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黄河流域高质量发展的重中之重

中国工程院院士彭苏萍谈煤矿区生态修复

发布时间:2021年02月23日
来源:中国矿业报 (2021-02-23) 作者:王琼杰

保护黄河是事关中华民族伟大复兴的千秋大计。2019年9月18日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出,黄河流域构成我国重要的生态屏障,是我国重要的经济地带,是打赢脱贫攻坚战的重要区域。

与此同时,黄河流域又是我国主要的产煤区域,我国9大重要的煤炭基地均集聚于黄河流域,煤炭产量约占全国煤炭总产量的69.7%。如何科学制定黄河流域煤矿区生态修复解决方案,系统解决黄河流域的生态保护和煤矿资源开发问题,无疑成为黄河流域高质量发展的重中之重。

2月20日,在中关村绿色矿山产业联盟联合中国国家培训网举行的“2021年全国绿色矿山公益性网络培训”班上,中国工程院院士、煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任、中国矿业大学(北京)矿山生态修复研究院院长彭苏萍以《黄河流域煤矿区生态修复解决方案》为题,为黄河流域高质量发展开出了“良方”,《中国矿业报》记者就此采访了彭苏萍院士。

《中国矿业报》:黄河流域生态保护和高质量发展的主要目标任务是什么?其流域内煤矿区又有什么战略意义?

彭苏萍:黄河流域发源于青海省巴颜喀拉山脉,于山东省东营市垦利县注入渤海,流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省区。黄河流域面积79.5万km2,其中含煤面积超过35.7万km2,面积占45%。我国14大煤炭基地中的神东基地、陕北基地、宁东基地、鲁西基地、黄陇基地、河南基地、晋北基地、晋中基地、晋东基地等 9大煤炭基地分布于黄河流域,其中上游主要为水能资源,中游为煤炭资源(晋、陕、蒙、宁、甘有7大煤炭基地),下游为石油天然气资源。2017年,煤炭产量24.63亿吨,占全国煤炭总产量69.7% 。煤炭开发成为黄河流域生态环境最严重的人为干扰因素。

与此同时,黄河流域又是一个自然条件相对较差、严重缺水的地区。其中,黄土沟壑区占黄河流域总面积的85%,主要分布在陕北、晋北、晋中、晋东、黄陇地区 ;风积沙区占黄河流域总面积的9.3%,主要集中在神东、宁东地区;冲积平原区中占黄河流域总面积的5.6%,主要集中在鲁西、河南地区。

生态优先、绿色发展,以水而定、量水而行。这是习总书记对黄河流域高质量发展提出的要求。黄河流域生态保护主要包括黄河流经所滋养和直接影响地理生态学区域保护。黄河流域生态保护和高质量发展的主要目标任务 ,一是治理黄河,重在保护,要在治理。二是要坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理,统筹推进各项工作,加强协同配合,推动黄河流域高质量发展。三是要坚持“绿水青山就是金山银山”的理念,坚持生态优先、绿色发展,以水而定、量水而行,因地制宜、分类施策,上下游、干支流、左右岸统筹谋划,共同抓好大保护,协同推进大治理。四是着力加强生态保护治理,保障黄河长治久安,促进全流域高质量发展,改善人民群众生活,保护传承弘扬黄河文化,让黄河成为造福人民的幸福河。

《中国矿业报》:当前黄河流域生态修复面临的主要问题是什么?

彭苏萍:一是水资源短缺是黄河流域高质量发展尤其是该流域煤炭规模开发的瓶颈。晋陕蒙宁甘五省均为干旱半干旱区,水资源不足全国1/25 ,而煤炭开采进一步加剧了水资源短缺。据相关数据显示,开采1吨煤炭平均要消耗水资源约2吨,黄河流域煤矿区消耗水资源超过56亿吨,加上煤化工每年增加的用水量将超过100亿吨。二是黄河流域煤炭开采造成地下水位下降,对生态环境造成了一定的影响。煤炭开采的特殊性与黄河流域地质地貌属性相叠加,生态系统结构功能发生变化,驱动机制和生态水文效应特别性,人工生态修复+自修复更具有现实意义。三是现有方法和技术难以支撑黄河流域煤炭开采与生态协调发展。黄河上游为高寒高海拔草甸区,煤炭埋藏浅倾角大,生态涵养功能退化;中游地区为干旱半干旱区,薄基岩厚煤层,煤炭开采后,黄土沟壑区生态环境恶化,增加了流入黄河的泥沙淤积,风积沙区加速了土地沙漠化的进程;下游地区为煤炭开采沉陷使陆地转变为水陆两相生态系统,耕地减少、湿地增加。四是采煤特有的生态环境损伤方式需要新的技术体系与理论支撑。上游地区土层薄,露天开采表土剥离造成原有地貌的破坏和植被的消失。中游地区井工开采沉陷损伤根系,降低土壤环境容量。而露天开采因采区岩土剥离造成原有地貌的破坏和植被的消失。下游地区井工开采对生态环境的影响主要为地表沉陷所引发的环境变化,形成封闭式的湖泊,造成土壤水渍积水,产生次生盐碱化。五是理论和技术创新是黄河流域生态环境修复战略实施迫切需求。高原丘陵区:冻土层破坏和水源涵养退化,修复重塑生态系统结构和功能提升的理论和方法研究;黄土沟壑区:深入研究煤炭开采造成的裂隙与地表土层的风化分解关系,抓好水土保持和土壤提质增容;风积沙区:对煤矿开采与地下水位变化观测,探讨地下水变化与土壤沙化的关系;冲积平原区:开采沉陷与地下潜水位的关系,保护和复垦耕地,构造人工湿地,提高生物多样性。

《中国矿业报》:黄河流域高质量发展的研究思路和解决方案是什么?

彭苏萍:煤炭开发对水和生态的影响规律是生态保护研究的基础,关键科学问题是煤炭开发对地下水及生态环境的影响规律与机制;煤炭地下开采与地表生态系统协同保护是生态安全关键,关键科学问题是煤炭开采生态损伤控制理论与协同保护方法;煤炭地下开采与地表生态立体修复的生态效应,关键科学问题是黄河流域生态修复不同模式的构建。

研究方法主要分本地调查、理论研究、技术开发和工程示范,研究特色为井下与地面相结合、全过程研究+从煤炭开采源头控制入手、开采生态减损+以水为主线研究+水、土、植被耦合作用水资源保护与利用、土壤修复与植被恢复,以煤炭开采为主线,从含煤地层煤岩层结构及采动裂隙演化规律分析入手,研究煤炭规模开采对水资源的重大影响、煤岩层结构与地应力场及地下水系统的动态变化规律和耦合关系、煤炭规模开采条件下地下水系统变化及其对生态环境影响规律。研究生态修复机理和人为促进方法,构建黄河流域煤矿区环境与生态安全评价及调控模式。

技术路线为,通过开展煤矿浅部岩层结构与水库选址地质及水文地质条件精细探测研究、煤矿奥灰水空间分布特征及可利用量预测研究、煤矿土地资源综合利用及生态修复与重建研究,来研发推广煤炭开采对区域水资源的分布格局与开发利用技术、矿区不同受损生态修复与重建技术,最终构建黄河流域煤矿区生态安全评价及调控模式。

基础理论主要有,煤炭资源开发对生态环境的影响及作用机制、水循环模式及评价方法 、矿区沙尘生成与运移规律、煤炭开采生态损伤控制理论、煤炭基地生态安全保障模式。关键技术主要包括全周期生态演变四维监测技术、生态安全影响程度评价及预测技术、地下水保护与矿井水处理技术、沙尘智能监测与沙尘综合防控技术、生态减损的开采技术、生物种群优化配置技术、盐碱地微生物修复技术和土壤修复与植被恢复技术,最终形成以煤炭开采与生态修复一体化技术体系、黄河流域生态安全保障技术集成示范区为主的技术集成与示范。

解决方案主要有:黄河流域煤炭开采对生态环境的作用机制与开采控制技术、黄河流域高寒高海拔草甸区生态修复技术、黄河流域黄土区煤炭资源开发对区域生态的影响、黄河流域风积沙区水资源保护与矿井水资源化利用、黄河流域煤炭基地土壤修复与植被恢复、黄河流域露天煤炭开采生态综合防治技术及示范、黄河流域黄土-风积沙区生态修复技术集成及示范、黄河流域冲积平原区生态修复关键技术,最终形成黄河上中下游损伤机理与控制修复方案。

《中国矿业报》:黄河流域煤矿区的生态战略应该如何制定和实施?

彭苏萍:黄河流域的煤矿开采为区域富饶奠定了基础,煤炭开发实现了区域富饶,而生态修复则延续了区域富饶。一是矿区环境与生态再造。根据煤层及煤矿矿井水赋存状态,通过裂缝监测与沉陷预测,建立矿区不同沉陷级别的人工湿地、湖泊区;构建耕地区、草灌区、森林区,打造江南小镇与购物休闲区。形成以黄土丘陵沟壑区沉陷地生态重建为中心的农林观光及农业生态区。二是打造现代农业体验与有机绿色农产品基地。黄土高原区,通过坡改梯工程,建立农业示范区,通过集成有机生物的改良与提质增容技术,实现土地的高效利用与农产品的高效增产。三是林地现代生物种植技术体验。沙漠区建立林业示范区,集成无人机飞播与生态监测关键技术,构建中草药种植示范区,采取“农户+企业”合作的模式建成示范区,创造一个煤炭沉陷区的精准扶贫、产业再造、环境修复的新模式。

黄河流域煤矿区生态修复必须要树立战略思维,顶层设计,系统考虑。一是要思维创新。要改变原先人们认为“煤炭开采是环境破坏的原因”这样的旧观念,充分利用煤炭开采过程对上覆岩层产生裂隙这一如同耕种过程中的“松土” 作用动力,减缓干旱半干旱地区极易形成的次生盐碱化现象。通过水资源的保护与综合利用,将人工修复技术和生态自修复作用一起, 使黄河流域煤矿区生态环境治理从被动防治到主动治理,使煤矿区生态环境治理成为黄河流域生态环境治理的典范,并被其他行业借鉴和推广应用。二是要树立分区立体生态修复理念。采用四维地球物理探测方法对煤炭开采上覆岩层和第四纪地层的破(开)裂、发育、后期闭合过程、地下水流动方向和流量进行精细描述,分析对不同植物类型的伤害程度和影响范围。构筑地下或地面水库,保护水资源。三是生态修复模式与区域规划有机结合。黄河流域中上游榆林、鄂尔多斯一带是我国近年来发展起来的新型能源城市,以榆林、鄂尔多斯为中心进行环境和生态连片治理,建立我国西北地区生态公园,并利用该区域距离北京、西安、天津等大型城市近、交通便捷等优势,在生态公园建设基础上,逐步打造成我国西部夏、秋季休闲城市圈。还有黄河下游山东鲁西煤炭基地生态治理,打造出济宁-枣庄环湖生态建设示范区、泰安-莱芜农光互补治理区、菏泽边采边复综合治理示范区、济南-德州土地复垦与城市功能开发治理区、龙口农渔生态治理与高新产业发展区等五大治理区。

近年来,我们针对黄河流域生态脆弱区(中游黄土沟壑区和风积沙区),以神东、陕北矿区为主要研究靶区,基于现代煤炭开采全周期时移监测方法,开展现代煤炭开采对地下水资源和地表生态的影响研究。通过大量的研究和试验表明,现代煤炭开采技术对地表生态环境产生了影响,但采后水资源和生态系统具有一定自修复能力,可缓解开采对地表生态环境的损伤,还可扩大具有自修复能力的区域,降低人工修复工程量。开采裂缝对生态有“损伤”,但不是破坏。“松土” 作用可降低次生盐碱化,微生物复垦技术提高了生态治理效率,加速了自修复速度。水资源的协同利用+主动的生态修复技术,促进了植被生长、土壤改良,降低了水土流失和风沙运移,促进了黄河流域生态稳定。

黄河流域煤矿区生态修复责任在肩,任重道远!

[责任编辑:kyb]

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