渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山生態(tài)現(xiàn)狀與生態(tài)修復(fù)模式研究

呂俊娥，朱 剛，王書青，鄧 錕，強(qiáng)建華

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局航測(cè)遙感局，陜西西安，710199）

0 引言

隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)家重要戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，礦山生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的熱點(diǎn)和難點(diǎn)［1-4］。陜西是礦產(chǎn)資源大省，礦產(chǎn)資源開發(fā)在為陜西省乃至全國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也造成了較嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題［2］。渭北旱腰帶是陜西歷史遺留礦山分布最集中、治理難度最大的區(qū)域之一。該區(qū)地處關(guān)中盆地渭河平原北部，歷史上采石十分嚴(yán)重，礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題突出［5-6］。渭北旱腰帶位于全國(guó)“三區(qū)四帶”中的黃河重點(diǎn)生態(tài)區(qū)（含黃土高原生態(tài)屏障），是黃河流域生態(tài)保護(hù)“一帶五區(qū)多點(diǎn)”的重要組成部分，是《陜西省國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃（2021—2035 年）》中“黃河重點(diǎn)區(qū)域礦山生態(tài)修復(fù)工程”重點(diǎn)實(shí)施區(qū)域，渭北地區(qū)在全省乃至全國(guó)生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局中有著重要的地位，另外在渭北歷史遺留廢棄礦山周邊分布著大量的歷史文化遺跡。探討和分析陜西渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山生態(tài)現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)具有十分重要的意義［3］。

1 歷史遺留廢棄礦山生態(tài)修復(fù)概況

1.1 歷史遺留廢棄礦山概況

陜西渭北旱腰帶位于黃河流域中游，地處陜北黃土高原與關(guān)中平原的過(guò)渡地區(qū)，西起千河流域，東至黃河干流，北起子午嶺、黃龍山一線，南至渭河沖積平原，行政區(qū)包括渭南、寶雞、咸陽(yáng)、銅川和韓城5 市23 縣（區(qū)）（圖1）。渭北地區(qū)早期無(wú)規(guī)劃開采及“去產(chǎn)能”礦井退出關(guān)閉等政策實(shí)施，導(dǎo)致大量歷史遺留廢棄礦山的產(chǎn)生，尤其是石灰?guī)r廢棄露天礦山。截至2021年底，渭北旱腰帶未治理歷史遺留廢棄礦山圖斑589 個(gè)，其中露天開采圖斑528 個(gè)，井工開采圖斑46 個(gè)，聯(lián)合開采圖斑15 個(gè)。歷史遺留廢棄露天礦山存量明顯大于廢棄地下開采礦山。

圖1 渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山分布Figure 1 Distribution of abandoned mines from history in drought belt of northern Weihe River

1.2 以往廢棄礦山生態(tài)修復(fù)存在的問(wèn)題

1）生態(tài)、生產(chǎn)和生活用水矛盾突出，礦山生態(tài)修復(fù)用水面臨挑戰(zhàn)。渭北地區(qū)屬資源型缺水地區(qū)，水資源總量不足，徑流豐枯變化懸殊，時(shí)空分布不均，人均占有水資源量251m3，相當(dāng)于全省和全國(guó)平均水平的四分之一和十二分之一?，F(xiàn)有水利工程主要是保障區(qū)域內(nèi)大面積的旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水，水資源生態(tài)赤字較大，生態(tài)閾值較低。礦山生態(tài)修復(fù)工作需大量水資源保障，與生產(chǎn)及居民生活用水存在沖突。因此，水脅迫是礦山生態(tài)修復(fù)瓶頸［7］。

2）石灰?guī)r礦山陡立面修復(fù)仍是難點(diǎn)。渭北地區(qū)石灰?guī)r礦山陡立面治理主要方式有危巖刷坡、削坡卸載、錨桿掛網(wǎng)噴砼及植生洞等技術(shù)復(fù)綠，從修復(fù)成效來(lái)看，生態(tài)效益不理想，植被成活率較低，仍是礦山治理的難點(diǎn)，需結(jié)合礦山所在區(qū)域自身稟賦條件和周邊生態(tài)系統(tǒng)狀況，因地制宜地選擇適宜的修復(fù)模式。

3）生態(tài)治理修復(fù)系統(tǒng)性和整體性不足。礦山生態(tài)修復(fù)工作多為形態(tài)治理，以消除地質(zhì)災(zāi)害、保證環(huán)境安全為主，存在治標(biāo)不治本，甚至無(wú)效治理的情況，缺乏從生態(tài)服務(wù)功能的系統(tǒng)性、整體性考慮，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的提升不足。

2 主要礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

2.1 崩塌、滑坡等地質(zhì)安全隱患突出

渭北旱腰帶因歷史遺留廢棄礦山引發(fā)的地質(zhì)安全隱患主要為礦山開采陡立面造成的崩塌隱患和局部的滑坡隱患，對(duì)礦山周邊房屋、道路、耕地以及過(guò)往人員生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成不同程度的威脅。渭北旱腰帶因歷史采礦引起的地質(zhì)安全隱患共38處，其中：崩塌隱患37 處，滑坡隱患1 處。崩塌隱患以蒲城縣最多，其次為涇陽(yáng)縣，再次為富平縣，鳳翔區(qū)、合陽(yáng)縣、耀州區(qū)和印臺(tái)區(qū)各1 處；滑坡隱患位于蒲城縣。崩塌隱患為渭北石灰?guī)r露天采區(qū)地質(zhì)安全隱患的主要類型，具有突發(fā)性、破壞性、普遍性等特點(diǎn)（圖2）。

圖2 地質(zhì)安全隱患現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查照片F(xiàn)igure 2 Scene investigation photos of hidden dangers of geological safety

2.2 地形地貌景觀破壞與影響嚴(yán)重

區(qū)內(nèi)有高陡邊坡260 處、采坑129 處、渣堆176處，其中位于三區(qū)兩線范圍內(nèi)的高陡邊坡58 處、采坑52 處，渣堆79 處；歷史文化遺跡周邊3km 范圍內(nèi)的高陡邊坡54 處、采坑11 處，渣堆27 處；歷史遺留廢棄礦山與重要交通、城鎮(zhèn)和村莊交錯(cuò)分布，嚴(yán)重影響了人居環(huán)境。另外，渭北旱腰帶文物資源、紅色革命遺址等人文資源豐富，歷史遺留廢棄礦山周邊共有各類歷史文化遺跡77處，歷史遺留廢棄礦山對(duì)文物保護(hù)、紅色旅游開發(fā)等造成一定的影響（圖3）。

圖3 渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山對(duì)文物遺跡影響Figure 3 Impact of abandoned mines on cultural relics in drought belt of northern Weihe River

2.3 土地資源損毀面積大

渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山土地資源損毀主要為露天采場(chǎng)的挖損損毀、工業(yè)場(chǎng)地和廢棄渣堆等的壓占損毀。其中，采場(chǎng)挖損損毀土地面積921.33hm2，廢石渣堆壓占損毀土地面積242.45hm2；工業(yè)場(chǎng)地壓占損毀土地面積81.22hm2（表1）。石灰?guī)r采石損毀面積最大，損毀面積761.29hm2，其次為磚瓦黏土和煤礦，損毀土地面積213.76hm2，煤礦土地?fù)p毀面積187.09hm2；砂巖等其他礦種土地?fù)p毀面積82.87hm2。

表1 歷史遺留廢棄礦山土地?fù)p毀類型統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of types of land damage in drought belt of northern Weihe River hm2

2.4 植被破壞，加劇區(qū)域水土流失

渭北旱腰帶地處黃土高原南緣，地形復(fù)雜，梁峁相間，沖溝發(fā)育，溝谷深切，氣候干旱，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重。渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山以露天開采為主，礦山在生產(chǎn)過(guò)程中，由于剝離表土，損毀地表喬木、灌木、草皮等地表植被，加劇了區(qū)域水土流失。

3 渭北旱腰帶礦山生態(tài)修復(fù)水土資源分析

3.1 水資源平衡分析

渭北旱腰帶歷年年平均降水量在400～700mm，由東向西總體呈遞增趨勢(shì)。關(guān)中平原西部地區(qū)年降水量最大，平均達(dá)到600mm 以上，依靠天然降水即可滿足重建植被的生長(zhǎng)需求。關(guān)中平原區(qū)東部依靠周邊農(nóng)田灌溉系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)水源保障。渭北旱塬區(qū)成為主要的水源缺水區(qū)，管護(hù)期林地采用軟管澆灌，草地采用噴灌，在采石場(chǎng)地盤修筑一定數(shù)量的蓄水池，利用降雨形成的地表徑流作為部分管護(hù)水源。在蒲白、銅川、韓城等地生態(tài)修復(fù)用水不足部分可利用周邊生產(chǎn)煤礦排出的礦井水進(jìn)行協(xié)同修復(fù)。在河流周邊的廢棄礦山可利用地表水進(jìn)行水源養(yǎng)護(hù)。管護(hù)期結(jié)束后主要依靠降雨提供植被生長(zhǎng)所需水源（圖4）。

圖4 渭北旱腰帶水源分析Figure 4 Water source analysis in the dry belt north of Weihe River

3.2 土資源平衡分析

渭北地區(qū)從西部到東部土壤資源差距較大。渭河以北的黃土臺(tái)塬區(qū)土源充足，就地取土可滿足復(fù)墾覆土條件。西部寶雞鳳翔、岐山和扶風(fēng)礦區(qū)周邊黃土賦存量大，黃土覆蓋十余米，土壤資源豐富，可滿足土地復(fù)墾覆土需求量，就地取土或利用周邊生產(chǎn)礦山廢棄土源進(jìn)行土地復(fù)墾。涇陽(yáng)以東礦山集中區(qū)，礦區(qū)山體表層土稀薄，基本無(wú)可利用的土壤，所需表土全部外購(gòu)，土源主要為關(guān)中平原及臺(tái)塬區(qū)充足區(qū)，就近村莊購(gòu)買土源（一般運(yùn)距小于3km），覆土工程所需表土隨用隨運(yùn)，不做臨時(shí)堆放（圖5）。

圖5 渭北旱腰帶土源分析Figure 5 Soil source analysis in drought belt of northern Weihe River

4 渭北旱腰帶礦山生態(tài)修復(fù)模式

渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，現(xiàn)有的政策和技術(shù)已不能滿足礦山修復(fù)的要求，應(yīng)創(chuàng)新生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式，提高政府和社會(huì)資本的參與度和積極性，樹立資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展理念，增強(qiáng)礦山修復(fù)治理統(tǒng)籌推進(jìn)的合力，實(shí)現(xiàn)廢棄礦山變身綠水青山和金山銀山［8-10］。

4.1 黃土丘陵區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)的植被功能優(yōu)化

渭北旱腰帶是國(guó)家級(jí)關(guān)中糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地重要要組成部分，同時(shí)也是陜西重要的林果業(yè)生產(chǎn)基地。中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，該地區(qū)植被建設(shè)成效顯著，森林覆蓋率大幅提升［11-12］。目前，該區(qū)植被建設(shè)存在的主要問(wèn)題是，人工林樹種組成單一，質(zhì)量普遍較低［13-14］。渭北旱腰帶陽(yáng)坡的生態(tài)修復(fù)應(yīng)以選用耐旱植物或者以保護(hù)和恢復(fù)草本群落為主，僅在咸陽(yáng)、寶雞等水分條件較好，能夠滿足喬木或灌木生長(zhǎng)的小地形內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)比例的喬、灌、草復(fù)合配置，以豐富群落層次結(jié)構(gòu)。在渭南水土條件較差區(qū)，以灌、草植被群落結(jié)構(gòu)為主，優(yōu)化群落生態(tài)功能。

4.2 礦山生態(tài)修復(fù)與歷史人文景觀功能融合提升

渭北旱腰帶乾縣到蒲城段，屬唐代帝王陵墓保護(hù)區(qū)，目前保護(hù)現(xiàn)狀也不樂(lè)觀。同時(shí)加強(qiáng)和保障文物景區(qū)規(guī)劃和土地利用協(xié)同發(fā)展，加快礦山生態(tài)修復(fù)。在生態(tài)修復(fù)技術(shù)的選擇上以對(duì)文物破壞最小、提升景觀最大化為目標(biāo)的礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

4.3 干旱缺水區(qū)硬巖邊坡修復(fù)

石灰?guī)r礦山開采造成的地形地貌破壞嚴(yán)重，尤其是蒲城、富平一帶的灰?guī)r礦山與村莊交錯(cuò)分布，對(duì)人居環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)，該地區(qū)是歷史文化遺跡的主要分布地區(qū)，對(duì)人文景觀產(chǎn)生一定影響；開采對(duì)象為奧陶系厚層狀、塊狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖性單一，完整性及穩(wěn)定性好，硬度大，對(duì)生態(tài)修復(fù)工作帶來(lái)了難度。對(duì)土源豐富的渭北西部礦山優(yōu)先采用續(xù)坡回填的方法進(jìn)行坡體再造，覆蓋種植土后在坡體上植被重建。對(duì)土源有限的區(qū)域采用階梯形削坡的方法，結(jié)合礦山開采過(guò)程留設(shè)或整理成若干級(jí)類似梯田式的邊坡臺(tái)階平臺(tái)，在保證邊坡穩(wěn)定前提下臺(tái)階高差、邊坡角根據(jù)具體地形條件和巖質(zhì)確定，沿平臺(tái)外邊緣修筑擋土墻、疊石或土工植生袋圍堰擋土構(gòu)件［15-17］。

4.4 生產(chǎn)與歷史遺留廢棄礦山協(xié)同治理

結(jié)合在生產(chǎn)開采中需集中剝離的、暫時(shí)不能利用的堆土以及砂巖和礦渣等礦山資源及工業(yè)副產(chǎn)品充分利用，統(tǒng)籌用于自身礦區(qū)及周邊歷史遺留廢棄礦山的采坑填埋與場(chǎng)地平整，從經(jīng)濟(jì)角度降低生產(chǎn)礦山用于排土場(chǎng)和固體廢棄物的基建投資，從整體角度把廢棄礦山綜合治理與周邊資源開發(fā)作為一個(gè)統(tǒng)一體，將礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦山生態(tài)治理相結(jié)合統(tǒng)籌考慮，不但達(dá)到了資源綜合利用的目的，還實(shí)現(xiàn)了歷史遺留廢棄礦山的生態(tài)治理綜合效益最大化。

5 結(jié)語(yǔ)

1）陜西省渭北旱腰帶歷史遺留廢棄礦山主要以露天開采的石灰?guī)r為主，主要礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題為露天開采引起的崩塌、滑坡以及高陡巖石裸露面對(duì)地形地貌景觀的破壞、大量的土地資源損毀以及植被破壞引發(fā)的水土流失嚴(yán)重等。

2）陜西省渭北旱腰帶水土條件以咸陽(yáng)為界，咸陽(yáng)以西的寶雞水土條件較好，咸陽(yáng)以東，特別是渭南、蒲城一帶干旱少土，給生態(tài)修復(fù)帶來(lái)一定難度。

3）陜西省渭北旱腰帶石灰?guī)r開采區(qū)以堅(jiān)硬的高陡巖面破壞為主，在后續(xù)的礦山生態(tài)修復(fù)中應(yīng)不斷加強(qiáng)植被功能優(yōu)化，歷史人文景觀功能融合提升，硬巖邊坡修復(fù)技術(shù)以及生產(chǎn)與歷史遺留廢棄礦山協(xié)同治理技術(shù)，既要實(shí)現(xiàn)山水林田湖草系統(tǒng)治理，又要充分體現(xiàn)綠水青山就是金山銀山的發(fā)展理念。