（土地资源管理专业论文）煤矿区土地复垦规划模式研究.pdf

摘要 煤炭作为一种能源矿产，是工农业生产和社会经济发展必不可少的物质基础，是 社会财富的重要源泉。煤炭资源的开发利用在给人类带来巨大经济效益的同时，不可 避免地对煤矿区生态安全产生扰动，改变原有矿区景观安全格局，最直接的就是压占 和损毁土地资源。由此引起的土地和生态环境破坏形势愈来愈严峻，因此，开展煤矿 区土地复垦规划研究工作显得异常重要，已经成为矿区开发、生产中的一项必不可少 的任务，这是保证煤矿区在有效地利用与开发煤炭资源的同时，又要兼顾保护生态、 社会环境可持续发展的重要保障。 本研究通过分析煤矿开采地对土地资源、水环境及基础设施的影响，根据区域可 持续发展对土地复垦的要求，明确指出了煤矿区土地复垦应以恢复土地生产力、实现 矿区生态全面恢复为最终目标，以土地复垦和生态系统重建为主要内容，归纳总结了 疏排法、直接利用法、挖深垫浅法、煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦等常用复垦技 术的适用条件、施工方法和步骤；并以恢复生态学、生态系统演替机理为重要理论基 础，运用地貌重塑、土壤重构、植被恢复等主要生态技术措旅，进行生态系统多样性 的恢复，重个体更应重视群落的恢复，使生态系统高度协调发展；以工程措施为基础， 以生物措施为保证，同时按照待复垦土地所在地区自然地理条件、土地破坏形式、破 坏程度及复垦土地利用方向的要求，构建了集约化农业、果草林、农林渔禽、建筑用 地和建材生产、水产蔬菜和生态旅游等综合生态复垦模式，科学、合理地规划土地利 用生态分区，优化土地资源的配置，创建高产、高效的煤矿区生态系统。 最后以河北省内邱县大孟村镇采煤沉陷地复垦项目为实例，紧密结合以上理论方 法，根据当地的自然地理概况、土地破坏现状以及土地的适宜性评价，采用直接利用 法对项目区内沉陷地、荒草地、中低产田进行土地复垦整治，并运用了相关的生态重 建技术，进而将项目区建设成为以粮食生产为主，兼顾果林牧、水产养殖、家畜饲养 为辅的综合农业生态系统，使煤矿区生态环境通过复垦规划与工程得到重建，建立起 和谐的矿区健康生态系统。 关键词：煤矿区；土地资源；土地复垦；生态重建 s t u d y o nt h em o d e lo fl a n dr e s t o r a t i o np l a n n i n g i nt h ec o a l m i n i n g a r e a s a u t h o r ：g u oy i - q i a n g t u t o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rf hm e i c h e n m a j o r ：l a n d r e s o u r c e sm a n a g e m e n t a b s t r a c t a sak i n do fe n e r g ym i n e r a l ，t h ec o a li st h em a t e r i a lf o u n d a t i o no fa g r i c u l t u r a la n d i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n i ti sa l s oi n s e p a r a b l em a t e r i a lf o u n d a t i o nf o rs o c i a le c o n o m ya n da n i m p o r t a n t r e s o u r c eo fs o c i a lw e a l t h t h ed e v e l o p m e n ta n du s a g eo ft h ec o a lr e s o u r c e sh a v e b r o u g h th u g ee c o n o m i cp r o f i t sf o rm a n k i n d m e a n w h i l e ，i ti n e v i t a b l yd i s t u r b se c o l o g i c a l s a f e t y t h ed i r e c to c c u p a t i o na n dd e s t o r yo ft h el a n dr e s o u r c e sh a v ec h a n g e dt h eo r i g i n a l e n v i r o n m e n tv i e ws t r u c t u r ea n df o r m c o n s e q u e n t l y , t h el a n da n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a r eb e i n g d e s t r o y i n g m o r ea n dm o r e s e r i o u s l y t h e r e f o r e ，i ti sv i t a lt or e s e a r c hi n t ot h e l a n d r e s t o r a t i o ni nc o a lm i n i n ga r e a s ，w h i c hh a sb e e no n eo ft h e d i s p e n s a b l et a s k si nd e v e l o p i n g t h em i n i n ga r e a sa n de n s u r e st h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o ft h es o c i a le n v i r o n m e n t ，t h a ti s ， w h i c hg u a r a n t e e st h ee f f e c t i v e e x p l o r a t i o n o ft h ec o a lr e s o u r c e sa n dt h e e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n a c c o r d i n g t ot h ed e m a n do ft h er e g i o n a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t h et h e s i s a n a l y z e s t h ei n f l u e n c e so ft h ec o a lm i n i n ga r e a so nt h el a n dr e s o u r c e s ，w a t e r - e n v i r o n m e n ta n d i n f r a s t r u c t u r e s ，p o i n t so u tt h a tt h el a n dr e s t o r a t i o ni nt h ec o a lm i n i n ga r e a ss h o u l da i ma t t h er e s t o r a t i o no f 血el a n dp m d u c t i v i t ya n dt h ec o m p l e t er e s t o r a t i o no fe c o s y s t e mi n m i n i n ga r e a s ，g e n e r a l i z e st h ea p p l i e dc o n d i t i o n s ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sa n dc o n s t r u c t i o n p r o c e s s o ft h el a n dr e s t o r a t i o nt e c h n i q u e ss u c ha sp u m p d r a i n ，d i r e c tu s i n g ，d e e p e n i n ga n d s t a c k i n g ，f i h i n gc o n s o l i d a t i o nb y c o a lg a n g u e ，a n d f i l l i n gc o n s o l i d a t i o nb yf l ya s h t a k e n r e v e r s i o ne c o l o g ya n dt h em e c h a n i s mo fe c o l o g i cs u c c e s s i o na s i m p o r t a n t 血e o r e t i c a i f o u n d a t i o n ，i ta d v o c a t e sv a r i a b l er e s t o r a t i o no fe c o s y s t e me s p e c i a l l yo ft h ec l u s t e r st o p r o m o t e t h ec o o r d i n a t e d g r o w t hb yr e s h a p i n gp h y s i o g n o m y , s o i lr e s t m c f i n ga n dv e g e t a t i o n r e c o v e r i n g a n ds oo n a t 山es a m et i m e ，i t p r o p o s e s as c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l e p r o g r a m m i n gf o re c o l o g yz o n i n g ，t h eo p t i m i z a t i o no fl a n dr e s o u r c e sa l l o c a t i o na n dt h e c o n s t r u c d o no fp r o d u c t i v ea n de f f e c t i v ea g r i c u l t u r a l e c o s y s t e m b a s e do ne n g i n e e r i n g m e a s u r e s ，b i o l o g ym e a s u r e s ，p h y s i c a lg e o g r a p h yc o n d i t i o n ，t h ef o r m sa n dd e g r e eo ft h e l a n dd e s t r u c t i o n i tc o n s t r u c t st h em o d e lo f c o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a ll a n dr e s t o r a t i o ns u c h a st l l em o d e lo fi n t e n s i v i s ma g r i c u l t u r e 。t h em o d e lo fo r c h a r d 、m e a d o wa n d f o r e s t r y , t h e m o d e lo f a g r i c u l t u r e 、f o r e s t r y 、f i s h e r ya n dl i v e s t o c kb r e e d i n g ，t h em o d e lo fc o n s t r u c t i o n a l l a n da n da r c h i t e c t u r a lm a t e r i a lp r o d u c i n g ，a n dt h em o d e lo f a q u a c u l t u r e 、v e g e t a b l ea n d e c o l o g i c a lt o u r o i l 血e a n a l y s i so ft h es u n ka r e a si nd am e n gc a nt o w no fn e iq i uc o u n t yi nh e 妊 p r o v i n c e ，i tp u t st h et h e o r e t i c a lm e t h o d si n t op r a c t i c eb yl a n dr e s t o r a t i o na n dc o n s o l i d a t i o n o ft h es u n ka r e a s ，b a r r e np a s t u r ea n db a r r e na r a b l el a n da n da d o p t sas e r i e so fs o i l i m p r o v e m e n tm e a s u r e s i tc h a n g e st h ed i s t r i c tf o rac o m p r e h e n s i v ea g r i c u l t u r a le c o s y s t e m m a j o r e d i nf o o d p r o d u c t i o n a n da s s i s t e d b y f r u i t o r c h a r d ，f o r e s t r y , p a s t u r ep l a n t ， a q u a c u l t u r ea n dl i v e s t o c kb r e e d i n g ，s e t su pt h eh a r m o n i o u sh e a l t h ye c o s y s t e mi nt h ec o a l m i n i n ga r e a sb y l a n dr e s t o r a t i o na n d e n g i n e e r i n gm e a s u r e s k e y w o r d s ：c o a lm i n i n ga r e a s ；l a n dl r e s o l r c e s , l a n dr e s t o r a t i o n ；e c o l o g i c a lr e c l a m a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑! 堡盛些盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：甍女琵、签字吼伽j 7 年月谚日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑i 堡盔些盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权河北农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名：孑守鹩侄 签字日期：如哆，年月矽目 电话 邮编 堡互匡圭垫墨呈塑型堡茎堑壅 一一一 1 引言 生存与发展是任何一个国家和民族从历史走向未来的永恒主题。人类的生存与发展离不开脚 下的土地，更离不开耕地。然而，近年来我国土地资源特别是耕地资源，每年以惊人的数量在减 少【”。众所周知，我国是用世界上不足7 的耕地养育着占世界1 4 的人口，人均耕地仅0 1 l h r n 2 ， 耕地资源严重匮乏 2 】口由于采矿引起的土地和生态环境破坏，量大面广，且形势愈来愈严峻。大 量的小规模手工采矿业，虽然发挥了重要的经济作用，也为人们提供了许多就业机会，但同时也 加剧了对周边地表植被和水文条件的破坏和对大气、水体、土壤的污染。据统计，中国受采矿业 影响的土地大约有3 0 x1 0 6 h m 2 ，其中受乡镇企业影响的占l ，3 ，在上世纪末中国每年因采矿造成 的废弃地面积达3 3 1 0 4 h m 2 0 1 1 论文研究的目的和意义 自1 9 8 9 年国务院颁布土地复垦规定至今已经有1 6 a 了。经过1 6 a 的开拓和发展，如今 我国土地复垦又迎来了一次新的发展机遇。一方面。1 9 9 8 年颁布的中华人民共和国十地管理法 进一步加大了耕地保护力度，实行了土地用途管制制度、耕地补偿制度和基本农田保护制度，提 出了耕地总量动态平衡的战略目标。这一国家大法的贯彻实施，必将极大地推动我国土地复垦的 发展。另一方面，环境和土地这两大制约我国经济发展的人类共同主题在煤矿区表现日益明显， 已逐步成为矿区可持续发展的关键因素之一，而土地复垦作为土地科学和环境科学的重要分支， 与资源、环境、土地、人口四大问题密切相关，对农业发展和矿区的生存环境有直接影响，已被 普遍认为是矿区可持续发展的有效途径之一【4 】。中国矿区受损土地的复垦相当缓慢，但其比例在 逐年提高。在2 0 世纪8 0 年代初得到复垦的矿区废弃地只有o 7 1 ，到了8 0 年代末提高到了 2 ，9 0 年代初增至6 7 ，1 9 9 4 年已达到1 3 3 。1 9 9 4 年得到复垦利用的矿区土地面积是1 9 9 2 年和1 9 9 3 年的总和p j ，占全国在1 9 8 7 年至1 9 9 5 年期间共复垦土地的3 7 “ 煤炭作为一种能源矿产，是工农业生产和社会经济发展必不可少的物质基础，是社会财富的 重要源泉。煤炭资源的开发利用在给人类带来巨大的经济效益的同时，不可避免地对矿区生态安 全产生扰动，最直接的就是压占和损毁矿区土地资源，如露天采矿挖损土地、井工开采致使土地 沉陷、废弃固体物堆积占地，直接影响到煤矿区环境景观安全格局。严重者导致地质灾害的发生， 破坏并诱发一系列的生态安全问题。最大限度地减少煤矿开采对环境的影响，是合理开发利用煤 炭资源与环境和社会持续发展的共同要求川：据研究分析，如果由各种原因所造成的土地破坏总 量的一半能被恢复并用于农业生产，那么中国每年的粮食产量会提高4 0 1 0 “k g 8 i 因此，为了有效地利用与开发煤炭资源，在达到以发展经济为目的的同时。又要兼顾保护生 态、社会环境的可持续发展，煤矿区土地复星规划的研究就成为矿区开发、生产中的一项必不可 少的任务。这不仅是实现“耕地总量动态平衡”的重要手段，是实施土地利用总体规划、落实土 地用途管制的主要途径，也是保护矿区资源与生态环境、保证煤炭资源开采与社会、环境协调发 展的必然要求。 河北农业大学硕士学位论文 1 i2 国内外研究现状 1 2 1 土地复垦规划的概念 土地复垦规划是针对生产建设过程中由于人为因素或者自然灾害造成破坏、废弃的各类土 地，借助人工支持和诱导，按照土地破坏程度和土地利用方向，采取相应的工程措施或生物措施， 对其进行超前性的计划、规划、安排和调控，使各类受损土地重新恢复到所期望可供利用状态， 并加以利用的一种活动怫”l 。 煤矿区土地处在一个复杂的社会经济环境中，其社会经济环境可以形象得用图1 1 来描述。 完整的煤矿区生态系统应是一个由人类生产活动、煤矿区土地、社会环境、经济环境和生态环境 等方面组成的“复合生态系统”，随着土地复垦工作的不断发展，只有将煤矿区的土地复垦与更 大的系统“矿区生态重建”相结合，土地复垦的目标、目的才会更明确。复垦的效益会更好， 并且可以为我国的采矿、环境、种植业、养殖业等整个持续发展作出更全面的规划和实旆i i 。 1 2 2 国外研究现状 豳1 1 矿区土地社会经济环境示意图 国外早在上世纪初就开始对矿区土地进行复垦，但大规模、有计划、有目的的复垦研究工作 也不过2 0 多年历史，由于各国的自然条件不同、经济状况不同、土地状况各异，故各国有各国 的复垦特色： 德国鲁尔井工煤矿和莱茵露天煤矿是德国占地和破坏土地鼹多的单位。德国政府规定“露天 矿采空后要恢复原有的农、林、经济和自然景色”。莱茵地区露天矿农业复垦是将剥离的表土单 独存放做复垦表土，把沙石和电厂的粉煤灰等废料直接回填到采坑，填至复垦设计高程，上面覆 盖表土1 o m 厚，施肥并先种植豆科牧草。 英国巴特威尔露天矿采用边采边回填，最后覆土造田。覆厚度1 3 m ，其中表层为3 0 c m 厚 的耕作层。阿克顿海尔煤矿还将井下煤矸石直接排到邻近的露天矿采坑中复垦，举两得。 前苏联土地复垦界认为土地复垦是在受工业影响的土地上，采取旨在有计划的创建和加速形 成具有高生产力、高经济价值、婊佳人工景观的采矿、生物、工程、土壤改良及生态学综合技术 措施来恢复土地。其土地复垦整个过程分成工程技术复垦和生物复垦两个摹本阶段。农业复垦和 煤矿区土地复垦规划模式研究 林业复垦在前苏联是最普遍的，而作为被破坏土地开发最经济、最可靠的林业土地复垦愈来愈得 到广泛采用。尤其是在那些耕地开发需求不高且土壤贫瘠地区，林业复垦则成为主要方式。与其 它土地复垦方式相比，林业复垦对需恢复的土壤要求不很严格，仅需较小的投资”a 澳大利亚将矿山复垦作为一个涉及各专业各部门的系统工程，复垦的工程设计不仅限于合理 安排土地恢复功能，而且注重防止矿山废弃物的浸滤对地下水系的影响。在复垦工程的排水系统 设计上，除必须防止对地表水系的污染外，还强调排水系统要“构成一个合理排水模式”，“最 终排泄径流的位置是依适宜于矿山周围具体水系状况而定”。恢复动植物栖息地，恢复生态，也 是复垦工程中精心设计的内容，矿山的复垦实现了土地、环境和生态的综合恢复，克服了单项治 理带来的弊端。 美国的土地复垦发展历史较长，已形成一个较为完整的体系。并走e 法制化轨道，1 9 7 7 年实 施矿山复垦法案，对矿山开采的复垦程序有较严格的规定，很值得我国借鉴。与我国不同， 美国的露天矿占较大比重，更多涉及的是露天矿土地复垦，土壤重构”“j ，对复垦耕地的要求较高， 而且更侧重于生态与环境观念。 1 2 3 国内研究现状 我国土地复垦起步较晚，2 0 世纪5 0 、6 0 年代有个别矿山自发地进行一些土地复垦工作，矿 区土地复垦主要采用填埋、剥离、覆土等工程措施将废弃地改造成可耕种土地，实现矿区土地农 业耕种目标。进入2 0 世纪7 0 、8 0 年代，开始综合利用矿区土地资源，注重相关的基本环境工程 的配套问题，使得土地复垦更加系统化，是以矿区土地资源稳定与持续利用为目标的环境工程复 垦。例如，中国煤矿学界取得了一系列研究成果，其中包括煤矿开采引起塌陷的预报预警系统、 抗建筑变形理论、修复煤矿塌方土地的综合技术等”。 直到2 0 世纪8 0 年代，土地复垦才被真正得到重视，从自发、分散状态转变为有组织的复垦 阶段，1 9 8 9 年1 月1 日生效实施的国务院土地复垦规定标志着我国土地复垦开始走上法制轨 道“。在矿区土地复垦上更多地强调生态学方面的观点，是以植被复原与生物多样性保护为目标 的生态复垦，选用适宜的表土、植物和肥料改良土壤，利用生物工程恢复生态格局控制重金属 的迁移，利用煤炭垃圾或粉煤灰回填或促进植物生长，在生态复垦中更加强调景观美化、可持续 性发展、人与自然的和谐等问题”】。 目前，我国的土地复垦工作发展迅速，以矿区生态系统健康与环境安全为恢复重建目标的生 态复垦逐渐受到重视。以前土地复垦研究重点是复垦法规与管理办法制定、采煤沉陷地复垦、矿 山固体废弃物复垦等方面，随着可持续发展成为世界发展的新战略，未来的土地复垦研究将得到 蓬勃发展，研究内容将注熏复垦的生态环境问题和生态持续能力的恢复，生态工程复垦将得到深 入研究和推广；农业、林业、生态等领域的新成果将不断被引入土地复垦研究和实践之中，2 0 世纪末国土资源部又将煤矿沉陷地复垦与周边土地整理工作结合在一起，使土地复垦技术、土壤 重构技术、水土保持措施及矿区农业生产更加台理和高效；土地复垦和生态重建的学科体系与理 论体系将不断得到完善，国际台作将曰益紧密f 1 7 1 。 3 河北农业大学硕士学位论文 1 3 研究内容和技术路线 1 3 1 论文研究内容 煤矿的开发利用促进了国民经济的发展，同时也带来了巨大的负面效应。本文对煤矿区土地 复垦的研究，主要是以国务院颁布的土地复垦规定为主要依据，通过分析采煤工程对矿区土 地资源可能造成的影响，包括土地的破坏形式、破坏程度等问题，结合矿区的自然地理条件和社 会经济发展状况，运用相关可行的工程措施和生物措施一系列技术手段，恢复矿区受损土地的生 产力，使其满足经济、社会、生态对煤矿区土地可持续发展的要求。 本研究在对土地复垦生态理论与技术方法研究的基础上，以内邱县大孟村镇1 ：2 0 0 0 的地形 图和l ：5 0 0 0 土地利用现状图为工作底图，运用m a p g i s 6 5 软件对图形数据进行矢量化处理， 通过对项目区采煤沉陷地的实地调查和室内研究，根据沉陷地的特点，利用直接利用法和一定的 土壤蘑构技术将其复垦成为宜农、宣林、宜牧的上地，并通过完善田间水利、防护林网配套设旅， 构建集生产粮食、果品、水产及禽畜为一+ 体的大农业综合生态基地。 1 3 2 研究技术路线 ( 1 ) 资料收集与分析；( 2 ) 煤矿区土地复垦理论与技术方法评价；( 3 ) 矿区生态重建机理 与措施研究：( 4 ) 复垦土地的资源配置和生态模式探讨； ( 5 ) 实例分析。如图1 - - 2 。 4 图1 2 攥矿区土地复垦规划研究流程图 煤矿区土地复垦规划模式研究 2 煤矿区土地复垦的生态系统分析 为了满足生产、生活的需要，人类采取各种手段、方法对煤矿进行开采利用，在获得煤炭资 源的同时，采矿破坏了各种地质体的原始赋存状态及其相互关系，造成矿区土地不同程度的破坏， 致使土地的作物产量减产和绝产。减产地是指破坏程度较小，对农作物种植影响不大，经过复垦 整治还可以恢复土地的原有生产力，只是在未来几年内作物产量、质量比破坏前有下降的趋势； 绝产地是指煤矿区矿层很厚，地表破坏程度严重，导致地面形成不连续的深坑或者形成很高的堆 垫地貌，此种情况已不再适宜种植，可根据实际情况进行水产养殖、生态旅游等开发利用 1 0 , 1 8 1 。 2 1 煤矿开采的影响 2 1 1 对土地资源的破坏 不同的开采工艺导致对土地破坏形式的不同，从总体而言煤矿开采对土地的破坏主要表现在 沉陷、压占、挖损等方面。采煤沉陷地一般多在开采急倾斜煤层时出现，开采缓倾斜煤层时，只 是在某些特殊的地质条件下才有可能出现，地表沉陷使地表腐殖土溃入井下或流失，破坏了土壤 的物理特性和化学特性，同时周围地表往往出现裂缝，地表裂缝破坏了土地的连续性，给土地耕 种带来了困难“。据统计，到2 0 0 2 年全国煤炭开采历年形成的沉陷区已达0 4 xl o m - ，平均每 年形成沉陷土地1 5 x1 0 4 2 0 1 0 4 h m 2 ，其中耕地占3 0 1 2 压占主要指煤矸石压占、粉煤灰压 占、露天矿排弃剥离物压占土地，固体废物数量庞大，种类繁多，物理化学性质复杂而处置设施 严重不足，回收利用率低下，从而对矿区的土地造成严重的污染和破坏，我国北方干旱地区风沙 多，气候干燥，由此引起粉煤灰四处飘扬、煤矸石自燃等现象。严重地污染大气，给当地的居民 带来生产生活上极大的不便利j 。截止到2 0 0 3 年，我国煤矿现有煤矸石山10 0 0 多座，总堆积 量约达3 0 xt 0 0 t ，占地58 0 0 h m 2 ，并且每年新增排放量1 5 1 0 9 2 o xl 晰，占地约3 0 0 4 0 0 h m 2 2 z 】挖损主要指露天煤矿的挖损，它导致岩石裸露，破坏土壤结构，彻底改变了土壤养分 的初始条件，而且增加了养分流失的机会，若不及时采取相应的回填措施，将会形成几十米乃至 上百米的深坑，并且影响矿坑周边作物的正常生长，加快了土壤侵蚀和水土流失的速度。据调查 与资料统计，露天矿正式投产后每开采万吨煤耍挖损0 0 2 0 1 8 h m 2 土地，截止到2 0 0 1 年，我国 的露天采矿场挖损占地约为88 0 0 h m 2 t z 3 j 煤矿开采造成土石混堆，地表土壤被污染，复垦种植难 度较大，自然植物难以生长，煤矿区被侵占破坏的土地呈现一片荒凉景象，由此引发了水土流失、 生态恶化、作物减产等一系列的社会和环境问题阱j 。 2 1 2 对区域水环境的污染与扰动 鉴于不同的采煤工程规模、采煤技术条件、区域地下水位条件、煤矿的排水能力和自身恢复 性能，煤矿开采不仅对煤矿区内的地下水资源造成严重污染而且对采场以外相当远的范围内的 区域水环境均会产生一定的不良影响例。据检测纳污河两侧、污灌区、工矿区和城市附近浅层地 下水中“三氮”含量普遍升高酚、氰、c r 6 + 、h 矿、石油类等多种污染物均有检出。深层水局部 5 望j ! 奎些查兰堡主兰堡笙奎一一 _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ l _ l _ - _ _ _ - _ _ 一一一一 地区f 、f e “、m n 2 + 等离子含量超标。”。积水是矿区采煤沉陷引起的重要破坏类型，主要发生在 矿区下沉量大且地下潜水位高的区域，原有的陆地生态环境系统转变为水生生态环境系统，致使 传统的高产早作农业退变为低产乃至绝产水田2 ”，严重影响了耕地资源利用的永续性。 2 13 对基础设施的毁坏 由于煤矿开采的沉陷造成道路的路基、路面受到破坏也使道路纵向坡度发生变化使车辆运 行的阻力增大或减少，导致交通事故的增加；地表移动变形造成采矿区影响范围内的建筑物、构 筑物产生倾斜，尤其是类似水塔、烟囱等这样面积小而高度大的构筑物，受倾斜变形的危害更大 2 7 1 ；通常采煤沉陷范围内供电、输电线路，将随着地表的沉陷受到不同程度的影响，绝大多数输 电线路将遭受严重破坏：土地沉陷将导致矿区的通讯设施主要是乡村问的电话线，这些通信电缆 将随着村庄的搬迁也将被迁移。煤矿开采沉陷致使矿区内基础设施不同程度的破坏，给人们的生 产、生活带来极大的不便“。 2 2 区域可持续发展对煤矿区土地复垦的要求 随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明 发展的进程。与此同时，人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏和南北差距扩大等日益 突出，成为全球性的重大问题，严重地阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全 人类的未来生存和发展。在这种严峻形势下，人类不得不寻求一条经济、社会、环境和资源相互 协调的、既能满足当代人的需求而又不对满足后代人需求的能力构成苊害的可持续发展的道路 1 2 9 1 。 煤矿区的土地复垦是实施矿区可持续发展的重要内容，因此开展煤矿区土地复垦工作时，应 将区域可持续发展作为这项工作的基本目标，运用有效的、科学的技术措施和手段将煤矿区土地 复垦同区域可持续发展战略紧密地结合在一起，达到区域社会、经济、生态环境的高度可持续发 展。 2 2 1 区域社会可持续发展对煤矿区土地复垦的要求 在一切自然资源中，土地是最基本的资源，是人类生存发展的根本条件，人类生产、生活的 一切物质需要均来源于土地。我国是一个人地矛盾非常突出的国家，就煤矿区而言，开采者为了 获得更多的利益，不惜以破坏大量的农业用地为代价，因此煤矿区人地矛盾、工农业之间争地矛 盾尤为突出，并且导致一些违法乱纪现象层出不穷，区域社会可持续发展对煤矿区土地复垦的基 本要求是减缓人地矛盾和工农业之间的争地矛盾”。评价煤矿区土地复垦是否满足区域社会可持 续发展的要求，可用煤炭采出量、煤矿开采面积和固体废弃物排放量、土地破坏与占用量、土地 复垦率和年土地复星总量及复垦后的各类用地比例等指标来衡量9 “。如果年土地复垦面积大于土 地破坏面积，或者人均土地占有量或人均耕地占有量处于逐年增长趋势，即可认为煤矿区土地复 垦是可持续发展的。 6 煤矿区土地复垦规划模式研究 2 2 2 区域经济可持续发展对煤矿区土地复垦的要求 土地复垦是对土地的一种投入并获得产出的经济行为。在土地破坏严重的煤矿区，农业发展 受到严重影响，农业产值急剧下降，而通过进行煤矿区土地复垦，使被破坏的土地恢复其原有的 生产能力，这是矿区农业经济新的增长点。因此可以选用矿区的农业总产值在复垦前后的变化情 况来评价土地复垦是否满足区域经济可持续发展的要求。假设土地未沉陷时矿区农业总产值为 a o ，沉陷后来治理时的农业总产值为a - ，复垦治理后的农业总产值为a 2 ，则 z：盟1 一 氐 z ：垒! 二鱼 2 a 0 z ，为农业总产值受土地破坏影响的卜降率，z ：为农业总产值因复垦治理的增长率。z t 越大， 说明采煤对农业生产影响越严重，z 2 越大说明复垦治理效果越好；若z 2 z t ，即增长率高于。f 降 率，则说明复垦工作可行，矿区农业经济发展表现为可持续发展1 。 223 区域生态系统健康对煤矿区土地复垦的要求 我国煤炭工业的发展促进了国民经济的增长，同时也带来了一系列的诸如生态系统退化，生 物多样性丧失，景观破坏，农作物减产绝产，空气、地表水、地下水、土壤质量下降等生态环境 问题，这些生态问题的存在不仅是煤矿区域内的环境污染问题，而且是关系到个国家和民族经 济、社会发展和人类生存的根本性问题9 “。煤矿区土地复垦尽量要以恢复原来的生态系统为目标， 保证生态系统的稳定性不下降，并根据恢复生态学理论和生态演替原理重建、优化矿区生态环境。 针对此类问题，选取土地、水瓷源、大气、噪声、动植物等环境、生物因子作为评价矿区生 态可持续发展的质量指标。凡是在复垦后能够提高土地生产力作物产量、质量有大幅度上升， 能够改良土壤条件，增加土壤有机质含量，适宜作物植被健康生长的情况，均视为土地资源可持 续发展的范畴9j ；水资源包括地下水位、水量和水质变化以及地袭水水质变化等，对水质而言， 若采矿与复垦引起的水质变化不影响人类生产和生活，即人类饮用水、农业用水、水产养殖用水 均能满足各类用水的水质标准，可认为满足可持续发展要求，对地下水位与水量变化而言，若复 垦后与复垦前相比，工业用水、农业用水、生活用水供给率下降且不能提供持续供水服务，则认 为不属于可持续发展范畴；大气和噪声是衡量矿区人居环境质量的重要指标，若有毒、有害气体 与粉尘的排放量及其在大气环境中的浓度不超标，即可认为满足可持续发展要求p ”；爆破和其他 作业时所产生的噪声在允许范围内，只要不对矿区内人们的生产、生活造成负面影响的，均认为 满足可持续发展要求；根据复合种群理论，只要维持矿区内动物( 如禽类、畜类) 、植物( 农、 林、草) 的多样性，保证各类动植物的数量不减少，能够使动植物良好生长的即表现为可持续发 展。 可持续发展是当今国际社会的发展主题。人类在开发利用煤炭资源的同时，要强化环境的价 值观念和生态道德观念，促进煤矿资源的有效合理利用，抑制减少由此产生的环境污染负面效应， 促进经济效益、社会效益和生态效益高效、协调、稳定发展”j 。 7 河北农业大学硕士学位论文 3 煤矿区土地复垦技术与评价 煤矿区土地复垦具有多学科的性质，它涉及到国民经济的许多部门( 采煤工业、农业、林业、 水利、士地等部门) ，也涉及到广泛的社会学科和自然学科。土地复垦工程主要是指根据煤矿区 自然环境条件和复垦地利用方向的要求，利用大型的采矿复垦机械对被破坏土地进行回填、堆垒 和平整并进行必要的防洪、排涝及环保治理中的处理技术，使“人造场地”恢复成较合理的地形 地貌，并在新恢复的土地上选种适宜作物，形成景观好、稳定性高和具有经济价值的植被面，创 造自然和谐的人类生存空阔”。 3 1 煤矿区土地复垦的要求 一项成功的煤矿区生态复垦工程往往需要周密的复垦规划和计划，才能收到理想的复垦效 果，为我国的采煤业、种植业、养殖业等多行业的持续发展作出更全面的规划和实施，反之则耗 资巨大而复垦效果不佳。 3 1 1 尽量增加农业用地面积 我国人口基数大，人均耕地占有量比较小，尤其是煤矿区的开采利用破坏大量土地，造成耕 地资源紧缺a 因此建议在煤矿区土地复垦时除在确实无法恢复耕种的条件下可以用作非农业用地 外，其他情况均应以恢复农业生产为目的，这是我国目前的土地资源利用形势的紧迫要求，是解 决人们温饱问题的关键，并从长远角度解决我国人均耕地日益减少的趋势m 】。 3 1 2 接近破坏前的土地资源适宜性 一般来讲，煤矿区土地资源在被破坏前多为宜耕、宜牧、宣林土地，被破坏土地的复垦，首 先要尽量恢复其原有第一性生产能力，即要使土地适宜性和生产力、生产潜力同破坏前相接近； 然而各地区土地资源有明显差异，因此要结合当地农业发展和经济发展情况，根据土地适宜性的 评价，制定科学、合理的复垦规划，保证煤矿区土地资源的可持续发展。 3 1 3 改造为新环境条件下的可垦土地 煤炭开采过程中由于开采工艺、开采条件和地形地貌的不同，导致土地破坏形式不尽相同， 如若一味地将被破坏土地恢复为原景观。不仅工程量大、投资较高，而且不一定能达到预期的效 果；在这种情况下，则耍视具体复垦对象，因地制宜，根据矿区的气候、环境等自然条件以及复 垦土地的土壤熟化程度、有机质含量，而拟定与矿区所在地的水、热条件相适应的新的土地利用 方向a 如在矿区动态沉陷区，沉陷地尚不稳定，土地处于不断变形、倾斜趋势，为了适应地表沉 陷地的实际情况，可以挖设坑塘- 进行水产养殖，或者研制设计可拆鼗移动式钢架，进行蔬菜栽 培；这样，原来适宜农、林、牧的土地利用方式，复垦为适宜养殖业或蔬菜生产的基地，复垦后 土地生产力和生产潜力将与复垦前有很大的改观m 】。 8 煤矿区土地复垦规划模式研究 3 1 4 新垦土地水土流失及其控制 防止水土流失也是煤矿区地复垦的一个重要方面，水土流失不仅仅只是因为对煤矿区土地 的挖损、压占、沉陷等破坏形式引起的，还可能是由于土地利用不当，矿区地表、地下水文条件 改变等原因引起的：煤矿区新垦土地水土流失与其它几种土地破坏形式的共同点都是使土地生产 力下降，挖损、压占、沉陷等破坏形式可以通过一定的技术措施，尽量修复土地原有生产力，然 而水土流失对土地破坏的特征表现为不可逆性，一经流失的水土资源难以再被收回利用，并且水 土流失不仅对本矿区，而且会对更大区域内的土地利用、水文条件产生影响，如大面积水土流失 破坏土地生态环境，致使区域性土地退化，流失的土壤、砂石淤积堵塞下游河道或使河床底板抬 高，改变河流系统的自然规律，多雨季节造成洪水泛滥、冲毁良田等危害。鉴于煤矿区水土流失 包括地表径流的增加、垂直入渗的减少及水量循环的破坏、地表地下水文参数的破坏以及土壤的 水蚀、风蚀和重力侵蚀等方面。在煤矿区复垦工程中要选择合理的复垦技术，科学利用土地资源， 完善矿区内的农业基础配套设旅，在复垦区植树造林、种植牧草，防止水土流失”1 。 3 2 煤矿区的土地复垦技术 煤矿区土地复垦技术多种多样，但从其复垦形式来看，可以将矿区土地复垦技术分为充填复 垦和非充填复垦两大类型。根据煤矿区土地破坏形式、破坏程度以及对复垦土地的利用要求，常 用的非充填复垦技术有疏排法、直接利用法和挖深垫浅法；按照充填材料的不同，矿区复垦利用 较多的充填复垦技术可分为煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦。 3 2 1 疏排法 针对常年积水，水域面积大，积水较深的沉陷地，可以根据沉陷区实际情况，开挖排水莱道， 采用自排方式或者设置泵站强行排水方式将积水排至外围承泄区，不仅可使沉陷积水区恢复上地 生产能力，而且还可以保证矿区内建筑物、构筑物及村庄周边不再积水，避免了不必要的损失， 同时起到了土地复星与保护生态“双赢”的目的”。 ( 1 ) 适用范围 煤矿开采沉陷引起地表排水不畅，形成较深的积水而影响作物种植，沉陷区积水通常分为沉 陷后地面标高低于矿区外河流洪水位和沉陷后地面标高高于河流洪水位两种情况。对于第一种情 况，沉陷区积水量较大，不易采取充填法复垦，因为沉陷后地面标高低于矿区外河流洪水位，因 此要在沉陷区内布设泵站，采用强排法排除沉陷坑积水或采用挖深垫浅法抬高部分土地的标高， 以便用于农业生产：对于第二种情况，鉴于沉陷后地面标高高于河流洪水位，可通过布置合理的 摊水沟，通过自排方式排除地表积水，同时开挖适当的降渍沟用来降低地下水位，防止土地盐渍 化，继而可以保证作物的正常生长。由此可知，疏排法既可通过自排方式又可通过强排方式排除 沉陷区积水，此法既可用于高潜水位矿区亦可用于中低潜水位矿区的土地复垦”。 ( 2 ) 技术实施措施 对沉陷积水区进行土地复垦主要是排除常年积水，同时沉陷区也面临着干旱的威胁，因此在 复垦排水的同时要注重排水与灌溉相结合，合理的排灌系统既可消除积水的危害也能保证农作 9 河北农业大学硕士学位论文 物生长期需水量的要求，而且适宜的灌溉措施还可压盐，改善土壤理化性质，防止土壤盐碱化。 排水沟设计 排水沟一般采取梯形、土质沟。通常使用明沟排水，为了满足沉陷区排水流畅和降渍工程的 要求，需要科学合理的计算排水沟底宽和深度。具体步骤是：第一，结合沉陷区的土质情况确定 边坡系数m 、排水沟比降i 、糙率n 等基本数据，依据公式3 一l 确定排水沟的设计流量q 第二， 根据断面设计公式3 2 。确定排水沟的过水断面面积a ；第三，考虑到排水沟兼起到降渍沟的功 效，利用公式3 3 计算排水沟的深度h ，至此可以推算出排水沟底宽d ，为沉陷区排水系统的 设计提供有利依据。 公式3 1 q = q x s 式中：q 一排水沟设计流量( m 3 s ) ；q 排水模数( m 1 s k m z ) s 排水面积( k m 2 ) 。 公式3 2 ： q = a c 4 f i 式中：q 一设计流量( m 3 s ) ； a 过水断面面积( 秆) ；r 水力半径； c 谢才系数，采用曼宁公式c = a “进行计算；n 为沟床糙率；i 比降。 公式3 - - 3 ：