关于双碳战略下济宁市任城区采煤沉陷区综合治理研究

李甲,高蕊,张园园,郭天

(山东省济宁市任城区自然资源局,山东 济宁 272099)

0 引言

为了应对气候变化,加快生态文明建设,推进经济社会发展与环境相协调,我国制定了碳达峰碳中和的双碳战略。2016年世界资源研究所和《气候观察》公开发布的温室气体排放量数据显示,全球近四分之三的排放量来自能源消耗,几乎有五分之一来自农业、林业和土地利用。因此,农业、林业和土地利用在减碳增汇方面不可忽视。采煤沉陷区治理对沉陷区受损土地实施生态修复、改变土地利用方式等手段,将会对减碳增汇产生积极影响。

目前,学界有关双碳战略研究主要集中在能源利用结构调整方面,涉及采煤沉陷区综合治理多以治理模式研究为主,而把双碳战略与采煤沉陷区综合治理相结合的研究则鲜见报道。本文以落实双碳战略为问题导向,梳理任城区采煤沉陷区综合治理中的实践做法和典型问题,从规划编制、标准规范、技术模式、源头控制等方面着手,以期探究采煤沉陷区综合治理减碳增汇的方法路径。

1 双碳战略与采煤沉陷区综合治理的内涵及关系

1.1 双碳战略的内涵

双碳战略,即2020年9月,我国提出2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和的战略。2018年10月,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)审议通过了《全球1.5℃增暖特别报告》,报告指出当温升从1.5℃发展到2℃,全球气候变化的影响很可能经历从量变到质变的转折,这对于人类将是巨大的风险。现有研究表明,按各国提交的自主减排量将无法实现《巴黎协定》提出的减碳目标。党的二十大报告强调,要“提升生态系统碳汇能力”。2023年11月,山东省提出要“系统推进森林、草原、湿地、海洋、土壤和城市生态系统保护修复,提升生态系统碳汇能力”。双碳战略的实现,对于自然资源领域而言,主要聚焦在生态碳汇能力的提升、绿色低碳的城乡建设、绿色低碳技术的研发推广、技术标准与统计监测体系的建立健全等方面。

1.2 采煤沉陷区综合治理的内涵

采煤沉陷区是指煤炭开采后,顶板岩层原有应力平衡状态发生改变,产生变形、位移、断裂,引起地表下沉、拉伸、起伏和裂缝等地貌形变,造成土地利用功能和性状改变的区域。一般以采空区上方地表垂直下沉超过10mm的区域为采煤沉陷区[1]。

大规模的煤炭开采引发耕地损毁、地表塌陷、房屋开裂、基础设施受损、环境恶化、城市发展受限等系列问题,导致煤炭开发与生态环境保护之间矛盾日益凸显[2]。采煤沉陷区综合治理主要是按《土地复垦条例》规定,施用地形重整、土壤重构、植被重建等技术工程措施,将采煤沉陷区恢复到可供利用状态,包括城乡建设利用、农业利用、生态利用、产业利用,是优化国土空间布局,促进土地节约集约利用,保护生态环境的重要措施。

1.3 双碳战略与采煤沉陷区综合治理的关系

研究发现,土地利用方式和土地管理措施是影响温室气体排放的重要因素[3]。农业用地向建设用地的转化会增加碳排放量[4]。耕地面积的减少和耕地质量的下降,在一定程度上引起了生态系统固碳能力下降。双碳战略的实现和采煤沉陷区的治理是相互促进、相辅相成的。一是双碳战略的实现可以推动采煤沉陷区治理。基于双碳战略研究采煤沉陷区综合治理新技术模式,从减碳增汇方面对各种采煤沉陷区治理技术手段进行改进和提升,从而推动采煤沉陷区综合治理绿色化、低碳化。二是采煤沉陷区的综合治理可以助推双碳战略的实现。双碳战略的实现涵盖农业、自然资源、城乡建设、科技等多个领域。在采煤沉陷区综合治理等自然资源领域中,通过耕地提质改造、生态型整治、使用绿色建筑材料,可实现耕地面积增加、土壤有机碳含量提升、生态碳汇增加的目的。此外,还可以通过生态湿地建设、生物多样性保护、森林质量提升等技术模式,提升湿地固碳能力和林业碳汇能力。

2 任城区采煤沉陷区现状

2.1 沉陷区现状

任城区位于山东省西南部,南四湖北端,地形地貌以平原为主,地势较低,地势北高南低、东高西低,海拔33.0～36.0m,是济宁市主城区、都市区融合发展核心区。任城区煤炭资源丰富,全区探明煤炭储量33亿t,含煤国土面积38852.53hm2,占全区国土面积的62.5%。经过多年的煤炭开采,形成了大量采煤沉陷区,主要涉及长沟、喻屯、安居、南张、李营、二十里铺6个镇街。截至2022年底,任城区采煤沉陷区面积11293.15hm2,采煤塌陷地面积7481.68hm2(其中,常年积水968.69hm2,季节积水112.83hm2,未积水6224.18hm2,河流水面175.98hm2)(图1)。

1—常年积水;2—季节积水;3—未积水;4—矿区范围。图1 济宁市任城区采煤沉陷区积水分布图(2022年)

2.2 沉陷区现状地类分析

截至2022年底,任城区采煤沉陷区总面积11293.15hm2,采煤沉陷区中河流水面为175.98hm2。任城区采煤损毁地类主要为林地、耕地和水域及水利设施用地,其他地类相对较少[5]。

采煤沉陷区地类现状占比(由大到小):林地为3483.39hm2,占比30.85%;耕地为3181.14hm2,占比28.17%;水域及水利设施用地为1486.08hm2,占比13.16%;住宅用地为1023.21hm2,占比9.06%;交通运输用地为742.75hm2,占比6.56%;园地为431.2hm2,占比3.82%;商业服务业用地为380.57hm2,占比3.37%;工矿仓储用地为268.54hm2,占比2.38%;公共管理与公共服务用地为112.43hm2,占比1.00%;其他土地为93.85hm2,占比0.83%;草地为32.81hm2,占比0.29%;湿地为31.32hm2,占比0.28%;特殊用地为25.86hm2,占比0.23%。

2.3 采煤沉陷区面积预测

据统计,任城区采煤沉陷区面积约以每年75hm2的速度递增,截至2023年底,将累计形成采煤沉陷区面积11413.35hm2,比2022年增长1.06%;预计到2025年底,将累计形成采煤沉陷区面积11588.60hm2;到2030年底,将累计形成采煤沉陷区面积11842.32hm2(图2)。

图2 济宁市任城区采煤沉陷区面积预测(2022—2030年)

3 任城区采煤沉陷区综合治理实践

3.1 采煤沉陷区治理概况

近年来,任城区先后投入资金8.4亿元,实施采煤沉陷区治理项目62个,治理面积4787.98hm2,超额完成采煤塌陷地治理的“双100”任务目标。任城区牢固树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念,深入推动黄河流域生态保护和高质量发展,坚持改革创新、因地制宜,探索了“采煤沉陷区治理+N”模式。N可根据沉陷实际选择为治理修复后的现代农业、设施农业、生态湿地、城市拓展、乡村振兴、休闲旅游等。

任城区先后实施了主城区周边沉陷区生态修复工程[6],统筹山水林田湖草等要素,充分利用沉陷区大面积积水水面,建设少康湖(孟宪洼水库)生态湿地。对城市规划区内煤炭采空区注浆充填,提升了采煤沉陷区土地利用效益,拓展了城市发展空间,兼顾了采煤沉陷区综合治理与土地综合开发利用[7]。

3.2 技术与模式实践

近年来,任城区在采煤沉陷区综合治理实践中,探索了4种治理模式,即土地复垦模式、生态修复模式、建设利用模式、综合治理模式(表1)。

表1 济宁市任城区采煤沉陷区治理主要模式和技术

土地复垦模式。该模式首要考虑恢复耕地功能,其主要技术有土地平整、挖深垫浅、疏排法[8-9]。岱庄煤矿二十里铺街道赵庙村采煤塌陷地治理项目采用削高填低、土地平整、配套水利设施等措施,治理沉陷区土地104.93hm2,全部流转给山东农业大学,作为粮种繁育推广基地,开创了沉陷区治理服务农业产业化经营的新模式。

生态修复模式。该模式利用工程和生物措施达到生物修复和景观重现。具体来说,就是通过引入植物、微生物等对土壤修复,变塌陷地为湿地、林地、绿地或草地[10-11]。唐口煤矿采煤塌陷地综合治理项目,通过水系连通、景观设计、边坡绿化、植物修复等技术手段,治理土地204.38hm2,把保留的116.33hm2水面建设生态湿地,实现生态重塑。

建设利用模式。该模式使用探测技术测定城乡建设用地周边沉陷区的严重程度,对轻度沉陷区采用充填技术,通过地基稳定性评价后,补充为城市发展建设用地[12]。任城区与中国煤炭科工集团采用注浆充填技术对岱庄煤矿条带开采区进行充填治理,项目一期治理土地100hm2,已顺利通过验收,探索创新了采煤沉陷区土地综合治理与土地开发一体化的“任城路径”[7]。

综合治理模式。该模式适用于深度、大面积沉陷区治理,具体来说,就是在科学规划的基础上,采用充填、挖深垫浅、疏排等方法进行综合治理,实现与地方经济产业发展相适应[13]。王楼煤矿流转采煤沉陷区土地195.2hm2,采用挖深垫浅、土地平整等技术进行综合治理,发展“地热资源利用、有机果蔬种植、稻田+特色种养、工厂化水产养殖”四大特色生态产业[14]。

3.3 面临的问题

在土地复垦模式中,低碳型土地复垦技术应用不够。在采煤塌陷地土地复垦中,大多采用传统的土地平整、挖深垫浅、疏排法等技术,生态型等低碳型土地复垦技术应用不多。与传统的土地复垦技术相比,生态型设施的修建可减少水泥和砂石等材料约40%,能耗降低约30%[15]。在基础设施提升等土地复垦治理模式中,水利工程、田间道路大多使用水泥、砂石等高碳型建筑材料,绿色生态材料应用推广不够。同时,采煤沉陷区治理与高标准农田建设、农田水利、生态修复、水质净化工程等有机衔接不够。

在生态治理模式中,绿色生态建设应用受到限制。湿地、林地、绿地具有调节水文、净化水质、维持生物多样性等多种重要功能,对于维护生态平衡意义重大[16]。据研究,平均每公顷绿地日平均吸收1.767t CO2,释放1.23t O2[17]。在强化耕地保护大的背景下,采煤塌陷地治理必须遵循优先恢复为耕地的原则,对于沉陷深度大、积水严重的区域适用建设湿地、绿地等生态治理模式,但缺乏相关的支持性政策。另外,在已有的生态治理中,造林树种选择较单一,乡土树种特别是长寿、抗逆等树种选择应用较少,导致生物多样性相对较低,生态功能发挥较弱。

在建设利用模式中,减碳增汇的标准机制没有建立。采煤沉陷区在应用建设利用治理模式的过程中,无论是采用设施农业治理,还是城市建设治理,自然生态系统碳汇计量机制均尚未确立,减碳降碳的标准机制没有建立,没有兼顾产业发展和双碳目标。有研究表明,建设用地面积每增加1%时,净碳排放量将增加3.99%[18]。在采煤沉陷区综合治理中,与全域土地综合整治、城乡建设用地增减挂钩等结合不够,没有破解耕地、建设用地碎片化问题。

在综合治理模式中,低碳治理模式探索尚未形成。围绕采煤塌陷地综合治理提供生态产品、实现生态价值,还没有探索形成生态修复的有效路径。采煤沉陷区治理和清洁能源建设结合不够,光伏发电等清洁能源治理模式还未起步。采煤沉陷区治理碳汇处于起步阶段,底子不清,有关生态碳汇技术研究不多,生态碳汇计量、认证及政策还不健全。

4 对策建议

4.1 强化治理规划引领,探索多元化治理模式

根据济宁市国土空间规划和生态修复规划编制情况,对采煤塌陷地治理规划进行重新修改完善,进一步助推双碳战略实现。通过在采煤塌陷地治理规划中融入基于自然的解决方案(Natural-based Solutions,NbS)理念、碳排放管控理念等[19],将生态整治、绿色碳汇、土壤碳汇等内容纳入规划,因地制宜确定治理重点工程,强化采煤沉陷区治理规划双碳战略引领。深化“采煤沉陷区治理+N”模式,在采煤沉陷区积水地区,发展光伏新能源产业,加快推进唐口煤矿采煤沉陷区宁德时代安居一期35MW光伏建设。拓展湿地、绿地、林地模式适用空间,种植优质乡土树种,优化生产、生活、生态空间布局,使采煤沉陷区治理与新能源发展和双碳战略多目标协同。

4.2 完善治理规范体系,探索绿色化治理标准

目前,我国现有的生态修复相关标准中尚未有关于双碳目标的约束性指标。根据土地复垦、建设利用、综合治理、生态修复等治理模式,紧盯双碳战略,探索研究制订兼顾双碳目标导向的采煤沉陷区治理标准规范,实现治理工作有标可依、有据可考、有章可循。研究制定《双碳战略下采煤沉陷区综合治理工作手册》,形成以治理规划为引领、以减碳增汇为目标、以采煤沉陷区治理项目为抓手、以标准化手册为指引的技术标准体系。站在景观生态学的视角,采用“近自然”的生态修复方法,使用绿色节能材料、资源再利用等措施,减少资源投入和能源消耗。推广应用生态修复等新技术,改善土壤质量,提升植被覆盖率,增强生态固碳能力。

4.3 深化治理技术研究,融合多领域减碳技术

双碳目标的实现,核心在于减碳增汇技术的研究应用。在治理采煤沉陷区时要把减碳增汇方面的研究成果加以充分的应用和推广,特别是在整治低碳型土地、提升土壤碳汇、优化碳汇布局空间等方面加强技术研发。大面积推广秸秆还田、施用有机肥等技术,增加土壤中有机质含量[20]。在设计零碳零能建筑、节能建筑材料、资源化利用废弃物等领域布局研发新技术,在采煤沉陷区中集成使用减碳增汇技术,打造近零碳采煤沉陷区治理示范项目。再者,坚持数字赋能,积极运用大数据技术,构建多维评估模型,精准分析预测碳排放和碳汇的强度特征。建立智慧化的碳排放信息管理平台,对采煤沉陷区治理减碳增汇实现全要素监测、评估及预警。此外,还可以通过打造循环农业、智慧农业来促进采煤沉陷区的减碳增汇。

4.4 加强破坏源头控制,探索可持续治理方式

源头控制技术主要针对未沉陷土地,其特点为以绿色开采、协调开采理念为指导,通过充填开采、条带开采等规避性开采方法来达到不破坏或者减少破坏土地的目的[21]。根据任城区煤矿开采损害实践经验,采深和地下水位是影响土地损伤程度的关键因素,综合任城区煤矿分布区地下潜水情况和开采煤层赋存条件,煤矿采煤沉陷深度小于300mm区域的采煤沉陷区,地表不会出现裂缝,仅有极小的坡度变化,不影响正常农业耕作,可采取人工自行治理即可恢复平整。推动矿山企业开展预治理和“边开采、边治理”技术应用推广[22],全力推动综合治理和生态修复,积极申报国家级采煤沉陷区综合治理工程。

5 结语

济宁市任城区牢固树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念,坚持改革创新、因地制宜,历经多年实践,积累了丰富的治理经验。通过案头研究,走访调研,本文提炼总结出“采煤沉陷区治理+N”模式。值得注意的是,在采煤沉陷区治理取得良好效果的同时,也暴露了一些亟待解决的问题。

国家提出双碳战略为解决上述问题提供了新的思路和方向。本文认为双碳战略与采煤沉陷区综合治理相结合将是采煤沉陷区治理的必由之路。结合任城区实际情况,本文建议在采煤沉陷区的治理工作中,将碳排放管控措施纳入治理规划,设立关于双碳目标的约束性指标完善治理规范,融合使用多领域的减碳技术,以绿色开采、协调开采控制破坏源头,助推减碳增汇,实现双碳目标。