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          黃河流域高質量發展的重中之重

          中國工程院院士彭蘇萍談煤礦區生態修復

          發布時間:2021年02月23日
          來源:中國礦業報 (2021-02-23) 作者:王瓊杰

          保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計。2019年9月18日,習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上指出,黃河流域構成我國重要的生態屏障,是我國重要的經濟地帶,是打贏脫貧攻堅戰的重要區域。

          與此同時,黃河流域又是我國主要的產煤區域,我國9大重要的煤炭基地均集聚于黃河流域,煤炭產量約占全國煤炭總產量的69.7%。如何科學制定黃河流域煤礦區生態修復解決方案,系統解決黃河流域的生態保護和煤礦資源開發問題,無疑成為黃河流域高質量發展的重中之重。

          2月20日,在中關村綠色礦山產業聯盟聯合中國國家培訓網舉行的“2021年全國綠色礦山公益性網絡培訓”班上,中國工程院院士、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室主任、中國礦業大學(北京)礦山生態修復研究院院長彭蘇萍以《黃河流域煤礦區生態修復解決方案》為題,為黃河流域高質量發展開出了“良方”,《中國礦業報》記者就此采訪了彭蘇萍院士。

          《中國礦業報》:黃河流域生態保護和高質量發展的主要目標任務是什么?其流域內煤礦區又有什么戰略意義?

          彭蘇萍:黃河流域發源于青海省巴顏喀拉山脈,于山東省東營市墾利縣注入渤海,流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東9個省區。黃河流域面積79.5萬km2,其中含煤面積超過35.7萬km2,面積占45%。我國14大煤炭基地中的神東基地、陜北基地、寧東基地、魯西基地、黃隴基地、河南基地、晉北基地、晉中基地、晉東基地等 9大煤炭基地分布于黃河流域,其中上游主要為水能資源,中游為煤炭資源(晉、陜、蒙、寧、甘有7大煤炭基地),下游為石油天然氣資源。2017年,煤炭產量24.63億噸,占全國煤炭總產量69.7% 。煤炭開發成為黃河流域生態環境最嚴重的人為干擾因素。

          與此同時,黃河流域又是一個自然條件相對較差、嚴重缺水的地區。其中,黃土溝壑區占黃河流域總面積的85%,主要分布在陜北、晉北、晉中、晉東、黃隴地區 ;風積沙區占黃河流域總面積的9.3%,主要集中在神東、寧東地區;沖積平原區中占黃河流域總面積的5.6%,主要集中在魯西、河南地區。

          生態優先、綠色發展,以水而定、量水而行。這是習總書記對黃河流域高質量發展提出的要求。黃河流域生態保護主要包括黃河流經所滋養和直接影響地理生態學區域保護。黃河流域生態保護和高質量發展的主要目標任務 ,一是治理黃河,重在保護,要在治理。二是要堅持山水林田湖草綜合治理、系統治理、源頭治理,統籌推進各項工作,加強協同配合,推動黃河流域高質量發展。三是要堅持“綠水青山就是金山銀山”的理念,堅持生態優先、綠色發展,以水而定、量水而行,因地制宜、分類施策,上下游、干支流、左右岸統籌謀劃,共同抓好大保護,協同推進大治理。四是著力加強生態保護治理,保障黃河長治久安,促進全流域高質量發展,改善人民群眾生活,保護傳承弘揚黃河文化,讓黃河成為造福人民的幸福河。

          《中國礦業報》:當前黃河流域生態修復面臨的主要問題是什么?

          彭蘇萍:一是水資源短缺是黃河流域高質量發展尤其是該流域煤炭規模開發的瓶頸。晉陜蒙寧甘五省均為干旱半干旱區,水資源不足全國1/25 ,而煤炭開采進一步加劇了水資源短缺。據相關數據顯示,開采1噸煤炭平均要消耗水資源約2噸,黃河流域煤礦區消耗水資源超過56億噸,加上煤化工每年增加的用水量將超過100億噸。二是黃河流域煤炭開采造成地下水位下降,對生態環境造成了一定的影響。煤炭開采的特殊性與黃河流域地質地貌屬性相疊加,生態系統結構功能發生變化,驅動機制和生態水文效應特別性,人工生態修復+自修復更具有現實意義。三是現有方法和技術難以支撐黃河流域煤炭開采與生態協調發展。黃河上游為高寒高海拔草甸區,煤炭埋藏淺傾角大,生態涵養功能退化;中游地區為干旱半干旱區,薄基巖厚煤層,煤炭開采后,黃土溝壑區生態環境惡化,增加了流入黃河的泥沙淤積,風積沙區加速了土地沙漠化的進程;下游地區為煤炭開采沉陷使陸地轉變為水陸兩相生態系統,耕地減少、濕地增加。四是采煤特有的生態環境損傷方式需要新的技術體系與理論支撐。上游地區土層薄,露天開采表土剝離造成原有地貌的破壞和植被的消失。中游地區井工開采沉陷損傷根系,降低土壤環境容量。而露天開采因采區巖土剝離造成原有地貌的破壞和植被的消失。下游地區井工開采對生態環境的影響主要為地表沉陷所引發的環境變化,形成封閉式的湖泊,造成土壤水漬積水,產生次生鹽堿化。五是理論和技術創新是黃河流域生態環境修復戰略實施迫切需求。高原丘陵區:凍土層破壞和水源涵養退化,修復重塑生態系統結構和功能提升的理論和方法研究;黃土溝壑區:深入研究煤炭開采造成的裂隙與地表土層的風化分解關系,抓好水土保持和土壤提質增容;風積沙區:對煤礦開采與地下水位變化觀測,探討地下水變化與土壤沙化的關系;沖積平原區:開采沉陷與地下潛水位的關系,保護和復墾耕地,構造人工濕地,提高生物多樣性。

          《中國礦業報》:黃河流域高質量發展的研究思路和解決方案是什么?

          彭蘇萍:煤炭開發對水和生態的影響規律是生態保護研究的基礎,關鍵科學問題是煤炭開發對地下水及生態環境的影響規律與機制;煤炭地下開采與地表生態系統協同保護是生態安全關鍵,關鍵科學問題是煤炭開采生態損傷控制理論與協同保護方法;煤炭地下開采與地表生態立體修復的生態效應,關鍵科學問題是黃河流域生態修復不同模式的構建。

          研究方法主要分本地調查、理論研究、技術開發和工程示范,研究特色為井下與地面相結合、全過程研究+從煤炭開采源頭控制入手、開采生態減損+以水為主線研究+水、土、植被耦合作用水資源保護與利用、土壤修復與植被恢復,以煤炭開采為主線,從含煤地層煤巖層結構及采動裂隙演化規律分析入手,研究煤炭規模開采對水資源的重大影響、煤巖層結構與地應力場及地下水系統的動態變化規律和耦合關系、煤炭規模開采條件下地下水系統變化及其對生態環境影響規律。研究生態修復機理和人為促進方法,構建黃河流域煤礦區環境與生態安全評價及調控模式。

          技術路線為,通過開展煤礦淺部巖層結構與水庫選址地質及水文地質條件精細探測研究、煤礦奧灰水空間分布特征及可利用量預測研究、煤礦土地資源綜合利用及生態修復與重建研究,來研發推廣煤炭開采對區域水資源的分布格局與開發利用技術、礦區不同受損生態修復與重建技術,最終構建黃河流域煤礦區生態安全評價及調控模式。

          基礎理論主要有,煤炭資源開發對生態環境的影響及作用機制、水循環模式及評價方法 、礦區沙塵生成與運移規律、煤炭開采生態損傷控制理論、煤炭基地生態安全保障模式。關鍵技術主要包括全周期生態演變四維監測技術、生態安全影響程度評價及預測技術、地下水保護與礦井水處理技術、沙塵智能監測與沙塵綜合防控技術、生態減損的開采技術、生物種群優化配置技術、鹽堿地微生物修復技術和土壤修復與植被恢復技術,最終形成以煤炭開采與生態修復一體化技術體系、黃河流域生態安全保障技術集成示范區為主的技術集成與示范。

          解決方案主要有:黃河流域煤炭開采對生態環境的作用機制與開采控制技術、黃河流域高寒高海拔草甸區生態修復技術、黃河流域黃土區煤炭資源開發對區域生態的影響、黃河流域風積沙區水資源保護與礦井水資源化利用、黃河流域煤炭基地土壤修復與植被恢復、黃河流域露天煤炭開采生態綜合防治技術及示范、黃河流域黃土-風積沙區生態修復技術集成及示范、黃河流域沖積平原區生態修復關鍵技術,最終形成黃河上中下游損傷機理與控制修復方案。

          《中國礦業報》:黃河流域煤礦區的生態戰略應該如何制定和實施?

          彭蘇萍:黃河流域的煤礦開采為區域富饒奠定了基礎,煤炭開發實現了區域富饒,而生態修復則延續了區域富饒。一是礦區環境與生態再造。根據煤層及煤礦礦井水賦存狀態,通過裂縫監測與沉陷預測,建立礦區不同沉陷級別的人工濕地、湖泊區;構建耕地區、草灌區、森林區,打造江南小鎮與購物休閑區。形成以黃土丘陵溝壑區沉陷地生態重建為中心的農林觀光及農業生態區。二是打造現代農業體驗與有機綠色農產品基地。黃土高原區,通過坡改梯工程,建立農業示范區,通過集成有機生物的改良與提質增容技術,實現土地的高效利用與農產品的高效增產。三是林地現代生物種植技術體驗。沙漠區建立林業示范區,集成無人機飛播與生態監測關鍵技術,構建中草藥種植示范區,采取“農戶+企業”合作的模式建成示范區,創造一個煤炭沉陷區的精準扶貧、產業再造、環境修復的新模式。

          黃河流域煤礦區生態修復必須要樹立戰略思維,頂層設計,系統考慮。一是要思維創新。要改變原先人們認為“煤炭開采是環境破壞的原因”這樣的舊觀念,充分利用煤炭開采過程對上覆巖層產生裂隙這一如同耕種過程中的“松土” 作用動力,減緩干旱半干旱地區極易形成的次生鹽堿化現象。通過水資源的保護與綜合利用,將人工修復技術和生態自修復作用一起, 使黃河流域煤礦區生態環境治理從被動防治到主動治理,使煤礦區生態環境治理成為黃河流域生態環境治理的典范,并被其他行業借鑒和推廣應用。二是要樹立分區立體生態修復理念。采用四維地球物理探測方法對煤炭開采上覆巖層和第四紀地層的破(開)裂、發育、后期閉合過程、地下水流動方向和流量進行精細描述,分析對不同植物類型的傷害程度和影響范圍。構筑地下或地面水庫,保護水資源。三是生態修復模式與區域規劃有機結合。黃河流域中上游榆林、鄂爾多斯一帶是我國近年來發展起來的新型能源城市,以榆林、鄂爾多斯為中心進行環境和生態連片治理,建立我國西北地區生態公園,并利用該區域距離北京、西安、天津等大型城市近、交通便捷等優勢,在生態公園建設基礎上,逐步打造成我國西部夏、秋季休閑城市圈。還有黃河下游山東魯西煤炭基地生態治理,打造出濟寧-棗莊環湖生態建設示范區、泰安-萊蕪農光互補治理區、菏澤邊采邊復綜合治理示范區、濟南-德州土地復墾與城市功能開發治理區、龍口農漁生態治理與高新產業發展區等五大治理區。

          近年來,我們針對黃河流域生態脆弱區(中游黃土溝壑區和風積沙區),以神東、陜北礦區為主要研究靶區,基于現代煤炭開采全周期時移監測方法,開展現代煤炭開采對地下水資源和地表生態的影響研究。通過大量的研究和試驗表明,現代煤炭開采技術對地表生態環境產生了影響,但采后水資源和生態系統具有一定自修復能力,可緩解開采對地表生態環境的損傷,還可擴大具有自修復能力的區域,降低人工修復工程量。開采裂縫對生態有“損傷”,但不是破壞?!八赏痢?作用可降低次生鹽堿化,微生物復墾技術提高了生態治理效率,加速了自修復速度。水資源的協同利用+主動的生態修復技術,促進了植被生長、土壤改良,降低了水土流失和風沙運移,促進了黃河流域生態穩定。

          黃河流域煤礦區生態修復責任在肩,任重道遠!

          [責任編輯:kyb]

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