干旱地區煤礦沉陷區地表水系景觀構建思路探究

張 帥 王偉光 康曉澤 馬 驥 魏 臻

1.北京交通大學建筑與藝術學院

2.大同煤礦集團有限責任公司塔山煤礦公司

3.大同煤礦集團有限責任公司大斗溝煤業公司

4.中國礦業大學（北京）能源與礦業學院

5.清華大學公共安全研究院

1 前言

井工煤礦的開采大致可以視作是將埋藏數百米甚至千余米深煤層采出留下采空區的過程，在充填采煤技術尚未在全國煤礦普遍應用的情況下，采空區頂板管理通常采用垮落法[1-4]，通過垮落的破碎巖石及空隙形成的支撐體對上覆巖層的支撐實現采空區頂板管理，支撐體無法完全充填采空區空間，該方法帶來的后果為地表動態沉陷[5-7]。地表沉陷給煤礦外部地表留下了瘡痍，形成無法利用的廢棄地表，最直觀的影響是對地表生態系統和自然環境帶來嚴重危害。

在“綠水青山就是金山銀山”的大背景下，井工煤礦的綠色環保發展思路是大勢所趨，在礦山土地復墾、煤礦沉陷區生態修復、景觀規劃等領域，如何將沉陷地表化廢為寶，國內外已經有過一定的理論研究和實踐探索，為現有承受地表沉陷難題的礦山企業提供了很多景觀規劃方面的參考。

在2019年國內煤炭產量統計數據中，山西省產量僅次于內蒙古自治區排名第二。山西省在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風氣候，四季鮮明，主要水資源量由地表水資源和地下水資源組成，屬于干旱地區。

研究以山西省為例，以現有礦山景觀規劃實踐為參考，走出傳統因地制宜的煤礦地表景觀規劃思路，以水系構建為主線，充分利用企業優勢資源，探討干旱地區煤礦地表沉陷區的景觀規劃建設思路。

2 相關概念及定義

井工煤礦沉陷區水系景觀的構建涉及到3個概念[8]，工業遺產、煤礦廢棄地、景觀重塑。國際工業遺產保護協會《下塔吉爾憲章》定義的工業遺產包含礦業活動之后遺留的礦場，在本研究中特指煤礦開采之后形成的地表沉陷區。在風景園林學中，地表沉陷區是煤礦廢棄地的一種，屬于三種廢棄地類型中的礦業廢棄地類型，特征在于該種類型土地未經修復無經濟利用價值。景觀重塑的含義在于針對因礦業活動引起的廢棄土地通過重新規劃、設計、構筑實現土地的重新利用，本研究的景觀重塑是指在地表沉陷區已經形成的形態特征基礎上，不局限于單一的生態恢復，借助跨學科復合研究手段，將地表沉陷區轉廢為寶，形成新的景觀，打造新的生態礦業名片。

3 國內外研究進展及現存問題

國外對煤礦沉陷區的處理、改造可以追溯到十九世紀二十年代，當時的土地改造圍繞土地復墾理念開展，在二十世紀，隨著煤炭需求井噴式增長，不科學無節制的開采模式引起了一系列環境問題，這一階段，地表沉陷區的處理修復在土地復墾的基礎上引入了景觀構建的新思路，實現了由單一的功能恢復到二元的功能恢復和人文景觀建設。進入二十一世紀，在上述改造理念的基礎上，現代藝術、高新科技、新型環保材料、循環經濟等技術與理念更是融入其中。國際上著名的礦山景觀改造案例有：德國科特布斯露天礦區、德國北戈爾帕煤礦區“鐵城”露天博物館、英國萊斯特郡斯波斯頓探索公園等[9-11]。

國內煤炭工業經過多年“先污染、后治理”發展，礦山廢棄地的修復、重構、景觀建設面對較大挑戰。上個世紀九十年代可持續發展的礦山建設理念、工業遺產保護改造理念、廢棄礦山公園化改造理念等進入到國內礦山廢棄地利用領域。國內比較知名的案例有：阜新露天煤礦公園、徐州九里湖生態濕地公園、唐山南湖公園等[12-16]。

在礦山景觀構建領域，國內礦山雖然有一些知名案例，實際上依舊處于國外二十世紀的發展水平，聚焦于生態修復治理，景觀建設理念的實施尚有很長一段路要走。

4 干旱地區井工煤礦沉陷區水系景觀構建思路

傳統的煤礦沉陷區景觀設計原則大體上以還原地表、因地制宜、利用區域優勢、與區域基礎緊密聯系為主。在本研究中，目標區域為山西省煤礦地表沉陷區，氣候干旱，降水較少。如果沿用傳統的景觀規劃、構建理念，一般將沿著礦山公園、地質公園等思路發展。

從旅游心理學角度分析，人類對旅游景觀的期望具有異地性傾向，這意味著在北方干旱地區構建具有南方特色的水系景觀將更加具有觀賞價值和藝術價值，突破傳統景觀構建原則框架的束縛將帶來新穎的景觀體驗，同時也會帶來一定技術層面的挑戰。在技術層面，問題主要存在：（1）水資源稀缺；（2）水體循環排污；（3）水系景觀在干旱地區的設計方法。

針對上述總結的技術問題，研究提出干旱地區井工煤礦沉陷區水系景觀構建思路，旨在基于煤礦區域的能源電力優勢，集成易于管理維護的機械設備，結合污水處理技術系統，實現在干旱地區井工煤礦沉陷區構建具有異地特色水系景觀。

在干旱地區煤礦沉陷區的水系景觀構建面對的上述三個問題，該思路提出了對應的化解方法。在水資源稀缺的條件下，大量占用水資源為景觀服務顯然不符合綠色環保可持續發展的理念，故要求水系景觀的水源要聚焦于固定的水體，實現長期使用；在前述問題解決思路的基礎上，固定水體的凈化需要在景觀體系內自行解決，思路為將固定的水體通過泵送形成內部循環，通過水體循環路徑中的污水處理薄膜等水處理技術實現水體的循環、過濾、排污，水體循環所需的動力來源為附近礦山電廠，充分利用地區優勢資源；在水系設計方面兼顧功能性和藝術性，以坡度設計為主要原則，形成階梯微型瀑布形態的水系景觀，實現水體自循環過濾系統。

5 總結

在井工煤礦沉陷區景觀建設尚沒有廣泛開展的大背景下，研究提出的干旱地區井工煤礦沉陷區水系景觀構建思路突破傳統景觀規劃原則，從嶄新的視角為類似區域的景觀設計提供了參考。針對該理念中遇到的相關技術難題，提出了利用區位優勢煤炭電力資源、通過景觀坡度階梯式設計、結合泵送水循環和水體凈化薄膜等技術的解決方案，證明了該理念思路的可行性，

對同類地表景觀構建具有參考意義。