下工作面开采达到一定深度之后，便波及地表，使受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个较小的地表移动盆地，随着后续开采的进行，工作面连续向前推进，工作面上方地表下沉盆地范围不断扩大，到充分开采时，地表下沉值达到该地质采矿条件下的最大值，盆地的最大下沉值不再增加，进而形成塌陷盆地。由于潜水面因重力作用随地形的高低起伏而略有起伏，即地势高，潜水水位高；地势低，潜水水位低。因此，潜水一般由地形高处向低处渗流。当地表沉陷接近或超过地下潜水位深度时，地下潜水会在重力作用下流向塌陷盆地地表，使塌陷盆地逐渐积水，出现季节性积水或永久性积水，进而形成湖泊湿地。综上所述，人类采矿工程活动对地下资源的采取打破岩体地应力平衡，导致表面标高下降，进而形成塌陷盆地，在重力的作用下，大气降水、地下水会使塌陷盆地出现季节性积水或永久性积水，进而形成湿地湖泊。

四、采矿活动造成塌陷坑、废弃地的积水区的现状

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭等矿产资源的大规模开采，为当地经济社会发展做出了重大贡献的同时，也对当地生态环境和山水林田湖草自然资源造成严重的破坏和损毁。采矿活动本身就会对土地、植被等资源造成一定的破坏，我国矿产开采初期，由于片面追求经济效益，环境意识淡薄，开采产业结构不合理，开采方式不科学，许多矿山开采企业一味追求产量，忽略对矿山地质环境的保护，造成了对地貌景观、水资源以及环境造成无法修复的破坏，采矿活动造成塌陷是最直观、最突出的。由于早期人们对采矿活动形成塌陷应及时治理和修复认识不足，至使许多塌陷坑、塌陷废弃地积水严重，成为是荒滩沼泽，甚至是垃圾填埋场，造成了土地资源直接或间接导致土地功能的退化，破坏了地形地貌景观稳定性，影响和破坏了地表、地下水循环，造成水资源的严重污染，以及人居环境的破坏越来越严重，并引发多种次生灾害，造成矿山地质环境的恶化。采矿活动造成塌陷的积水湿地对环境的影响是愈演愈烈，因采矿活动造成的水体污染、地下水和土壤危害等也是频频发生。因此，采矿活动造成的塌陷积水区的修复与综合治理是亟待解决的问题。随着科技的迅猛发展，技术手段的不断革新，人工绿化变废地为湿地的例子屡见不鲜，尽管由采矿活动造成的塌陷积水区完全恢复到采矿前原有的状况是不可行的，但是随着人们环境意识的提高，科学技术的进步，依据生态学原理，通过优化组合生物的、物理的、化学的和工程的多种途径和措施，将采矿活动造成的积水区修复为湿地，进而修复被破坏的生态系统，最终达到人与自然和谐、经济、资源、生态环境协调发展是可以实现的。

五、黑龙江省七台河市采煤

塌陷积水湿地的形成、修复与利用黑龙江省七台河市是我国高寒地区一座因煤而生、缘煤而兴的新兴工业城市。地处完达山山脉西端，东经130°至131°44′，北纬45°至46°37′之间属于高纬度地区，四季分明，春季风大少雨干旱，夏季短而湿热多雨，秋季降温快来霜早，冬季长而干燥寒冷，冬季冻土数月不化，昼夜温差大。年平均温度4.0℃。最冷月（一月）平均气温为-18.3℃。极端最低气温达-39.0℃，属于寒温带大陆性季风气候。七台河市符合中国高寒区的特征。因此，以七台河市采煤塌陷积水区修复治理成水湿地为例，对研究中国高寒地区矿城的可持续发展、生态环境的恢复治理和人类生存发展的有着重要作用和影响。七台河市煤炭开采始于1958年，由于煤炭资源开采时间长，其煤层又为薄煤层，多层组，赋存浅,采动次数频繁，采动面积大，产生地面塌陷坑多，塌坑深较大，形成一个连续的塌陷带和塌陷盆地，造成大面积的积水湿地，生态环境污染和破坏严重。据调查，西部积水区现存积水坑150余个，最大直径200米，最小直径1-6米，最大塌陷坑如落燕湖5万平方米，深6.5米，最小塌坑深1.2米，夏季丰水期，塌坑最大积水深6.19米，最小积水深1.0米，主要集中在新建矿、新兴矿、新立矿、东风矿、市煤矿和一些中小型煤矿采区内。市区东部积水区主要是地表沼泽等影响而形成积水区，汇水面积较大；其次是桃山矿与新富矿煤田开采造成塌陷积水区。塌陷坑直径一般8-50m不等，坑深2-5m，近百余个塌坑，汇水面积较大地面塌陷积水区。如，铁东矿与富强矿因开采较早积水较为严重。积水面积大而深，地面最大降深2.07m，积水深2.0m。这些塌陷坑的积水长期无法排出，最终形成大面积的塌陷积水湿地。

六、采矿活动造成的积水区修复为湿地的思考

采矿活动造成大面积土地下沉形成塌陷坑，大量的积水集聚坑内无法排出，形成大面积的塌陷积水区。由于早期人们对环保意识的认识不到位，塌陷积水坑内被倾倒了大量的垃圾，加之矿井排水中有毒化合物未经处理排入坑内，使有毒物质被提升到地面上来，严重污染水源地，造成水体有毒污染。致使这些积水区和塌陷废弃地因没有合理的治理闲置荒废，如何通过科学规划，采取什么治理措施将人类采矿工程活动形成的积水区人工修复为水湿地，使塌陷区积水湿地的生态环境得到恢复，既能有效的治理因采矿活动对自然资源和生态环境破坏，恢复自然环境生态系统的功能。又能有利于山水林田湖草生态系统修复，调节生态平衡，改善区域生态环境，又能开展科研工作，产生一定经济效益，是我们思考的问题。1、创建湿地生态保护圈，按生态功能科学规划采煤活动积水区修复为湿地时，要充分认识到人工采矿活动湿地是涉及面较广、矛盾较大、问题较多的一项工程，不能盲目进行。要充分认识和了解湿地的修复和治理，对维护区域生态平衡，保护生态环境，改善区域气候等重要性，以修复治理过程中要遵循自然规律，充分考虑人类采矿活动造成的湿地的生态环境承受能力，采用先进的科学治理和修复技术，创建多功能、多样性的湿地生态保护圈，把生态、经济和社会效益充分有机地结合起来。用先进的技术做支撑，用较少的投入获取较大的生态效益、经济效益和社会效益。2、科学治理净化先行，构建生态水系统网人类的采矿活动造成了土地下沉形成塌陷，在采煤塌陷区有大小不同的塌陷坑，有的荒芜，有的则是常年积水，这既污染水源又浪费水资源。煤炭的开采和深加工会产生很多的工业废水，这些未经过理的废水被抽到地上，集聚到大大小小的塌陷深坑中，污染地表水体；塌陷会破坏含水层的稳定性，地表受到污水的水体会沿着地裂缝渗透到地下污染地下水，当地下水被抽排到地面，会产生会造成二次污染。因此我们在塌陷积水区修复水湿地首先要根据塌陷积水坑的地理位置、土壤性质、植被等因素，合理设计输水线路。运用积水串连法，通过计算将大小不一的塌陷泡泽按地面等高线从高向低的流向设计，把大小不一的泡泽串联起来，将若干小坑中的水汇聚到大的坑中，形成一个个塌陷湖泊。通过科学的方法，建立多级净化水体，对湖内的污水进行试验、分析、处理并且利用处理后的洁净水进行养殖、灌溉农业示范小区，健全区域内的水系统，雨水循环系统、排水系统等，构建湿地生态水循环系统，打造景观或大型蓄水工程，为湿地动植物提供充足的水源，解决发工农业用水和水质安全的问题。3、构建层次丰富高寒区的生物链，修复湿地生态在修复湿地生镜过程中，我们因地适治，采用自然恢得为主、人工修复相结合的方式，采取组团适治绿洲法、浮载平台种植法、生物链循环利用法、乔灌花草兼植法等科学治理方法，一是在采矿造成的水湿地与大的湖泊水面上，利用木、竹、塑料材料制作成舟，用锚固定在1米以上水上浮动平台，在平台上覆营养土，栽植乔灌木花草等适当的农作物、水生植物、蔬菜和果树。二是将大小不等的塌陷坑全部覆绿，连成一片，使塌陷湖泊湿地变成绿洲。三是构建湿地生物链，打造鸟类栖息地。黑龙江省很多区域是亚洲北部水禽南移的必经之路。湿地鸟类丰富，主要是浅水的以鱼、虾、水生昆虫、软体动物、蝌蚪及水生植物的叶、茎、块根、球茎、果实等为食。因此，我们在采矿活动积水区修复为湿地中，既要采用适地适树，进行草、木、花结合的绿化办法，培育矿山生态恢复的种子和苗木，特别是要注意选用当地的野生苗木，种子和苗木要经过驯化，达到应用的效果。更要在湿地生镜物种选择方面选择耐寒、生长周期相对长的植物，还要注意为湿地生物种提供优质生存环境和完整的食物供给链。试验结果表明，油菜、黄花鸢尾、水芹、灯心草、虎耳草、桂花、花菖蒲可作为高寒区人工湿地的选择植物。研究发现，在低浓度的含氮磷水环境中，水葱脱氮除磷能力较强。利用菹草、伊乐藻和西伯利亚鸢尾组合的人工湿地在冬季也能保持良好的净化效果能为鱼、虾、水生昆虫等动植物提供优质的水源。4、采矿形成的积水区修复为湿地，助力区域经济发展湿地是重要的生态系统，将采矿活动形成的积水区修复为湿地对当地的生态环境建设，山水林田湖草生态系统恢复，区域的经济繁荣和社会发展有着不可估量的作用。针对塌陷积区不同的功能分区划分，将采矿活动形成的积水区，遵循生态建设、防治与生态保护并重原则，进行科学规划综合治理，通过生态学、社会经济学、景观生态学、园艺学等多个方面综合考量，通过水体、地表、空间采用重塑景观造园法、三层造园技术（即生物层、植物层、景观层）的综合造园技术方法，构建近自然、原生态的湿地系统，来实现采煤塌陷水湿地生态环境恢复治理，改善和美化塌陷区生态环境，使采矿废弃的矿山闲置废弃的塌陷地、积水区变废为宝，成为可供市民休闲、娱乐、游玩、优美的休闲娱乐康养之地，为区域经济发展提供招商引资良好的营商环境，助力城市经济可持续发展。近年来，高寒区域各相关部门积极加大对湿地生态资源的保护力度，努力建设秀美宜居的绿色生态家园。七台河市开展了“绿盾行动”，加大对湿地生态环境的管护力度，严厉打击各种盗挖沙土、滥采滥伐等违法行为，同时加大对野生动物的保护力度，开展帮助野生动物过冬的救助投食行动，有效保护了珍稀野生动物资源，并通过科学检测和研究，准确掌握了保护区内动植物的数量、种类和生态环境的变化情况及规律。2012年建设了位于倭肯河中上游，沿倭肯河由东北向西南延伸，共划分核心区、缓冲区和实验区等区域，总面积7387公顷的倭肯河省级自然保护区。

截至2015年末，七台河市共建立了桃山湖国家湿地公园、倭肯河省级自然保护区、汪清湖省级湿地公园三个湿地保护管理机构。全市湿地面积达18000余公顷，湿地内共分布植物313种，脊椎动物377种，无脊椎动物388种，国家一级保护动物东方白鹤连续两年出现在七台河市桃山湖，可见修复采矿活动形成的湿地对山水林田湖草生态系统的重要性。

作者:纪万斌