盆地采煤沉陷区水系综合治理技术研究

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摘要：针对上党盆地受采煤影响，各河流水系内形成了多处积水洼地的特点，分析了河流水系现状，阐述了一套完整的采煤沉陷区水系综合治理与开发的思路，提出了采煤沉陷区水系综合治理的方法与设计模式。

关键词：采煤沉陷区；水系连通；综合治理；生态修复

上党盆地指长治盆地，位于山西省的东南部，北起八松岭和五云山，南至金泉山和丹朱岭附近，介于太行、太岳两座山脉之间，即为如今的山西省长治市。长治市总面积13864km2，其中含煤面积达8500km2（占总面积的61.31%），是名副其实的采煤大市。多年来，长治市的煤矿产业对我国及当地的经济社会发展做出了较大的贡献。然而，随着大规模、长期的煤炭资源开采，当地多个县区形成了不同程度的地面塌陷，对当地的自然生态状况产生了极大的扰动，水生态方面主要是在河道内或周边产出了大量的积水洼地，改变了水流汇集条件[1]，致使当地水环境恶化，制约了当地的发展。为此，政府每年均会下达较多的资金用以恢复、优化当地水生态环境，从而促进区域经济社会发展。笔者结合参与治理的项目，阐述了一套采煤沉陷区水系综合治理与开发的设计方案，希望给当地水系综合治理项目提供一套完整的思路。

1上党盆地采煤沉陷区河流水系现状分析

上党盆地内河流有浊漳河、清漳河、沁河（源头）、卫河（源头郊沟河）和多条入汾小河。其中，浊漳河、清漳河、卫河均属海河流域，占全市总面积的79.9%；沁河和入汾小河均属黄河流域，占全市总面积的20.1%。长治市水资源总量为18.88亿m³（含入境水量），人均水资源占有量为604.7m³，约为山西省人均水资源占有量的1.6倍，在省内属水资源较丰富的地区。但是，若以联合国“国际人口行动”中提出的1000m³作为人均水资源缺水指标，长治市仍属于缺水地区，且非常接近于人均的严重缺水界限500m³。长治市地理上处于黄土高原东部，南水北调工程没有到达长治，从长远规划来看，大型的跨流域调水工程均难于到达长治，但是随着经济、人口的增长，水资源需求不断增加，而本地水资源呈衰减趋势，长治市的水资源存在着潜在的危机，形势不容乐观。采煤导致的地面沉陷，对当地河流水系产生了较大影响，致使以下问题更为突出。

1.1防洪安全问题

地面沉陷对区域内的防洪工程破坏较大，多数堤防产生裂缝、变形，达不到规定的设计防洪标准，使河道两岸村庄、农田、道路安全受到洪水的威胁；塌陷区在雨季的排涝问题日益突出，长期积水给防汛工作造成了不利影响。

1.2水资源问题

地面沉陷产生的裂缝会极速加大雨水下渗量，使得地表水资源量减少。根据《某煤矿采煤对区域水资源影响调查报告》，该煤矿的开采每年减少了其下游水库入库水量13.14万m³，致使当地供水保障率下降。

1.3水质安全问题

煤矿开采的同时也会将大量矿坑水外排至地表，改变了当地原有的降雨、地表水、地下水“三水”的循环方式。大量地下水排至地表，造成了地下水水位下降、河岸潜水位抬高，从而使河道周边的塌陷区形成了较多积水湖泊。由于湖泊内水体基本无法流动，加上周边工矿企业的工业污水、村庄生活污水、农田退水等的直接汇入，河道水体发黑发臭，对河岸居民的身心健康造成了不利影响。

1.4水岸生态环境问题

煤矿开采造成的地面沉陷、裂缝，影响土地耕作、植物生长，从而引发地貌和景观生态的改变，摧毁了一些动物和植物的栖息环境，致使生物种类和数量减少，生态平衡遭到严重破坏，河岸生态景观恶化，制约了当地经济社会发展[2]。

2与开发相结合的生态治理措施

上党盆地采煤沉陷区水系综合治理的思路是：合理利用采煤沉陷区的积水洼地，尽量发挥积水洼地的蓄滞洪能力[3]，在保证区域防洪安全的前提下，提高河流水系的供水量与供水保证率[4]，同时加强河流周边水生态环境治理，通过工程措施、生物措施提高水体自净能力，打造滨水主题生态景观[5]，开发旅游业，促进当地经济增长。

2.1河道防洪

河流水系综合治理项目的首要任务是防洪，防洪问题主要是通过疏浚河道、扩宽河道、修建堤防等方式来解决。由于河道两岸存在变形的可能，所以尽量避免采用钢筋混凝土堤防、浆砌石堤防等刚性的结构，建议采用柔性的土堤，必要时采用格宾石笼防冲，以减少地面沉陷对堤防的影响。针对采煤沉陷区，还可通过扩挖积水湖泊，以增加河道的蓄滞洪能力来提高防洪能力。

2.2水系连通

水系连通的主要目的是将沉陷区内积水洼地的死水变为活水，加大河道蓄滞洪能力的同时可提高河道的供水能力与供水保证率[6]。水系连通主要包括两部分，一是积水洼地与河道的连通，二是积水洼地之间的连通。积水洼地与河道连通的最好方式是直接采用明渠把河道径流引入蓄水区，在河道连通断面下游设闸坝，以控制积水区水位。积水洼地之间连通采用以下两种办法：若沉陷区相距不远，可将中间土体全部下挖直接连通；若沉陷区距离较远，可通过明渠或输水涵洞等方式连接。

2.3湿地构建

湿地构建的主要目的是提高各沉陷区积水洼地的自净能力，净化积水洼地内的水质，为构建水生态景观奠定坚实基础。现状积水洼地内水体的污染源主要包括河道内部污染源和河道外部污染源两种。河道外部污染源可分为点污染源、面污染源两类。点污染源主要指以点的形式排放入河的沿线村庄生活污水和工企业废水，面污染源是指以面状形式随雨水入河的河岸农业喷撒的农药等。针对点源污染主要通过“先截流、再铺设输水管涵、最终输送至污水处理厂处理”的方式进行初步处理，由于经污水处理厂处理后的中水水质较河道内水质差，所以可在其入河口建设人工湿地进行二次净化，二次净化后再入河。面源污染主要是在河口线与生态蓝线间的缓冲区内栽植陆生植物，以截留氮、磷等营养元素。积水洼地的内部污染源主要通过“清除底泥”的形式进行处理。最后，再在湖泊内采用“栽植水生植物+放养控藻生物”的方式提升湖泊自净能力。该湿地的构建方式不仅具有良好的生态效果，景观效果亦佳。

2.4打造滨水主题景观

上党地区历史文化悠久，早在上古时代，人类的祖先神农氏炎帝就在这片广阔的土地上尝百草、发展原始农业，传说中的“愚公移山”“后羿射日”“精卫填海”等故事也发生于此；同时，长治还是一个革命老区，各县区均有其独特的历史文化。打造滨水主题景观设计时，要从以下方面考虑：①要充分挖掘当地的历史底蕴和文化内涵，加强区域与地方特色的塑造；②要结合不同河道的地形、地貌及上位规划，体现河流水系与周边环境的和谐统一，加强周边环境与河流水系的联系；③要结合宽阔的水域，通过合理可持续性发展的土地开发策略，提升河流水系周边土地的价值，从而开发文化遗产旅游、农业文化旅游等文旅产品[7]，将采煤沉陷区水系建设为集“自然、生态、休闲、康乐、教育、文化”于一体的区域性大型综合旅游度假区。具体设计手法如下：考虑到塌陷区水系存在的封闭、枯燥、缺乏功能性等问题的现状，可采用“打开+变化+生态+功能+趣味”的设计策略对整个河流水系进行景观的提档升级。其中，“打开”的方式有放坡、多级台阶、墙改堤，“变化”的方式有岸线变化、空间变化、植物变化、色彩变化，“生态”的方式有生态的水、生态的岸线、生态的生物，“功能”的方式有步道三通、配套服务、休闲活动、生态修复，“趣味”的方式有亲水的活动、丰富的空间、多变的地形、植物的搭配。

3效益分析

水系综合治理项目属社会公益性水利建设项目，具有多方面难以定量计算的社会效益和生态效益。工程实施后，可以改善周边环境，提高区域防洪能力，较大程度地促进区域经济社会发展。（1）社会效益。水系经过治理后，河道防洪能力可以达到国家规定标准，直接保障沿河两岸人民群众的生命、财产安全。（2）经济效益。塌陷区蓄水后，可为周边生态休闲观光农业提供水资源保障，从而促进当地经济发展。（3）生态效益。工程实施后，可以增加区域湿地面积、植被绿化面积、居民休闲平台，使河道呈现水清堤绿处处彰显生机的景象，使区域生态环境趋于良性循环，为提高人民的健康水平及生活质量提供保障。

4结语

上党盆地作为我国主要产煤基地之一，必须高度重视采煤沉陷区水系综合治理问题。借鉴学习国内外同类地区的治理经验，结合当地地形地貌，变害为利，以较小的资金投入带来较大的经济、生态、社会效益，为走可持续发展道路做铺垫。

参考文献

[1]徐翀，孙青言.采煤沉陷对沉陷区洼地汇流范围的影响分析[J].中国水能及电气化，2013（8）：63-69.

[2]徐艳，王璐.采煤塌陷区生态修复技术研究进展[J].中国农业大学学报，2020（25）：80-90.

[3]王辉.采煤沉陷区湿地建设与水资源调蓄作用研究[J].人民黄河，2013（7）：51-53.

[4]王振龙，章启兵.采煤沉陷区雨洪资源利用技术研究[J].水利水电快报，2008（10）：1-4.

[5]母玉敏，高良敏.浅谈高潜水位采煤沉陷区的生态修复[J].绿色科技，2014（3）：201-203.

[6]赵恩辉.古冶采煤塌陷区综合治理方案[J].生态与环境工程，2016（12）：169-170.

[7]孙晓娟.淮南采煤沉陷区湿地保护与利用模式研究[J].内蒙古林业调查设计，2016（11）：5-8.

作者：郭亚超 杨丽娜 王博 单位：南京市水利规划设计院股份有限公司山西分公司