基于“生態+景觀”模式的煤礦生態環境修復與治理

趙 晶，楊 帆

(西安交通大學 城市學院，陜西 西安 710000)

煤炭是我國能源中的優勢礦產資源，在能源結構中具有基礎性作用[1]。隨著工業的發展和各領域需求的增長，煤炭資源在能源結構中所占的比例有所降低，但是仍然占據能源的50%以上。隨著生態理念[2]、環境保護[3]與可持續發展[4]意識的提高，煤炭開采所引發的一系列生態問題以及生態修復治理問題已經受到社會的廣泛關注[5-6]。“生態+景觀”模式的修復與治理以景觀生態學[7]理論為基礎，強調人類的活動對景觀格局和過程所產生的影響。景觀生態學理論所關注和研究的重點在于生態系統和景觀的修復、治理[8-10]，根據該理論可以進行退化生態系統的修復和治理工作以及重建需要恢復的各種元素，以達到修復和治理退化生態系統的目的[11-14]。本文以景觀生態學理論為基礎，以青海省某礦區為例，通過“生態+景觀”模式對煤礦的生態環境進行修復和治理，對礦區的可持續性發展具有深遠意義。

1 礦區現狀和主要生態環境問題

1.1 礦區現狀

以青海省某礦區為例，青海屬于高海拔地區，干旱少雨，生態環境的自恢復能力較差，極易受到破壞。該地區的自然條件惡劣，土壤主要為高山草甸土和沼澤草甸土。該礦區的植被主要為高寒沼澤類和高寒草甸類，具有明顯的區域特性。該礦區的煤層埋深0～1 100 m，煤層厚度在10 m左右。經過一定程度的開發后，采坑的總面積約1 435.06萬m2、容積約68 246.94萬m3，渣山面積約1 857.87萬m2。

1.2 主要生態問題

(1)礦區地質災害。礦區煤炭資源的開發過程中需要進行鉆探工藝[15]，會破壞該區域原本的地質結構，造成嚴重的地質災害，影響礦區及周圍農業的正常生產，造成嚴重的生態環境破壞。礦區煤炭資源的開采施工作業嚴重影響甚至改變了附近區域的生態環境，尤其是資源開采過程中涉及到地下開采、露天開采、礦坑的排水等重要工程，這些工程會造成地面裂縫的產生、邊坡不穩，甚至塌陷、滑坡、泥石流等嚴重的地質災害，進一步破壞周圍的生態環境。

(2)礦區生態環境和景觀破壞。煤礦區的堆積物廢棄區域和采煤區深陷區是影響該區域生態環境的主要來源。在煤炭開采過程中以及開采結束后都會對生態系統的自恢復能力造成嚴重的影響，甚至導致該地區生態系統的退化。經調查研究發現，煤礦區的植被物種的多樣性在逐漸減少甚至消失，生態系統的自恢復能力和生產能力等減弱，濕地退化嚴重。另外，由于環境的變化導致外來入侵物種增加，影響該地區的畜牧業。而且隨著時間的流失，破壞加劇，導致煤礦區的生態平衡和穩定性也逐漸發生變化。開采活動進行了工業場地的建設，形成較多的工業建筑，與該地區的自然景觀嚴重失調，嚴重破壞了生態系統。

(3)礦區地下含水層破壞。煤炭資源的長期開發對地下水資源產生了一定的破壞，煤炭開采大多需要鉆井工作，深入地下1 000 m左右的深度，對地下水層尤其是淺層地下水產生不可逆的影響，使其枯竭。由于煤礦區工業建筑等設施的建設，造成礦區周圍地形地貌發生變化，該礦區周圍地表水發生斷流，嚴重破壞該區域的生態系統，導致礦區周圍水源破壞嚴重、濕地破壞、植被退化。礦區對于水資源的破壞一方面影響周圍以及下游區域居民正常飲水，另一方面，由于煤炭的開采對地面結構產生破壞，容易造成地面塌陷，煤層頂板圍巖冒落，進一步影響地下水層的結構，影響地下水資源。

(4)礦區周圍邊坡不穩。煤炭資源開采過程中產生的渣石等都堆積在采坑附近，由于堆放較為隨意，壓實處理較為簡單，且沒有設置排水設施等原因，導致邊坡在重力作用下產生裂縫，進而發生滑坡、垮塌。該礦區的不穩定斜坡共有13處，且發育部位主要位于渣堆的邊坡處，因此不穩定邊坡難以發育。

2 生態修復治理思路

2.1 治理思路

本文治理[16]的思路是首先對于破碎、裸露的山體進行綠化工程[17]，然后再運用景觀設計對煤礦進行修復，使其實現可持續性發展，實現真正的生態+景觀修復。此次治理方法以景觀生態學理論為理論基礎，以“山水林田湖草是一個生命共同體”[18-19]為理念，以“綠色自然、景觀融合、經濟實惠”為出發點，融合煤礦區周圍實際的生態環境，根據煤礦區的地質特征，將“生態+景觀”模式和關鍵技術運用到“自然恢復+工程治理”中，將生態系統的自然恢復和資源的有效保護以及工程治理進行有機融合，遏制生態系統的進一步破壞和退化。

2.2 生態修復治理體系

該煤礦區位于青海省，海拔較高，植被的抗干擾能力較差，因此礦區生態環境的修復和治理較為困難。另外，礦區生態環境修復和治理的基礎科學研究較為薄弱，需要進一步深入研究，例如，高寒地區植被的修復、濕地的退化問題等等。采用“生態+景觀”模式，以景觀生態學理論為理論基礎，以“山水林田湖草是一個生命共同體”為理念，探索煤礦區生態系統的修復與治理將是礦區可持續發展的重大科學問題。煤礦區生態系統的修復與治理既要保障煤炭資源的正常開采，還要做好開采后的修復和治理工作。結合煤礦采坑、渣山的實際情況，例如規模、穩定程度、生態問題等，對于不同的情況采取不同的方案，按照整體規劃、因地因勢差別化設計、平行施工的總體方式，對煤礦區的生態環境進行修復和治理，形成采坑、渣山、生態景觀的協調治理。綜合治理路線如圖1所示。

圖1 “生態+景觀”模式治理路線Fig.1 Governance route of "ecology+landscape" model

3 修復治理方式研究

3.1 煤矸石景觀修復方法

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，隨著煤炭資源的開發，煤礦區產生大量煤矸石，煤矸石的堆放不僅造成環境污染，占用空間，而且處理難度較大。為保證邊坡和渣山的穩定，需要對其進行削坡減載。通過渣山進行整形、碾壓等方式，消除浮石，避免崩塌，控制山體的高度在30 m以內，利用重型機械壓實，以確保邊坡的穩定。對于產生的煤矸石可以采用綜合利用、變廢為寶的方式進行處理，如圖2所示。①可以對其清潔處理之后，粉碎用于道路、廣場等地面的鋪裝；②將其切割成不同的尺寸、形狀，利用其天然色和質感等在煤礦區設置成特色景觀；③用于制作具有保護土壤作用的嵌草磚，鋪于邊坡、岸坡等位置，避免在受到雨、水等沖刷時土壤的流失，保護植被。

圖2 煤矸石景觀修復方法Fig.2 Restoration method of coal gangue landscape

3.2 土壤重構和植物生態修復

礦區附近的原有土壤由于煤礦開采被破壞、污染，不利于植物的生長。尤其是高寒草甸一旦受到破壞，便難以修復，需要采用人工復綠[20]的方式進行生態環境的修復和治理。利用采礦過程中產生的粉煤灰、煤矸石、黏土等材料植被表土，從而對土壤進行重構，土壤重構如圖3所示。由于該地區海拔較高，客土資源較少，將該區域中豐富的巖石、粉砂巖、動物糞便等按照一定的比例進行混合代替土壤，再選用適宜該地區生長的牧草進行播種、鎮壓，并鋪蓋無紡布，促進種子生長，實現該區域采坑、渣山的整治、復綠。

圖3 土壤重構示意Fig.3 Schematic diagram of soil reconstruction

3.3 水系連通修復

該煤礦在開采過程中產生較多的采坑和渣山，使該地區原有的地形、地貌等發生明顯變化，天然的河道被破壞，地下水位下降，造成濕地、植被等原有生態環境退化，該地區原有的水系被切斷，水的流通能力和涵養功能減弱。為了保障采坑邊坡和渣山的穩定、更為了該區域綠色植被的恢復，需要重新建立新的水系連通，恢復該區域的河流、湖泊、濕地。結合該地區的地形條件，通過河流、湖泊、濕地之間的連通、濕地內部及植物根系之間水系的連通，實現該地區水系的修復和治理。水系連通修復治理如圖4所示。

圖4 水系連通修復治理示意Fig.4 Schematic diagram of water system connectivity repair and treatment

采用依山就勢的原則保留原有的高原湖泊，通過上游的地表水自流進入湖泊，出湖泊后接納其他的直流并匯入下游河流，與人工河道交匯，形成自西向東的連通水系，從而恢復該礦區的水源涵養能力。對于前期采礦過程中破壞的河流，通過人工方式使其與附近的濕地重新連通。對于由于道路修建造成兩側濕地退化的現象，則采用因地制宜的方式，可通過修建地下導水管的方式實現濕地與河流、湖泊的水系連通，改善濕地退化的現狀，逐步恢復濕地生態系統。

4 結語

煤炭是我國重要的基礎能源，在全國一次能源中占70%，我國經濟的快速發展離不開煤礦的開采，隨著工業水平的提高，對于煤炭資源的需求日益增加。煤炭資源促進我國經濟發展的同時，也造成了嚴重的環境污染問題和許多社會問題。煤炭開采過程中會破壞原有的土地結構，對原有的生態系統造成破壞，礦區人地矛盾日益嚴峻。隨著全球經濟一體化進程的加快，生態環境問題以及可持續發展理念受到全球的關注和重視，煤礦區的可持續發展和生態環境的修復和整理工作也逐漸受到人們關注。本文中通過“生態+景觀”模式，以景觀生態學理論為基礎，探索了修復和治理煤礦生態環境的方法。另外，還需要探索更多更合適的科學技術和方法，對我國的煤礦區進行整治，使煤礦區的土地恢復、風景更優美。