基于自然的解決方案的礦山生態(tài)修復(fù)研究

李明和 錢衛(wèi)明 閆曉波 李建洪 戴啟

摘 ?要：建水縣國營水泥廠石灰?guī)r礦歷史采礦嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，礦山關(guān)停后地質(zhì)災(zāi)害及隱患十分發(fā)育，土地資源閑置浪費，地形地貌感官不良。根據(jù)基于自然的解決方案（NbS）理念，結(jié)合歷史遺留礦山土地政策，對修復(fù)區(qū)場地進行系統(tǒng)整理，消除歷史遺留地質(zhì)災(zāi)害及隱患，使工礦廢棄地修復(fù)為工業(yè)用地、旱地、林草地，恢復(fù)土地功能以實現(xiàn)土地價值。

關(guān)鍵詞：歷史遺留礦山；地質(zhì)災(zāi)害；生態(tài)修復(fù)；土地資源；效益分析

中圖分類號：P66 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0108-05

Abstract： The historical mining of the limestone mine of the state-owned cement plant in Jianshui County has seriously damaged the ecological environment， the geological disasters and hidden dangers are very developed after the mine is closed， the land resources are idle and wasted， and the landform senses are bad. Based on the concept of Nature-based Solution （NbS）， combined with the policy of mine land left over by history， the site of the restoration area is systematically sorted out to eliminate the geological disasters and hidden dangers left over by history， so that the industrial and mining wasteland can be restored into industrial land， dry land， forest and grassland， and the land function can be restored to realize the land value.

Keywords： historical mines; geological disasters; ecological restoration; land resources; benefit analysis

2021年6月23日，自然資源部與世界自然保護聯(lián)盟在北京聯(lián)合舉辦發(fā)布會，發(fā)布了《IUCN基于自然的解決方案全球標準》、《IUCN基于自然的解決方案全球標準使用指南》中文版，以及《基于自然的解決方案中國實踐典型案例》?；谧匀坏慕鉀Q方案 （NbS）是由國際自然保護聯(lián)盟、歐盟和世界銀行等機構(gòu)推動的一種持續(xù)的管理和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的綜合行動，即利用自然促進生物多樣性保護、自然資源可持續(xù)利用、氣候變化適應(yīng)、經(jīng)濟-社會-生態(tài)系統(tǒng)抗災(zāi)能力和適應(yīng)性應(yīng)對各種社會挑戰(zhàn)，同時為人類提供經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益的一種動態(tài)的解決方案[1-5]。

2022年11月自然資源部發(fā)布了國家土地管理行業(yè)標準：TD/T 1070.1—2022《礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)規(guī)范 第1部分：通則》，在第3.8條規(guī)定了“參照生態(tài)系統(tǒng)”的含義：指能夠作為生態(tài)修復(fù)基準的本地生態(tài)系統(tǒng)，常帶表生態(tài)系統(tǒng)的非退化狀態(tài)，包括其植物群、動物群（和其他生物群）、非生物成分、功能、過程和演替狀態(tài)（未發(fā)生退化前的演替狀態(tài)）；在第5.2.1條規(guī)定了“建立礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)”的含義：采取與歷史資料對比分析或礦山周圍同類型地區(qū)綜合調(diào)查等方法，建立礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)。

可見，礦山生態(tài)修復(fù)基于自然的解決方案的內(nèi)核就是建立礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)，建立礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)就是基于自然的解決方案的實踐。

1 ?項目背景

建水縣國營水泥廠石灰?guī)r礦地理位置十分特殊且敏感，處于“三區(qū)兩線”中省級以上風景名勝區(qū)、集中居民區(qū)及國道G323的直觀可視范圍內(nèi)。該廢棄礦山地質(zhì)災(zāi)害及隱患十分發(fā)育，嚴重威脅周邊工業(yè)區(qū)和居民區(qū)安全穩(wěn)定，2021年6月，該水泥廠石灰?guī)r礦主采區(qū)南部邊幫中部邊坡突發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害，一次垮塌約3 500 m3碎塊石，對周邊工業(yè)區(qū)眾多企業(yè)及機械設(shè)備等造成一定損失，邊坡陡峭后壁繼續(xù)變形破壞并危及工業(yè)區(qū)的易發(fā)性、危險性、危害性大。

2 ?地質(zhì)背景

2.1 ?土壤特征

該水泥廠石灰?guī)r礦土壤類型較單一，主要分布紅土，為紅色、褐紅色，廣泛發(fā)育于灰?guī)r上覆地表及巖溶裂隙、巖溶洼地及溶蝕槽內(nèi)，豎向及網(wǎng)紋狀裂隙較發(fā)育，地表土體構(gòu)造天然狀態(tài)下多成散粒狀或塊狀，土壤有效土層厚度介于0.1～0.8 m，有機質(zhì)含量較低，土壤pH約6～7，含鐵鋁化合物呈酸性。

2.2 ?地形地貌

該水泥廠石灰?guī)r礦地形高程介于1 273～1 366 m，其所在山頭受區(qū)域構(gòu)造溶蝕作用山頂呈渾圓狀，周邊山體相對高差主要在100 m以內(nèi)，地表可見小型巖溶洼地，山谷發(fā)育漏斗及落水洞。地形坡度0～5°，占比28.8%，主要分布在既有采區(qū)底部采場；地形坡度5～15°，占比32.74%，主要分布在外圍耕地及周圍山體緩坡，少量分布在采區(qū)邊坡；地形坡度15～25°，占比17.53%，主要分布在周圍山體斜坡，少量分布在采區(qū)斜坡；地形坡度25～35°，占比8.85%，分布在采區(qū)各地塊之間的邊坡；地形坡度35～90°，占比12.08%，分布在采區(qū)邊幫險坡及陡坡區(qū)。

2.3 ?地層巖性

該水泥廠石灰?guī)r礦主要發(fā)育新生界第四系地層（Q）及上古生界石炭系地層（C），可進一步劃分為第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）、第四系全新統(tǒng)素填土（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)耕植土（Q4d）及石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階灰?guī)r（C1y）。

2.4 ?土地利用現(xiàn)狀

該水泥廠石灰?guī)r礦狀土地權(quán)屬界限清楚、無爭議，現(xiàn)狀土地類型一級地類有5類：耕地、林地、草地、工礦用地及交通運輸用地，二級地類有6類：旱地、喬木林地、灌木林地、其他草地、采礦用地和農(nóng)村道路。

3 ?地質(zhì)災(zāi)害及隱患

3.1 ?總體發(fā)育特征

該水泥廠石灰?guī)r礦由東至西主要劃分為4個采坑，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害主要是分布在1#采坑南部的BW4不穩(wěn)定斜坡，發(fā)生過一次強烈的崩塌變形破壞（BT1），系高陡邊坡沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生巖體崩塌。地質(zhì)災(zāi)害隱患主要是發(fā)育12個不穩(wěn)定斜坡（BW1—BW12）及多個坍滑體，系采石場爆破及機械開挖使得巖質(zhì)邊坡形成新的臨空面，坡面形態(tài)凹凸起伏，邊坡結(jié)構(gòu)不甚穩(wěn)定，使得采區(qū)邊幫發(fā)展成高陡的不穩(wěn)定斜坡。歷史開采活動強烈擾動邊坡結(jié)構(gòu)使得巖石原生裂隙擴展為裂縫，加之邊坡應(yīng)力卸荷造成巖體局部松動，進而在坡面上產(chǎn)生多個根基不牢固的危巖體，在降雨、加載、卸荷和震動等外界因素作用下易變形崩塌。

3.2 ?變形破壞歷史

2021年6月，該水泥廠石灰?guī)r礦采石場主采區(qū)南部邊幫中部巖質(zhì)邊坡（BW4不穩(wěn)定斜坡）突發(fā)崩塌（BT1）地質(zhì)災(zāi)害，一次性垮塌約3 500 m3碎塊石，并造成上部既有漿砌石擋墻斷裂，既有混凝土場地硬化地板整體損毀，既有邊坡防護措施完全損毀，發(fā)展趨勢危險性、危害性較大。

3.3 ?崩塌邊界及規(guī)模

BT1崩塌位于BW4不穩(wěn)定斜坡東段陡坡區(qū)，平面上呈凸向北北東的C字形展布，為BW3和BW4邊坡形態(tài)轉(zhuǎn)折處，劇烈崩塌變形破壞邊界基本為BW4不穩(wěn)定斜坡東段邊界區(qū)域，橫向最大寬度63 m，豎向前緣至后緣坡面長度54 m，坡頂坡底相對垂直高差42 m，整體坡度53°。崩塌周界及崩塌堆積體分布均相對清晰，整個崩塌體面積約3 100 m2，邊界周長240 m。后壁及鄰近區(qū)域發(fā)育的危巖繼續(xù)崩塌的可能性大，通過計算一次方量約1.15萬m3，屬大型崩塌。

3.4 ?崩塌堆積體特征

采石場地處半山區(qū)緩坡地帶，主采區(qū)經(jīng)過數(shù)十年開采已形成地勢開闊的數(shù)個采坑及其邊幫，崩塌發(fā)生地帶因崩塌崖壁坡度高陡，崩落的巖塊難以停留在斜坡上，大部分滾落、彈跳堆積體在坡腳位置及稍遠平緩灰?guī)r之上。坡前集中堆積區(qū)面積2 250 m2，周界230 m。崩積物橫向最大長90 m，豎向前緣至后緣坡面長度35 m，坡頂坡底相對垂直高差17 m，整體坡度28°，接近碎石土一般自然堆積穩(wěn)定休止角，處于整體穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，堆積時間較短尚未自然沉實，后續(xù)發(fā)生不均勻沉降的可能性較大。

3.5 ?崩塌卸荷帶及結(jié)構(gòu)面

該采石場各不穩(wěn)定斜坡存在多個危巖卸荷帶，特別是各不穩(wěn)定斜坡中部以上基本都存在強卸荷巖體：①卸荷張裂隙明顯張開，且貫通較好，頂部張開寬度—般大于1 cm，局部達5～10 cm；②巖體整體松弛，控制結(jié)構(gòu)面張開且有受雨水沖刷痕跡或裂隙內(nèi)長出植被；③巖塊有明顯位移，單個巖體外傾偏離母巖。根據(jù)觀測，擬治理的崩塌危巖（帶）主要發(fā)育在強卸荷帶內(nèi)，實際觀測的卸荷厚度約3～20 m。

3.6 ?地質(zhì)災(zāi)害防治布局

修復(fù)區(qū)崩塌及不穩(wěn)定斜坡發(fā)育，如果采用傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害防治工程，使用大規(guī)模重型實體工程系統(tǒng)治理則預(yù)算經(jīng)費巨大，如護腳墻+錨桿框格梁防治工程，資金缺口約7 000～7 500萬，導(dǎo)致崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患長期無法得到解決。修復(fù)區(qū)具備邊坡開挖及采坑回填的良好實施條件，因此考慮通過場地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，采取土石方整理的方式改變既有地形地貌空間形態(tài)與邊坡結(jié)構(gòu)，進行地貌重塑后使各類潛在不穩(wěn)定地質(zhì)體不再具備整體向前部臨空面活動的結(jié)構(gòu)條件及動力條件。

3.7 ?生態(tài)環(huán)境問題分級

修復(fù)區(qū)主要環(huán)境問題有區(qū)域性巖溶石漠化、地質(zhì)安全隱患、土地資源損毀、水資源破壞和生態(tài)系統(tǒng)受損（退化）等。其中，生態(tài)環(huán)境問題主要直接表現(xiàn)為土地損毀、植被破壞，進而加劇地區(qū)巖溶石漠化和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化，修復(fù)區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境問題分級為Ⅰ級，應(yīng)采取生態(tài)重建和轉(zhuǎn)型利用的方式進行修復(fù)。

4 ?礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)

建水縣國營水泥廠地處建水縣城南郊，周邊分布眾多耕地，老百姓對耕地的需求十分迫切；該水泥廠同時位于建水縣工業(yè)集中區(qū)，周邊分布眾多工礦企業(yè)，對工業(yè)用地的需要也十分迫切。在進行修復(fù)方向選擇之前，與主管部門和當?shù)厝嗣袢罕娺M行了充分調(diào)查交流。根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求進行了場地修復(fù)方向適宜性評價，并結(jié)合周邊群眾和企業(yè)對地塊的功能需求，確定了修復(fù)地類以工業(yè)用地、耕地、林地為主，草地為輔，以實現(xiàn)自然資源部政策“鼓勵礦山土地綜合修復(fù)利用”。根據(jù)詳細調(diào)繪周邊類似土地類型，形成生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)作為主要修復(fù)設(shè)計依據(jù)之一。

系統(tǒng)修復(fù)成工業(yè)用地之前，根據(jù)相關(guān)政策實行差別化土地供應(yīng)，與修復(fù)后的工業(yè)用地使用者進行了充分溝通，如地塊平整度、地基承載力、場地防洪等要求，以滿足后續(xù)高效使用。修復(fù)為耕地的地塊在具體進行耕地設(shè)計之前，對周邊耕地種類、走向坡度、幾何尺寸、外觀形態(tài)、土壤厚度和農(nóng)作物特征等進行了詳細調(diào)繪與歸納，并以此作為設(shè)計參考標準之一，以使得擬設(shè)耕地地塊與周邊耕地環(huán)境相協(xié)調(diào)。修復(fù)為林地的地塊在具體進行造林作業(yè)設(shè)計之前，對周圍同類型林地生態(tài)系統(tǒng)（地類、海拔、氣溫、降雨及水源、土壤結(jié)構(gòu)和植被類型等）進行了詳細調(diào)繪，并以此建立參照生態(tài)系統(tǒng)，以作為造林作業(yè)設(shè)計（土壤類型、喬灌草種類、初植株行距和管護制度等）的主要依據(jù)。修復(fù)為草地的地塊，主要調(diào)查修復(fù)區(qū)及其周邊草本種類、生長狀況、復(fù)綠效果等，以作為草本作業(yè)設(shè)計（土壤類型、覆土厚度、播種草類、播種密度和管護制度等）的主要依據(jù)。

5 ?生態(tài)修復(fù)政策紅利

本項目地質(zhì)災(zāi)害隱患主體為政策性關(guān)停的歷史遺留礦山，根據(jù)自然資源部《自然資源部關(guān)于探索利用市場化方式推進礦山生態(tài)修復(fù)的意見》[6]及云南省自然資源廳文件《云南省自然資源廳關(guān)于加快推進歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)工作的通知》[7]，各地區(qū)需加快推進歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)工作，而生態(tài)修復(fù)首要任務(wù)是消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，且可根據(jù)盤活存量廢棄礦山建設(shè)用地、統(tǒng)籌采取增減掛鉤指標流轉(zhuǎn)、實行差別化土地供應(yīng)等籌集工程經(jīng)費，故可將單一的地質(zhì)災(zāi)害防治轉(zhuǎn)換為廢石礦山生態(tài)修復(fù)綜合治理，以彌補防治資金缺口，并快速有效完成省廳下達的生態(tài)修復(fù)任務(wù)。

6 ?生態(tài)修復(fù)研究

6.1 ?地質(zhì)災(zāi)害防治

根據(jù)基于自然的解決方案的修復(fù)理念，結(jié)合建立的礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)，進行工程布局及場地分區(qū)，總體分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)3個大區(qū)，全區(qū)面積299.972畝（1畝約等于667 m2） 。A區(qū)修復(fù)為耕地，面積90.418畝；B區(qū)擬修復(fù)為林草地，面積70.909畝；C區(qū)擬修復(fù)為工礦倉儲用地，面積138.645畝。

6.2 ?耕地質(zhì)量設(shè)計

根據(jù)耕地質(zhì)量控制標準，復(fù)墾旱地A區(qū)地面設(shè)計坡度為1°，坡向與山形及周邊耕地協(xié)調(diào)一致；土壤有效土層厚度設(shè)計為50 cm，其中耕作層厚度0.3 m、基質(zhì)層0.2 m，土壤容重小于等于1.4 g/cm3，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土至壤質(zhì)黏土，礫石含量小于等于10%，pH介于5.5～8.0，有機質(zhì)含量大于等于1%，土壤環(huán)境質(zhì)量符合Ⅱ類土壤環(huán)境質(zhì)量標準；道路工程需滿足物資運輸及耕作要求；土壤使用商品有機肥進行培肥提升肥力，施用一季，使耕地質(zhì)量后續(xù)達到周邊地區(qū)同等土地利用類型水平；灌溉能力以基本滿足保苗用水為標準；排水基本保證1～3 d暴雨從作物受淹起1～3 d排至田面無積水，不嚴重淤積、浸泡。

6.3 ?造林技術(shù)路線

根據(jù)造林技術(shù)相關(guān)規(guī)程，坡度應(yīng)分別以平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡劃分小班，并按小班考慮海拔、坡位、坡向、坡度、土層厚度和土壤類型等立地因子，分別種植適宜的喬木、灌木，撒播（塘播）多種優(yōu)質(zhì)草籽，沿坡扦插“上攀下垂”的藤本植物，以達到修復(fù)區(qū)全地塊植被綠化修復(fù)的效果。

6.4 ?工業(yè)用地設(shè)計

C修復(fù)區(qū)地塊適宜修復(fù)為工礦倉儲用地，具體二級分類為工業(yè)用地，面積138.645畝。工業(yè)用地主要質(zhì)量控制設(shè)計標準為邊坡安全，場地平整度、地基承載力、截排水與防洪等。

6.5 ?邊坡安全防護

C區(qū)分布較多不穩(wěn)定斜坡，應(yīng)對其進行防治處置，因具備開挖清危進行地貌重塑的良好實施條件，采取坡比為1∶0.75、臺高15 m、臺寬3 m的清危參數(shù)進行邊坡分臺卸荷。各不穩(wěn)定斜坡系統(tǒng)進行地貌重塑后，將有效消除不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害隱患及邊坡安全隱患。

6.6 ?場地平整度

C區(qū)地塊內(nèi)部整體呈0～1°分布，走向近北北東，整體面向建水縣城，視野比較開闊，且設(shè)計平面形態(tài)相對方正，比較利于場地后續(xù)出租、出售及實際使用。

6.7 ?地基承載力

C區(qū)地形起伏較大，為避免場地向深部開挖，設(shè)計在低洼地帶回填碎石土以整平場地，并進行初步壓實，回填區(qū)域地基承載力特征值不得低于200 kPa。

6.8 ?截排水與防洪

工業(yè)用地防洪與截排水措施設(shè)計與整個修復(fù)區(qū)排水系統(tǒng)一并考慮，按20年一遇暴雨強度標準進行排水設(shè)計，確保修復(fù)區(qū)各地塊小雨排水順暢，暴雨排水不淤積。

6.9 ?土地結(jié)構(gòu)變化分析

修復(fù)區(qū)設(shè)計修復(fù)耕地90.418畝，其中由采礦用地轉(zhuǎn)耕地66.432畝，由其他地類轉(zhuǎn)耕地23.986畝；修復(fù)設(shè)計工業(yè)用地138.645畝；修復(fù)設(shè)計林草地70.909畝，其中林地18.567畝、草地52.342畝。

7 ?效益分析

7.1 ?減災(zāi)效益

修復(fù)工程實施后將有效消除1個崩塌、12個不穩(wěn)定斜坡及多個坍滑體安全隱患，居民建筑、工業(yè)構(gòu)筑物及其他基建設(shè)施將得到有效保護，明顯改善流域地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)穩(wěn)定。

7.2 ?生態(tài)效益

據(jù)測定，1畝森林每天能吸收二氧化碳約67 kg，產(chǎn)生氧氣約49 kg；常綠闊葉林、針葉林每年可釋放的氧氣分別為20～25、30 t/hm2；20 cm厚的表土層被雨水沖刷干凈所需要的時間，林地為57.7萬a，草坪為3.2萬a，耕地為46 a，裸地為13～18 a；0.4 hm2林帶一年中可吸收并同化100 t污染物，1 hm2森林每年能吸附50～80 t粉塵。因此，修復(fù)區(qū)新增耕地及林草地對每年吸收二氧化碳和產(chǎn)生氧氣、防止表土直接沖刷、吸收粉層等方面作用較大[8-9]。

7.3 ?社會效益

修復(fù)區(qū)歷史礦業(yè)活動破壞了原生地形地貌景觀，礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患對居民生存環(huán)境將造成較大影響，將消除地質(zhì)災(zāi)害帶來的嚴重威脅，化解礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的矛盾，以期再現(xiàn)“山水林田”。

7.4 ?經(jīng)濟效益

修復(fù)工程實施后將新增旱地90.418畝，新增工業(yè)用地138.645畝。按國家政策及相關(guān)文件，騰退建設(shè)用地指標、新增耕地指標流轉(zhuǎn)基準指導(dǎo)價為25萬元/畝，由采礦用地修復(fù)旱地面積66.432畝，潛在指標經(jīng)濟收益1 660.8萬元。非建設(shè)用地修復(fù)旱地面積23.986畝，根據(jù)相關(guān)政策指導(dǎo)價為5萬元/畝，潛在經(jīng)濟收益119.93萬元。修復(fù)工業(yè)用地面積138.645畝，摸底出售單價為30萬元/畝，潛在經(jīng)濟收益4 159.35萬元。

因此，整地指標及土地資源潛在經(jīng)濟價值合計約5 940.08萬元，十分利于項目實施與推進。其余復(fù)墾為林草地的暫時無穩(wěn)定的市場交易指導(dǎo)價，可使用于林草地“占補平衡”，不可忽視其潛在經(jīng)濟價值。

8 ?結(jié)束語

根據(jù)基于自然的解決方案的修復(fù)理念，結(jié)合建立的礦山生態(tài)修復(fù)參照生態(tài)系統(tǒng)，將礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患與生態(tài)修復(fù)有機結(jié)合，提升廢棄礦山土地資源利用價值和生態(tài)價值，天然彌補地質(zhì)災(zāi)害治理與生態(tài)修復(fù)資金不足的缺口，實現(xiàn)收支平衡且略有結(jié)余，有利于踐行“生態(tài)發(fā)展、綠色優(yōu)先”新時代生態(tài)文明核心思想，有利于項目實施與推進，并為云南省歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)的開展提供參考價值。

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[7] 云南省自然資源廳.云南省自然資源廳關(guān)于加快推進歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)工作的通知[Z].2020.

[8] 王芳.城市森林生態(tài)效益及環(huán)境適宜性研究綜述[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（8）：68-69.

[9] 李明和，錢衛(wèi)明，閆曉波，等.歷史遺留礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患防治與生態(tài)修復(fù)研究——以大理鶴慶馬廠片區(qū)關(guān)停煤礦為例[J].工程技術(shù)研究，2022，7（10）：34-36.