[发明专利]城中采煤沉陷区水土资源空间格局重构方法

说明书

本发明公开了一种城中采煤沉陷区水土资源空间格局重构方法，该方法先预计采煤沉陷区最终地表变形值，根据最终地表变形值将城中采煤沉陷区划分为积水区和未积水区，对积水区进行挖深垫浅超前治理、边坡护岸改造、积水区生态环境治理，将沉陷积水区改造成城中景观湖区；然后，对未积水区进行采空区岩体活化分析、稳定性评价分析，根据评价结果，将未积水区分为不受影响建筑区、残余沉降影响区、建筑受限区、禁止建设区及采空区活化区，再将不同区域改造成住宅生活区、商业活动区以及休闲区。本发明方法设计科学合理，将原本城中采煤沉陷区大面积积水与土地撂荒的空间格局重构成集城市景观、情景居住、生态旅游为一体的空间格局。

技术领域

本发明涉及东部采煤沉陷积水区生态环境综合治理技术领域，尤其涉及一种城中采煤沉陷区水土资源空间格局重构方法。

背景技术

长期大规模、高强度的煤炭资源开采，造成土地沉陷、耕地损毁、房屋开裂、基础设施损坏、生态破坏等一系列问题。采煤沉陷积水区是东部高潜水位矿区开采沉陷造成的一种典型的地质灾害。东部矿区普遍具有储量大、多煤层、高潜水位、地表叠加沉降等特点，开采造成地表大量土地资源丧失，原有耕地破坏，地表形成大面积塌陷坑，同时受到地下潜水外渗、大气降水的综合影响，塌陷坑内常年积水，历经几十年重复开采，大片开采沉陷区形成地表塌陷塘，地表原有耕地、道路、村庄等被淹没，塌陷区原有生态系统发生不可逆的破坏。一方面，为保证国民经济建设，大量煤炭资源被采出的同时，采煤沉陷造成大量耕地、村庄丧失，以两淮矿区为例，截至2015年底，已形成的塌陷区面积达508km²，且以20km²/年的速度在增加，同时受到高潜水位和地表降水的综合影响，塌陷区形成大量水域，原有陆生生态系统发生颠覆性变化，转变为水生生态系统和水陆复合生态系统，动态沉陷形成的生态系统服务功能低下，导致生态环境恶化，大量沉陷区土地撂荒，社会问题突出，严重影响了沉陷区可持续发展；另一方面，煤炭开采产生的煤矸石、粉煤灰等固体废弃物含有大量氮、磷、铜、锌、镉等有害重金属元素，通过地表径流、土壤渗透、大气扬尘等途径迁移扩散，进入沉陷区，造成环境二次污染，导致土壤养分流失，水体富营养化严重。

传统的沉陷区治理方法一般采用土地复垦和沉陷积水区水产养殖的方法，是先对沉陷区地形进行改造，沉陷区内直接回填、平整土地、修整边坡，然后改善土壤，种植植物；对于沉陷区内积水的区域，直接进行渔业养殖。这些方法在一般传统的沉陷废弃地治理中是可行的，但是城中采煤沉陷区治理时，进行城中大面积的种植和渔业养殖是不可行的，未考虑到生态系统与人居环境之间的协调发展以及城中土地资源的价值。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种城中采煤沉陷区水土资源空间格局重构方法，适用于城区范围内的高潜水位采煤沉陷区水土资源再利用。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种城中采煤沉陷区水土资源空间格局重构方法，该方法包括如下步骤：

(1)沉陷区地质采矿条件信息搜集；

(2)地表沉陷及积水区域预测，采用概率积分法及沉陷预计参数，预计开采工作面上方地表最终下沉值，概率积分法预计公式(I)为：

其中，W(x,y)为地表下沉值，x、y为地表点的坐标，和γ为公式的积分变量；

其中，W₀为地表最大下沉值；W₀＝mqcosα，m为煤层采厚，q为下沉系数，α为煤层倾角；

其中，r为主要影响半径；r＝H/tanβ，H为采深，tanβ是主要影响角正切，D是地下开采范围；

(3)根据步骤(2)得到的地表沉陷值与该地区地形等高线、潜水位高度，预计未来采煤沉陷积水区和未积水区；