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景观生态学在矿山地质环境治理中的应用 第六图书馆 矿山开采极易造成矿区地质环境恶化。文章结合荆各庄矿的实例,介绍了景观生态学原理在矿山地质环境治理中的应用。这 种治理技术应用恢复生态学、工程复垦和生物复垦技术,通过对现有景观要素进行优化组合并引进新的成分,调整或构建合理 的景观格局,使景观整体功能最优,可提高区域景观生态的稳定性,从而使人的经济活动与自然过程协同进化。矿山开采极易 造成矿区地质环境恶化。文章结合荆各庄矿的实例,介绍了景观生态学原理在矿山地质环境治理中的应用。这种治理技术应 用恢复生态学、工程复垦和生物复垦技术,通过对现有景观要素进行优化组合并引进新的成分,调整或构建合理的景观格局 ,使景观整体功能最优,可提高区域景观生态的稳定性,从而使人的经济活动与自然过程协同进化。景观生态 矿山 环境 治理煤炭工程周锦华 胡振琪 王乐杰 [1]中国矿业大学北京校区,北京100083 [2]煤炭科学研究总院唐山研 究院,河北唐山0630122007第六图书馆 第六图书馆 煤炭工程 2 0 0 7年第 1 0期 景观 生态学在矿 山地质环 境治理 中的应 用 周锦华 ，胡振琪 ，王乐杰 1 ．中国矿业大学北京校区，北京1 0 8 3 ；2 ．煤炭科学研究总院唐山研究院，河北 唐山0 6 3 0 1 2 摘要矿山开采极 易造成矿 区地质环境恶化。文章结合荆各庄矿的实例 ，介绍 了景观生态 学原理在矿山地质环境治理 中的应 用。这种治理技 术应用恢 复生态学、工程复 垦和生物复 垦技 术 ，通过对现有景观要素进行优化组合并引进新的成分，调整或构建合理的景观格局 ，使景观整 体功能最优 ，可提高区域景观生态的稳定性 ，从而使人的经济活动与 自然过程协同进化。 关键词景观生态；矿山；环境治理 中图分类号T D 8 8 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 7 1 0 0 2 4 0 4 因矿产资 源位 置 的不 可选 择性 和现 有技 术水 平 限制 ， 采矿生产极易打破原 有 的景 观生态 平衡 系统 ，导 致矿 区地 质环境严重恶化。因此，搞好矿山地质环境治理，应从景 观生态学尺度上，调整原有的景观格局，以改善受损生态 系统功能，提高景观系统的总体生产力和稳定性，将采矿 生产对矿 区地 质环境 的影 响导入 良性循环 ，对我 国矿 山地 质环境治理 特别是平原 矿区 具有 显著 的意 义。下面 以开 滦荆各庄矿为例来探讨景观生态学在矿山地质环境治理中 的应用。 1 荆各庄矿概况 开滦荆各庄矿位于唐山市近郊，始建于 1 9 5 8年，1 9 7 9 年正式投产 ，该矿井原设计生产 能力为 1 2 0万 Ca ，现年 实 际产 量 2 0 0万 t ，矿井 目前可利 用资源量 已近枯竭 。该井 田 煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成，煤系地层 总厚度约4 5 0 m，共含煤层 1 9层，总厚度2 5 ． 3 m，含煤系数 5 ． 7 ％；其中可采煤层 四层，平均厚度 1 6 ． 2 2 m，可采煤层 集中在大苗庄组和赵各庄组，煤层倾角平均为 1 5 。 左右。矿 井开拓方式 为市井 多水平 、暗斜井延 深开 拓方式 ；采煤方 法为走向长壁采煤法，厚煤层采用恒底分层上行采煤法； 顶板管理方式为全部垮落法管理顶板。 2 矿区环境质量问题 2 ． 1 土地 沉陷积 水 由于荆各庄矿为多煤层开采 ，并 且煤层为巾、厚煤层， 其采煤生产顶板管理采用 自由垮落式，因此长期 的煤炭开 采导致荆各庄矿井 田的地表大面积沉陷。由于地表沉陷引 起地面肥沃农田产生常年或季节性积水 ，致使常年积水农 田受淹而绝产，季节性积水农 田减产而发生不同程度的盐 渍化，同时也使农田水利设施和村庄建 构 物遭到不同程 度 的损坏 。 2 ． 2矸 石排放 煤炭工业废矸石的露天排放，不仅占压大量土地 ，而 且易自燃，释放出各种有毒气体，粉尘四处飘散 ，严重污 染周嗣环境。荆各庄矿井年排矸量 2 6万 t ，该部分矸石主 要是地面堆山排放，目前堆存总量达 1 3 9 ． 4万 t ，占地面积 6 ． 8万 m 。 根据荆各庄矿煤矸石的特性 ，按国家危险固体废弃物 标准分类，本区煤矸石属一般工业固体废弃物，其堆放对 环境的影响主要表现为影响景观、大气扬尘、矸石淋溶水 和 占用土地 。 煤矸石在露天堆放过程中，经降水淋溶后，促进煤矸 石中有害重金属的活性，部分被溶解并随降水形成地表径 流进入水体，对地下水和地表水系造成污染。因此，矸石 长期堆山排放严重影响矿山环境质量。 3 应用景观生态学原理治理荆各庄矿矿山环境 3 ． 1 荆各 庄矿 采煤 沉 陷现状 截止至今，因荆各庄矿采煤引发 的塌陷面积和波及影 响面积约 7 ． 3 9 k in ，最大下沉在 7～1 0 m，局部 地表形 成较 大面积的常年积水塌陷坑，积水面积达 1 1 0 ． 1 5 h a ，危害对 象为农 田、村庄和道路。荆各庄矿开采沉陷现状具体情况 见图 1和图2 ，其 中图 1以 1 9 7 8年采矿初期地形图；图 2 为现状 地形 图 。从 两 图中，可以 明显 比较 卜 H 景 观格局 的变 化情况 ，矿山开采破坏了原有的景观格局，使农 田大面积 塌陷、形成多个积水沉陷坑而不能耕作，村庄建 构 筑受 损严重不得不搬迁，昔 日的沃土 良日 j 变成一片汪洋 ，村庄 变成废弃地 ，由于长期得不到治理，采煤沉陷区变得垃圾 收稿 日期 2 0 0 7 0 6 3 0 作者简介周锦华 1 9 6 3一 ，男 ，江苏南通人 ，研究员 ，1 9 8 3年毕业于中国矿业大学大地测量系，现任煤炭科学研究 总院唐山研究院副院长，一直从事 “ 开采损害与环境保护”研究工作。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 煤炭 工程 2 0 0 7年第 1 0期 3 ． 2治理 的技 术方 法 开滦荆各庄矿矿L J j 环境治理主要技术方法，是根据采 煤沉陷破坏现状特点，依据当今国内外最先进的景观生态 学原理，应用恢复生态学、工程复星和生物复垦技术将其 采煤沉陷区规划成水上公园景观功能Ⅸ和农业 、养殖景观 功能 区。 景观，作为视觉美学上的概念，是指反映地形地貌景 色的图像；作为地理学上的解释，是指某一地理区域的综 合地形特征。在景观生态学 巾，景观，即一个空间异质性 的区域 ，由相互作用的生态系统组成 ，以相似的形式重复 出现。它强调空间异质性，其空间尺度随研究对象、方法 和目的而变化，而且突出了生态学系统众多尺度和等级结 构的特征。景观 由景观要素组成，景观要素是地面 E相对 同质的生态要素或单元，按照各种景观要 素在景观的地位 和形状 ，可将景观要素分成缀块、廊道和基质三种类型， 它们之间通过景观的能量流 、养分流和物种流而相 巨作用。 景观生态学是研究景观、运用景观再造技术将采煤沉 陷破坏的区域进行合理景观要素配置，格局、功能和动态 以及景观规划管理的综合性学科。所谓景观格局是指景观 组成单元的类型，多样性及其空间关系；景观功能是指景 观格局与生态学过程的相互作用或景观格局单元之间的相 互作用；景观动态则是指景观在格局和功能方面对时间推 移发生的变化。三者相互依存与作用，格局在一定程度上 决定功能，而格局的形成和变化又受到功能的影响。 渊研开采现状 和地质采矿资料 开滦荆各庄矿矿 山地 质环境 治理 就是通 过对现 有景 观 要素进行优化组合并引进新的成分，调整或构建合理的景 观格局，使景观整体功能最优，发挥其最大功能，提高区 域景观生态的稳定性，从而使人的经济活动 与自然过程协 同进化 。 3 ． 3 治 理原 则 景观生态学属于宏观尺度生态空间研究范畴，其理论 核心主要表现为空间异质性和生态整体性两方面。采煤沉 陷区景观生态规划的目的是将开采沉陷废弃地具有某种利 用方式和一定水平的生产力，以维持相对稳定的生态平衡 ， 从而与周边景观格局相协调 ，达到区域生态整体性 目标。 因此 ，治理规划设计时应遵循以下原则 1 异质性原则 。异质性是景观的重要属性 ，景观的空 间异质性要求生态设计遵循因地制宜原则。 2 整体化原则。所谓整体化，就是将再造景观与周边 景观作为一个整体单位来考虑和管理，将规划区域同其背 景的未来发展作为整体考虑。 3 多样性原则 。由不同类 型的景 观要 素或生态 系统 构 成的景观在空 间结构 、功能机 制和 时间动 态方 面的多样 性 或变异性 。多样性 的景观增 加 了边 缘种 的丰 富度 ，从而 增 加 了生物多样性 ，增 加 了 ， 整个 生态 系统 的结 构和 功能 的稳 定性 。 3 ． 4治 理 的技 术路 线 采煤沉陷区治理的技术路线 ，见图3 。 调研 自然 、计 会、环境 状 分析 ， 整理资料，对项目治理技术进行可行性分析 对开采沉陷稳定性进 行 价 分析现状 景观生态格局特 利用景观生念学原理和生态技 术进 行采煤 沉陷地综 合治理 将煤矿生产形成的废弃地治理成一个协调、 稳定 、 效益显著景观环境 图 3采煤沉 陷区治理 的技 术路线图 3 ． 5 矿 山地质环境 治理 实施 方案 1 功能分区。根据其采煤沉陷破坏特点，将荆各庄矿 山环境 治理 分成 两个 功能 区进 行治 理。一是 大面积 常年积 水区域 ，即难以复星成农 田也不利于发展养殖业的区域， 修建水上公园，给当地居民提供一个 良好的休闲娱乐场所， 也就是所谓的娱乐环境服务功能区；另一区因采煤沉陷形 成季节性积水和采煤波及地区域，可以通过挖深垫浅的方 式 ，使其具有农业种植功能和水面养殖功能区。 2 结构设计。其主要针对构成区域的相对低层次景观 生态系统及空间配置的研究。景观生态系统的多层次等级， 也就决定了其结构的多层次特点 ，因此结构设计可以分层 次进行。单元的具体设计从单元的生态性质人手，选择其 26 合理的利用方式和方向。结构与单元设计，一般是通过典 型地域的设计反映整体设计 ，结合荆各庄矿的具体情况， 主要采用以下 结构 设 计进 行 治理 荆各 庄矿 矿 山地 质环 境。 具体结构设计见图4 。 1 水 娱乐区设计。矸石修筑 “ 一 卜 字”型廊道，将 大面积沉陷积水区分割成 四个不规则湖面，并对其边坡进 行修整与绿化，水面与水 面之间以造型别致 的小桥连通， 并在 “ 十字”廊道交汇处修建亭台，将矸石堆积区进行集 中堆积并进行绿化整治成假山，将湖面周边垃圾堆放区进 行清理 ，并用矸石回填后覆土绿化。 2 耕地区设计。根据开采沉陷情况与周边地形地势 ， 确定耕地复垦标高 ，将塌陷波及区进行适当平整，将季节 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 0 0 7年第 1 0期 煤炭工程 性积水区或浅塌陷区则通过矸石回填再覆土的方式恢复成 耕地。为了便于田间管理 、机械作业和灌溉排水，耕作田 块长度在 5 0 0 m左右 ，宽度在 2 0 0 m左右；为保证农作物受 日照时间最长，摄取热量最大 ，耕作田块方向为南北方向； 为保证农田内道路畅通，方便农业作业，各田块问设计 4 m 宽田问路或 2 m宽生产路，同时配以合理灌溉、排水系统； 适宜种植小麦 、玉米 、水稻等农作物。 图 4荆各庄矿矿 山环境治理规划 图 3 养殖区设计。对面积小的常年积水区，根据积水 深度设计成养鱼池，进行网箱养鱼，每个养鱼池面积约为 1 3 O m 左右，基本呈东西向，长宽比为 2 1～4 1 ，以利 于鱼塘遮阴少，水面光照时间长 ，利于塘 中浮游生物的光 合作用和生产繁殖 ，利于拉网操作。 4 效益分析 矿山环境综合治理可谓 “ 功在当代、利在千秋” ，以实 现矿区可持续发展为 目的，具有 显著的社会 、环境和经济 效益 。 1 社会效益。通过对矿山地质环境综合治理 ，首先可 有效地改善沉陷区居民的居住环境 ，同时为沉陷区居民提 供一个环境优美、景色怡人的休闲场所 ，同时农民赖 以生 存的土地得以保护，缓解了工农之间的矛盾，为构建和谐 矿区做 出了贡献 ，具有 良好 的社会效益 。 2 生态环境效益。矿山地质环境综合治理后 ，将原受 损的矿区生态系统通过景观生态学原理和生物技术构建为 人的经济活动与 自然过程协同进化的景观格局，使生态环 境得到进一步改善 ，昔 日脏 、乱、差的沉陷地变成了绿意 浓浓、树繁草茂、碧波荡漾、鸟语花香的水上公园，具有 显著的生态环境效益。 3 经济效益。矿山地质环境综合治理后，使当地居民 生命 财 产得 到安 全保 障，并 获得 耕 地 3 1 5 ． 7 8 h a ，鱼 塘 3 6 ． 6 2 h a ，按耕地每亩每年收入 6 0 0元 ，鱼塘每亩每年收入 2 0 0 0 元 计 ，年可获直接经济效益 3 9 4 ． 0 6万 元 ，因此也具 有 良好经济效益。 参考文献 [ 1 ] 肖笃宁．景观生态学研究进展 [ M] ．湖南 湖 南科学技术 出版社 ，1 9 9 9 ． [ 2 ] 胡振琪．试 论土地 复垦 的概念及 其生 态重 建的关 系 [ R] ． 第六次全国土地复垦会议 ，1 9 9 9 ． [ 3 ] 李博．生态学 [ M] ．北 京高等教育 出版社 ，2 0 0 0 ． [ 4 ] 李树志，周锦华．矿区生态破坏防治技术 [ M] ．北京煤 炭工业出版社 ，1 9 9 8 ． [ 5 ] 李强 ，慈龙骏．神府东胜矿区景观生态异质性分析与景观生 态建设[ J ] ．干旱 区资源 与环境 ，1 9 9 6，1 0 2 ． [ 6 ] 卞正富．矿区土地 复垦界 面要 素的 演替规 律及 其调 控研究 [ J ] ．中国土地科学 ，1 9 9 6，1 3 2 ． [ 7 ] 龙花楼．采矿迹地景观生态重建的理论与实践 [ J ] ．地理 科学进展， 1 6 4 ． 责任编辑李振涛 2 7 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆