矿区复垦土地利用结构优化研究

摘要

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外矿区复垦土地利用结构优化研究现状综述

1.2.1 国内外矿区土地复垦工作比较

1.2.2 国内外矿区土地复垦技术比较

1.2.3 国内外矿区土地复垦目标比较

1.2.4 国内外矿区复垦土地利用结构差异比较

1.3 开展本课题研究的意义

1.3.1 国内外土地利用结构研究的不足

1.3.2 开展本论文研究的意义

1.4 本文研究内容、方法和技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法与技术路线

1.4.3 本论文研究背景与数据来源

1.5 本章小结

参考文献

2 矿区复垦土地利用结构优化的理论基础

2.1 可持续土地利用理论

2.1.1 土地与土地利用

2.1.2 土地可持续利用的内涵与实质

2.2 土地合理利用理论

2.2.1 土地合理利用的内涵

2.2.2 土地合理利用系统

2.3 系统结构理论

2.3.1 系统结构原理

2.3.2 系统状态变化的可能方向

2.4 土地利用优化评价理论

2.4.1 合理性与可持续性的关系

2.4.2 土地利用景观优化

2.4.3 土地利用结构优化方法

2.5 本章小结

参考文献

3 矿区复垦土地利用结构生态优化研究

3.1 矿山-周边土地复合系统

3.1.1 矿区的概念

3.1.2 “矿区飞地”

3.1.3 “矿区飞地”可持续发展

3.1.4 “矿区飞地”土地复合利用系统

3.2 生态足迹法模型

3.2.1 生态足迹的概念及内涵

3.2.2 生态足迹的计算模型与步骤

3.2.3 世界及我国生态足迹成果

3.3 矿区生态足迹表达

3.3.1 “生物生产型土地”在矿区生态足迹计算中的修正

3.3.2 我国主要矿区生态可持续类型评价

3.4 矿区土地利用类型数量结构优化

3.4.1 生态足迹的多样性指数

3.4.2 生态经济复合系统发展能力

3.4.3 矿区复垦土地利用数量结构优化

3.5 本章小结

参考文献

4 矿区复垦土地空间结构优化研究

4.1 景观生态规划与设计要素

4.1.1 景观生态规划与设计的实质

4.1.2 土地景观空间结构的生态要素及组合

4.2矿区生态景观变迁及驱动因子

4.2.1矿区生态景观

4.2.2矿区生态景观变迁及定量分析

4.3 矿区复垦土地利用结构优化

4.3.1 当前我国矿区复垦土地利用景观格局模式

4.3.2 我国矿区复垦土地利用景观格局优化

4.4 本章小结

参考文献

5 矿区复垦土地利用结构产权优化研究

5.1 传统的矿业用地模式产生的问题

5.1.1 社会问题

5.1.2 经济问题

5.2 当前矿业用地模式和土地复垦制度实践及问题

5.2.1 当前矿业用地模式和土地复垦制度实践

5.2.2 当前矿业用地模式和土地复垦制度实践存在的问题

5.3 矿山复垦土地利用结构新模式总体设计及实践

5.3.1 模式设计原则

5.3.2 矿山复垦土地产权新模式设计思路

5.3.3 矿山复垦土地产权新模式设计实践

5.3.4 矿业用地“股份制”新模式的社会效应

5.3.5 政府优惠政策的扶持

5.4 本章小结

参考文献

6 矿区复垦土地利用结构优化实证研究

6.1 华丰矿区概况

6.1.1 华丰矿区自然特征

6.1.2 社会经济情况及土地利用现状

6.2 华丰矿区生态持续类型评价

6.2.1 华丰矿区生态足迹计算

6.2.2 华丰矿区生态承载力计算

6.2.3 华丰矿区生态赤字

6.3 华丰矿区复垦土地利用结构优化

6.3.1 华丰矿区复垦土地利用结构优化原则

6.3.2 华丰矿区复垦土地利用结构优化目标

6.3.3 华丰矿区复垦土地利用结构优化方法

6.4 结果与分析

6.5 本章小结

参考文献

7 结论与展望

7.1 研究成果与结论

7.2 本研究的创新点

7.3 需要进一步深入研究和解决的问题 2100433B

煤矿开采分为井工开采和露天开采两种方式，但不论何种方式开采，均会对煤矿区生态环境造成扰动，引起煤矿区地面景观格局发生变化，破坏地质结构，危害煤矿区的土地生态安全与持续发展。矿区土地生态安全问题在国外矿区也同样存在，探求合理有效的矿山复垦与复垦后土地利用结构用地模式一直是国内外矿山实践与研究的目标。

以往国内外研究多从单一的角度进行矿区复垦土地结构优化研究，本文结合导师的课题，在大量调查分析和广泛阅读国内外文献的基础上，考虑中国矿业开发的具体实际情况，首次系统地运用生态足迹、景观生态学原理和经济学原理，多角度地对复垦土地利用结构进行了优化研究，并利用实际矿山进行了实证，具体情况如下：

（1）明确了矿区土地持续、合理利用的内涵：土地利用系统是以生态-经济-社会为内容，合理性与可持续为目标的复合系统。土地可持续利用的内涵包含三层含义：一是生态容许；二是土地分配与使用上的代内和代际公平；三是土地资源的永续利用和保值增值。提出了矿区土地利用系统是复合系统，合理利用与持续利用是这一系统的总目标。这个总目标又有经济效益目标、社会效益目标和生态环境目标三个分目标相协调。

（2）指出了矿区复垦土地利用结构的优化过程是在矿区寻求土地的生态、经济、社会系统的平衡过程，并通过垦后土地利用的生态优化、空间优化和产权制度优化具体实现。

（3）本文明确指出了矿区土地是因采矿和直接受采矿影响而形成的“矿区飞地”。既然矿区是矿区可持续发展研究的起点，那么，矿区可持续发展问题的展开就不可能是只以矿业企业的发展为研究中心，矿区也不能单纯走以矿物开采和加工为主导的工业化道路，矿区应采取“飞地”方式持续发展。

（4）提出了矿区土地复垦是“矿区飞地”持续发展的基本措施。矿区土地复垦不仅是对受采矿扰动的矿区系统的修复，更是对受采矿扰动的矿区系统的综合治理。通过对“矿区飞地”的复垦治理，使矿区的生态、经济、社会效益相协调，获得高于原系统的叠加效能。通过对“矿区飞地”复垦，不仅可以恢复损毁土地，而且通过损毁土地的复垦，恢复矿区“经济飞地”和 “社会飞地”的效能，使矿区土地复垦与其他损毁地复垦具有明显区别，如通过复垦实现工业资本带动农业发展。

（5）分析得出了矿区土地复垦不仅仅是矿区损毁土地质量的物理修复，更重要的是矿区复垦土地利用结构的优化。生态足迹是一种将生态、社会与经济关系有机联系起来，表达当前土地利用数量结构对生态环境以及土地利用是否可以持久维持的合理方法，是实现矿区土地利用结构数量优化方法。

（6）初步对我国煤矿区进行了可持续类型区划分。本文依据生态足迹指标，根据我国生态足迹的计算结果和wackeragel关于世界52个国家和地区生态足迹的计算结果和我国煤矿区的区位特征得出，云南的小龙潭煤矿区处于生态可持续环境之中，其他矿区均为生态不可持续区。

（7）研究得出了提高矿区生态经济系统发展能力的手段是提高矿区生态足迹的多样性，即增加矿区的土地利用类型。矿区复垦土地方向应根据土地自然特点，首先增加矿区复垦土地利用类型，在此基础上，通过多方案生态足迹对比，寻求矿区复垦土地利用的合理结构，最终确定矿区损毁土地的复垦方向和复垦数量，并通过复垦带动矿区经济发展。

（8）明确了采矿活动发生之前，当地的景观生态系统通过内部生物之间、生物与环境之间、环境与社会的相互作用和系统内物种的自我组织、自我调整过程而逐步达到了相对稳定状态，其物种组成、物种数目、丰度以及食物网的结构都是与该地、该时的环境相适合的“佳选择”。

（9）总结得出了我国目前的矿区景观恢复模式基本为三种类型，并指出了各自存在的问题。这三种基本模式包括华北平原区耕作类型结构、江苏省铜山县的水陆并举类型结构和淮北水养类型结构，这三种类型存在的普遍问题是对影响矿区复垦的经济因素考虑较多，对生态因素考虑较少，不但缺乏对景观结构特征和空间关系的定量分析，而且斑块-廊道-基质模式的确定缺乏现代大农业生产的思想。

（10）构建了适合于北方平原、丘陵地区的矿、村综合开发的矿区景观恢复空间结构。在这种新的结构中，村庄实施城镇化搬迁与矿山生产生活区连接，分布在大农业区的边缘，畜禽养殖场以及农副产品加工厂分布在村庄附近，畜养场以外布局果园或农田，采取种、养、加一体化，贸、工、农一条龙的综合经营模式。在农、牧各行业横向并联的基础上，向各行业投入产出远端发展，做到农、牧、工、商多层次多专业综合经营，实现矿区复垦土地利用结构的空间优化。

（11）本文分析得出了合理持续的土地复垦方向首先应满足生态要求，同时空间布局上应满足景观原理，这样不仅有利于提高土地生产力，而且有利于实现土地的环境保护功能。指出了实现上述要求，必须首先满足三个基本条件：一是矿区土地复垦的资金保障，即能按生态要求提供相应复垦工程资金；二是矿业用地、农用地和垦后土地产权清晰；三是垦后土地有适宜的收益项目。明确了当前国内矿山开发引发的许多社会与经济矛盾源于矿区沉陷地等土地的所有权虚为国有；矿山复垦主动性减弱；矿区复垦资金难有保障；矿、农互为对立体、缺乏有意识的联合等因素，使矿区土地复垦难以形成良性循环，必须进行矿业用地模式和土地复垦制度改革。

（12）明确指出了目前尝试的矿业用地和矿区土地复垦制度的不足。本文对临时用地制度、年租制、土地股权制度、土地等量置换制度等进行了系统分析，认为这些类型各有其不同的特点和适用范围，但共同的不足是：把矿业用地作为矿业成本；矿、农没有共赢的意识和没有发挥强大的、先进的工业资本的优势。基本的问题是上述的矿业用地实践没有从根本上解决矿区土地复垦的资金、产权和收益问题。

（13）确立了矿区复垦土地产权优化的总体思路应该是立足矿区特殊的开采破坏特征和矿区的生命周期，立足我国新时期、新世纪的发展目标，立足矿区与矿业的持续发展、农民增收等中心问题，以资源产权为纽带，以市场为导向，以复垦土地产权结构优化为突破口，创新矿业用地获得方式，整合矿用土地与矿业产权，使矿、农双方由补偿消费型矛盾对立方转变成开发增效型的经济利益共同体，在矿区形成城乡统筹、矿、村互动共同发展的新格局。即：以矿区损毁土地复垦为起点，矿山可以采取购并的方式将塌陷损毁地以及涉及人员一并并入矿山，由矿山出资复垦并组建公司实行产业化经营使用复垦土地；或者矿山以投入复垦资金和后期产业开发资金为股本，农户以损毁前土地估价金额为股本，组建产业公司，在复垦后的土地上开展产业化经营，农户和矿山是产业公司的股东，土地经营权属于产业化经营公司。

（14）明确了矿业用地新制度框架的意义是为新设立矿山的用地制度提供新思路。通过矿区土地股份合作制度改革，微观层次上，改善矿区农民因征地造成的耕地减少而导致的生活水平下降的问题；宏观层次上，实现工业带动农业发展，为国内矿山如何化解长期以来形成的矿、农对立，分割发展的矛盾提供先例；通过矿山经营模式的创新，为国内矿业集团如何在落后农村地区做大做强实现可持续发展提供了经验；通过多元化切实增进矿山的后劲与抗风险能力，为矿山提高自身的经济效益进行示范；带动农业发展，解决农民问题，实现“公司 农户”的深层次突破，切实实现“发展自己，服务社会”的企业宗旨。

（15）本文运用系统学理论和线性规划的方法针对矿区土地复垦中的用地结构进行了分析，并以山东新汶矿业集团华丰矿区为例，进行了矿区复垦土地利用结构的优化实证研究。这种实证使我们对我国北方地区矿区复垦土地利用优化模型的建立有以下两点认识：矿区整治土地利用优结构模型的质量取决于决策变量、价值系数和约束条件的选择和确定。决策变量要从矿区生态、景观和社会经济条件选择可控制的因素；价值系数只有在全面分析矿区土地利用现状的基础上，采用各种方法进行预测，才能正确给定；而约束条件则要全面分析实现目标的限制因素，准确地选出关键性制约因素和平衡条件。华丰矿区复垦土地利用结构优化模型是采取定性分析与定量分析有机结合的优化模型方法而建立的。这种方法能在定性分析的基础上进行系统性的定量综合，用简明的数学模型表达复杂的矿区土地利用系统，从满足诸约束条件的众多规划方案中寻求使目标函数达到佳的规划方案。实践表明，这是一种研究矿区土地复垦较为有效的定量综合方法。

（16）目标规划法是矿区土地复垦土地利用结构优化方法，它不但可以克服目前常用的线性规划、灰色线性规划方法存在的仅以土地利用的数量优化为重点的单目标优化的弊端，还可以改变单纯以经济效益为目的的土地利用方式，实现土地利用理念的变革。

任何一座矿山，不论它地处发达富裕的城市地区，还是位居贫穷落后的边远山区；不论是在高原沼泽，还是在荒漠草地，社会经济发展方向和可能达到的发展目标都不是惟一的。一个矿区工农业生产布局存在各种不同的方案可供选择，矿山垦后土地利用方式也存在着多种多样的方案，可以出现许许多多的状态和空间景象。在多种方案的比较和选择中确定适合矿区未来发展目标的土地利用结构，将会避免盲目性。

本文的最终目标是通过矿区复垦土地利用结构优化改变矿区土地粗放利用、退化严重、生态环境恶化以及人们对矿区经济社会普遍不满的现状，使人类需求与生态完整性协调，走出恶性循环，走向良性发展。

中文名称

矿区[土地]复垦

英文名称

land reclamation in mining area

定　　义

对矿区已破坏的土地进行的土地复垦。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤矿环境保护（二级学科），矿区生态破坏与恢复（三级学科）

我国是产煤大国，煤炭消费大国，同样也是土地塌陷面积大国，每年因采煤造成塌陷面积约 1.3x104hmZ，其中一半以上集中于平原地区，尤是充滕两淮地区，包括山东省充州、济宁、枣庄、滕州、临沂、肥城，江苏省徐州、安徽省淮南、淮北、毫州、宿州等地市。上述大多数矿区的含煤层均处于地下深层和多层，采煤方式是反复轮回式，加之开采强度逐年加大，引起了地面严重塌陷，形成了采煤塌陷区，导致大量耕地丧失和生态环境恶化等问题。土地塌陷造成了地面的沉降、地表裂缝及熔岩塌陷，使得塌陷区土地地貌改变，并严重的影响到地表建筑的安全。同时，塌陷还造成地下潜水位的抬升，在土壤毛细管及蒸发作用下，盐分积聚于表土导致土地盐渍化，使得农作物生长发育不良，产量低，严重影响了土地的生产功能，加剧了人与土地之间的矛盾，引发了一系列的社会问题;而且矿山塌陷土地由于长期得不到有效利用，其植被生长差、水土流失严重等，对该地区的生态环境带来了十分不利的影响，严重威胁了生态安全;此外，煤炭资源是不可再生资源，随着资源的开采殆尽，如不注重生态环境修复，矿区最终走向了土地荒芜、环境恶化、经济衰竭的“矿竭城衰”的局面。

中国井下采煤占煤炭总量的95%以上。因此，采煤塌陷地是中国矿区破坏最为广泛、影响最为严重的土地 “挖深垫浅”、充填复垦 粉煤灰充填塌陷区复土营造人工林复垦方法、深浅交错尚未稳定塌陷区鱼鸭混养或果蔬间作复垦方法、利用大水面塌陷区发展网箱养鱼和兴建水上公园重建矿区生态环境的复垦方法。

4‘1.1土地平整

土地平整复垦模式主要针对地表塌陷非积水区，这部分塌陷区一般地表塌陷较浅或塌陷较深但仍处于当地地下水位以上，并未造成区域积水。根据资料显示，两淮煤矿塌陷盆地非积水区约占煤矿塌陷的20%~40%之间，其复垦潜力巨大。

4.1.2挖深垫浅

挖深垫浅复垦模式用于沉陷较深，有积水的高、中潜水位地区，且水质适宜于水产养殖，将塌陷区在季节性积水较深区域在早季进行挖深取土，并将土填在塌陷较浅的区域，然后将较浅区域复垦为耕地，较深区域就势建塘养鱼，塘边坡地栽树种草的一种工程技术方法，挖深垫浅法操作简单、适用范围广、经济生态效益显著挖深垫浅常用的工程措施主要包括泥浆泵抽取法或推土机搬运法。采用挖深垫钱进行土地复垦时，表土是否剥离还取决于塌陷区土壤的理化性质，挖深垫浅的深度必须适宜，研究表明地表塌陷区域深度在1.5一4om范围内易于采用挖深填浅进行综合治理，在塌陷深度<1.5和>4.0的区域不宜进行挖深垫浅作业，对于地下水位埋藏较浅的区域，如地下水位小于2m，可在1.5~3.0m之间的塌陷区内进行挖深垫浅，如地下水位大于2m，可在2.0m~4om之间进行挖深垫浅，其挖深和垫浅原则上不应超过2m。原则上挖深和垫浅部分应基本上保持挖方和填方工程量的平衡。垫浅部分用于农业种植的耕地，一般应高于地下水位0sm，以防止渍涝对农作物的伤害，其防洪标准一般不应小于5年一遇洪水标高

4.1.3固体物料回填造地

1、煤研石回填

煤研石是一种可燃性矿石，形成于聚煤盆地煤层沉积的过程，是成煤物质和其他物质相结合而产生的。煤研石随着煤炭开采和加工过程不断产出，致使大量的煤研石堆积地面形成成研石山。煤研石山压占大量土地，使得土地生产力下降，造成景观破坏，尤其是煤研石自燃产生的有毒有害气体将直接导致大气和水体的

污染。应用煤研石作为塌陷区造地复田的充填材料，既可以恢复煤矿塌陷区原始地貌，又可减少研石山占地，消除研石山对环境的污染，是一条综合治理和恢复矿区生态环境的有效途径。

随着两淮矿区社会经济的全面发展，两淮人口与耕地的矛盾日趋凸显，利用研石填充作为建设用地，不但可以节约土地，使搬迁居民就近耕种土地，而且也解决了研石山对环境的污染破坏。

2、粉煤灰回填

粉煤灰是火力发电厂燃煤后余下的灰分和部分未燃的物质，粉煤灰类似于砂壤土，其组成结构以砂粒和粉粒为主，含有一定量的粘粒，平均粒径为0.O69mm，不均匀系数为6.4。密度、容重较小，孔隙比和孔隙率都较大，因此，粉煤灰结构松散，透气性好，田间持水量小，淋溶性能强，易干旱。我国对粉煤灰的利用，主要是修筑公路和作水泥的掺和料，但还有大

量的粉煤灰堆存于山谷或平原型贮灰场中，粉煤灰堆存耗费大量资金(约20多元八)、占用了大量土地，此外，粉煤灰如不加以处理，还会会产生扬尘，污染大气;排入河道水系会造成河流淤塞、污染水质、导致生态环境的恶化。2100433B