基于“生态+景观”模式的煤矿生态环境修复与治理

赵 晶，杨 帆

(西安交通大学 城市学院，陕西 西安 710000)

煤炭是我国能源中的优势矿产资源，在能源结构中具有基础性作用[1]。随着工业的发展和各领域需求的增长，煤炭资源在能源结构中所占的比例有所降低，但是仍然占据能源的50%以上。随着生态理念[2]、环境保护[3]与可持续发展[4]意识的提高，煤炭开采所引发的一系列生态问题以及生态修复治理问题已经受到社会的广泛关注[5-6]。“生态+景观”模式的修复与治理以景观生态学[7]理论为基础，强调人类的活动对景观格局和过程所产生的影响。景观生态学理论所关注和研究的重点在于生态系统和景观的修复、治理[8-10]，根据该理论可以进行退化生态系统的修复和治理工作以及重建需要恢复的各种元素，以达到修复和治理退化生态系统的目的[11-14]。本文以景观生态学理论为基础，以青海省某矿区为例，通过“生态+景观”模式对煤矿的生态环境进行修复和治理，对矿区的可持续性发展具有深远意义。

1 矿区现状和主要生态环境问题

1.1 矿区现状

以青海省某矿区为例，青海属于高海拔地区，干旱少雨，生态环境的自恢复能力较差，极易受到破坏。该地区的自然条件恶劣，土壤主要为高山草甸土和沼泽草甸土。该矿区的植被主要为高寒沼泽类和高寒草甸类，具有明显的区域特性。该矿区的煤层埋深0～1 100 m，煤层厚度在10 m左右。经过一定程度的开发后，采坑的总面积约1 435.06万m2、容积约68 246.94万m3，渣山面积约1 857.87万m2。

1.2 主要生态问题

(1)矿区地质灾害。矿区煤炭资源的开发过程中需要进行钻探工艺[15]，会破坏该区域原本的地质结构，造成严重的地质灾害，影响矿区及周围农业的正常生产，造成严重的生态环境破坏。矿区煤炭资源的开采施工作业严重影响甚至改变了附近区域的生态环境，尤其是资源开采过程中涉及到地下开采、露天开采、矿坑的排水等重要工程，这些工程会造成地面裂缝的产生、边坡不稳，甚至塌陷、滑坡、泥石流等严重的地质灾害，进一步破坏周围的生态环境。

(2)矿区生态环境和景观破坏。煤矿区的堆积物废弃区域和采煤区深陷区是影响该区域生态环境的主要来源。在煤炭开采过程中以及开采结束后都会对生态系统的自恢复能力造成严重的影响，甚至导致该地区生态系统的退化。经调查研究发现，煤矿区的植被物种的多样性在逐渐减少甚至消失，生态系统的自恢复能力和生产能力等减弱，湿地退化严重。另外，由于环境的变化导致外来入侵物种增加，影响该地区的畜牧业。而且随着时间的流失，破坏加剧，导致煤矿区的生态平衡和稳定性也逐渐发生变化。开采活动进行了工业场地的建设，形成较多的工业建筑，与该地区的自然景观严重失调，严重破坏了生态系统。

(3)矿区地下含水层破坏。煤炭资源的长期开发对地下水资源产生了一定的破坏，煤炭开采大多需要钻井工作，深入地下1 000 m左右的深度，对地下水层尤其是浅层地下水产生不可逆的影响，使其枯竭。由于煤矿区工业建筑等设施的建设，造成矿区周围地形地貌发生变化，该矿区周围地表水发生断流，严重破坏该区域的生态系统，导致矿区周围水源破坏严重、湿地破坏、植被退化。矿区对于水资源的破坏一方面影响周围以及下游区域居民正常饮水，另一方面，由于煤炭的开采对地面结构产生破坏，容易造成地面塌陷，煤层顶板围岩冒落，进一步影响地下水层的结构，影响地下水资源。

(4)矿区周围边坡不稳。煤炭资源开采过程中产生的渣石等都堆积在采坑附近，由于堆放较为随意，压实处理较为简单，且没有设置排水设施等原因，导致边坡在重力作用下产生裂缝，进而发生滑坡、垮塌。该矿区的不稳定斜坡共有13处，且发育部位主要位于渣堆的边坡处，因此不稳定边坡难以发育。

2 生态修复治理思路

2.1 治理思路

本文治理[16]的思路是首先对于破碎、裸露的山体进行绿化工程[17]，然后再运用景观设计对煤矿进行修复，使其实现可持续性发展，实现真正的生态+景观修复。此次治理方法以景观生态学理论为理论基础，以“山水林田湖草是一个生命共同体”[18-19]为理念，以“绿色自然、景观融合、经济实惠”为出发点，融合煤矿区周围实际的生态环境，根据煤矿区的地质特征，将“生态+景观”模式和关键技术运用到“自然恢复+工程治理”中，将生态系统的自然恢复和资源的有效保护以及工程治理进行有机融合，遏制生态系统的进一步破坏和退化。

2.2 生态修复治理体系

该煤矿区位于青海省，海拔较高，植被的抗干扰能力较差，因此矿区生态环境的修复和治理较为困难。另外，矿区生态环境修复和治理的基础科学研究较为薄弱，需要进一步深入研究，例如，高寒地区植被的修复、湿地的退化问题等等。采用“生态+景观”模式，以景观生态学理论为理论基础，以“山水林田湖草是一个生命共同体”为理念，探索煤矿区生态系统的修复与治理将是矿区可持续发展的重大科学问题。煤矿区生态系统的修复与治理既要保障煤炭资源的正常开采，还要做好开采后的修复和治理工作。结合煤矿采坑、渣山的实际情况，例如规模、稳定程度、生态问题等，对于不同的情况采取不同的方案，按照整体规划、因地因势差别化设计、平行施工的总体方式，对煤矿区的生态环境进行修复和治理，形成采坑、渣山、生态景观的协调治理。综合治理路线如图1所示。

图1 “生态+景观”模式治理路线Fig.1 Governance route of "ecology+landscape" model

3 修复治理方式研究

3.1 煤矸石景观修复方法

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，随着煤炭资源的开发，煤矿区产生大量煤矸石，煤矸石的堆放不仅造成环境污染，占用空间，而且处理难度较大。为保证边坡和渣山的稳定，需要对其进行削坡减载。通过渣山进行整形、碾压等方式，消除浮石，避免崩塌，控制山体的高度在30 m以内，利用重型机械压实，以确保边坡的稳定。对于产生的煤矸石可以采用综合利用、变废为宝的方式进行处理，如图2所示。①可以对其清洁处理之后，粉碎用于道路、广场等地面的铺装；②将其切割成不同的尺寸、形状，利用其天然色和质感等在煤矿区设置成特色景观；③用于制作具有保护土壤作用的嵌草砖，铺于边坡、岸坡等位置，避免在受到雨、水等冲刷时土壤的流失，保护植被。

图2 煤矸石景观修复方法Fig.2 Restoration method of coal gangue landscape

3.2 土壤重构和植物生态修复

矿区附近的原有土壤由于煤矿开采被破坏、污染，不利于植物的生长。尤其是高寒草甸一旦受到破坏，便难以修复，需要采用人工复绿[20]的方式进行生态环境的修复和治理。利用采矿过程中产生的粉煤灰、煤矸石、黏土等材料植被表土，从而对土壤进行重构，土壤重构如图3所示。由于该地区海拔较高，客土资源较少，将该区域中丰富的岩石、粉砂岩、动物粪便等按照一定的比例进行混合代替土壤，再选用适宜该地区生长的牧草进行播种、镇压，并铺盖无纺布，促进种子生长，实现该区域采坑、渣山的整治、复绿。

图3 土壤重构示意Fig.3 Schematic diagram of soil reconstruction

3.3 水系连通修复

该煤矿在开采过程中产生较多的采坑和渣山，使该地区原有的地形、地貌等发生明显变化，天然的河道被破坏，地下水位下降，造成湿地、植被等原有生态环境退化，该地区原有的水系被切断，水的流通能力和涵养功能减弱。为了保障采坑边坡和渣山的稳定、更为了该区域绿色植被的恢复，需要重新建立新的水系连通，恢复该区域的河流、湖泊、湿地。结合该地区的地形条件，通过河流、湖泊、湿地之间的连通、湿地内部及植物根系之间水系的连通，实现该地区水系的修复和治理。水系连通修复治理如图4所示。

图4 水系连通修复治理示意Fig.4 Schematic diagram of water system connectivity repair and treatment

采用依山就势的原则保留原有的高原湖泊，通过上游的地表水自流进入湖泊，出湖泊后接纳其他的直流并汇入下游河流，与人工河道交汇，形成自西向东的连通水系，从而恢复该矿区的水源涵养能力。对于前期采矿过程中破坏的河流，通过人工方式使其与附近的湿地重新连通。对于由于道路修建造成两侧湿地退化的现象，则采用因地制宜的方式，可通过修建地下导水管的方式实现湿地与河流、湖泊的水系连通，改善湿地退化的现状，逐步恢复湿地生态系统。

4 结语

煤炭是我国重要的基础能源，在全国一次能源中占70%，我国经济的快速发展离不开煤矿的开采，随着工业水平的提高，对于煤炭资源的需求日益增加。煤炭资源促进我国经济发展的同时，也造成了严重的环境污染问题和许多社会问题。煤炭开采过程中会破坏原有的土地结构，对原有的生态系统造成破坏，矿区人地矛盾日益严峻。随着全球经济一体化进程的加快，生态环境问题以及可持续发展理念受到全球的关注和重视，煤矿区的可持续发展和生态环境的修复和整理工作也逐渐受到人们关注。本文中通过“生态+景观”模式，以景观生态学理论为基础，探索了修复和治理煤矿生态环境的方法。另外，还需要探索更多更合适的科学技术和方法，对我国的煤矿区进行整治，使煤矿区的土地恢复、风景更优美。