趙 晶，楊 帆

(西安交通大學(xué) 城市學(xué)院，陜西 西安 710000)

煤炭是我國能源中的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，在能源結(jié)構(gòu)中具有基礎(chǔ)性作用[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展和各領(lǐng)域需求的增長(zhǎng)，煤炭資源在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例有所降低，但是仍然占據(jù)能源的50%以上。隨著生態(tài)理念[2]、環(huán)境保護(hù)[3]與可持續(xù)發(fā)展[4]意識(shí)的提高，煤炭開采所引發(fā)的一系列生態(tài)問題以及生態(tài)修復(fù)治理問題已經(jīng)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注[5-6]?！吧鷳B(tài)+景觀”模式的修復(fù)與治理以景觀生態(tài)學(xué)[7]理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)人類的活動(dòng)對(duì)景觀格局和過程所產(chǎn)生的影響。景觀生態(tài)學(xué)理論所關(guān)注和研究的重點(diǎn)在于生態(tài)系統(tǒng)和景觀的修復(fù)、治理[8-10]，根據(jù)該理論可以進(jìn)行退化生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和治理工作以及重建需要恢復(fù)的各種元素，以達(dá)到修復(fù)和治理退化生態(tài)系統(tǒng)的目的[11-14]。本文以景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以青海省某礦區(qū)為例，通過“生態(tài)+景觀”模式對(duì)煤礦的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)和治理，對(duì)礦區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

1 礦區(qū)現(xiàn)狀和主要生態(tài)環(huán)境問題

1.1 礦區(qū)現(xiàn)狀

以青海省某礦區(qū)為例，青海屬于高海拔地區(qū)，干旱少雨，生態(tài)環(huán)境的自恢復(fù)能力較差，極易受到破壞。該地區(qū)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(qū)的植被主要為高寒沼澤類和高寒草甸類，具有明顯的區(qū)域特性。該礦區(qū)的煤層埋深0～1 100 m，煤層厚度在10 m左右。經(jīng)過一定程度的開發(fā)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(tài)問題

(1)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害。礦區(qū)煤炭資源的開發(fā)過程中需要進(jìn)行鉆探工藝[15]，會(huì)破壞該區(qū)域原本的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，影響礦區(qū)及周圍農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)，造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。礦區(qū)煤炭資源的開采施工作業(yè)嚴(yán)重影響甚至改變了附近區(qū)域的生態(tài)環(huán)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(huì)造成地面裂縫的產(chǎn)生、邊坡不穩(wěn)，甚至塌陷、滑坡、泥石流等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步破壞周圍的生態(tài)環(huán)境。

(2)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和景觀破壞。煤礦區(qū)的堆積物廢棄區(qū)域和采煤區(qū)深陷區(qū)是影響該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的主要來源。在煤炭開采過程中以及開采結(jié)束后都會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的自恢復(fù)能力造成嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，煤礦區(qū)的植被物種的多樣性在逐漸減少甚至消失，生態(tài)系統(tǒng)的自恢復(fù)能力和生產(chǎn)能力等減弱，濕地退化嚴(yán)重。另外，由于環(huán)境的變化導(dǎo)致外來入侵物種增加，影響該地區(qū)的畜牧業(yè)。而且隨著時(shí)間的流失，破壞加劇，導(dǎo)致煤礦區(qū)的生態(tài)平衡和穩(wěn)定性也逐漸發(fā)生變化。開采活動(dòng)進(jìn)行了工業(yè)場(chǎng)地的建設(shè)，形成較多的工業(yè)建筑，與該地區(qū)的自然景觀嚴(yán)重失調(diào)，嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)。

(3)礦區(qū)地下含水層破壞。煤炭資源的長(zhǎng)期開發(fā)對(duì)地下水資源產(chǎn)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(duì)地下水層尤其是淺層地下水產(chǎn)生不可逆的影響，使其枯竭。由于煤礦區(qū)工業(yè)建筑等設(shè)施的建設(shè)，造成礦區(qū)周圍地形地貌發(fā)生變化，該礦區(qū)周圍地表水發(fā)生斷流，嚴(yán)重破壞該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致礦區(qū)周圍水源破壞嚴(yán)重、濕地破壞、植被退化。礦區(qū)對(duì)于水資源的破壞一方面影響周圍以及下游區(qū)域居民正常飲水，另一方面，由于煤炭的開采對(duì)地面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，容易造成地面塌陷，煤層頂板圍巖冒落，進(jìn)一步影響地下水層的結(jié)構(gòu)，影響地下水資源。

(4)礦區(qū)周圍邊坡不穩(wěn)。煤炭資源開采過程中產(chǎn)生的渣石等都堆積在采坑附近，由于堆放較為隨意，壓實(shí)處理較為簡(jiǎn)單，且沒有設(shè)置排水設(shè)施等原因，導(dǎo)致邊坡在重力作用下產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而發(fā)生滑坡、垮塌。該礦區(qū)的不穩(wěn)定斜坡共有13處，且發(fā)育部位主要位于渣堆的邊坡處，因此不穩(wěn)定邊坡難以發(fā)育。

2 生態(tài)修復(fù)治理思路

2.1 治理思路

本文治理[16]的思路是首先對(duì)于破碎、裸露的山體進(jìn)行綠化工程[17]，然后再運(yùn)用景觀設(shè)計(jì)對(duì)煤礦進(jìn)行修復(fù)，使其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)真正的生態(tài)+景觀修復(fù)。此次治理方法以景觀生態(tài)學(xué)理論為理論基礎(chǔ)，以“山水林田湖草是一個(gè)生命共同體”[18-19]為理念，以“綠色自然、景觀融合、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠”為出發(fā)點(diǎn)，融合煤礦區(qū)周圍實(shí)際的生態(tài)環(huán)境，根據(jù)煤礦區(qū)的地質(zhì)特征，將“生態(tài)+景觀”模式和關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用到“自然恢復(fù)+工程治理”中，將生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)和資源的有效保護(hù)以及工程治理進(jìn)行有機(jī)融合，遏制生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步破壞和退化。

2.2 生態(tài)修復(fù)治理體系

該煤礦區(qū)位于青海省，海拔較高，植被的抗干擾能力較差，因此礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和治理較為困難。另外，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)和治理的基礎(chǔ)科學(xué)研究較為薄弱，需要進(jìn)一步深入研究，例如，高寒地區(qū)植被的修復(fù)、濕地的退化問題等等。采用“生態(tài)+景觀”模式，以景觀生態(tài)學(xué)理論為理論基礎(chǔ)，以“山水林田湖草是一個(gè)生命共同體”為理念，探索煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與治理將是礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重大科學(xué)問題。煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)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(fù)和治理工作。結(jié)合煤礦采坑、渣山的實(shí)際情況，例如規(guī)模、穩(wěn)定程度、生態(tài)問題等，對(duì)于不同的情況采取不同的方案，按照整體規(guī)劃、因地因勢(shì)差別化設(shè)計(jì)、平行施工的總體方式，對(duì)煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)和治理，形成采坑、渣山、生態(tài)景觀的協(xié)調(diào)治理。綜合治理路線如圖1所示。

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

3 修復(fù)治理方式研究

3.1 煤矸石景觀修復(fù)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(fā)，煤礦區(qū)產(chǎn)生大量煤矸石，煤矸石的堆放不僅造成環(huán)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(wěn)定，需要對(duì)其進(jìn)行削坡減載。通過渣山進(jìn)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(nèi)，利用重型機(jī)械壓實(shí)，以確保邊坡的穩(wěn)定。對(duì)于產(chǎn)生的煤矸石可以采用綜合利用、變廢為寶的方式進(jìn)行處理，如圖2所示。①可以對(duì)其清潔處理之后，粉碎用于道路、廣場(chǎng)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(zhì)感等在煤礦區(qū)設(shè)置成特色景觀；③用于制作具有保護(hù)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(shí)土壤的流失，保護(hù)植被。

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

3.2 土壤重構(gòu)和植物生態(tài)修復(fù)

礦區(qū)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(zhǎng)。尤其是高寒草甸一旦受到破壞，便難以修復(fù)，需要采用人工復(fù)綠[20]的方式進(jìn)行生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和治理。利用采礦過程中產(chǎn)生的粉煤灰、煤矸石、黏土等材料植被表土，從而對(duì)土壤進(jìn)行重構(gòu)，土壤重構(gòu)如圖3所示。由于該地區(qū)海拔較高，客土資源較少，將該區(qū)域中豐富的巖石、粉砂巖、動(dòng)物糞便等按照一定的比例進(jìn)行混合代替土壤，再選用適宜該地區(qū)生長(zhǎng)的牧草進(jìn)行播種、鎮(zhèn)壓，并鋪蓋無紡布，促進(jìn)種子生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域采坑、渣山的整治、復(fù)綠。

圖3 土壤重構(gòu)示意Fig.3 Schematic diagram of soil reconstruction

3.3 水系連通修復(fù)

該煤礦在開采過程中產(chǎn)生較多的采坑和渣山，使該地區(qū)原有的地形、地貌等發(fā)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(tài)環(huán)境退化，該地區(qū)原有的水系被切斷，水的流通能力和涵養(yǎng)功能減弱。為了保障采坑邊坡和渣山的穩(wěn)定、更為了該區(qū)域綠色植被的恢復(fù)，需要重新建立新的水系連通，恢復(fù)該區(qū)域的河流、湖泊、濕地。結(jié)合該地區(qū)的地形條件，通過河流、湖泊、濕地之間的連通、濕地內(nèi)部及植物根系之間水系的連通，實(shí)現(xiàn)該地區(qū)水系的修復(fù)和治理。水系連通修復(fù)治理如圖4所示。

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

采用依山就勢(shì)的原則保留原有的高原湖泊，通過上游的地表水自流進(jìn)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(fù)該礦區(qū)的水源涵養(yǎng)能力。對(duì)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(duì)于由于道路修建造成兩側(cè)濕地退化的現(xiàn)象，則采用因地制宜的方式，可通過修建地下導(dǎo)水管的方式實(shí)現(xiàn)濕地與河流、湖泊的水系連通，改善濕地退化的現(xiàn)狀，逐步恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，在全國一次能源中占70%，我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開煤礦的開采，隨著工業(yè)水平的提高，對(duì)于煤炭資源的需求日益增加。煤炭資源促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和許多社會(huì)問題。煤炭開采過程中會(huì)破壞原有的土地結(jié)構(gòu)，對(duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，礦區(qū)人地矛盾日益嚴(yán)峻。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，生態(tài)環(huán)境問題以及可持續(xù)發(fā)展理念受到全球的關(guān)注和重視，煤礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和整理工作也逐漸受到人們關(guān)注。本文中通過“生態(tài)+景觀”模式，以景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，探索了修復(fù)和治理煤礦生態(tài)環(huán)境的方法。另外，還需要探索更多更合適的科學(xué)技術(shù)和方法，對(duì)我國的煤礦區(qū)進(jìn)行整治，使煤礦區(qū)的土地恢復(fù)、風(fēng)景更優(yōu)美。