CN111877256A - 一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，包括垂直等高线生态屏障的构筑和平行等高线生态屏障的构筑，其中，在垂直等高线生态屏障的构筑中，建立节制闸分级控制；平行等高线生态屏障的构筑包括截流沟埂、岸坡、陆生植物区以及水生植物区的建立，陆生植物区设于截流沟埂之间，拦截土壤中N、P和有机质的流失；岸坡采用格宾挡墙结构，格宾挡墙设为柔性结构，用于减少水土流失并适应土体的不均匀沉降；水生植物区设于塌陷区形成的湖体中，且按照水位由浅至深依次为挺生植物区、沉水植物区和浮叶植物区。本发明功能性强，能够广泛应用在环保技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体是指一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法。
背景技术
采煤导致的土地破坏形式主要包括挖损、地表沉陷和压占，我国煤炭开采最主要的方式是井工开采，占煤炭总产量的95％，开采过程中形成一定的地下采空区，导致上覆岩层的应力被打破发生形变，逐步形成地表沉陷地带，因此地表沉陷、积水和周围大量的坡耕地是土地损毁的主要表现形式，导致水土资源时空赋存条件受到了扰动。在我国东部高潜水位地质条件及水资源丰富地区易形成沉陷积水区和坡耕地并存，当前地方政府借助采煤沉陷区的自然条件，将很多采煤沉陷区水体规划成了景观生态湿地。但是由于采煤沉陷区景观水体相对独立，与外界物质能量交换较少，加上周围大量的坡耕地，汛期降水集中，坡耕地土壤中大量的总N、总P和有机质随着径流进入景观水体，景观水体因为总N、总P严重超标，导致富营养化严重，一些水体已经出现了蓝藻水华等现象，采煤沉陷区景观水体的治理成果得不到巩固；另一方面采煤沉陷区周围一些农田由于土壤养分的流失，土地产出能力下降，严重影响了土地的质量。
除此之外，采煤沉陷区水体富营养化、水质恶化等生态环境问题严重影响了水体的景观功能。日益严重的水质污染与区域人口的增加、工农业生产的快速发展密切相关。工业废水的排放、居民生活污水的排放及大量使用化肥、农药造成的面源污染物的排放等是导致水质恶化的主要原因。另一方面，长期煤炭开采导致地质大面积沉陷，高潜水位的地质条件，使得沉陷区成为积水区，提供了滞蓄水资源的空间，分别形成水塘、湖泊、湿地和平原水库等不同类型的景观水体。针对水资源紧张、水体污染等问题，沉陷水域潜在的生态环境效应将对矿区经济和生态环境的可持续发展产生重要影响。
因此，一种能够在采煤沉陷区形成屏障的方法有待提出。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种充分利用塌陷区丰富的水资源，构筑采煤沉陷区生态屏障的方法，用于阻断采煤沉陷区周围农田和坡耕地中总N、总P和有机质的流失，并构筑相应的水生植物，消除现有超标的水体总N、总P，保证采煤沉陷区周围土地质量不受侵害，并且巩固和维护采煤沉陷湿地的水体质量。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，包括垂直等高线生态屏障的构筑和平行等高线生态屏障的构筑，其中，
在所述垂直等高线生态屏障的构筑中，建立节制闸分级控制，形成具有级差的水资源空间分布，建立灌、排、控、调为一体的人工水循环体系，实现水资源的分段拦蓄；
所述平行等高线生态屏障的构筑包括截流沟梗、岸坡、陆生植物区以及水生植物区的建立，所述陆生植物区设于截流沟梗之间，拦截土壤中N、P和有机质的流失；所述岸坡采用格宾挡墙结构，所述格宾挡墙设为柔性结构，用于减少水土流失并适应土体的不均匀沉降；所述水生植物区设于塌陷区形成的湖体中，且按照水位由浅至深依次为挺水植物区、沉水植物区和浮叶植物区。
进一步地，所述垂直等高线生态屏障中设置骨干排水沟，所述骨干排水沟结合复垦后的农田灌溉用水发挥蓄水作用，并按照1m—2m一个的级差建立拦蓄分水节制闸，将所述骨干排水沟按地势从高到低进行分段拦蓄；所述骨干排水沟汇集整个塌陷区的涝水；在所述骨干排水沟和矿区外河连接处修建灌排站。
进一步地，在所述截流沟梗中，在沉陷区及坡耕地平行等高线上构筑截流沟和挡水埂，并配置相应的岸坡和植物。
进一步地，所述岸坡靠近湖体的浅水区修建，并在格宾中填充石料；所述格宾挡墙后铺设聚酯长纤无纺布。
进一步地，所述石料的粒径为100mm～300mm，所述石料之间形成的孔隙率不大于30％，所述石料强度等级为MU30，比重不小于2.5t/m3。
进一步地，包括如下步骤：
(1)塌陷区植物群落结构调查，确定优势植物物种；
(2)修建岸坡；
(3)修建截流沟埂；
(4)修建陆生植物区、水生植物区，分别在所述陆生植物区、水生植物区种植经过调查所确定的优势植物物种。
进一步地，在采煤沉陷区的大水面规划成人工湿地。
采用以上方法后，本发明具有如下优点：
本发明提供的垂直等高线生态屏障对于骨干沟河地表水的分布需要建立节制闸分级控制，建立灌、排、控、调综合为一体的人工水循环体系；截流沟埂可以拦截土壤N、P和有机质的流失；岸坡为岸边格宾挡墙结构，格宾挡墙结构属于柔性支挡结构，能够有效适应土体的不均匀沉降，且可以减少水土流失；对陆生植物区和水生植物区根据植物群落结构调查种植相应的原有优势植物，营造出多种植物混生的稳定群落，净化水体中的N、P污染物和富营养化物质，实现高潜水位矿区积水水质净化的目标。
附图说明
图1是本发明实施例一的构筑采煤沉陷区生态屏障的综合示意图；
图2是本发明实施例一的构筑垂直等高线生态屏障的示意图；
图3是本发明实施例二的构筑平行等高线生态屏障的示意图；
图4是本发明实施例二的湿地岸坡植物生态屏障结构的示意图；
图5是本发明实施例三的构筑积水区水体净化屏障的示意图；
图6是本发明实施例三的净化体系构筑前的各水样指标含量示意图；
图7是本发明实施例三的净化体系构筑后的各水样指标含量示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例一
结合附图1，提供一种垂直等高线生态屏障的构筑。
沛县矿区土地塌陷深度各异，地势高低的悬殊极易造成低洼地积水超量，致涝和地势高亢处干旱并存。所以骨干排水沟宜结合复垦后的农田灌溉用水发挥蓄水作用，按照1m—2m一个级差建立拦蓄分水节制闸，将骨干排水沟按地势从高到低进行分段控制，一般年份降水径流由节制闸拦蓄作为灌溉水源，降水径流超量时则提闸逐级泄洪，形成塌陷区骨干沟洫拦、蓄、灌、排为一体的综合水利工程。
大沟汇集整个塌陷区涝水，在大沟和外河连接处修建穿堤涵洞和灌排站，实现灌排结合、自排和机排结合，区内干旱缺水可通过涵洞自引或抽水站提引外河水补给；涝水超标可用涵洞自排或抽水站机排，增强区内抵御自然灾害的能力。
根据地势条件，对于骨干排水沟按照一定级差进行分段控制规划，拦涝截蓄，为塌陷土地复垦中有效调控和配置水资源奠定基础。
骨干排水沟通过煤矿区的疏排体系汇集积水至承泄区，一般连接承泄区的骨干排水沟按照垂直于煤矿区等高线的方向进行规划，承泄区与煤矿区外河的水资源的“输入-输出”也需要骨干排水沟来实现。复垦后的煤矿区由于受到工程投资和一些自然条件的限制，复垦后地表高程仍存在较大的差异，特别是煤矿区的大量坡耕地，再加上年内、年际降水时序分布不均衡，极易造成积水致涝和干旱缺水并存。为满足复垦后土地的农业生产需水要求，需要通过控制体系来完善煤矿区的人工水循环。在复垦过程中理顺煤矿区灌溉排水***时，对垂直等高线方向的骨干排水***进行层层拦蓄，按照一定的级差建立不同高程的蓄水水面，形成与排水***蓄水位相协调的调控体系，减少沉陷洼地的泄水压力，建立N级控制、N+1级水面分段河网蓄控模式，骨干排水沟的分段拦蓄参照附图2，在采煤沉陷区所在水系形成完备的拦、蓄、灌、排、调为一体的水资源调控体系。
实施例二
参照附图3，提供一种平行等高线生态屏障的构筑，包括岸坡、截流沟埂、陆生植物区、水生植物区。
岸坡为格宾挡墙结构，塌陷区土体地基不稳定，格宾挡墙结构为柔性防护结构，可适应塌陷区土体的不均匀沉降，保证岸坡的稳定。岸坡紧邻湖体的浅水区，格宾挡墙结构为格宾中填充石料形成；石料的粒径为100～300mm，石料之间形成的孔隙率不大于30％，陆生植物区和水生植物区的植物或根茎可向石料之间的孔隙中延伸，保持水土，进一步提高岸坡的稳定性；且孔隙可自行排水，不需要另设排水孔；石料强度等级为MU30，比重不小于2.5t/m3，保证岸坡自身的强度。侧面铺设聚酯长纤无纺布，防止泥土从格宾挡墙结构的孔隙中流失。
截流沟埂即在沉陷区及坡耕地平行等高线上构筑截流沟和挡水埂，并配套相应的岸坡和植物措施，有效阻隔沉陷区周围大量坡耕地和沉陷区土壤总N、总P和有机碳的流失；陆生植物区根据植物群落调查结果种植塌陷区原有生长良好的植物品种，恢复塌陷区的生态环境，具体见表1。
表1陆生植物区树种可选表
参照附图4，水生植物区位于塌陷区形成的湖体中，与岸坡相邻，水生植物区水位由浅到深依次为挺水植物区、沉水植物区和浮叶植物区，挺水植物区、沉水植物区和浮叶植物区分别种植植物群落结构调查的优势水生植物，净化水体，可在塌陷湖中投放不同的鱼类，恢复水体的生态环境。本发明实施例的生态屏障针对塌陷区的环境建立，既可以保证沉陷区及坡耕地的土地质量不受破坏，又能够有效阻止沉陷水体N、P的含量增高，缓解和治理水体的富营养化问题，从根本上治理煤矿塌陷区的环境，恢复塌陷区的生态环境，具体见表2。
表2水生植物区植物类型可选表
实施例三
参照附图5，本发明提供了关于采煤沉陷区生态屏障的构筑，其实现的功能目标主要是能够通过立体布局水体的生物和动物，发挥减缓水速、调节水量等功能，利用湿地自然的物理、化学、生物特性以削减污染，是水质净化和补偿生态较为有效的方法。人工湿地可以吸附重金属，去除N、P、有机物等营养物质，湿地***对N、P的去除主要靠植物、微生物及物理化学的作用来完成，保持物种多样性、净化水质量、调节洪水及缓冲弥补人类破坏的重要生态体系。
分段拦蓄骨干河道的生物布局，采煤沉陷区属于半封闭特征的河流，可以立体布局水生植物，按照挺水植物、浮水植物和沉水植物的布局方式，根据不同的生物清楚的污染物的特征差异，立体布局植被可以清除水体内的重金属、硫化物等，实现生态净化水体的目标。
徐州市沛北高潜水位采煤沉陷区人工湿地规划的主要功能是生态景观功能，兼顾治理当地污水和粉煤灰的重金属污染，发挥生态补偿、促进生物多样性的作用。在适合当地气候、土壤等条件的情况下，植物群落的选择和布局应统筹考虑观赏价值和对污染物的净化功能，形成水、陆植被的生态序列。
参照附图6与附图7，其中，坐标轴上的横轴代表采样过程中选取的端面编号。根据徐州市沛北采煤沉陷区的不同断面的水质采样分析，水质在分段拦蓄和生态净化中得到了提高，水质分析化验各水样主要指标(TN(总氮)、NH4-N(氨氮)、SS(悬浮固体)、CODcr(重铬酸钾指数))及PH测定。根据不同时期的水质分析可以看出，分段拦蓄实施之后污染物得到比较有效的控制，分段拦蓄上游至下游水质有所提高。同期相比，由于断面9、断面10号点附近有多条河流汇集，污染物浓度稍高；同种指标不同期比较，污染物浓度降低明显，湿地植物净化能力还受到季节因素、温度因素和水文因素等影响，故水体中污染物的浓度和变化波动属于正常现象，不过根据测定结果可以看出人工湿地有较强的净化能力，分段拦蓄跟湿地结合使水质改善效果明显。
需要强调的是：以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，包括垂直等高线生态屏障的构筑和平行等高线生态屏障的构筑，其中，
在所述垂直等高线生态屏障的构筑中，建立节制闸分级控制，形成具有级差的水资源空间分布，建立灌、排、控、调为一体的人工水循环体系，实现水资源的分段拦蓄；
所述平行等高线生态屏障的构筑包括截流沟梗、岸坡、陆生植物区以及水生植物区的建立，所述陆生植物区设于截流沟梗之间，拦截土壤中N、P和有机质的流失；所述岸坡采用格宾挡墙结构，所述格宾挡墙设为柔性结构，用于减少水土流失并适应土体的不均匀沉降；所述水生植物区设于塌陷区形成的湖体中，且按照水位由浅至深依次为挺水植物区、沉水植物区和浮叶植物区。
2.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，所述垂直等高线生态屏障中设置骨干排水沟，所述骨干排水沟结合复垦后的农田灌溉用水发挥蓄水作用，并按照1m—2m一个的级差建立拦蓄分水节制闸，将所述骨干排水沟按地势从高到低进行分段拦蓄；所述骨干排水沟汇集整个塌陷区的涝水；在所述骨干排水沟和矿区外河连接处修建灌排站。
3.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，在所述截流沟梗中，在沉陷区及坡耕地平行等高线上构筑截流沟和挡水埂，并配置相应的岸坡和植物。
4.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，所述岸坡靠近湖体的浅水区修建，并在格宾中填充石料；所述格宾挡墙后铺设聚酯长纤无纺布。
5.根据权利要求4所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，所述石料的粒径为100mm～300mm，所述石料之间形成的孔隙率不大于30％，所述石料强度等级为MU30，比重不小于2.5t/m3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)塌陷区植物群落结构调查，确定优势植物物种；
(2)修建岸坡；
(3)修建截流沟埂；
(4)修建陆生植物区、水生植物区，分别在所述陆生植物区、水生植物区种植经过调查所确定的优势植物物种。
7.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区生态屏障的构筑方法，其特征在于，在采煤沉陷区的大水面规划成人工湿地。
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