干旱地区煤矿沉陷区地表水系景观构建思路探究

张 帅 王伟光 康晓泽 马 骥 魏 臻

1.北京交通大学建筑与艺术学院

2.大同煤矿集团有限责任公司塔山煤矿公司

3.大同煤矿集团有限责任公司大斗沟煤业公司

4.中国矿业大学（北京）能源与矿业学院

5.清华大学公共安全研究院

1 前言

井工煤矿的开采大致可以视作是将埋藏数百米甚至千余米深煤层采出留下采空区的过程，在充填采煤技术尚未在全国煤矿普遍应用的情况下，采空区顶板管理通常采用垮落法[1-4]，通过垮落的破碎岩石及空隙形成的支撑体对上覆岩层的支撑实现采空区顶板管理，支撑体无法完全充填采空区空间，该方法带来的后果为地表动态沉陷[5-7]。地表沉陷给煤矿外部地表留下了疮痍，形成无法利用的废弃地表，最直观的影响是对地表生态系统和自然环境带来严重危害。

在“绿水青山就是金山银山”的大背景下，井工煤矿的绿色环保发展思路是大势所趋，在矿山土地复垦、煤矿沉陷区生态修复、景观规划等领域，如何将沉陷地表化废为宝，国内外已经有过一定的理论研究和实践探索，为现有承受地表沉陷难题的矿山企业提供了很多景观规划方面的参考。

在2019年国内煤炭产量统计数据中，山西省产量仅次于内蒙古自治区排名第二。山西省在气候类型上属于温带大陆性季风气候，四季鲜明，主要水资源量由地表水资源和地下水资源组成，属于干旱地区。

研究以山西省为例，以现有矿山景观规划实践为参考，走出传统因地制宜的煤矿地表景观规划思路，以水系构建为主线，充分利用企业优势资源，探讨干旱地区煤矿地表沉陷区的景观规划建设思路。

2 相关概念及定义

井工煤矿沉陷区水系景观的构建涉及到3个概念[8]，工业遗产、煤矿废弃地、景观重塑。国际工业遗产保护协会《下塔吉尔宪章》定义的工业遗产包含矿业活动之后遗留的矿场，在本研究中特指煤矿开采之后形成的地表沉陷区。在风景园林学中，地表沉陷区是煤矿废弃地的一种，属于三种废弃地类型中的矿业废弃地类型，特征在于该种类型土地未经修复无经济利用价值。景观重塑的含义在于针对因矿业活动引起的废弃土地通过重新规划、设计、构筑实现土地的重新利用，本研究的景观重塑是指在地表沉陷区已经形成的形态特征基础上，不局限于单一的生态恢复，借助跨学科复合研究手段，将地表沉陷区转废为宝，形成新的景观，打造新的生态矿业名片。

3 国内外研究进展及现存问题

国外对煤矿沉陷区的处理、改造可以追溯到十九世纪二十年代，当时的土地改造围绕土地复垦理念开展，在二十世纪，随着煤炭需求井喷式增长，不科学无节制的开采模式引起了一系列环境问题，这一阶段，地表沉陷区的处理修复在土地复垦的基础上引入了景观构建的新思路，实现了由单一的功能恢复到二元的功能恢复和人文景观建设。进入二十一世纪，在上述改造理念的基础上，现代艺术、高新科技、新型环保材料、循环经济等技术与理念更是融入其中。国际上著名的矿山景观改造案例有：德国科特布斯露天矿区、德国北戈尔帕煤矿区“铁城”露天博物馆、英国莱斯特郡斯波斯顿探索公园等[9-11]。

国内煤炭工业经过多年“先污染、后治理”发展，矿山废弃地的修复、重构、景观建设面对较大挑战。上个世纪九十年代可持续发展的矿山建设理念、工业遗产保护改造理念、废弃矿山公园化改造理念等进入到国内矿山废弃地利用领域。国内比较知名的案例有：阜新露天煤矿公园、徐州九里湖生态湿地公园、唐山南湖公园等[12-16]。

在矿山景观构建领域，国内矿山虽然有一些知名案例，实际上依旧处于国外二十世纪的发展水平，聚焦于生态修复治理，景观建设理念的实施尚有很长一段路要走。

4 干旱地区井工煤矿沉陷区水系景观构建思路

传统的煤矿沉陷区景观设计原则大体上以还原地表、因地制宜、利用区域优势、与区域基础紧密联系为主。在本研究中，目标区域为山西省煤矿地表沉陷区，气候干旱，降水较少。如果沿用传统的景观规划、构建理念，一般将沿着矿山公园、地质公园等思路发展。

从旅游心理学角度分析，人类对旅游景观的期望具有异地性倾向，这意味着在北方干旱地区构建具有南方特色的水系景观将更加具有观赏价值和艺术价值，突破传统景观构建原则框架的束缚将带来新颖的景观体验，同时也会带来一定技术层面的挑战。在技术层面，问题主要存在：（1）水资源稀缺；（2）水体循环排污；（3）水系景观在干旱地区的设计方法。

针对上述总结的技术问题，研究提出干旱地区井工煤矿沉陷区水系景观构建思路，旨在基于煤矿区域的能源电力优势，集成易于管理维护的机械设备，结合污水处理技术系统，实现在干旱地区井工煤矿沉陷区构建具有异地特色水系景观。

在干旱地区煤矿沉陷区的水系景观构建面对的上述三个问题，该思路提出了对应的化解方法。在水资源稀缺的条件下，大量占用水资源为景观服务显然不符合绿色环保可持续发展的理念，故要求水系景观的水源要聚焦于固定的水体，实现长期使用；在前述问题解决思路的基础上，固定水体的净化需要在景观体系内自行解决，思路为将固定的水体通过泵送形成内部循环，通过水体循环路径中的污水处理薄膜等水处理技术实现水体的循环、过滤、排污，水体循环所需的动力来源为附近矿山电厂，充分利用地区优势资源；在水系设计方面兼顾功能性和艺术性，以坡度设计为主要原则，形成阶梯微型瀑布形态的水系景观，实现水体自循环过滤系统。

5 总结

在井工煤矿沉陷区景观建设尚没有广泛开展的大背景下，研究提出的干旱地区井工煤矿沉陷区水系景观构建思路突破传统景观规划原则，从崭新的视角为类似区域的景观设计提供了参考。针对该理念中遇到的相关技术难题，提出了利用区位优势煤炭电力资源、通过景观坡度阶梯式设计、结合泵送水循环和水体净化薄膜等技术的解决方案，证明了该理念思路的可行性，

对同类地表景观构建具有参考意义。