基于采煤塌陷区的蓄洪区开发利用模式探讨

摘 要：伴随着我国经济的快速发展，煤炭等各种资源开采工程活动频繁，开采的范围越来越广、强度越来越深，塌陷范围越来越大，给矿山环境造成了十分严重的危害。本文根据淮南采煤塌陷区的现状，结合该区的地理和水文条件以及塌陷区的时空演变特征，从城市规划的角度出发，探讨将采煤塌陷区建设为新型蓄洪区的可行性。在对淮南张集矿塌陷区实地调查的基础上，利用ArcGIS建立张集矿采煤塌陷区改造蓄洪区的条件评价系统，同时作为库容计算的主要工具，结合采煤塌陷区的相关资料，论证新型蓄洪区的开发利用模式。

关键词：采煤塌陷区；蓄洪区；ArcGIS；开发利用模式

Abstract:As the high-speed of economy，the activity of exploiting coal is becoming frequently. The larger mining space，the stronger mining intensity. With the increasing frequency of mining，the scope of subsided area also becomes huge. As a result，coal mining subsidence area brings much damage to the environment of mine. This paper based on the current situation of Huainan coal mining subsidence area discusses the feasibility of constructing model-late floodplain，in the view of city planning which combining with the factors of geography and hydrology as well as the space evolution. We use ArcGIS develop the evaluating system of Zhangji, as well as the calculating tool. And we consider some related data，demonstrating the new pattern of floodplain on the field research of Zhangji coal mining subsidence area in Huainan.

Keywords:coal mining subsidence area；novel floodplains；ArcGIS；the pattern of exploiting and utilizing

中图分类号：TU984.11+6

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2012）05-0087-03

1 前言

鉴于2007年淮河流域特大洪水灾害带来的严重损失，结合淮南采煤塌陷造成的大面积洼地，科学合理的利用采煤塌陷区进行蓄洪和调节水资源将成为贯彻2011年“中央一号”文件提出的加快水利改革发展的一个重大举措。淮南地处安徽省中部、淮河中游，是一座缘矿而建、因煤而兴的典型资源型城市[1] ，作为国家13 个亿吨煤基地之一，是安徽省最大的煤矿区， 2008 年生产原煤近7千万吨。50多年来，淮南煤矿为国家经济建设做出了重大贡献，然而煤炭开采伴随的沉陷区也在不断扩展，使空间资源减少、矿区生态环境恶化，有的塌陷水域已出现富营养化等严重污染，成为制约矿区可持续发展的障碍[2]。

2 研究现状

2.1 淮南市采煤塌陷区现状

煤炭资源开采以后，采空区上覆岩层的原始应力平衡状态受到破坏，依次发生冒落、断裂、弯曲等移动变形，最终涉及地表，形成一个比采空区面积大得多的近似椭圆形的下沉盆地，称之为采煤塌陷地[3]。

淮南矿区属于平原多煤层开采类型，采煤深度较大，采煤沉陷区主要分布在淮河以北和西部城区。按开采阶段可分为报废、衰竭、兴盛型矿区等三种沉陷区类型。根据《淮南矿区采煤塌陷区塌陷情况报告》统计，全矿区采煤塌陷地共划分为六个采煤塌陷区，分别称为九大塌陷区、谢李塌陷区、新李塌陷区、潘集塌陷区、张谢塌陷区和新集塌陷区。其中九大塌陷区为稳定塌陷区，其余5个塌陷区均为非稳定塌陷区。淮南矿区长期采矿活动，已形成了采空区平面投影面积6815km2，根据采煤塌陷计算结果，全矿区采煤塌陷地总面积为132182km2。根据淮南市煤炭开发规划，2020年全矿区采煤塌陷地发展趋势预测见表1。

李月林和良松（2008）认为采煤塌陷地对淮南矿区的影响主要分为对自然、经济和社会三方面[1]。淮南市采煤塌陷对矿区土地利用、景观系统的组成和功能以及农业资源造成了极大破坏，矿区地形地貌、交通道路、水利设施、生态环境等均遭到严重破坏；影响了塌陷区及其周围人民群众生产生活的正常发展和全市生存环境以及经济发展。

2.2 淮河流域蓄洪区现状

当河道洪水流量超过河道设计安全泄量时，必须将部分洪水，分蓄到规定的湖泊洼地，以削减洪峰，洪水位下降后再陆续排出，此蓄水区称蓄洪区。

淮河流域现有的蓄滞洪区28处及洪泽湖周边滞洪圩区，根据流域有关规划，淮河流域共规划30处蓄滞洪区(含洪泽湖周边滞洪圩区)，总面积5792.5km2，耕地3332km2，蓄滞洪总库容186.6亿m3。其中蓄滞洪区12处，行洪区有17处，洪泽湖周边滞洪圩区1处。淮河现有的蓄洪区4处，即淮河干流上的洼、城西湖、城东湖、瓦埠湖，总面积1853.4km2，耕地143.9km2，区内人口75.1万人，蓄滞洪总库容63.1亿m3[4]。

3 基于采煤塌陷区的蓄洪区

3.1淮南市张集矿采煤塌陷区现状

淮南市凤台县凤台县张集矿井田地处淮河中游，位于淮北平原南部，区内地形平坦，地面标高一般在+21m~+26m，自20世纪90年代开始大规模开采煤炭，相继发生多处地面坍塌。凤台境内的张集矿作为设计年产400万吨现代化的特大型矿井和样板矿井，1993年开工建设，2001年11月8日正式投产，2008年煤炭产量1200万吨。张集矿西起F209断层、三线和1煤露头，与谢桥煤矿相接，东至13-1煤层-1000m水平的地面投影线，北起F211、F109断层与顾桥井田为邻，南至谢桥古沟向斜轴，东西走向长约13km，南北倾向平均宽约7km，面积71km2[5]。

张集矿西翼自2003年开始采煤，开采11、13槽煤，地势较低，塌陷深度3-4m，积水深度约3m，塌陷区水域面积约4km2。张集矿北区自2005年开始采煤，开采8层煤，东部塌陷区塌陷深度5m左右，积水深度约3m，塌陷水域面积约1.5km2，西淝河从塌陷区中穿过，将塌陷水域分为东西两部分。张集矿北区西南部自2004年开始开采11、13槽煤，塌陷深度约5m，积水深约3m，塌陷水域面积约1.5km2。因此，淮南煤矿塌陷区还有很大的蓄洪利用空间。淮南市张集矿和新集矿的塌陷区范围如2所示。

3.2 淮南市张集矿的改造

3.2.1拟采用的软件

蓄洪区库容是规划和建设蓄洪区的重要依据。本次研究针对库容计算，采用了ArcGIS软件。ArcGIS是美国环境系统研究所（Environment System Research Institute，ESRI）开发的新一代GIS软件，是世界上应用最为广泛的GIS软件之一，是我国GIS领域常用的商业软件[6]。ArcGIS与传统的软件相比，其精度较高，能够使得设计者进行地形地貌查看、分析，更加直观、快速、便捷。

库容计算过程分为等高线的采集、TIN的生成、填挖方计算，具体步骤如下：

1）等高线的采集：张集矿采煤塌陷区的等高线是由戎老师提供的张集矿的部分高程点，在Surfer软件中绘图而成，再输入ArcGIS软件。

2）TIN的生成：在对3D Analyst做完初始化设置后，使用3DAnalyst/Create/Modify TIN/ Create TIN Form Features

3）水库库容计算：选用菜单3D Analyst/Surface analysis/Cut/Fill(计算填挖方)。并采用一个名为库容的图层显示出来，Net Gain表示净填方，Unchanged表示不填不挖，Net Loss表示净挖方。我所采用的库容体积计算便是净填方。打开图层属性表Attribute of 库容，其中的Volume表示体积，鼠标右击Volume，再选菜单Statistics，便可获得该栅格体积的统计结果。

3.2.2张集矿的改造条件评价系统

采用ArcGIS建立张集矿采煤塌陷区改造蓄洪区的条件评价系统，如图4所示在收集到的已有资料和实地调研获得的料基础上，运用ArcGIS软件中ArcCatalog建立采煤塌陷区环境地数据库。建立数据库的目的是更加有效地利用地理信息，为后续相关工作提供数据支撑。

3.3 开发模式的探讨

传统的采煤塌陷区的开发模式有土地复垦、湿地公园等。土地复垦是指对生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动[7]。采煤塌陷引起土地肥力水文状况的改变，使得土地质量下降，给传统的土地利用方式带来了很大困难。淮南市大通湿地公园便是采煤塌陷区改造为湿地公园较为成功的一个例子，对于恢复塌陷区的生态环境作用明显。对于这三种开发模式，作了简单的比较如图3所示。

基于采煤塌陷区的蓄洪区开发模式并没有局限于传统的蓄洪区的单一用途，结合未塌陷土地可进行合作化的农业种植、渔业养殖、果蔬业的发展如图5所示，在保护环境的同时发展了塌陷区的经济，注重土地的多元规划开发，与旅游业结合起来将会创造巨大的经济效益。我们所采用的ArcGIS软件功能强大，建立的采煤塌陷区改造蓄洪区的条件评价系统不仅可以应用于淮南市采煤塌陷区，还可以应用于我国其他条件类似的采煤塌陷区。

4 新型蓄洪区的规划效益

随着采煤活动的进行，淮南市的资源优势将逐渐消失，伴随着耕地的大量塌陷，农民失去土地，因此超前谋划塌陷区整治利用，是关系到淮南市可持续发展的重大课题。通过合理利用塌陷区，尽可能增加塌陷区的产出创造更多的生态效应，对于淮南今后地方经济的可持续发展将起到积极作用。基于采煤塌陷地的蓄洪区的规划效益包含了生态、经济、社会三方面：

淮南以能源产业为经济发展龙头的发展模式，对于环境造成了极大的破坏，通过对采煤塌陷区的改造建设，一方面可以增加森林覆盖率；另一方面又强化了安徽省淮河行蓄洪区行蓄洪水的主导生态服务功能。新型蓄洪区的建设也加强对安徽省淮河行蓄洪区湿地生态系统完整性的恢复，维护湖泊湿地的生物多样性。

淮南塌陷区进行蓄洪区改造工程，增加了塌陷区当地的水域面积，通过综合治理，进行渔业养殖以及旅游业发展，从而提高当地人民的生产生活水平。塌陷区治理运营后对调整当地的农业、林业、水产和畜禽养殖等产业的产品结构将起到积极的作用。

根据淮河行蓄洪生态功能区的具体实际，落实规划的建设内容，增加安徽省淮河行蓄洪区的调蓄容积与面积，减轻淮南市主城区的抗洪压力，扩大安徽省淮河行蓄洪区对淮河中下游洪水的调蓄能力，减少洪涝灾害对淮河中下游地区的威胁。对于维护淮河中下游地区的经济发展和社会稳定具有很重要的现实意义。

5 结论

塌陷区的改造工程将会给全国的能源型城市起到一个良好的带头示范作用，同时也减轻了社会的防洪压力。将隐形塌陷区考虑在内，至2020年底凤台蓄滞洪区塌陷水域将初步形成蓄洪与水源工程。本文在采煤塌陷区改造为蓄洪区方面进行了新的探索，基于采煤塌陷区的蓄洪区开发模式在条件类似的其他矿业城市也可以应用推广，必将会给采煤塌陷区的治理带来新的发展空间。

参考文献：

[1] 李月林，查良松.淮南煤矿塌陷区生态恢复研究[J].资源与环境.2008. 24( 10 ):899-901.

[2] 江崇国. 探索淮南市采煤沉陷区的可持续综合治理利用模. 四川建筑, 2010. 10, 30 (5).

[3] 焦华富.采煤塌陷的环境效应与土地复垦――以淮北市为例[J].生态安徽的理论与实践.2004，268-270.

[4] 淮委规划计划处.淮河行蓄洪区及淮干滩区移民迁建工作情况及问题探讨[J].规划与治理.2009.11.

[5] 于生产.张集矿区沉陷治理.能源环境保护[J].2009，23(4): 46-48.

[6] 刘建梅.浅谈ArcGIS在库容曲线分析中的应用[J].中国科技信息.2006，12.

[7] 王杰.土地复垦法研究[D].中国海洋大学，2008.