某廢棄礦山生態(tài)破壞與環(huán)境修復(fù)研究

朱 鵬， 張軼群， 陳建昌， 徐巧兵， 尉小龍

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

某廢棄礦山生態(tài)破壞與環(huán)境修復(fù)研究

朱 鵬， 張軼群， 陳建昌， 徐巧兵， 尉小龍

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

礦產(chǎn)資源的開發(fā)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，同時(shí)，卻又不可避免的破壞礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，因此，礦山環(huán)境修復(fù)治理成為了近年來我國(guó)重點(diǎn)解決的一項(xiàng)工作任務(wù)。以北京順義區(qū)某廢棄礦山為例，詳細(xì)分析了該礦山生態(tài)環(huán)境問題及形成的原因，提出了修復(fù)治理設(shè)計(jì)方案以及預(yù)期效益，最后通過本次設(shè)計(jì)方案研究得出兩點(diǎn)心得體會(huì)，以供他人參考。

礦產(chǎn)資源開發(fā)；生態(tài)環(huán)境修復(fù)；廢棄礦山；設(shè)計(jì)方案

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求日益迫切，在礦業(yè)取得巨大成就的同時(shí)，造成了嚴(yán)重的礦山環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害問題。目前我國(guó)因露天開采、開挖各類廢渣、廢石及尾礦堆置等，破壞與侵占的土地面積超過了40.02萬km2。全國(guó)土地復(fù)墾率不足12%，其中露采礦山的生態(tài)恢復(fù)率更低，造成眾多青山翠柏中處處可見“斑禿”的采石場(chǎng)，使礦區(qū)成為國(guó)土范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞最嚴(yán)重的區(qū)域(薛凱喜等，2012；劉仁芙，2002)。

北京市從2000年到2004年共關(guān)閉礦山1353座，到2007年底固體礦山數(shù)量減少了70%(李金海，2008；甘敬，2007)。2013年，《北京市2013—2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃重點(diǎn)任務(wù)分解——2016年工作措施》明確指出，對(duì)遠(yuǎn)郊區(qū)縣的廢棄礦山、荒地實(shí)施生態(tài)修復(fù)和綠化，恢復(fù)生態(tài)植被和景觀，不斷推進(jìn)開采巖面治理。由此，北京市國(guó)土資源局從2013年陸續(xù)開始對(duì)市區(qū)周邊廢棄礦山環(huán)境進(jìn)行修復(fù)治理。

筆者有幸參與了北京市順義區(qū)某廢棄采石場(chǎng)環(huán)境修復(fù)治理工程的設(shè)計(jì)方案研究，本文以該采石場(chǎng)生態(tài)環(huán)境為研究?jī)?nèi)容，詳細(xì)介紹廢棄采石場(chǎng)生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理的地質(zhì)勘察工作，設(shè)計(jì)方案研究等內(nèi)容，為今后類似工程提供參考。

1 治理區(qū)基本情況

1.1 礦山開采歷史及現(xiàn)狀

該采石場(chǎng)主要礦種為石灰石礦，開采于1970年代，生產(chǎn)碎石和建筑用砂，為私營(yíng)礦山，露天開采。1990年代礦山關(guān)閉廢棄，治理責(zé)任人滅失。采礦形成的廢棄開采平臺(tái)及邊坡基巖裸露，大風(fēng)揚(yáng)塵，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響區(qū)內(nèi)居民生產(chǎn)生活；礦區(qū)水土流失嚴(yán)重；礦山位于公路、居民遷建房可視范圍內(nèi)，視覺污染嚴(yán)重。

1.2 礦山地質(zhì)概況

(1)地形地貌。治理區(qū)位于順義區(qū)西部淺山區(qū)，地勢(shì)整體上西高東低，海拔高度86～300 m(圖1)。山體自然坡度較緩，主要坡度在10°～30°，但經(jīng)過長(zhǎng)期采石，采石面形成多個(gè)高陡邊坡，基本無臺(tái)階，坡角61°～87°，部分近乎垂直，邊坡高約6～50 m。治理區(qū)主要邊坡沿溝谷呈東西向分布，存在典型的陰坡和陽坡。

圖1 治理區(qū)地形地貌圖Fig.1 Topographic map of the region

(2)地層巖性。治理區(qū)地層由老至新包括：

霧迷山組(Jxw4)：主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)砂巖，是治理區(qū)的主要巖性，產(chǎn)狀為125°～145°∠15°～25°，巖體強(qiáng)-中風(fēng)化，厚度2.5～4 m。

第四系殘坡積層：主要包括中更新統(tǒng)(Q2edl)深紅色或棕紅色含礫粘土和全新統(tǒng)(Q4edl)褐色粘土夾礫石。上更新統(tǒng)(Q3edl)深紅色或棕紅色含礫粘土在治理區(qū)東南部山前呈條帶狀少量分布。全新統(tǒng)(Q4edl)褐色粘土夾礫石覆蓋在霧迷山組和中更新統(tǒng)(Q2edl)之上，在治理區(qū)分布不均，含植物根系，自然坡體上厚度約0.1～0.2 m，僅在項(xiàng)目東南部少部分稍厚，約0.2～0.5 m，土質(zhì)稍密。

人工填土(Q4ml)：主要成分為采礦廢渣(石)，碎石粒徑5～90 cm不等,為人工雜亂堆積，一部分沿開采平臺(tái)或斜坡堆積，密度松散-中密，一部分堆積在溝底，經(jīng)礦區(qū)車輛多年碾壓，多呈中密狀，工程地質(zhì)條件較差。

(3)地質(zhì)構(gòu)造。治理區(qū)周邊的主要構(gòu)造為大羊山短軸背斜，其位于小湯山幅東北地段，背斜軸位于下王峪—木廠一線，呈NW310°展布，出露長(zhǎng)度7.5 km，背斜核部被大羊山花崗巖侵入，霧迷山組第四段地層構(gòu)成兩翼。

治理區(qū)位于大羊山短軸背斜南翼莊戶廟-木廠一帶弧形褶皺帶的東南側(cè)，變形已趨于緩和，但受構(gòu)造影響，節(jié)理較發(fā)育。

(4)氣象水文條件。治理區(qū)氣候溫和，雨量充沛，屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱的大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。由于受冬、夏季風(fēng)影響，形成春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季干燥嚴(yán)寒的氣候特征。多年平均氣溫11.8 ℃，1月平均氣溫4.9 ℃，7月平均氣溫25.7 ℃。

全區(qū)年日照時(shí)數(shù)為2 750 h，日照率達(dá)64%。初霜期在10月下旬，終霜期在4月上旬，無霜期195天左右。年均相對(duì)濕度50%，但全年蒸發(fā)量卻可高達(dá)2 134.1 mm，相當(dāng)于降水量的三倍多，所以屬于相對(duì)較干旱的地區(qū)。

全區(qū)年平均降水量約625 mm，降水主要集中在7、8、9月份，這三個(gè)月占年降水量的70%～80%，近10年來最大年降雨量為785 mm，如圖3所示。冬季降水量只占全年降水量的8%左右，冬季區(qū)內(nèi)凍結(jié)深度為1 m，多年平均水面蒸發(fā)量約為1 175 mm。

順義境內(nèi)有大小河流20余條，分屬北運(yùn)河、潮白河、薊運(yùn)河3個(gè)水系，河道總長(zhǎng)232 km，徑流總量1.7×108m3。地表水年平均可用量為4 300×104m3，地下水年平均可開采量約為4×108m3。治理區(qū)屬于溫榆河上游支流的上游溝谷區(qū)，距離東南方向的京密引水渠僅3 km。

溫榆河，屬北運(yùn)河水系，它的上游由南沙河、北沙河、東沙河、藺溝河四條支流在沙河鎮(zhèn)和曹碾?yún)R合匯集而形成心狀的溫榆河系，河道全長(zhǎng)63.5 km，總流域面積2 768 km2。其中主河道在昌平區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)19 km，流域面積1 237 km2。東沙河由老君堂溝、上下口溝、錐石口溝、德勝口溝匯合而成，總流域面積287.73 km2，主干河長(zhǎng)14 km，縱坡2.8‰，在沙河鎮(zhèn)流入溫榆河，山區(qū)徑流全部被十三陵水庫所截。

表1 順義區(qū)多年降雨量統(tǒng)計(jì)表

京密引水渠，簡(jiǎn)稱京引，是北京市內(nèi)的引水渠，全長(zhǎng)112.7 km，始建于1960年，一期工程于1961年建設(shè)完成，二期工程則在1966年完工，其工程總目標(biāo)為引密云水庫攔蓄的潮白河河水進(jìn)入北京市區(qū)。京密引水渠是北京市最主要的供水線路。

2 礦山生態(tài)環(huán)境問題及成因探討

2.1 礦山生態(tài)環(huán)境問題

由于早期多年的石灰?guī)r礦無序開采活動(dòng)，在治理區(qū)內(nèi)形成多處裸露的采坑、巖質(zhì)邊坡和開采平臺(tái)，無植被覆蓋。開采遺留的廢渣(石)雜亂堆放，壓占土地，破壞原有植被，產(chǎn)生一系列生態(tài)環(huán)境問題，主要包括：

(1)開采平臺(tái)、采坑、廢渣堆破壞生態(tài)環(huán)境。治理區(qū)發(fā)現(xiàn)9個(gè)開采廢渣平臺(tái)，平臺(tái)高差1.30～21.80 m，面積558～18 770 m2，平臺(tái)上遍布著規(guī)模不一的廢渣(石)堆和采坑，破壞了區(qū)內(nèi)原有土壤層，幾乎無植物生長(zhǎng)(圖2，圖3)。

(2)開采邊坡破壞生態(tài)環(huán)境。治理區(qū)內(nèi)在采礦過程中破壞了原始植物資源，造成大量的地表土剝離、山體巖質(zhì)邊坡裸露，使植物失去生長(zhǎng)的立地條件，嚴(yán)重破壞了治理區(qū)內(nèi)原有的生態(tài)環(huán)境。經(jīng)調(diào)查，治理區(qū)內(nèi)由于采礦活動(dòng)形成12個(gè)邊坡，破壞面積24 591 m2(圖4，圖5)。

圖2 PT02現(xiàn)狀照片 圖3 PT03現(xiàn)狀照片F(xiàn)ig.2 The status photos of PT02 Fig.3 The status photos of PT03

圖4 BP02現(xiàn)狀照片 圖5 BP11現(xiàn)狀照片F(xiàn)ig.4 The status photos of BP02 Fig.5 The status photos of BP11

(3)廢渣破壞周邊荒山植被。治理區(qū)隨意堆積的礦渣掩埋了原生植被資源，造成大面積植物死亡，大風(fēng)天極易揚(yáng)塵，水土流失嚴(yán)重；大量的地表土剝離和礦渣堆積嚴(yán)重破壞了治理區(qū)內(nèi)原有的生態(tài)環(huán)境。經(jīng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)由于廢渣堆積形成4處荒山區(qū)域，這些區(qū)域目前僅有灌木生長(zhǎng)，零星堆積的廢渣碎石區(qū)幾無植被生長(zhǎng)，與周邊環(huán)境形成明顯差異。

2.2 破壞生態(tài)環(huán)境的成因分析

礦山地質(zhì)環(huán)境問題的成因復(fù)雜多樣，根據(jù)本礦山開采歷史、地質(zhì)環(huán)境條件等，筆者認(rèn)為造成該礦山地質(zhì)環(huán)境破壞的原因主要包括人為因素和自然因素。

(1)人為因素。礦山地質(zhì)環(huán)境問題，顧名思義，是由于礦山開采引起的環(huán)境問題，和其他礦山一樣，造成本礦山地質(zhì)環(huán)境問題的根本的原因是上世紀(jì)70年代在該區(qū)進(jìn)行的私挖亂采活動(dòng)，由于當(dāng)時(shí)政府部門管理方面的法規(guī)和體制不甚健全，采礦者地質(zhì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄，只是一味的追求短期效益，只顧自己，不顧他人，在常年的開采過程中，逐漸在該區(qū)形成面積達(dá)0.2 km2、巖質(zhì)邊坡遍布、廢渣亂堆的不毛荒地。

圖6 治理區(qū)遙感影像圖(2005年) 圖7 治理區(qū)遙感影像圖(2015年)Fig.6 Remote sensing image of the region(2005) Fig.7 Remote sensing image of the region(2015)

(2)自然因素。首先，治理區(qū)地層以白云質(zhì)灰?guī)r為主，石灰石礦的開采一般以露天為主，并且開采時(shí)易形成較陡峻的臨空面，形成崩塌隱患；其次，治理區(qū)降水主要發(fā)生于6～10月份，且多發(fā)生暴雨，具有出現(xiàn)頻率高、規(guī)模小、強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)；并且治理區(qū)季節(jié)溫差及晝夜溫差均較大，這些均是增強(qiáng)風(fēng)化作用的不利因素，裸露巖質(zhì)邊坡在強(qiáng)烈的風(fēng)化作用下，節(jié)理裂隙極其發(fā)育，表層多為一層粉末狀——碎塊狀的殘坡積碎石，邊坡整體受節(jié)理裂隙控制也會(huì)產(chǎn)生不同規(guī)模的危石塊體等，形成災(zāi)害隱患；最后，治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境自我修復(fù)能力基本全無，礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)包括自然修復(fù)和人工修復(fù)兩種措施，在我國(guó)，一些煤礦開采形成的環(huán)境問題，通過簡(jiǎn)單的圍封封禁措施，利用自然界存在的雨、風(fēng)、重力及凍融等各種生物、化學(xué)和物理等作用，可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境的自然修復(fù)(胡振琪，2014)。而從該治理區(qū)2005年和2015年遙感影像對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，歷史上破壞的地形地貌在十年間幾乎沒有變化，依舊沒有植被生長(zhǎng)(圖6，圖7)。可以推斷，即使再過幾十年，若不借助外力，此處生態(tài)環(huán)境難以自我修復(fù)，會(huì)持續(xù)對(duì)大氣生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。

3 治理設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)本著適量、適度的原則，圍繞植被恢復(fù)為中心，首先對(duì)治理區(qū)對(duì)大氣環(huán)境影響大的廢棄開采平臺(tái)、邊坡及平臺(tái)上的采坑、廢渣(石)堆進(jìn)行地形整治工程。其次，結(jié)合項(xiàng)目地形特點(diǎn)，分別對(duì)整治后的平臺(tái)、邊坡和道路兩側(cè)進(jìn)行綠化，并結(jié)合治理區(qū)周邊綠化情況，在治理區(qū)內(nèi)荒山穴植喬木進(jìn)行綠化。最后，為配合綠化項(xiàng)目順利開展，保護(hù)覆土、景觀林和觀景游客等，設(shè)置了蓄水池、隔離欄和石籠墻、聯(lián)絡(luò)線等配套工程。

通過實(shí)施綠化工程，可恢復(fù)治理區(qū)的生態(tài)環(huán)境，減少露天堆積的廢渣、廢土等固體廢物對(duì)區(qū)內(nèi)造成的揚(yáng)塵污染；同時(shí)促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展，進(jìn)一步解決當(dāng)?shù)卮罅扛挥鄤趧?dòng)力，提高當(dāng)?shù)鼐用竦娜司杖牒蜕钏?，具有較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益(圖8，圖9)。

圖8 治理區(qū)現(xiàn)狀 Fig.8 The current situation of the region

圖9 治理后效果圖Fig.9 The design sketch of the region

4 結(jié)語

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案已于2015年9月通過國(guó)家相關(guān)部門的審批，目前已進(jìn)入工程施工準(zhǔn)備階段，相信隨著該項(xiàng)目的實(shí)施，能夠達(dá)到恢復(fù)治理區(qū)生態(tài)環(huán)境的目的。在此過程中，筆者對(duì)于該類工程設(shè)計(jì)方案的研究編制有以下經(jīng)驗(yàn)心得，以供他人參考：

(1)隨著我國(guó)對(duì)地質(zhì)環(huán)境修復(fù)治理的不斷重視，近年來礦山環(huán)境修復(fù)工程在我國(guó)大力開展，與此同時(shí)，建設(shè)單位對(duì)工程的設(shè)計(jì)方案要求也越來越高，對(duì)方案的多元化、實(shí)效性更加重視，因此，礦山環(huán)境修復(fù)治理設(shè)計(jì)要更多的與園林綠化、排水灌溉、地質(zhì)景觀等專業(yè)相結(jié)合，這樣工程治理的效果不僅可以達(dá)到破壞前的生態(tài)環(huán)境，甚至有可能創(chuàng)造出新的景觀，以推動(dòng)當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)發(fā)展。

(2)做為礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理設(shè)計(jì)方案人員，應(yīng)多參考已建好的同類型工程實(shí)際效果，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，必要情況下，可采取動(dòng)態(tài)化施工管理，即在施工中發(fā)現(xiàn)不合理方案及時(shí)變更，從而得到最優(yōu)化的治理效果。

甘敬. 2007. 北京山區(qū)關(guān)停廢棄礦山現(xiàn)狀及生態(tài)修復(fù)對(duì)策[M]//北京林業(yè)發(fā)展論壇論文集.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，68-74.

胡振琪. 2014. 論煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)、自然修復(fù)和人工修復(fù)[M]. 煤炭學(xué)報(bào)，25(3):1751-1757.

李金海. 2008. 生態(tài)修復(fù)理論與實(shí)踐——以北京山區(qū)關(guān)停廢棄礦山生態(tài)修復(fù)下程為例[M]. 中國(guó)林業(yè)出版社，106-128.

劉仁芙. 2002. 我國(guó)土地復(fù)墾形勢(shì)與政策建議[J]. 中國(guó)土地，25(3):31-34.

薛凱喜. 2012. 誘發(fā)山地公路地質(zhì)災(zāi)害的極端降雨事件辨識(shí)模型[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，35(3):263-269.

Abtract:The development of mineral resources for the development of the national economy has made tremendous contributions. At the same time, It destroy the mining area ecological environment inevitably. Therefore, mine environmental restoration become the focused task in our country recently. This paper take an abandoned mines in Shunyi District in Beijing as an example, analysised the problems of ecological environment in mines and its causes, proposed remediation design scheme and the expected benefits. Finally, shared two ideas of experience through the study of the design, for reference to others.

Study on the Design Scheme of Ecological Environment Restoration and Management for one Abandoned Mine

ZHU Peng， ZHANG Yi-qun， CHEN Jian-chang， XU Qiao-bing， WEI Xiao-long

(Research Institute No.203 CNNC，Xianyang Shanxi，712000)

development of mineral resources, ecological environment restoration, abandoned mines,design scheme

2016-05-31

朱 鵬(1984—)，男，碩士，主要從事環(huán)境地質(zhì)及水文地質(zhì)工作。E-mail:664985387@qq.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.04.006

X141

A

1674-3504(2016)04-0341-06

朱鵬，張軼群，陳建昌,等.2016. 某廢棄礦山生態(tài)破壞與環(huán)境修復(fù)研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，39(4)：341-346.Zhu peng，Zhang Yi-qun，Chen Jian-chang，et al.2016. Study on the design scheme of ecological environment restoration and management for one abandoned mine[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(4)：341-346.