大同煤炭基地水生态现状及修复对策探析

张建成

(山西省大同市水资源管理委员会办公室，山西 大同 037006)

大同市地处背风的内蒙高原内陆区，属高原温带季风型大陆性气候。春季受蒙古高原大气环流的影响，冷空气活动频繁，风大沙多，干旱少雨。夏季受太平洋副热带暖湿气流控制，雨热同步，降水集中，多暴雨和雷阵雨。降水量分布由山区向盆地递减、迎风坡大于背风坡，年降水量约70%集中在7、8、9月份，因而形成了“十年九旱，年年春旱”的气候特征。

大同市新构造活动比较强烈，地形地貌是在燕山运动的基础上改造发展形成的，突出的特点是断陷盆地的形成和强烈的火山运动。强烈的火山运动表现为左云、大同等有火山喷发相的玄武岩分布，大面积的玄武岩主要展布在北纬40°以北。出露的太古界分部于雷公山、采凉山一带。元古界、古生界地层构成中高山区，寒武系、奥陶系、石炭系分布于口泉至青磁窑带状边山一线，二迭系出露在口泉镇西南，侏罗系分布于云岗以西广大地区，这一区域是大同市煤炭主产区，也是大同经济文化的核心区域。新生界为松散堆积物及玄武岩，分布于西部边山丘陵及盆地沿河区域。地区性地层构造，形成栗钙土面积较广，山丘至平原均有，土质较粗，以沙壤土为主，不利于作物生长，加之水资源贫乏，客观上生态环境脆弱。御河由北向南流经大同市区，流域包括了大同市南郊区(城区、矿区)、新荣区、左云县、阳高县、大同县、朔州市右玉县及怀仁县部分面积。流域内煤炭资源丰富，工矿企业众多，是大同市经济发达的核心区域，同时也是全市生态恶化集中区域。因此，改善大同煤炭基地生态环境，切实可行的方案是综合治理边界清晰、结构功能完整的御河流域水生态环境。

1 水生态环境现状

1.1 植被覆盖率低，水源涵养功能弱

大同煤炭开采有1 500多年历史，集中在流域中上游区域(十里河与口泉河河沟两岸)，由于煤炭开采植被破坏严重，植被覆盖率低于20%，中下游区域受采煤排水，河道两岸的植物及周边环境同样受到较大影响。总体看流域森林覆盖率低，植被面积少，水源涵养功能弱。

1.2 地下水超采严重，水环境地质问题突出

流域水资源贫乏，供水水源单一。随着城市建设和工、农业的快速发展，造成主要供水水源地下水超采严重，地下水开采量已约占流域总取水量80%，地下水开采系数达到1.7以上，水井密度达11～19眼/km2以上，流域内，目前地下水开采量约17 600万 m3，超采量达9 180万 m3，部分区域地下水位下降速率0.52～1.24 m/a，城北、城南、城西三大超采漏斗区总面积达130.98 km2。因地下水超采，诱发了地裂缝及地面沉降，地裂缝最早发现于1983年，当时在大同机车厂生活区发育一条长1.3 km地裂缝，目前，市区平原区在大同机车厂、铁路分局、五里店、马军营、322医院、文化里及凿井队出现了7条地裂缝，长度20.6 km。大同市地面沉降始于70年代末，目前，御河、口泉河流域有两个地面沉降中心，中心区分别位于十里河南岸的时庄-西韩岭一带和御河两侧利群制药-梓家村一带。

1.3 煤炭采空区水环境地质问题严重

据2015年地质灾害核查资料，多年的煤炭开采形成715.6 km2采空区，沉陷区内地面塌陷(塌陷裂缝)地质灾害(隐患)点共155处。其中在高山——吴官屯段(长度10 km)出现河道塌陷、裂缝、洼地，致使河水灌入采空区。采煤漏水既破坏了地下水资源的补径排条件，采煤后形成的采空区还造成了地面沉陷、裂缝等严重的环境问题。煤矿开采造成地表水与井下沟通渗漏及大量疏干性排水等环境问题，流经采煤区的十里河、口泉河径流量由上世纪80年代初的1 520万 m3/a、1 270万 m3/a，到2000年变为干河。

1.4 污水排放量大，水质恶化

大部分河道无水，很多支流干枯，由于流域内废水排放量大，出现有河无水、有水皆污的状况，是全省水污染最严重的区域。河道水质监测结果基本为IV及劣V类。其中总汞、氨氮、高锰酸钾等指数超标。地表水的污染加之采煤透水，已影响到了地下水的水质，浅层地下水已遭到了污染。水质监测，挥发酚、六价铬、三氮、氟化物、氟化物、亚硝酸盐氮超标。

2 原因分析及对策研究

2.1 水土流失

1)原因分析。流域中上游部分地域，同煤集团和地煤集团企业云集，开采历史悠久，地表植被影响严重，采煤沉陷区进一步破坏了地表下垫面水循环，造成地表水严重渗漏。加之以土石、黄土为主的地表多直接受到降水冲刷，造成水土流失加剧。同时，强降雨产生高含沙水流乃至泥石流，造成河流下游泥沙淤积、河床抬高、水面萎缩等后果。

2)对策研究。针对御河源头为土石山区和黄土丘陵沟壑区，上、中游地域为黄土丘陵沟壑区或黄土丘陵缓坡风沙区，下游为冲积平原区这一地貌特征。治理对策为：在淤泥河、万泉河、十里河支流源头保护区的土石山和黄土丘陵沟壑区，采取生态修复工程，立地条件较好地域，采取水平沟整地，径流调控方式植树造林，同时加强管护，制定必要的地方性法规和管护办法；在十里河、口泉河沟采煤沉陷区，采取沉陷区治理措施，立地条件较好的有林地、灌木林地或草地，采取封禁治理措施；充分利用现有人工增雨设施和技术，对该区适时开展人工增雨作业，增加降水，促进区域植被自然修复。总体上采用水平沟整地径流调控方式提高郁闭度。

2.2 地下水超采

1)原因分析。上世纪80年代后，大同市国民经济快速发展，地下水成为御河流域内城镇生活及工农业生产的主要供水水源。由于供水水源单一，大量集中式开采地下水，地下水超采严重，流域内集中开采区域地下水位持续下降，由此诱发的地面沉降、地裂缝等一系列水环境问题突出。

2)对策研究。解决地下水超采引发的水环境问题，总量控制是关键。总量控制目标分四步逐步实施。(1)压缩超采量，减缓超采区发展速度。(2)采补平衡，地下水位止降，漏斗区范围逐渐减小。(3)压缩开采量，开采量小于可开采量，地下水位回升。(4)涵养水源，地下水系统良性循环。到2020年，御河、口泉河流域地下水配置水量控制在6 053万 m3。压采替代水源为引黄北干线供水工程，增加引黄水供水量及完善向企事业单位供水管网建设是实现总量控制目标的前期和基础。关井压采后，地表水(引黄水)作为主要供水水源，必须建立城市应急备用水源，实现多元化战略性水资源是提高城市供水安全系数的根本措施和保障。依据《大同市城市总体规划》(2006—2020年)城镇化率82.0%计算，城市供水人口为 163.4万人。山西省属于二类区域，用水净定额为85～140 L/人·d。Ⅲ级应急状态下，取低值用水定额 50 L/人·d，应急供水水量为8万 m3/a。按每眼取水井出水量60 m3/h计算，应急备用水源需要56眼取水井。应急备用水选取水量丰富、水质较好、、管网通达、能迅速启动安全可靠的压采封闭的地下水取水井。

2.3 煤炭采空区地质环境问题

1)原因分析。煤炭开采改变了煤系含水层及其上覆含水层中地下水原有的循环运移条件以及矿区地表径流的产汇流条件，导致地下水位下降、泉水断流、河川径流下渗转化成矿坑水、含水层疏干、相应水井产水量减少甚至干涸、污染矿坑水排入河道使下游水体污染等一系列水环境问题，因此开发煤炭资源在某种程度上破坏水资源。

2)对策研究。大同煤田开采历史久远，由于存在多次煤开采的原因，采空区层数多、范围大，治理难度大。总体上根据地形地貌、地层岩性，对流域内沉陷区地面塌陷坑、塌陷裂缝采用碎石和粘土进行填筑，在其上游修筑排水渠，降低降雨对塌陷地面的冲刷，减少地面水土流失，恢复土地功能，宜草种草、宜林植树。选择坡度、坡向有利的开阔地形，开发光伏太阳能电站，充分利用土地资源。上世纪80年代，由于地方小煤窑私挖乱采对十里河局部河道下进行采掘，在高山—吴官屯段出现河道塌陷、裂缝、洼地，致使河水灌入采空区。对该段沉陷河道进行整平、铺设防渗层，恢复河道功能。按照山西省改善农村人居环境工作领导组全省采煤沉陷治理搬迁工作安排，对十里河、口泉河流域采煤沉陷区内受威胁的113个村庄进行整体避让搬迁。

2.4 污水排放及水质恶化

1)原因分析。流域内点污染源主要为同煤集团矿井、柴油机厂、机车厂、钢厂等大中型企业。面源污染中COD、氨氮主要来源均为农村生活，其次来源于农田径流。排放量大于10万 t的排污口多达50处，年排污水量4 898.44万 t。现流域内已建成东郊、西郊、开发区等6家城镇污水处理厂，总设计处理能力达到了269 000 t/d，由于城市污水管网不完善，有很大一部分污水无法收集进入污水处理厂，直接排入河道，污染水体。

2)对策研究。在建成区内的排污口集中入管网，污水处理厂收集范围外污水采取截污导流方式由污水处理厂集中处理。同煤集团沿十里河、口泉河矿井入河排污口延伸至下游与其它入河排污口归并集中处理。对城镇污水处理厂处理达标尾水主要考虑深度处理后的厂外中水回用。同时，加大已建污水处理厂废污水收集管网配置建设，实现污水回收全覆盖。

建设清洁小流域，在方山、雷公山、七峰山、武周山等山高坡陡、人烟烯少地区，采取封禁治理措施，设置封禁标牌、护栏，减少人为活动和干扰破坏。在新荣区、开发区农业种植区及人类活动频繁地区，实施封育、林草地保护等自然恢复等措施。在南郊区、新荣区加快实施乡村污水治理工程，污水最大限度接入市政污水管网。在赵家窑、孤山等水库周边地带，从保护生态的角度进行治理，清除河道垃圾及障碍物，种植乔灌草植被过滤带，过滤进入河道的泥沙杂物，减少污染物对水质的影响；在御河主河道水陆交错带，因地制宜栽植水生植物，修建人工湿地。

3 结语

党的十八大报告明确提出必须树立尊重自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位、坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，从源头上扭转生态环境恶化趋势，这为流域生态修复提供了政策保障。水源保障是生态修复的基础，通过实施引黄一期工程为大同市提供水量1.7亿 m3，引黄二期工程完成后可提供水量 3.02亿 m3，也为流域生态修复提供水量保障。通过5年建设，10 a自然修复，总计15 a左右的时间，在流域内重现山水相依、林泉相伴、河湖相映、溪水长流、湖光山色的田园风光，使河流两岸生态植被恢复，改善当地居民生活环境，给大同市民提供良好的休闲、娱乐观光空间，实现人民和谐、人水和谐、人与自然和谐。