门头沟煤矿废弃地生态环境调查与评价及修复规划研究

２００７北京门头沟生态修复论文集


门头沟煤矿废弃地生态环境调查与评价

及修复规划研究


中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所胡振琪

课题组成员：胡振琪王霖琳贺奋琴卢 霞 张禾裕李晓静 肖 武


１、引言

门头沟区煤炭开采历史悠久，可以追溯到辽代。全区煤炭储藏面积近７００ｋｍ２，占全区总面积的一半，是我国五大无烟煤产地之一，一度是首都的能源基地。长期的矿业开采使部分地质结构发生巨大变化，生态环境破坏严重。随着煤炭资源的逐步枯竭和目前北京市城市规划对该区功能定位由“京西矿区”向“生态涵养发展区”的转变，煤矿区生态修复就成为门头沟区生态环境治理的重点与难点。由于该矿区地处山区，开采方式多样且分布广，许多矿山关闭导致开采资料缺失，生态修复难度大，为了修复因煤炭开采破坏的生态环境．首先就必须摸清生态环境损害的家底，对生态损害的程度和环境风险进行分析，然后编制一个科学合理的煤矿区生态修复规划，指导生态修复工作的开展，因此，本研究具有重要的理论和实际意义。

２、试验区概况与研究方法

北京市门头沟区地处长安街延长线的西部端点上，是首都的上风上水地区，全区面积１４５５ｋｍ２，其中９８．５％是山地，山体高大，层峦叠嶂，海拔１５００ｍ左右的山峰１６０余座，具有得天独厚的生态条件，对于北京城起着极其重要的生态屏障作用。

煤田位于京西煤田北部，门头沟区的南半部，范围东起区界香峪大梁，西至区界百花山，东西长约４０ｋｉｎ，南北宽近２０ｋｉｎ，煤田总面积７００ｋｍ２。本文选择煤炭资源的分布、煤矸石压占初步解译结果以及煤矿分布区域的并集作为研究范围，总面积为６０５．７ｋｍ２，主要涉及到军庄、龙泉、永定、王平、潭柘寺、斋堂、清水七个乡镇的１３７个村以及大台办事处。

本文对门头沟区煤矿废弃地生态环境现状调查采用多时相、多分辨率、多源遥感技术，并辅以


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实际调查的方法进行研究。生态环境评价主要基于ＧＩＳ技术与综合评价模型相结合的方法进行。基于生态环境规划和土地复垦规划的原理与方法，通过对研究区的功能区划和适宜性评价并结合各区域生态环境破坏的特点及社会需求，编制生态环境修复的总体规划。

３～结果与讨论

３．１生态环境破坏现状

通过对门头沟区煤矿生态环境现状的分析，我们将该区的生态环境破坏分为四类：矿区景观破坏、

煤矿区植被损害、煤矿开采诱发的环境地质灾害及矿区土壤污染。

（１）矿区景观破坏

利用高空间分辨率航片，通过目视解译与野外验证相结合的方法调查得知全区煤矸石压占２５７处，占地１８３．５ ｈｍ２；利用多时相的ＴＭ遥感数据，采用监督分类的方法分析矿区土地利用动态变化，发现矿区土地利用变化为林地、耕地面积大量减少，相应的建筑用地、裸岩石砾地和荒草地明显增多。主要是矿区开采导致大面积的塌陷与矸石压占以及耕地的破坏，使得矿区土地利用发生巨大变化。

根据废弃房屋在影像Ｅ杂乱、斑块状特征，在２５米航片上进行解译所得由于煤矿开采导致的废弃房屋面积４３．３ｈ岔，主要集中在北岭办事处、王平镇的吕家坡村、潭柘寺镇的赵家台村和阳坡园村。

（２）煤矿区植被损害

矿区开采过程中，修建简易公路、砍伐树木、搭建工棚、堆放废石弃渣等，对地表植被破坏较大。本研究通过植被覆盖度因子对矿区植被损害情况进行了分析，利用１９８８年、１９９６年和２００４年的ＳＰＯＴ卫星遥感影像，应用像元二分模型提取了矿区植被覆盖度，并分析了植被覆盖度的动态演变规律。结果表明，在１９８８年到１９９６年期间煤矿开采造成了植被覆盖度的明显下降，植被覆盖度由０．８一ｌ下降为０－０．２；从１９９６年到２００４年由于各乡镇开始重视植树造林以及部分煤矿陆续关闭，使得植被覆盖度呈上升趋势。而且在煤矿开采范围内，植被覆盖度要明显低于没有受到煤矿开采影响的地区。

（３）环境地质灾害

煤矿开采诱发的环境地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流；地面塌陷和不均匀沉降、裂缝和山体下沉，大部分集中在王平镇。通过航片解译和实地调查结果，全区共有塌陷坑４２５个，地裂缝７７４条，另有地面不均匀沉降有３６处，另外还存在多处山体整体下沉以及相应造成的山体裂缝现象。

（４）废弃地土壤重金属污染

本研究在斋堂、清水、永定、王平镇的十处煤矿采集了煤矸石及附近土壤样品用于测定土壤重金属污染情况。采用地积累指数法分析了土壤中各重金属的富集情况，并采用潜在生态风险指数法对土壤中重金属的潜在生态危害进行评价。从评价结果看，门头沟煤矿废弃地土壤重金属主要为轻度污染，潜在生态风险也属于极轻，不会影响到将来的生态修复。

３．２生态环境损害现状评价


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生态环境评价为生态环境规划与管理提供决策的科学依据，本研究在充分调查门头

沟煤矿废弃地生态环境损害现状基础上，构建了门头沟煤矿废弃地生态环境损害评价指标体系（图１），运用特尔菲法结合层次分析法确定了各评价因子的权重。在ＧＩＳ的支持下，与数据库技术相结合，将空间数据与属性数据统一操作，将信息系统中存储的多种资源与环境因素叠加起来，进行多要素综合分析和评价，利用属性的综合得到每一评价单元综合指数，从而确定生态环境被损害的程度。


图１．门头沟煤矿废弃地生态环境损害现状评价指标体系


图２．门头沟煤矿废弃地生态环境损害现状评价图


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在综合评价的基础上，运用ＡＲＣＣ，ＩＳ的分析功能对研究区单元总分值进行等范围划分，在对个别地区进行人工修整后得到门头沟煤矿废弃地生态环境损害评价结果（图２）：生态环境损害极严重区５．８７ｋｍ２、损害严重区２７．５８ｋｍ２、一般区８８．１０ｋｍ２及基本无损害区４８４．１５ｋｍ２，从分级结果可以看出，损害最严重区域主要分布在王平镇吕家坡村及北岭办事处的部分区域。

３．３ 门头沟煤矿废弃地采空塌陷风险分析

生态环境修复的安全措施应建立在风险研究的基础之上。本研究确定了门头沟煤矿区采空塌陷风险评价的前提风险因子包括煤层顶板特性、采空区距地表的垂深、采空区空间叠置层数、煤层倾角以及煤层顶板的管理办法；强度风险因子包括地质构造复杂程度、覆盖层类型及厚度；而诱发风险因子包括水的作用以及地震等其它可能引起地面塌陷的因素。在ＧＩＳ支持下利用多因子综合评价模型进行了研究区采空塌陷风险评价。 ．


图３．门头沟煤矿废弃地采空塌陷风险评价

从评价结果（图３）可以看出，采空塌陷高风险区主要分布在王平镇及北岭办事处，以及斋堂、清水的部分区域。而从调查结果来看，已塌陷的区域也大部分处在高风险和中风险区域内，说明评价结果是可信的。此评价结果只能为将来的防灾减灾做出一定的指导，要想确切把握塌陷发生的时间及规模，需要一个长期的监测体系来补充。

３．４研究区生态修复总体规划及效益评价

矿区生态环境修复是一个复杂的系统工程，科学合理的规划是修复治理成败的关键。本规划从门头沟煤矿废弃地实际情况出发，围绕因煤矿开采引发的生态破坏问题，以实现人口、经济、环境的良性循环和社会经济的可持续发展为目标，确定生态破坏类型修复的方法及利用方向，合理配置空间资源、社会文化资源，促进社会、经济、自然整体

协调发展，改善区域生态环境。

具体过程为：在煤矿废弃地破坏现状调查评价的基础上，以规划区域的生态功能分区和重点


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区域的治理分区为主要规划手段，明确不同的生态治理单元。在土地适宜性评价的基础上明确修复方向，确定生态治理分区及治理方案，包括各分区生态修复方向、产业路径、修复技术、资金、时序等各个方面，最终形成了清水河沿岸生态屏障林带一特色果林基地、西斋堂一马栏生态养殖一特色果林一矿区景观旅游带、王平煤矸石压占地治理一生态农业建设一农田水利工程等１６个治理分区，完成门头沟煤矿废弃地生态修复总体规划（图４）。规划实施后，可治理煤矸石压占地１７４ｈｍｚ，充填塌陷坑１７．６ｈｍ２，治理房屋废弃地４３．３ｈｍ２，经估算各种煤矿生态损害的修复大约在２．５亿元以上，同时本研究还选择了王平镇吕家坡附近地区作为典型区进行了生态修复详细设计，为其它地区的修复工程设计提供依据。


图４．门头沟煤矿废弃地生态修复总体规划图

本研究还从生态、社会、经济效益三方面分析了本规划的生态修复效益。通过本规划的实施，可将研究区内煤矸石、塌陷地进行全面治理，使生态环境得到优化；还可加快农业的结构调整，恢复重建具有较高生产能力的农业生态系统；此外，规划的实施还可增加就业，缓解农村剩余劳动力失业压力，使人民生活水平得到提高。通过影子价格法、机会成本法、替代工程法、直接市场评价法等计算，预计项目直接经济收益５７１４．９１万形年，间接经济效益即生态服务功能价值约８１７１．３４万元。

４、结论

本研究通过遥感解译方法和实地调查相结合的方法，基本摸清了门头沟区煤矿废弃地破坏的类型与现状；提出了资源枯竭煤矿区生态环境评价方法，构建了门头沟煤矿废弃地生态环境损害评价及风险评价指标体系，并在ＧＩＳ的支持下对门头沟区煤矿废弃地生态环境损害现状和采空塌陷风险进行了评价；结合门头沟区社会经济条件、自然环境条件编制了门头沟区煤矿废弃地生态


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修复总体规划，划分了１６个治理分区，并确定了各分区的修复方向、修复技术、修复资金以及修复的先后顺序，为门头沟煤矿废弃地的生态环境修复提供了具体的理论和技术指导，对类似资源枯竭矿区的环境修复也具有参考价值。

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?４３?门头沟煤矿废弃地生态环境调查与评价及修复规划研究作者： 胡振琪， 王霖琳， 贺奋琴， 卢霞， 张禾裕， 李晓静， 肖武作者单位： 中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所


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