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城市化进程下徐州矿业废弃地治理模式

北极星环境修复网  来源:《地质学刊 》  作者:蒋波 等  2019/10/11 17:39:17  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要: 通过对徐州众多矿业废弃地治理示范工程的总结,提出不同矿业废弃地的典型治理模式。采空塌陷型矿业 废弃地的治理模式有湿地公园建设、光伏发电基地建设、富硒耕地开发和土地复垦整治; 开山采石型矿业废弃地的治理模式有遗址公园建设、地质公园建设、文化遗迹开发和生态环境保护。治理模式可为徐州矿业废弃地治理提 供科学依据,并对我国众多处于转型建设时期的矿业城市具有借鉴意义。

关键词: 矿业废弃地; 湿地公园; 遗址公园; 治理模式; 江苏徐州

引 言 矿业曾经是徐州的优势和支柱产业之一,但在 城市化进程下城市区域迅速扩张,导致原本废弃在 城外的开山采石宕口和采煤塌陷地等矿业废弃地进 入市区,其恶劣的生态环境逐渐成为影响城市面貌 的重要因素。2000 年以来,徐州市十分重视矿业废弃地治理及土地利用工作,“十二五”期间,全社会 累计投入治理资金 27.9 亿元,实施矿山地质环境治 理项目 46 个,治理恢复矿山地质环境约 23. 3 km2, 形成潘安湖湿地公园、九里山湿地公园、珠山宕口遗 址公园等一批矿业废弃地治理示范工程。通过“显 山露水”,拓展了城市生态空间。 通过对已有矿业废弃地的治理,总结出矿业废 弃地治理的示范模式,为其他矿业城市的矿业废弃地治理提供参考。

1 矿业废弃地分布特征

矿业废弃地是指采矿活动所破坏、占用、非经整 治而无法使用的土地,包括裸露的采矿宕口、废土 ( 石、渣) 堆、煤矸石堆、尾矿库、废弃厂房等建筑物 用地、采空塌陷地及圈定存在采空塌陷隐患的荒废 地( 黄敬军等,2009) ,按矿业废弃地的形成条件,可 分为采空塌陷型和开山采石型。

1.1 采空塌陷型矿业废弃地特征

采空塌陷型矿业废弃地指地下开采矿山资源枯 竭或失去再开采的经济价值,闭坑后或存在采空塌陷隐患的荒废地。该类型矿业废弃地主要分布在徐州城市规划区的贾汪、九里、闸河、利国四大煤田的煤矿区和利国铁矿区,其中煤矿塌陷地占用与破坏土地面积 207. 57 km2 ( 图 1、表 1) ,铁矿塌陷地占用与破坏土地面积 8. 24 hm2。

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徐州煤矿塌陷地具有塌陷率高、占用与破坏土 地面积大、地表积水严重和煤矸石堆放量大等特点, 煤矿平均塌陷率为 0. 43 hm2 /万 t,高于全国煤矿平 均塌陷率( 0. 2 hm2 /万 t) ( 吴刚等,2011) 。207. 57 km2的塌陷地中,下沉较深且地势低洼造成长年积 水或季节性积水( 塌陷深度 > 1. 5 m) 的塌陷地为 121. 54 km2,平均积水深3. 0 ~ 3. 5 m,使地表水系紊 乱,水稻之类的农作物无法耕作,耕地多成为低产田 或绝产田。下沉较小的坡地型塌陷地面积为 86. 03 km2,地形高低不平,房屋变形倒塌、路网遭到破坏, 迫使村庄迁移; 水利设施遭受破坏,使农田旱时不能 灌,涝时不能排,旱涝灾害频繁。据调查,20 世纪, 徐州煤矸石堆放量曾超过 40 座,占地面积超过 130 hm2,累计堆存量近 4 000 万 t,占用了大量土地( 黄 敬军等,2002) 。

1.2 开山采石型矿业废弃地特征

开山采石型矿业废弃地指在山地丘陵露天开采 石材、石料及其他矿产资源的矿山,后逐步关停闭坑 形成的废弃地。该类型矿业废弃地主要分布在徐州城市规划区内 104 和 310 国道、京福和徐连高速、京沪高铁和三环路等城市主干道两侧可视范围内。据 1∶ 5万遥感解译,徐州城市规划区开山采石形成的矿业废弃地破坏土地 25. 73 km2 ( 图 2、表 2) 。其中, 城市开发边界线内被破坏土地 5. 74 km2、吕梁山风 景区内 2. 72 km2、大洞山风景区内 1. 26 km2、京福 高速和京沪高铁沿线两侧可视区内 4. 35 km2。 该类型矿业废弃地多为陡立的裸露岩体( 坡度60° ~ 70°,坡高 60 ~ 70 m) ,岩面几乎寸草不生,不但破坏山川的原始地貌,而且表土层、风化和未风化 基岩被剥离,农田、耕地和植被破坏贻尽,短时期内难以恢复( 张洁等,2006) ,是风景区和交通干线的 主要视觉污染源。凹陷式开采形成的深坑废弃后均 积水成潭,残留采坑成为污水积聚、浓缩的深水塘, 其生态环境恶劣。因此,开山采石废弃地不仅是生态环境系统的破坏来源,更是区域经济社会发展系统的严重威胁( 蒋正举等,2013) 。

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2 采空塌陷型矿业废弃地治理模式

2.1 湿地公园建设模式

对于常年积水的采煤塌陷地,虽然经过挖深垫浅、疏排等措施复垦可以增加耕地面积,但由于地势 低洼,常年积水使塌陷地不同程度地出现沼泽化,陆 生生态系统逐渐变成水 - 陆复合型生态系统———湿 地。因此,采取宜耕则耕、宜渔则渔、宜建则建、宜生 态则生态等复垦措施,建设与低影响开发雨水系统 控制目标相协调的新的水体( 湿地) ,使雨水资源集 蓄利用( 安守林等,2015) ,即建设湿地公园。 潘安湖作为全国首个煤矿塌陷区生态修复的湿 地公园,是集基本农田再造、采煤塌陷地复垦、生态 环境修复、湿地景观开发“四位一体”的矿业废弃地 治理项目,采用挖低垫高( 塌陷较深部分挖成渔塘, 土方垫在塌陷较浅处,形成耕地) 、土壤优选剥离回 覆( 低洼处土壤耕作层先剥离,回填煤矸石、粉煤 灰、砂礓等充填物后再铺垫剥离层,形 成 优 质 耕 地) ,共治理面积 1 160 hm2,新增耕地 20 余 hm2,不 仅使复垦区人均耕地面积增加了 180 m2,实现农业 增产、增效农民增收,而且建设成了风景优美的生态 湿地公园,成为资源枯竭型城市生态环境修复再造 的典范。成功实施采煤塌陷矿业废弃地土地利用的 还有九里湖生态湿地公园、南湖公园和商湖公园。

2.2 光伏发电基地建设模式

对于常年积水的采煤塌陷地,常用的复垦措施 是根据地表塌陷积水区的面积大小和积水深度,在 积水较深区域建设深水水产养殖基地,浅积水区种 植水产经济作物,在其周边建立禽畜饲养基地,发展 养猪、养鸡、养鸭,构建禽畜 - 鱼虾“立体养殖”模 式。但作为国家首批创建新能源示范城市和省新能 源高科技特色产业基地的徐州,在不改变土地利用 现状的情况下,利用塌陷地建设地面光伏电站是徐 州采煤塌陷矿业废弃地土地利用的新模式。 2016 年,徐州第一个利用塌陷地进行鱼塘施工 建设的光伏电站———“渔光互补”光伏电站正式并 网发电。该发电站在 18. 8 hm2 塌陷地改造的鱼塘 中,用 4 000 余根预制管桩安装了太阳能光伏板,将 光伏组件布置于水面上方,上层用于太阳能发电,下 层用于水产养殖,不占用额外的土地资源,年发电量 达5 000 万 kW·h,并带动了周边80 余 hm2采煤塌陷 地的综合开发利用。按规划,徐州还将在塌陷地建 成“农光互补”、“漂浮式”发电的光伏应用示范基 地,同时与大黄山森林公园连成一片,建成休闲、娱 乐、参观的重要基地。

2.3 土地复垦整治模式

对于采煤塌陷非积水区矿业废弃地,因大面积 耕地受到损害,生产力降低甚至无法耕种,土地复垦 整治模式采用疏排法、就地取土法、挖深垫浅法和固 体废物充填法等农业复垦形式,使塌陷地复垦成为 土地利用结构与布局更趋合理的高产、稳产良田,实 现矿区耕地总量的动态平衡。其中,无积水旱地塌 陷区,通常利用机械施工进行推高垫低,修复整平并 改进水利条件,恢复耕作条件进行种植,建造农业示 范区; 少量积水的塌陷区,利用机械施工进行挖深垫 浅、治理平整、连片开发,建成农业综合开发区。 截至 2011 年,徐州城市规划区采煤塌陷地复垦 面积达 9 827 hm2,塌陷地土地复垦率为 47. 37% 。 其中,2009—2011 年实施 41 个采煤塌陷地复垦项 目,复 垦 面 积 为 2 907 hm2,新增耕 地 面 积 1 940 hm2。通过塌陷地复垦项目的实施,极大地改善了 塌陷区的生产、生活条件,增加了群众收入,实现了 经济效益、生态效益、环境治理的统一。 以九里煤田为例,塌陷前耕地均为高产粮田,塌 陷后形成积水洼地 440. 19 hm2、矿业废弃地 428. 69 hm2,可耕种农用地仅 36. 56 hm2,土地多数不具备 耕种条件。经土地复垦整治,按复垦条件和功能区 划分为特色农业区、深水景观生态建设区、挖深垫浅 粮基鱼塘复垦区、人工湿地、粉煤灰造林区,并建设 了浅水种植园、蔬菜园 2 个精品工程园区,增加耕地 499. 71 hm2、养殖水面 80. 96 hm2、林地 62. 20 hm2, 减少采矿地 428. 69 hm2、住宅用地 56. 892 hm2 ( 渠 俊峰等,2008) ( 表 3) 。 土地复垦使塌陷地土地及水资源得到了合理配 置和调控,有效改善了长期积涝对农业生产的负面 影响。

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2.4 富硒耕地开发模式

对于煤矸石堆放区废弃地,按照“减量化、再利 用、再循环”的原则,通常将煤矸石用作塌陷回填、 发电、制砖、筑路和生产复合肥料后再进行土地复 垦。但土壤地球化学调查发现,徐州城市规划区煤 矿区土壤中 Se 含量( > 0. 44 mg / kg) 普遍较高,煤矸 石堆放区和煤矸石回填区土壤中 Se 含量最高达 6. 19 mg / kg。Se 是人体和动物必需的微量元素之 一,其摄入不足存在潜在的健康危机,而富硒土壤是 开发富硒农产品的天然载体( 侯现慧等,2015) 。目 前,绿色富硒耕地已经成为发展特色农业和生态农v> 业新的增长点,因此,煤矸石堆放区废弃地必须优先 考虑富硒耕地开发模式。 据测算,徐州城市规划区富硒( > 0. 4 mg / kg) 土壤面积达 100 km2,圈出九里煤田夹河—垞城塌 陷区、大刘塌陷区、柳泉塌陷区、贾汪煤田韩桥—旗 山塌陷区、闸河煤田塌陷区、利国煤田塌陷区共 6 块 富硒耕地保护区,均为无重金属污染的清洁至尚清 洁土壤,为开发富硒农产品提供了物质前提。富硒 区水稻籽实( 粳米) Se 含量为 0. 026 ~ 1. 33 mg / kg ( 富硒大米标准为 0. 040 mg / kg) ,小麦籽实( 面粉) Se 含量为 0. 016 ~ 3. 01 mg / kg,可见,富硒大米和小 麦与富硒土壤相关。因此,可依据铜山、贾汪国家现 代农业示范区规划布局,连片综合规划开发富硒产 业,将铜山柳新—拾屯富硒耕地规划发展成沿湖优 质富硒稻麦生产区,将铜山茅村富硒耕地规划为富 硒葡萄生产聚集区,将贾汪青山泉—大吴富硒耕地 规划为富硒蔬菜产业区。

3 开山采石型矿业废弃地治理模式

3.1 遗址公园建设模式

随着城市扩张或旅游开发,许多开山采石废弃 地进入城区或旅游风景区,废弃地恶劣的生态环境 成为城市发展和旅游开发的颈瓶。对此类矿业废弃 地的利用,应结合周边自然、人文特点以及新城建设 规划,根据开山采石矿山采掘面和废弃地的地形地 貌特征,进行山景、水景、人文景观的再造,建设以休 闲为主的全开敞式主题公园,为城市居民创造新的 旅游观光和休憩娱乐场所。 珠山宕口位于徐州东郊,为历史采矿遗留的废 弃矿山,原本海拔 140 m 气势夺人的山体因开山采 石变成残缺不全的“城市伤疤”,随着城市扩展,纳 入徐州高铁站区的金桥国际商务区开发范围。2008 年启动的东珠山废弃矿山治理,本着“修复生态、覆v> 绿留景、凝练文化、拉动经济”的原则,构建了“两 潭、两岛、一瀑、一谷、一云梯”七大主体景观,利用 宕口地貌形态,结合两潭湖水的形状,设立半月、半 日状两岛,瀑布使裸露的宕面变成流动的水墙,成为 公园天然空调; 云梯依山而建,两潭中间用近水木栈 道实现景观上的沟通,木栈道穿行于峡谷之间,形成 “一谷”景观,打造为占地 10 hm2 的珠山宕口遗址公 园,不仅消除了地质灾害隐患,破损的山体重新披上 绿装,而且改变了投资环境,周边土地的出让价由 ( 4 ~ 5) 万元/ hm2提升至( 16 ~ 20) 万元/ hm2。 可见,遗址公园建设模式妥善处理了废弃矿山 采壁和矿业废弃地甚至矿渣等资源,不但可以改善 矿业城市的面貌,使其重获生机,而且能够获得生 态、社会和经济等多重效益( 张禾裕等,2007) 。

3.2 地质公园建设模式

露采矿山揭露的典型地层岩性、地质构造、化石 或古生物活动等遗迹是不可再生的地质遗产。可结 合其地学研究价值和科普意义,建立地质公园或矿 山公园,成为地质科学研究与科普教育的基地。如 南京六合瓜埠山、桂子山古火山因采矿挖掉覆盖层, 展现出古火山的立体模型,是罕见的火山地貌的再 现,堪比美国黄石国家地质公园,矿业废弃地治理完 全融入南京六合国家地质公园建设之中,已成为该 公园的 2 个景区( 黄敬军等,2011) 。 叠层石是一种特殊的生物沉积构造,其中记录 了大量微生物、环境、地球化学和地球物理等方面的 信息,是研究古环境和古气候的最佳“指示器”,也 是世界同一地质时期的“标准层型剖面”( 曹瑞骥 等,2009) 。距今 7 亿年的新元古代南华纪叠层石是 江苏唯一、全国罕见的一处具有观赏价值及典型地 质学意义的地质遗迹分布区,对研究徐州地区地质 演化史、构造运动等有着不可替代的作用。2013 年 获批的贾汪叠层石地质公园,2. 24 km2的地质遗迹 保护区的矿业废弃地治理已融入地质公园建设之v> 中,保留了形态各异的古生物景观叠层石、地质构造 芦山断层、典型剖面芦山南华纪剖面、龟形石、芦山 洞穴等,并将地质公园纳入生态保护区,裸露岩石构 成地质遗迹景观的,经地学专家确认后予以保留并 保护,否则进行复绿。

3.3 文化遗迹开发模式

徐州理应将其引以为傲的汉文化充分反映在矿 业废弃地治理中,以矿业废弃地及周边的历史和文 化资源等为载体,达到与当地风土人情、文化氛围相 融合的境界。如利用古匠人采石不经意残留的柯岩 绝胜“云骨”为主题的绍兴柯岩景区,体现了绍兴石 文化、水文化、酒文化及宗教文化的地域特色,是文 化遗迹开发最典型的范例( 黄敬军,2006) 。 由于地层陡倾,徐州开山采石宕口多形成陡崖 石壁,矿业废弃地治理多结合徐州汉文化底蕴的挖 掘,根据崖壁上岩石的特性与现状,勾画历史文化主 题岩壁画。如雕刻在徐州两山口山崖上的“汉代车 马出行图”和“大风歌”,正逐渐成为徐州鲜明的文 化标志符号之一; 云龙山汉代大型采石场遗址是目 前发现的唯一一处汉代采石遗址,也是我国古代 ( 汉唐之前) 唯一一处采石遗址,对研究汉代采石工 艺、石料开采及大型墓葬的修建等意义重大,其保护 也将为世人瞩目( 黄敬军等,2018) 。因此,对于这 种历史文物的矿业废弃地进行保护,也是对城市历 史文脉以及地域景观特色的保护。 徐州荆山村是乾隆皇帝登基后 5 次南巡驾临的 地方,留下《茶亭》《逍遥亭》《万世津梁》《荆山桥 歌》等墨宝,周边因开山采石形成的悬崖峭壁,完全 可引用传说来加深文化内涵,挖掘当地的深厚文化, 艺术加工后雕刻壁画于石壁上,使荆山村成为与广 东番禺莲花山古采石场一样的旅游胜地。

3.4 生态环境保护模式

对主要交通干线两侧可视区的开山采石矿业废 弃地,平整复垦耕地获得的土地资源量极为有限,可 供经济开发的场地不大,无法拓宽新的资源,但裸露 的采石宕口直接影响来往人流对徐州的直观印象。 宜恢复( 重建) 自然生态环境,即建立生态环境保护 区,在裸露的山体和采坑岩壁上,通过条带式或穴植 式覆土进行垂直绿化,以恢复其良好的生态环境景 观,尊重自然、显露自然成为矿业废弃地土地利用的 重要组成部分。 京沪高铁沿线两侧可视区 26 个开山采石宕口v> 的土地利用,都是通过清理山体危岩,选用适应性 强、短期见效迅速的垂吊植物品种种植于采坑上部, 或爬藤植物品种种植于采坑底部或台阶,使裸露宕 口迅速复绿,愈合采矿残留的伤疤,减少视觉污染, 恢复植被 60 余 hm2,将京沪高铁江苏段建成一流的 绿色铁路走廊。

4 结 论

( 1) 随着徐州城市化进程的加快和资源枯竭型城市的转型,矿业废弃地治理的力度将逐渐加大。 应按照《徐州市矿山环境保护与治理规划》和《徐州 市地质环境保护规划》要求,全面推进矿业废弃地 治理工作。依据矿业废弃地分布特征和所处的区位 条件及徐州城市发展规划,选取合适的矿业废弃地 治理模式至关重要,不仅可改善矿业废弃地的生态 环境,而且可充分显现矿业废弃地土地再利用价值, 使经济建设与环境保护协调发展。 ( 2) 城市开发边界内的开山采石矿业废弃地治理,建议采用遗址公园建设模式; 临近城市主干线两 侧的开山采石矿业废弃地,建议结合生态环境保护 模式进行治理; 大洞山、吕梁山风景区的开山采石矿业废弃地治理,建议采用地质公园建设和文化遗迹 开发模式,保护地质遗迹并挖掘当地文化底蕴; 京福 高速和京沪高铁沿线两侧可视区的开山采石矿业废弃地治理,建议以生态环境保护模式为主。远离主 城区的马坡、柳泉、张集、大刘、义安、利国等采空塌 陷矿业废弃地治理,建议采用土地复垦整治模式; 深 积水区采空塌陷矿业废弃地治理,建议采用光伏发 电基地建设模式。临近主城区的大黄山、夹河—垞 城、韩桥—旗山、董庄、闸河的采空塌陷矿业废弃地, 建议采用湿地公园建设和土地复垦整治模式; 富硒 土壤的采空塌陷矿业废弃地,建议采用富硒耕地开 发模式。 总之,不管采取何种矿业废弃地治理模式,均可 改善所在城市的生态环境和投资环境,其复垦土地 可作为补充耕地的重要途径,并将带动与城市功能和生态环境相适应的产业转换,实现土地利用效益 最大化和地质遗迹保护的双赢局面。

原标题:城市化进程下徐州矿业废弃地治理模式

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