晉寧磷礦排土場生態(tài)修復(fù)與景觀再造研究

張明天 侯克鵬 王 亞 孫 偉 劉 磊 王稷晗

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南省中-德藍色礦山與特殊地下空間開發(fā)利用重點實驗室，昆明 650093；3.山東煙臺黃金培訓(xùn)中心，山東 煙臺 264006)

礦產(chǎn)資源是不可再生資源，礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用都會給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來不同程度的影響[1,2]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活質(zhì)量不斷提高，對自然環(huán)境也提出了越來越高的要求[3-5]。2013年，習(xí)近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”的重要思想。礦業(yè)作為周邊生態(tài)環(huán)境損壞影響最大的行業(yè)之一，給周圍環(huán)境帶來不同程度的損害，為了最大限度地降低開采活動給環(huán)境帶來的負面影響，要求在礦產(chǎn)資源開采后采取土地生態(tài)修復(fù)的末端治理措施，如土地復(fù)墾等，同時也要求在礦山開采設(shè)計中貫徹“生態(tài)恢復(fù)”的理念，從而將在資源開采過程中帶來的生態(tài)環(huán)境壓力在源頭進行減量[6-9]。但是，在國內(nèi)外的露天礦排土場設(shè)計中，為了追求經(jīng)濟效益最大化的核心目標，對排土場引起的環(huán)境損害不予重視，從而導(dǎo)致后期恢復(fù)治理產(chǎn)生巨額費用[10]。

本文以晉寧磷礦排土場為研究對象，以礦山排土場作業(yè)和生態(tài)環(huán)境損害修復(fù)與景觀再造為切入點，研究排土場設(shè)計與生態(tài)修復(fù)治理的優(yōu)化設(shè)計方法。礦山前期開采破壞了原有植被，局部范圍內(nèi)的林草覆蓋度、景觀生態(tài)、植被群落與結(jié)構(gòu)等都發(fā)生變化，局部范圍及短時間內(nèi)土壤侵蝕加劇，對礦區(qū)及周邊地區(qū)的小氣候、小環(huán)境有一定影響[11]?；跁x寧磷礦露天開采的生產(chǎn)特點，應(yīng)用開采的原始生態(tài)痕跡的思路，分析礦山生產(chǎn)帶來的生態(tài)損害內(nèi)容，這些礦山土地生態(tài)的損害是由前期礦山生產(chǎn)過程中挖損、壓占等直接造成的。本文將礦山排土場設(shè)計與后期生態(tài)修復(fù)與景觀再造相結(jié)合，優(yōu)化礦區(qū)生產(chǎn)、生活空間格局，綜合考慮排土場覆土土壤理化性質(zhì)、肥力性質(zhì)、重金屬污染特征、植被生長指標以及與周邊環(huán)境的融合等，建立多元化主題公園，如植物園、露天礦山博物館等。有效的治理和修復(fù)是實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，礦山健康的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)關(guān)系到礦區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[12-14]。體現(xiàn)了習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)文明發(fā)展的重要理念，還能通過業(yè)主方自行投資修復(fù)并進行景觀再造，減輕政府的資金壓力[15]。

1 工程背景

1.1 礦區(qū)自然地理與水文概況

礦區(qū)地處云南高原腹地，高原湖泊滇池的東南面，屬金沙江水系滇池流域，南部鄰近南盤江水系分水嶺地帶，屬高原低中山地貌區(qū)，總體山勢北低南高，最高山地海拔2 483.5 m，最低點2 090 m，礦區(qū)東西兩側(cè)山坡陡峻，分水嶺頂部為一斷面呈“M”型、寬1～2 km的巖溶谷地，谷底標高2 100～2 300 m。礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫14.6 ℃，最高氣溫30.3 ℃(5月)，年最低氣溫-6 ℃(1月)。礦山位于分水嶺地帶，區(qū)域地表水遠離礦區(qū)，其間泥質(zhì)巖隔水層分布，地下水對礦區(qū)無充水影響。年降雨量最大1 172.1 mm，最小625.7 mm，年平均降雨量925.4 mm，年平均相對濕度74%，年蒸發(fā)量1 874 mm，全年可分干、雨兩季，雨季多在5～10月，集中全年80%的降水，雨型多為陣雨，降雨量強度88.4 mm/d，平均風(fēng)速2.9 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向南南西，最大風(fēng)速15 m/s。

1.2 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

采區(qū)周邊主要為林地，生態(tài)景觀良好。經(jīng)多年開采，采場地表現(xiàn)已無植被，辦公生活區(qū)周邊有少量植被。礦區(qū)屬高原中低山地貌，區(qū)域內(nèi)高程變化起伏大，大部分區(qū)域地形起伏坡度較大?？傮w而言，采坑周邊原有土地景觀類型消失，礦區(qū)地表植被少，生態(tài)景觀較差，植被以灌木、荒草為主。現(xiàn)場調(diào)查，礦區(qū)周邊主要分布樹種有云南松、旱冬瓜、滇樸及狗牙根等。

2 排土場概況

6#坑位于晉寧磷礦最南邊，為礦區(qū)最大的露天采場，礦坑總體上呈橢圓形，南北長約2 650 m，東西寬約1 475 m，目前已到生產(chǎn)末期，即將閉坑(設(shè)計技改期全部開采結(jié)束)，生產(chǎn)過程中形成東、西兩個采場。6#坑排土場(簡稱排土場)位于6#坑?xùn)|采場。6#坑?xùn)|采場南北長約2 650 m，東西寬約530 m，最東邊為一南北向的坑壁，坑壁最大坡高約90 m，組成坑壁的巖性主要為白云巖、砂巖。排土場現(xiàn)狀見圖1，排土場全景圖見2。

圖1 排土場現(xiàn)狀圖Fig.1 Current of dump

圖2 排土場全景圖Fig.2 Panorama of dump

3 排土場生態(tài)修復(fù)方案

3.1 修復(fù)方案設(shè)計研究

統(tǒng)籌考慮整體生態(tài)環(huán)境的修復(fù)措施，按照開采規(guī)劃進度，將排土場與西部已復(fù)墾植被區(qū)結(jié)合，回填覆土后進行植被修復(fù)與景觀再造。為修復(fù)排土場生態(tài)環(huán)境，計劃排土場進行土石回填，回填土石取自晉寧磷礦6#、9#、10#坑的剝離物，用于排土場場地平整、修補。排土場排土終了圖見圖3。其中地表植被恢復(fù)，總體上形成中間較高、四周低的臺階式景觀，使土壤得到改善，水土流失程度降低，同時消除地質(zhì)災(zāi)害，改善地質(zhì)環(huán)境。通過場地平整、截排水、土地整治、土地復(fù)墾與景觀再造的實施，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到修復(fù)，提高土地的利用價值。西采場內(nèi)排土場復(fù)墾見圖4。

圖3 排土場排土終了圖Fig.3 Final drawing of soil dump

圖4 西采場內(nèi)排土場復(fù)墾圖Fig.4 Reclamation map of west pit

3.2 生態(tài)環(huán)境修復(fù)分區(qū)

分別針對礦區(qū)植被及景觀損毀破壞、水資源污染、大氣污染、固體廢棄物污染、土壤污染、水土流失、地質(zhì)災(zāi)害危害程度，采用定性、半定量分析法，綜合考慮修復(fù)治理措施進行生態(tài)環(huán)境修復(fù)分區(qū)。

4 排土場植被恢復(fù)

4.1 地表景觀再造

排土場總高度大于10 m時進行削坡開級，每一臺階高度不超過5～8 m，臺階寬度應(yīng)在2 m以上，臺階邊坡坡度小于35°，形成有利于林木植被恢復(fù)的地表條件[16]，臺階設(shè)計見圖5a。應(yīng)用CAD軟件根據(jù)排土邊界對排土場規(guī)劃用地進行合理的布局，初步設(shè)計景觀規(guī)劃格局，并按照規(guī)范設(shè)計要求設(shè)計排土場的坡度、截洪溝、排水溝等，最終得到生態(tài)修復(fù)的衛(wèi)星效果圖，見圖5b。

圖5 生態(tài)修復(fù)整體規(guī)劃圖Fig.5 Overall plan for ecological restoration

針對礦山獨特的地形地貌設(shè)計“晉寧磷礦生態(tài)主題公園”。既可作為戶外休閑放松場所，也可以是企業(yè)文化構(gòu)建的場地，集幾種不同風(fēng)格的景觀于一體。通過不同的景色風(fēng)光，調(diào)節(jié)游客的心理和工作壓力，從而以更加積極的心態(tài)投入到社會建設(shè)中。

設(shè)計理念：團結(jié)、成就、休閑。

設(shè)計概念：1)環(huán)境概念：通過合理規(guī)劃設(shè)計，提供野外環(huán)境景觀；2)人本概念：考慮人的心理情緒需求，提供良好的空間序列；3)社會概念：用環(huán)境的塑造達到和諧生存的社會目的。

應(yīng)用3D模型構(gòu)建排土場規(guī)劃區(qū)域生態(tài)修復(fù)與景觀再造的效果圖，如圖6所示。方案設(shè)計為豐富主題內(nèi)容，區(qū)間內(nèi)共劃分成五個不同區(qū)域，分別為：櫻花園、喬木區(qū)、漫步區(qū)、花卉區(qū)及林蔭別徑區(qū)，在不同區(qū)域內(nèi)種植不同苗木，修建別具一格的觀賞景觀，整個生態(tài)公園內(nèi)設(shè)有觀景平臺、四角亭、停車區(qū)、文化廊、花壇、廁所、雕塑以及大門等。

圖6 3D效果圖Fig.6 3D effect picture

4.2 植物選擇與配置

設(shè)計平臺區(qū)采用喬、灌、草結(jié)合進行復(fù)墾，邊坡區(qū)設(shè)計邊坡腳扦插藤本、坡面種植灌木并撒播草籽。

1)排土場造林模式規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，礦區(qū)周邊主要分布樹種有圓柏、旱冬瓜、狗牙根及火棘等。其現(xiàn)在長勢良好，修復(fù)方案植被的選擇參照礦區(qū)周邊現(xiàn)有植被進行考慮：

喬木可選：旱冬瓜、藏柏、圓柏、云南櫻花、滇樸、紅葉石楠、云南松等，規(guī)格為一年生容器苗。

灌木可選：火棘、紅葉石楠、球花石楠、金葉女貞、假連翹、薔薇等，規(guī)格均為高度30～50 cm。

藤本可選：地石榴、長春藤、爬山虎、凌霄等。規(guī)格均為一年生苗。

混播草坪為天堂草：孔雀草、早熟禾等。數(shù)量比為3∶1∶1。

排土場區(qū)域回填后，進行覆土，表土鋪設(shè)厚度為平臺大于50 cm、坡面大于60 cm，覆土后的區(qū)域進行生態(tài)修復(fù)。2310平臺種植分區(qū)域種植苗木，在排土場的坡面上播種火棘、狗牙根、黑麥草等，既能達到固坡、護坡的作用，也提高了觀賞效果。喬木株行距2 m×2 m ～3 m×3 m，灌木1 m×2 m，圓柏4 m×4 m～5 m×5 m，草的覆蓋率達到80%以上。

原占地類型主要為林地，故本方案主要恢復(fù)成林地，為增加土地利用面積，在內(nèi)排土場一級平臺處進行土地復(fù)墾(表1)。

表1 排土場場地造林模式Table 1 Afforestation mode of soil drainage site

2)排土場區(qū)域內(nèi)道路規(guī)劃

為更快達到覆綠，園內(nèi)道路兩旁以種植圓柏為主，邊坡底腳和上方扦插藤本爬山虎等，邊坡坡面種植火棘灌木，混播狗牙根、黑麥草等，這些苗木的種植措施，既有固坡護坡的功能，也具備觀賞價值，排土場區(qū)內(nèi)道路共分三級，主路為一級路，貫穿每個區(qū)域的主路為二級路，在分區(qū)內(nèi)設(shè)置若干條小徑為三級路，主要通過間隔鋪設(shè)20 cm×80 cm的石板，為交通、行人和觀賞提供便利條件，停車場和文化墻區(qū)，可作為廣場為游客群體提供集散場地。

由于礦山公路基本沿等高線布設(shè)，切坡形成的邊坡較低，不需設(shè)護坡?lián)鯄?。為滿足周圍景觀和保護環(huán)境，新增道路行道植物措施，在滿足水土保持要求的同時，以滿足主體工程的安全運行。行道樹樹種選擇圓柏，株距為5.0 m。定植圓柏400 株，覆土50 m3。道路場地造林模式見表2。

表2 道路場地造林模式Table2 Road site afforestation mode

4.3 修復(fù)治理工程

1)治理方案：采用“分臺整平+局部分臺放坡+擋土墻+外圍截洪溝(設(shè)跌水坎)+平臺內(nèi)側(cè)馬道排水溝+沉砂池+設(shè)置警示牌及圍攔+復(fù)墾+監(jiān)測管理”綜合治理修復(fù)方案。

2)工程措施及技術(shù)方法

(1)整平工程

結(jié)合6#坑采空區(qū)治理現(xiàn)狀，設(shè)計對整個場地分臺階進行平整，場地平整設(shè)計采用汽車運輸生產(chǎn)作業(yè)中的剝離物的方式結(jié)合機械整平，設(shè)計臺階高度為10～30 m，根據(jù)《礦山生態(tài)環(huán)境保護與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》(HJ 651—013)，對不符合要求的邊坡進行分級，邊坡高度5 m，小平臺寬3 m，平臺最低標高2 190 m，最高標高2 310 m，臺階坡面角為32°，堆置高度：北邊130 m，西邊50 m。

(2)道路工程

規(guī)劃設(shè)置一個出入口，連通連接生活區(qū)的原有道路。結(jié)合排土場設(shè)計，設(shè)計區(qū)內(nèi)道路盤山而上。由于礦山內(nèi)以挖掘機等大型運輸車輛為主，根據(jù)其體積大、占用路面寬及山地道路轉(zhuǎn)彎需求大的特點，將主干道設(shè)于排土場區(qū)北側(cè)，路面寬度20 m，碎石路面。由主干道路連接各平臺，并滿足不同高差的交通及消防需求。

(3)截排水工程

本方案新增在整個排土場區(qū)外圍設(shè)置截洪溝(設(shè)跌水坎)，在內(nèi)部各臺階平臺內(nèi)側(cè)設(shè)馬道排水溝，截排水溝出口設(shè)沉砂池，出口最終匯入場地境界外已建路邊截洪溝。

5 結(jié)論

1)采用對晉寧磷礦6#坑排土場一階段進行生態(tài)修復(fù)與景觀再造方案有望改善礦區(qū)的景觀面貌，使棄土得到有效利用，林草植被覆蓋率增加，而且能有效減少水土流失，并預(yù)防潛在的地質(zhì)災(zāi)害，因而可有效改善因采礦活動對生態(tài)環(huán)境帶來的負面影響。

2)參照昆陽磷礦生態(tài)修復(fù)成功的案例，研究實施后可大大改善礦區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，改善周邊居民的生活環(huán)境質(zhì)量，減少因采礦對采場區(qū)域及周邊地區(qū)的影響，提高礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，對加快礦區(qū)建設(shè)和發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟都具有重要的意義。