上黨盆地采煤沉陷區水系綜合治理技術研究

郭亞超，楊麗娜，王 博

（南京市水利規劃設計院股份有限公司山西分公司，山西 長治 046000）

上黨盆地指長治盆地，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治市。

長治市總面積13 864 km2，其中含煤面積達8 500 km（2占總面積的61.31%），是名副其實的采煤大市。多年來，長治市的煤礦產業對我國及當地的經濟社會發展做出了較大的貢獻。然而，隨著大規模、長期的煤炭資源開采，當地多個縣區形成了不同程度的地面塌陷，對當地的自然生態狀況產生了極大的擾動，水生態方面主要是在河道內或周邊產出了大量的積水洼地，改變了水流匯集條件[1]，致使當地水環境惡化，制約了當地的發展。為此，政府每年均會下達較多的資金用以恢復、優化當地水生態環境，從而促進區域經濟社會發展。

筆者結合參與治理的項目，闡述了一套采煤沉陷區水系綜合治理與開發的設計方案，希望給當地水系綜合治理項目提供一套完整的思路。

1 上黨盆地采煤沉陷區河流水系現狀分析

上黨盆地內河流有濁漳河、清漳河、沁河（源頭）、衛河（源頭郊溝河）和多條入汾小河。其中，濁漳河、清漳河、衛河均屬海河流域，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，在省內屬水資源較豐富的地區。但是，若以聯合國“國際人口行動”中提出的1 000 m3作為人均水資源缺水指標，長治市仍屬于缺水地區，且非常接近于人均的嚴重缺水界限500 m3。長治市地理上處于黃土高原東部，南水北調工程沒有到達長治，從長遠規劃來看，大型的跨流域調水工程均難于到達長治，但是隨著經濟、人口的增長，水資源需求不斷增加，而本地水資源呈衰減趨勢，長治市的水資源存在著潛在的危機，形勢不容樂觀。

采煤導致的地面沉陷，對當地河流水系產生了較大影響，致使以下問題更為突出。

1.1 防洪安全問題

地面沉陷對區域內的防洪工程破壞較大，多數堤防產生裂縫、變形，達不到規定的設計防洪標準，使河道兩岸村莊、農田、道路安全受到洪水的威脅；塌陷區在雨季的排澇問題日益突出，長期積水給防汛工作造成了不利影響。

1.2 水資源問題

地面沉陷產生的裂縫會極速加大雨水下滲量，使得地表水資源量減少。根據《某煤礦采煤對區域水資源影響調查報告》，該煤礦的開采每年減少了其下游水庫入庫水量13.14 萬m3，致使當地供水保障率下降。

1.3 水質安全問題

煤礦開采的同時也會將大量礦坑水外排至地表，改變了當地原有的降雨、地表水、地下水“三水”的循環方式。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形成了較多積水湖泊。

由于湖泊內水體基本無法流動，加上周邊工礦企業的工業污水、村莊生活污水、農田退水等的直接匯入，河道水體發黑發臭，對河岸居民的身心健康造成了不利影響。

最終沒能改變阿花的決定，景花廠宣布倒閉。阿花說她最難過的是對不起員工們，他們跟隨自己這么多年，金融危機來了，沒能在她的樹蔭下躲過這場雨，而樹倒猢猻散了。所以景花廠倒了，一定要給員工們一個交代。她想好了具體的方案：一是向林強信妥協，讓大發廠來的員工再回大發廠；二是請業務單位幫忙，安置熟手；三是把設備低價處理給員工，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。阿花安排我去大發廠和林強信交談，她跑其他業務單位。

1.4 水岸生態環境問題

煤礦開采造成的地面沉陷、裂縫，影響土地耕作、植物生長，從而引發地貌和景觀生態的改變，摧毀了一些動物和植物的棲息環境，致使生物種類和數量減少，生態平衡遭到嚴重破壞，河岸生態景觀惡化，制約了當地經濟社會發展[2]。

2 與開發相結合的生態治理措施

上黨盆地采煤沉陷區水系綜合治理的思路是：合理利用采煤沉陷區的積水洼地，盡量發揮積水洼地的蓄滯洪能力[3]，在保證區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]，同時加強河流周邊水生態環境治理，通過工程措施、生物措施提高水體自凈能力，打造濱水主題生態景觀[5]，開發旅游業，促進當地經濟增長。

2.1 河道防洪

河流水系綜合治理項目的首要任務是防洪，防洪問題主要是通過疏浚河道、擴寬河道、修建堤防等方式來解決。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構，建議采用柔性的土堤，必要時采用格賓石籠防沖，以減少地面沉陷對堤防的影響。針對采煤沉陷區，還可通過擴挖積水湖泊，以增加河道的蓄滯洪能力來提高防洪能力。

2.2 水系連通

水系連通的主要目的是將沉陷區內積水洼地的死水變為活水，加大河道蓄滯洪能力的同時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，在河道連通斷面下游設閘壩，以控制積水區水位。

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

2.3 濕地構建

濕地構建的主要目的是提高各沉陷區積水洼地的自凈能力，凈化積水洼地內的水質，為構建水生態景觀奠定堅實基礎。

現狀積水洼地內水體的污染源主要包括河道內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污染源、面污染源兩類。點污染源主要指以點的形式排放入河的沿線村莊生活污水和工企業廢水，面污染源是指以面狀形式隨雨水入河的河岸農業噴撒的農藥等。

針對點源污染主要通過“先截流、再鋪設輸水管涵、最終輸送至污水處理廠處理”的方式進行初步處理，由于經污水處理廠處理后的中水水質較河道內水質差，所以可在其入河口建設人工濕地進行二次凈化，二次凈化后再入河。面源污染主要是在河口線與生態藍線間的緩沖區內栽植陸生植物，以截留氮、磷等營養元素。積水洼地的內部污染源主要通過“清除底泥”的形式進行處理。最后，再在湖泊內采用“栽植水生植物+放養控藻生物”的方式提升湖泊自凈能力。該濕地的構建方式不僅具有良好的生態效果，景觀效果亦佳。

2.4 打造濱水主題景觀

上黨地區歷史文化悠久，早在上古時代，人類的祖先神農氏炎帝就在這片廣闊的土地上嘗百草、發展原始農業，傳說中的“愚公移山”“后羿射日”“精衛填海”等故事也發生于此；同時，長治還是一個革命老區，各縣區均有其獨特的歷史文化。

打造濱水主題景觀設計時，要從以下方面考慮：①要充分挖掘當地的歷史底蘊和文化內涵，加強區域與地方特色的塑造；②要結合不同河道的地形、地貌及上位規劃，體現河流水系與周邊環境的和諧統一，加強周邊環境與河流水系的聯系；③要結合寬闊的水域，通過合理可持續性發展的土地開發策略，提升河流水系周邊土地的價值，從而開發文化遺產旅游、農業文化旅游等文旅產品[7]，將采煤沉陷區水系建設為集“自然、生態、休閑、康樂、教育、文化”于一體的區域性大型綜合旅游度假區。

具體設計手法如下：考慮到塌陷區水系存在的封閉、枯燥、缺乏功能性等問題的現狀，可采用“打開+變化+生態+功能+趣味”的設計策略對整個河流水系進行景觀的提檔升級。其中，“打開”的方式有放坡、多級臺階、墻改堤，“變化”的方式有岸線變化、空間變化、植物變化、色彩變化，“生態”的方式有生態的水、生態的岸線、生態的生物，“功能”的方式有步道三通、配套服務、休閑活動、生態修復，“趣味”的方式有親水的活動、豐富的空間、多變的地形、植物的搭配。

3 效益分析

水系綜合治理項目屬社會公益性水利建設項目，具有多方面難以定量計算的社會效益和生態效益。工程實施后，可以改善周邊環境，提高區域防洪能力，較大程度地促進區域經濟社會發展。

（1）社會效益。水系經過治理后，河道防洪能力可以達到國家規定標準，直接保障沿河兩岸人民群眾的生命、財產安全。

（2）經濟效益。塌陷區蓄水后，可為周邊生態休閑觀光農業提供水資源保障，從而促進當地經濟發展。

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

4 結語

上黨盆地作為我國主要產煤基地之一，必須高度重視采煤沉陷區水系綜合治理問題。借鑒學習國內外同類地區的治理經驗，結合當地地形地貌，變害為利，以較小的資金投入帶來較大的經濟、生態、社會效益，為走可持續發展道路做鋪墊。