摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭等各種資源開采工程活動頻繁，開采的范圍越來越廣、強度越來越深，塌陷范圍越來越大，給礦山環(huán)境造成了十分嚴重的危害。本文根據(jù)淮南采煤塌陷區(qū)的現(xiàn)狀，結(jié)合該區(qū)的地理和水文條件以及塌陷區(qū)的時空演變特征，從城市規(guī)劃的角度出發(fā)，探討將采煤塌陷區(qū)建設為新型蓄洪區(qū)的可行性。在對淮南張集礦塌陷區(qū)實地調(diào)查的基礎上，利用ArcGIS建立張集礦采煤塌陷區(qū)改造蓄洪區(qū)的條件評價系統(tǒng)，同時作為庫容計算的主要工具，結(jié)合采煤塌陷區(qū)的相關資料，論證新型蓄洪區(qū)的開發(fā)利用模式。

關鍵詞：采煤塌陷區(qū)；蓄洪區(qū)；ArcGIS；開發(fā)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

中圖分類號：TU984.11+6

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2012）05-0087-03

1 前言

鑒于2007年淮河流域特大洪水災害帶來的嚴重損失，結(jié)合淮南采煤塌陷造成的大面積洼地，科學合理的利用采煤塌陷區(qū)進行蓄洪和調(diào)節(jié)水資源將成為貫徹2011年“中央一號”文件提出的加快水利改革發(fā)展的一個重大舉措?；茨系靥幇不帐≈胁?、淮河中游，是一座緣礦而建、因煤而興的典型資源型城市[1] ，作為國家13 個億噸煤基地之一，是安徽省最大的煤礦區(qū)， 2008 年生產(chǎn)原煤近7千萬噸。50多年來，淮南煤礦為國家經(jīng)濟建設做出了重大貢獻，然而煤炭開采伴隨的沉陷區(qū)也在不斷擴展，使空間資源減少、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，有的塌陷水域已出現(xiàn)富營養(yǎng)化等嚴重污染，成為制約礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的障礙[2]。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 淮南市采煤塌陷區(qū)現(xiàn)狀

煤炭資源開采以后，采空區(qū)上覆巖層的原始應力平衡狀態(tài)受到破壞，依次發(fā)生冒落、斷裂、彎曲等移動變形，最終涉及地表，形成一個比采空區(qū)面積大得多的近似橢圓形的下沉盆地，稱之為采煤塌陷地[3]。

淮南礦區(qū)屬于平原多煤層開采類型，采煤深度較大，采煤沉陷區(qū)主要分布在淮河以北和西部城區(qū)。按開采階段可分為報廢、衰竭、興盛型礦區(qū)等三種沉陷區(qū)類型。根據(jù)《淮南礦區(qū)采煤塌陷區(qū)塌陷情況報告》統(tǒng)計，全礦區(qū)采煤塌陷地共劃分為六個采煤塌陷區(qū)，分別稱為九大塌陷區(qū)、謝李塌陷區(qū)、新李塌陷區(qū)、潘集塌陷區(qū)、張謝塌陷區(qū)和新集塌陷區(qū)。其中九大塌陷區(qū)為穩(wěn)定塌陷區(qū)，其余5個塌陷區(qū)均為非穩(wěn)定塌陷區(qū)?；茨系V區(qū)長期采礦活動，已形成了采空區(qū)平面投影面積6815km2，根據(jù)采煤塌陷計算結(jié)果，全礦區(qū)采煤塌陷地總面積為132182km2。根據(jù)淮南市煤炭開發(fā)規(guī)劃，2020年全礦區(qū)采煤塌陷地發(fā)展趨勢預測見表1。

李月林和査良松（2008）認為采煤塌陷地對淮南礦區(qū)的影響主要分為對自然、經(jīng)濟和社會三方面[1]?；茨鲜胁擅核輰ΦV區(qū)土地利用、景觀系統(tǒng)的組成和功能以及農(nóng)業(yè)資源造成了極大破壞，礦區(qū)地形地貌、交通道路、水利設施、生態(tài)環(huán)境等均遭到嚴重破壞；影響了塌陷區(qū)及其周圍人民群眾生產(chǎn)生活的正常發(fā)展和全市生存環(huán)境以及經(jīng)濟發(fā)展。

2.2 淮河流域蓄洪區(qū)現(xiàn)狀

當河道洪水流量超過河道設計安全泄量時，必須將部分洪水，分蓄到規(guī)定的湖泊洼地，以削減洪峰，洪水位下降后再陸續(xù)排出，此蓄水區(qū)稱蓄洪區(qū)。

淮河流域現(xiàn)有的蓄滯洪區(qū)28處及洪澤湖周邊滯洪圩區(qū)，根據(jù)流域有關規(guī)劃，淮河流域共規(guī)劃30處蓄滯洪區(qū)(含洪澤湖周邊滯洪圩區(qū))，總面積5792.5km2，耕地3332km2，蓄滯洪總庫容186.6億m3。其中蓄滯洪區(qū)12處，行洪區(qū)有17處，洪澤湖周邊滯洪圩區(qū)1處?；春蝇F(xiàn)有的蓄洪區(qū)4處，即淮河干流上的洼、城西湖、城東湖、瓦埠湖，總面積1853.4km2，耕地143.9km2，區(qū)內(nèi)人口75.1萬人，蓄滯洪總庫容63.1億m3[4]。

3 基于采煤塌陷區(qū)的蓄洪區(qū)

3.1淮南市張集礦采煤塌陷區(qū)現(xiàn)狀

淮南市鳳臺縣鳳臺縣張集礦井田地處淮河中游，位于淮北平原南部，區(qū)內(nèi)地形平坦，地面標高一般在+21m~+26m，自20世紀90年代開始大規(guī)模開采煤炭，相繼發(fā)生多處地面坍塌。鳳臺境內(nèi)的張集礦作為設計年產(chǎn)400萬噸現(xiàn)代化的特大型礦井和樣板礦井，1993年開工建設，2001年11月8日正式投產(chǎn)，2008年煤炭產(chǎn)量1200萬噸。張集礦西起F209斷層、三線和1煤露頭，與謝橋煤礦相接，東至13-1煤層-1000m水平的地面投影線，北起F211、F109斷層與顧橋井田為鄰，南至謝橋古溝向斜軸，東西走向長約13km，南北傾向平均寬約7km，面積71km2[5]。

張集礦西翼自2003年開始采煤，開采11、13槽煤，地勢較低，塌陷深度3-4m，積水深度約3m，塌陷區(qū)水域面積約4km2。張集礦北區(qū)自2005年開始采煤，開采8層煤，東部塌陷區(qū)塌陷深度5m左右，積水深度約3m，塌陷水域面積約1.5km2，西淝河從塌陷區(qū)中穿過，將塌陷水域分為東西兩部分。張集礦北區(qū)西南部自2004年開始開采11、13槽煤，塌陷深度約5m，積水深約3m，塌陷水域面積約1.5km2。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)還有很大的蓄洪利用空間?；茨鲜袕埣V和新集礦的塌陷區(qū)范圍如2所示。

3.2 淮南市張集礦的改造

3.2.1擬采用的軟件

蓄洪區(qū)庫容是規(guī)劃和建設蓄洪區(qū)的重要依據(jù)。本次研究針對庫容計算，采用了ArcGIS軟件。ArcGIS是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（Environment System Research Institute，ESRI）開發(fā)的新一代GIS軟件，是世界上應用最為廣泛的GIS軟件之一，是我國GIS領域常用的商業(yè)軟件[6]。ArcGIS與傳統(tǒng)的軟件相比，其精度較高，能夠使得設計者進行地形地貌查看、分析，更加直觀、快速、便捷。

庫容計算過程分為等高線的采集、TIN的生成、填挖方計算，具體步驟如下：

1）等高線的采集：張集礦采煤塌陷區(qū)的等高線是由戎老師提供的張集礦的部分高程點，在Surfer軟件中繪圖而成，再輸入ArcGIS軟件。

2）TIN的生成：在對3D Analyst做完初始化設置后，使用3DAnalyst/Create/Modify TIN/ Create TIN Form Features

3）水庫庫容計算：選用菜單3D Analyst/Surface analysis/Cut/Fill(計算填挖方)。并采用一個名為庫容的圖層顯示出來，Net Gain表示凈填方，Unchanged表示不填不挖，Net Loss表示凈挖方。我所采用的庫容體積計算便是凈填方。打開圖層屬性表Attribute of 庫容，其中的Volume表示體積，鼠標右擊Volume，再選菜單Statistics，便可獲得該柵格體積的統(tǒng)計結(jié)果。

3.2.2張集礦的改造條件評價系統(tǒng)

采用ArcGIS建立張集礦采煤塌陷區(qū)改造蓄洪區(qū)的條件評價系統(tǒng)，如圖4所示在收集到的已有資料和實地調(diào)研獲得的料基礎上，運用ArcGIS軟件中ArcCatalog建立采煤塌陷區(qū)環(huán)境地數(shù)據(jù)庫。建立數(shù)據(jù)庫的目的是更加有效地利用地理信息，為后續(xù)相關工作提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 開發(fā)模式的探討

傳統(tǒng)的采煤塌陷區(qū)的開發(fā)模式有土地復墾、濕地公園等。土地復墾是指對生產(chǎn)建設過程中，因挖損、塌陷、壓占等造成破壞的土地采取整治措施，使其恢復到可供利用狀態(tài)的活動[7]。采煤塌陷引起土地肥力水文狀況的改變，使得土地質(zhì)量下降，給傳統(tǒng)的土地利用方式帶來了很大困難。淮南市大通濕地公園便是采煤塌陷區(qū)改造為濕地公園較為成功的一個例子，對于恢復塌陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境作用明顯。對于這三種開發(fā)模式，作了簡單的比較如圖3所示。

基于采煤塌陷區(qū)的蓄洪區(qū)開發(fā)模式并沒有局限于傳統(tǒng)的蓄洪區(qū)的單一用途，結(jié)合未塌陷土地可進行合作化的農(nóng)業(yè)種植、漁業(yè)養(yǎng)殖、果蔬業(yè)的發(fā)展如圖5所示，在保護環(huán)境的同時發(fā)展了塌陷區(qū)的經(jīng)濟，注重土地的多元規(guī)劃開發(fā)，與旅游業(yè)結(jié)合起來將會創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。我們所采用的ArcGIS軟件功能強大，建立的采煤塌陷區(qū)改造蓄洪區(qū)的條件評價系統(tǒng)不僅可以應用于淮南市采煤塌陷區(qū)，還可以應用于我國其他條件類似的采煤塌陷區(qū)。

4 新型蓄洪區(qū)的規(guī)劃效益

隨著采煤活動的進行，淮南市的資源優(yōu)勢將逐漸消失，伴隨著耕地的大量塌陷，農(nóng)民失去土地，因此超前謀劃塌陷區(qū)整治利用，是關系到淮南市可持續(xù)發(fā)展的重大課題。通過合理利用塌陷區(qū)，盡可能增加塌陷區(qū)的產(chǎn)出創(chuàng)造更多的生態(tài)效應，對于淮南今后地方經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展將起到積極作用?；诓擅核莸氐男詈閰^(qū)的規(guī)劃效益包含了生態(tài)、經(jīng)濟、社會三方面：

淮南以能源產(chǎn)業(yè)為經(jīng)濟發(fā)展龍頭的發(fā)展模式，對于環(huán)境造成了極大的破壞，通過對采煤塌陷區(qū)的改造建設，一方面可以增加森林覆蓋率；另一方面又強化了安徽省淮河行蓄洪區(qū)行蓄洪水的主導生態(tài)服務功能。新型蓄洪區(qū)的建設也加強對安徽省淮河行蓄洪區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)完整性的恢復，維護湖泊濕地的生物多樣性。

淮南塌陷區(qū)進行蓄洪區(qū)改造工程，增加了塌陷區(qū)當?shù)氐乃蛎娣e，通過綜合治理，進行漁業(yè)養(yǎng)殖以及旅游業(yè)發(fā)展，從而提高當?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活水平。塌陷區(qū)治理運營后對調(diào)整當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、林業(yè)、水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將起到積極的作用。

根據(jù)淮河行蓄洪生態(tài)功能區(qū)的具體實際，落實規(guī)劃的建設內(nèi)容，增加安徽省淮河行蓄洪區(qū)的調(diào)蓄容積與面積，減輕淮南市主城區(qū)的抗洪壓力，擴大安徽省淮河行蓄洪區(qū)對淮河中下游洪水的調(diào)蓄能力，減少洪澇災害對淮河中下游地區(qū)的威脅。對于維護淮河中下游地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定具有很重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)論

塌陷區(qū)的改造工程將會給全國的能源型城市起到一個良好的帶頭示范作用，同時也減輕了社會的防洪壓力。將隱形塌陷區(qū)考慮在內(nèi)，至2020年底鳳臺蓄滯洪區(qū)塌陷水域?qū)⒊醪叫纬尚詈榕c水源工程。本文在采煤塌陷區(qū)改造為蓄洪區(qū)方面進行了新的探索，基于采煤塌陷區(qū)的蓄洪區(qū)開發(fā)模式在條件類似的其他礦業(yè)城市也可以應用推廣，必將會給采煤塌陷區(qū)的治理帶來新的發(fā)展空間。

參考文獻：

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