[發明專利]高潛水位采煤沉陷區水資源梯級調控及水質生態凈化方法

有效

• 申請號: 201410172839.3
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103936163A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 渠俊峰;陳浮;李鋼;王坤;張紹良;王輝;趙華;丁忠義
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;E02B1/00;E02B11/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種采煤沉陷區水質生態凈化方法，特別是一種高潛水位采煤沉陷區水資源梯級調控及水質生態凈化方法。

背景技術

①采煤沉陷區水系紊亂和水資源空間分布的擾動：高潛水位礦區沉陷積水破壞了區域內水系平衡，地表沉陷造成潛水位接近或達到地表時，耕作層土壤含水量接近或達到飽和，致使土壤中缺乏空氣，造成旱地農作物的逐漸死亡。由于地表沉陷區地勢相對較低，雨季降水將匯集沉陷區，造成原有的排水系統失效，農田受淹，甚至形成沼澤地。平原高潛水位采煤塌陷土地地表及其設施破壞嚴重，原水系被打亂，導致塌陷土地地下水位偏高、長期內澇、客水倒灌等，抵御自然災害的能力嚴重不足。由于采煤區塌陷幅度不均勻，按照挖深墊淺或粉煤灰回填進行土地復墾后，塌陷土地地勢高程仍然存在較大差異，汛期區內澇水越級串排，低洼地帶的積澇壓力很大；另外因為水系混亂和缺乏必要的工程措施，采煤塌陷區豐富的水資源難以得到控制和科學配置。據統計，每萬噸煤的開采地表塌陷0.2hm²，采煤土地塌陷使礦區原有的陸生生態系統演替為水陸復合型生態系統，區域土地資源的自然地形地貌、水熱循環、物質能量交換等條件受到了影響和破壞。

采煤塌陷區地表沉降使橋涵斷裂、房屋倒塌、道路塌陷等，原來的灌排體系幾近報廢，區內徑流自排無出路，澇水長期積壓低洼區，塌陷土地周圍土地徑流會因串排而加重洼地的防洪除澇壓力。特別是在主汛期，因降水集中內導致農田受淹、受澇，外河水位相對提高，存在外河水倒灌塌陷區內的威脅，洼地的防洪除澇形勢嚴峻。地表塌陷使灌溉渠道遭破壞，區內耕地有水難用，洼地常年積水一方面給區域造成了澇災和漬害；另一方面也沒有為區內農業灌溉發揮水資源優勢。

②采煤沉陷區地表水和淺層地下水的水質裂變：采煤排放的煤矸石量一般占原煤總量的15％-20％左右，堆放矸石由于風化產生酸性物質，汛期集中降水期間被雨水淋溶，造成水體和周圍土壤的酸性污染和重金屬污染；再加上礦井水和當地的生活污水無節制排放，因雨污混流滲入土壤還會間接對淺層水造成二次污染。同時，于煤矸石和粉煤灰含有大量的S及其他污染物，地表沉陷區積水由于受礦井水排放、矸石淋溶等的污染，形成地下水和地表水污染物，水質較差，最終影響礦區的水體。采煤塌陷地水資源總量偏豐，為塌陷區域的水資源開發和規劃利用提供了良好的基礎，如缺乏對地表水的控制，極易使采煤塌陷區域向水質型缺水轉變，引發水生態環境劣變，加大治理難度。

發明內容

本發明的目的是要提供一種高潛水位采煤沉陷區水資源梯級調控及水質生態凈化方法，解決高潛水位采煤沉陷區水系紊亂、水資源分布擾動和地表水質劣變的問題。

本發明的目的是這樣實現的：該水資源梯級調控及水質生態凈化方法，具體步驟包括以下內容：

1)高潛水位采煤沉陷區地表水的分布相對集中，對于骨干溝河地表水的分布需要建立節制分級控制、水資源梯級調控，形成一定級差的水資源空間分布，建立灌、排、控、調綜合為一體的人工水循環體系；

2)形成一定級差控制的河道屬于相對靜止的水體，在骨干河道形成梯級調控的基礎上，立體布局沉水植物、挺水植物和浮水植物，植被的生長周期內通過自然的物質交換，吸附梯級控制河道中的污染物質，構建人工濕地空間體系，整個過程不采用任何試劑和化學物質；

3)高潛水位采煤沉陷區還存在大量的積水水面，屬于先谷底固定和靜止的水體，根據礦區積水區域的污染特征，構建積水區人工濕地生態體系，采用生態防護帶、生態浮床措施；水體凈化方面構建立體布局生態陷阱、水下森林，利用純生態技術解決水體的污染和富營養化問題，不用試劑和化學物質，對水體不會造成二次污染。

水資源梯級調控中的級差數值的確定符合當地的水文、地勢、地貌條件，使人工水循環的建立滿足水資源的利用和控制要求。

所述的建立人工水循環的相對性，利用水生態植被的方式凈化水體，不用任何化學試劑，其布局方式屬于空間立體布局，其植物的種類包括挺水植物、浮水植物和沉水植物，根據水質的凈化要求，水體凈化的周期一般為8個月至12個月。

所述的水生態植被的布局方式，包括生態浮床和生態陷阱的布局等生態工程布局，在靜止的大水面通過生態浮床、生態陷阱等相互配合實現水體凈化，包括空間布局中其生物種類、數量、位置與水體量和污染物比例等之間的相對協調性，在一個生物周期能可以實現水體凈化的明顯效果。

具體的包括：水資源梯級調控方法、人工濕地的空間體系構建方法和構建積水區人工濕地生態體系方法；

一、所述的水資源梯級調控方法：