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矿区生态修复亟待开展
矿产开发使生态系统变得更加脆弱,生物多样性减少、生态逆向演替严重。在矿区进行生态修复,是经济发展到一定阶段后的必然趋势
6月中旬,广东一个矿山修复项目的签约仪式吸引了媒体和土壤修复领域专家的关注。韶关市环保局、科学技术局联合环境保护部华南环境科学研究所、中山大学,与广东省大宝山矿业有限公司签约成立了“广东省大宝山及周边地区土壤环境污染修复联合平台”。
“这一项目的亮点是要对危害当地生态环境和居民健康的大宝山矿区实行生态修复。将矿山开采过程中对土地造成的破坏,通过覆盖土壤、添加营养物质、去除有害物质等技术手段进行修复,还要恢复矿区周边的植被和湿地系统,调整地区产业结构,实现整个区域的生态恢复。”中国科学院生态环境研究中心副研究员黄锦楼表示。
对于矿区来说,开采会对生态、环境、土地利用等造成多方面的负面影响,引发一系列生态环境问题,如地表植被退化、沙尘暴、土地荒漠化、水源地污染等。
据不完全统计,我国因采矿损毁土地累计4万平方公里,而且正以每年330公里~470公里的速度递增。因采空或超采地下水引起地面沉降、塌陷、滑坡、地裂缝及泥石流等地质灾害达千余处。这些都严重破坏了土地生态系统,造成土地资源的损失,加剧了人地矛盾。
“但是,选择什么样的修复方式,不能凭空而定。矿山修复的模式、方法及手段,因修复后的土地利用方向及服务功能有所不同。”中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所肖武表示。
比如,在山区林场或者荒山进行的采矿活动,由于人类活动较少,往往更注重生态修复;在东部平原地区进行的开采,由于对土地(特别是耕地)的迫切需求,修复的方向以复垦出来土地为主。
“矿产开发使生态系统变得更加脆弱,生物多样性减少、生态逆向演替严重。”黄锦楼说:“但是总体来看,我国的生态修复工作还远未展开,矿山修复还存在很多问题。”
目前,我国进行的矿区生态环境修复工作,多注重修复数量,缺乏对修复质量的重视;修复示范及探索性工作做得比较多,单项技术应用较多,从系统尺度修复较少。
“提倡在矿区进行生态修复,是经济发展到一定阶段后的必然趋势。我们必须改变以往重开发轻保护、重建设轻恢复的状况,改变不合理的资源开发利用方式,加快立法速度,避免对生态环境造成更大的破坏。”肖武说。
矿区需要多渠道筹集修复资金
应参照国外相关法律经验,明确矿区生态环境问题的“旧账”和“新账”,使责权利进一步明晰
据了解,矿山修复的资金目前主要来源包括矿山企业自筹资金以及国家投资修复资金。其中国家投资修复资金来源包括各类保证金、绿色矿山建设、国家矿山公园等。
“矿区的土地开发价值不高,所以商业模式跟城市中具有开发价值的工业污染场地不一样。矿区修复资金需要更多渠道来筹集。”黄锦楼表示。
“矿区修复应基本秉持‘谁污染谁治理’的原则。”与农村耕地污染、城市工业污染场地不同的是,矿区污染场地由于有矿区业主,往往能找到相关责任方出资进行治理。黄锦楼说:“开采企业必须承担所开采区域的一部分修复费用。但是若涉及粮食安全及饮用水安全的区域,政府部门要配套相关资金,制定一系列宽松的政策以调动企业进行矿区修复的积极性。如允许企业申请相关低息贷款,引入有开发价值的新产业等。”
但是由于历史原因,我国曾处于很长一段的计划经济时期,在那段时期开发的矿产,现在已经无法找到相关责任方。更重要的是,原来的矿区从利润到矿产都交给了国家,责任方到底是谁难以厘清。
中国地质调查局副局长王学龙说:“应参照国外相关法律经验,明确矿区生态环境问题的‘旧账’和‘新账’,使责权利进一步明晰。新破坏的生态环境必须由矿山企业进行100%修复,已破坏的‘旧账’由国家通过适当方式予以解决。”
王学龙表示,每年中央都会安排一部分资金给地方政府,由地方政府推荐哪些企业来接受这笔资金。接受资金的企业进行部分资金的配套,以矿山地质工业项目、农田复垦等形式进行修复。修复的过程由国土资源部委托相关部门监督实施,并进行验收。
在德国,联邦政府针对新老矿区分别采取相应的解决方法。《联邦矿山法》规定,对于历史遗留下来的老矿区,联邦政府专门成立矿山复垦公司从事矿区的生态补偿与恢复,所需资金由政府全额拨款,并按联邦政府占75%、州政府占25%的比例分担。对于新开发矿区,矿区业主必须对矿区开发造成的生态损害进行补偿与复垦提出具体措施,这也是矿区开展项目审批的先决条件。具体措施包括预留企业年利润3%的生态补偿与复垦专项资金,对因开矿占用的森林、草地实行等面积异地恢复等。
绿色开采体现以防为主理念
生态系统在破坏后,很难恢复到原来的状态。绿色开采体现从源头制止破坏的理念,是目前业界兴起的一种生态保护的创新
生态保护,必须从源头抓起。边破坏边治理,甚至破坏后再治理的方式,并不是解决矿山环境问题一劳永逸的方法。但是,矿产是经济赖以生存的重要资源,不能不开采。那么,如何减少矿产开发引发的环境问题?矿产生态修复难度几何?
黄锦楼强调:“修复最好以防为主。因为一般的生态系统在破坏后,很难恢复到原来的状态。生态系统有个阈值原理,当外界对系统的干扰超过了阈值后,就很难恢复。”
从源头制止破坏,就是目前业界兴起的一种生态保护的创新理念,即绿色开采。
所谓绿色开采,就是综合考虑资源效率与环境影响的现代开采模式,遵循循环经济中绿色工业的原则,形成一种与环境协调一致的,努力去实现低开采、高利用、低排放的开采技术。
这是由中国矿业大学教授高鸣在2003年提出的,其目标是使矿山开采过程中资源开发效率最高,对生态环境影响最小,并使企业经济效益与社会效益协调优化。
关 键 词:矿产资源开发;生态补偿机制;湘江流域
矿产资源开发是一把“双刃剑”,在带来经济利益的同时也极大地破坏了生态环境。因此,矿产资源开发应当成为流域生态补偿的重要内容(或对象)。湘江流域上游是重要的有色金属之乡,生态破坏和水质污染严重,过去一直采用整治的办法,但却一直在“整治―反弹―再整治―再反弹”的怪圈中徘徊。为了破解这一怪圈,有必要构建流域矿产资源开发生态补偿机制,通过准市场化的经济手段来推进湘江流域水土保持和污染防治。
一、国内外矿产资源开发生态补偿经验借鉴
(一)国外矿产资源开发生态补偿经验借鉴
澳大利亚是世界最重要的矿产国之一。在20世纪70年代前,由于在矿业发展过程中未进行同步的生态管理,导致环境与生态恶化,资源效益降低,严重影响了可持续发展。进入 80 年代,澳大利亚政府决定改变发展模式,走可持续发展之路,对资源产业与环境生态进行综合管理,并制定了一系列矿区土地复垦的法律法规。
美国是最早开始关注矿区生态环境修复的国家,同时也是当今世界在进行资源与产业管理时,最关注环境保护和生态管理的国家之一。1977年美国国会通过并颁布了全国性的矿区生态环境修复法规――《露天采矿管理与(环境)修复法》(简称《修复法》),并确定了美国的生态补偿三大制度,即土地复垦基金制度、矿区复垦许可证制度和保证金制度。
德国和美国的做法相似。对于立法前的历史遗留的生态破坏问题,由政府负责治理。但不同的是,美国以基金的方式筹集资金,而德国主要是通过州际之间的横向转移支付筹集资金。德国针对历史遗留的矿区环境问题,建立矿山复垦公司专门从事矿山恢复工作,复垦所需要的资金全部来自于横向转移支付。横向转移支付基金由两种资金组成:扣除了划归各州的销售税的 25%后,余下的 75%按各州居民人数直接分配给各州;财政较富裕的州按照统一标准计算拨给穷州的补助金。
(二)国内矿产资源开发生态补偿经验借鉴
我国矿产资源开发生态补偿实践主要有征收生态补偿税费制度和矿山环境恢复治理保证金制度两种做法。
1、征收生态补偿税费制度
我国从20世纪 80 年代中期开始、并经 90 年代中期改进,对矿产资源开发征收了矿产资源税,用以调节资源开发中的级差收入,促进资源合理开发利用。从 1994 年又开征了矿产资源补偿费,目的是保障和促进矿产资源的勘查、保护与合理开发,维护国家对矿产资源的财产权益。各级地方政府征收的生态环境补偿费,为生态环境保护提供了有利的经济支持。但从全国整体情况看,建立和完善生态补偿费的征收制度仍任重而道远,生态补偿费的征收存在很多问题:(1)已开始征收生态补偿费的省市地区仍属少数,大部分地区仍依靠国家财政转移支付,生态补偿费征收存在严重的“搭便车”现象;(2)由于缺乏严格的法律依据,不但增加了征收工作的困难,而且在 2002年全国整治乱收费过程中,许多地方的生态补偿费征收由于立法依据不足而被取消;(3)各地方的不同部门依据各种不同资源开展生态补偿费征收工作,部门之间由于缺少相互协调,常常出现环境保护立法与资源利用立法的对立分离,针对同一补偿对象产生多种名目的补偿费,进而导致企业负担沉重;(4)征收方式不统一。有的依据矿产售价的百分比提取(如江苏、广西),有的依据开采量征收(如福建、贵州),还有的按项目投资总额或生态破坏的占地面积征收;(5)征收标准不统一,征收的实际数额远远低于土地复垦、地下水治理等生态重建工程费用。
2、 矿山环境恢复治理保证金制度
我国实施矿山环境恢复治理保证金制度时间较晚,2002 年江苏省印发《江苏省矿山环境恢复治理保证金收缴及使用管理暂行办法》,对露天开采石材石料及其他矿产资源的企业行使矿山环境恢复治理保证金制度;2003 年 8 月安徽省印发并执行《安徽省矿山环境恢复治理保证金收缴和使用管理办法》,规定新建矿山在办理采矿登记时必须向办理采矿登记的国土资源行政主管部门缴纳矿山环境恢复治理保证金。
现在我国各省市正在实行保证金制度,但没有统一的认识和标准,概括起来可分为两大类:按面积核算和按产量核算。面积核算法中包括一般面积法和分矿种面积法;产量核算法包括价值法和基价法。但是,由于我国矿山环境修复治理保证金制度尚处于探索阶段,并未在全国普遍实施,而且存在很多有待完善的地方,主要表现在两个方面:(1)目前我国各省都在探索建立和实施保证金制度,但是对保证金制度却缺乏法律依据,在实施和管理过程存在一定的难度;(2)保证金制度缺乏法律支持,对矿山的制约力不够。
二、湘江流域采矿生态补偿机制的构建
(一)采矿生态补偿补偿机制的总体构想
湘江流域采矿生态补偿机制,应当有利于从源头抓起,保证被破坏生态环境的及时和完全恢复,并保证受损人群能获得必要的补偿或赔偿,要能保证对采矿环境破坏与恢复实施有效监管。遵循这一总目标或总原则,借鉴美国等国外的先进经验,所构建的湘江流域采矿生态补偿机制的整体框架应当包括四大方面:一是矿区生态环境恢复制度;二是水质污染总量控制制度;三是开矿损害直接补偿制度;四是补偿资金保障制度。其中水质污染总量控制制度可并入“排污权多级交易机制”中。因此,以下只就其他三项系统进行叙述。
(二)矿区生态环境恢复制度
为了极大限度地减少生态环境资源破坏、降低生态环境效益损失,必须要求采矿企业恢复其所破坏的生态环境资源。
为确保采矿企业能恢复其所破坏的生态环境资源,应当要求在开发者在取得勘探(采矿)权之前必须提交项目规划。项目规划中必须包括生态环境恢复计划书和环境影响评价书,用以指导采矿企业在采矿的同时完成生态恢复与环境保护。生态环境恢复的标准不应低于原生态功能,即生态环境恢复应当至少恢复已破坏土地及相关用地的原貌。生态环境恢复计划书和环境影响评价书应当由独立专业评估机构完成,或者经独立专业评估机构出具审核鉴证意见书。该独立专业评估机构应当为其出具的生态环境恢复计划书和环境影响评价书的合理性承担连带责任,但及时向有关部门报告和向社会公告相关修正意见的除外。
为确保采矿企业恢复其所破坏的生态环境资源,应当要求在开发者按规定评价环境影响,执行生态环境恢复计划;应当要求为其出具生态环境恢复计划书和环境影响评价书、或者相关审核鉴证意见书的独立专业评估机构指导和监督开发者评价环境影响和执行生态恢复计划;政府有关部门应当加强对开发者及相关独立专业机构的监管;还应当设置生态环境恢复与环境影响评价独立认证体制,独立认证机构应当对采矿企业不按照开采计划过度开采或者逃避生态环境恢复责任的行为承担连带责任,但及时向有关部门报告的除外;应当建立有效的生态环境恢复资金保证制度。
(三)采矿损害直接补偿制度
对于矿区居民和其他企业因矿业活动影响而遭受的直接生产和生活损失、收入减少损失,矿业活动所带来的社会危害,应当由采矿企业负责补偿。
对居民、其他企业等明确的主体的补偿,应当由采矿企业与受损者直接谈判和补偿。对不明确主体的补偿,应当由采矿企业向当地政府支付。
采矿企业在开矿开始之前,必须对能合理预计到的开矿将造成的他人损失进行的补偿;在开矿过程中,还必须对超过已补偿金额的损害进行追加补偿。除此外,为了保证补偿不会落空,还应当建立设立补偿保证金和担保。
(四)补偿资金保障制度
充足的资金是保证矿区生态环境恢复和开矿损害补偿顺利实施的关键。借鉴国外先进经验,结合我国和湖南省的实际,湘江流域采矿生态补偿资金保障机制的设立思路和方法是:对历史已造成的破坏(即废弃矿山生态环境破坏),通过建立废弃矿山生态环境恢复治理基金的方法,由国家治理;对新造成的破坏,通过设立保证金和担保的方式,促使开发者100%恢复和补偿。
1、废弃矿山生态环境恢复治理基金
由于复杂的历史原因,早期的矿山开采缺乏环境保护意识,形成的矿山环境破坏问题已经成为历史,难以找到责任人。因此,对于历史造成的废弃矿山生态环境矿山环境恢复,必须由政府或者专门的非盈利社会组织通过建立废弃矿山生态环境恢复治理基金(简称“恢复基金”)的方式解决。
废弃矿山生态环境恢复治理基金的主要来源包括:(1)政府财政支出。具体包括增加废弃矿山年修复的财政拨款,向矿山征收的资源税、耕地占用税、水土保持费等相关资源税费;(2)接受捐赠;(3)其它款项,如矿业企业缴纳的各种处罚费用,部分探(采)矿权价款等,恢复治理基金的利息收益也应完全用于废弃矿山的修复。
废弃矿山生态环境恢复治理基金必须实行专款专用,全部用于废弃矿山已造成破坏的矿区生态环境恢复治理。待全部废弃矿山的矿区生态环境破坏全都恢复治理完毕后,将其结余资金建立环境损害社会救助基金。
2、采矿生态环境恢复与补偿保证金
[关键字]:GIS空间分析;生态修复;景观修复;适宜性评价
中图分类号:TD88 文献标识码: A
1.引言
1.1矿区生态修复的问题
煤炭作为我国的主要能源,约占一次能源构成的74%,但长期以来“高投入,高产出”的粗放型经济发展模式以及煤炭资源“不可再生”的特点,人类在开发利用矿产资源促进自身的生存发展、社会进步与物质繁荣的同时,对矿区及周边的生态环境的产生了严重破坏,如矿区土地采空渗透、土地塌陷空气污染、生物多样性丧失、矿区自然景观被破坏等,并严重威胁到人民群众的身心健康。闭坑矿区的污染源、采矿遗留的地质灾害都将继续对周围生态环境产生严重影响,矿山废弃地数量众多,造成土地资源极大的浪费,对资源枯竭矿区的生态环境进行修复和景观的恢复成为共识。矿山生态恢复实际上是指对矿区植物和土地资源的持续利用和保护,不仅是持续产业发展的重要保证,同时又是区域生态环境保护的重要内容。
矿区生态修复不仅包括生态系统的重建,还包括景观结构修复、生态过程修复、生态服务功能修复、人文生态修复和生态经济修复以及社会经济修复等各个方面,是调节人与自然、环境与经济发展的共轭生态修复。我国矿山废弃地生态修复主要集中在工程和生物方法上,并均具备了较为成熟的修复理论体系。但是在矿山生态系统修复评价和景观结构构建上还存在系统性不足,缺乏直观性和连续性等问题。
1.2 GIS在生态领域的应用
墨尔本大学的Turk A指出生态环境修复保护是一项需要一系列规范来约束的科学性和程序性的复杂任务,而GIS 技术为这个复杂的多学科交叉领域的研究和发展带来了新的契机和巨大益处。相对于传统的纯数值评价方法,基于GIS的土地适宜性评价方法在数据收集、管理和分析方面具有十分强大的功能,GIS与模型软件有效结合时,就能得到一个有效的空间决策支持系统,进而真正实现该生态系统的整体稳定性,而且这个系统的成果能以可视化的方式表现出来,极大地提高了评价效率。本文将利用GIS技术进行生态敏感性分析和景观安全格局分析,从保护城市生态多样性的角度为矿区生态修复和景观安全格局的构建提供技术支撑。
2. 评价原则与体系
评价过程中指标的选取和标准化、权重的确定以及如何将GIS和决策过程结合是研究的重点。具体原则包括:生态优先、综合性及因地制宜等。本文以长治陶清河风景区总体规划为研究对象,探究GIS技术在矿区生态修复和景观格局分析及恢复中的应用,研究其在矿区环境因子的提取分析和生态治理规划辅助决策中的具体应用方式,并制定研究区生态修复方案和景观安全格局构建。GIS将使得矿区生态环境现状因子的获取和分析更为快速准确,通过对矿区三维景观模型治理模拟规划,可以为矿区生态修复和景观安全格局决策工作提供科学手段和依据。其技术流程如下(图1)。
图1 矿区生态修复和景观安全格局决策工作技术路线
3.生态修复和景观安全格局分析实例
3.1 生态及景观现状分析
研究区域位于山西省长治县,太行山脉中段西麓,居上党盆地腹地,长治县温带大陆性季风气候,县境内地表水年径流量8693万立方米,河流由东南向西北注入浊漳河,属海河流域。地下水资源较为丰富,储采量5950万立方米。该县矿物资源充足,区域内地面有采空塌陷,范围较大。该段河道水体较充足,沿线湿地景观较好该段开挖水塘较多,湿地植被以芦苇为主,距村庄较近,湿地易受人为干扰,河道周边人工痕迹较重,部分生态环境受人为影响较严重,耕地侵占河道,煤矿向河道内排污,河道受矿区和生活区污染严重。
3.2 生态敏感性分析
本研究进行的城市生态环境敏感性分析以GIS为空间数据和属性数据的管理工具并将其应用于小尺度的生态敏感区划,分析了敏感区域的空间分布规律,使生态敏感性因子空间叠加分析变得高效准确。
综合考虑规划区存在着生态结构压力过大、环境污染严重和地质条件特殊等生态环境问题,选取对规划区建设影响的关键因素作为因子,总共包括地质、生境质量、地表水、高程、道路(图2) 。
图2单因子分析图
按照各评价因子对区域生态环境的影响, 将其分为多个生态适宜性等级,并通过层次分析法确定权重,权衡比较不同评价因子间重要性程度差异的作用。本研究中不同的评价指标在矿区不同的部位所造成的影响程度是有差异的。因而根据各指标权重在不同的区域所处的不同评价标准,将敏感性分为3级,即高度敏感、中度敏感、低敏感,由此得出生态敏感性分析图。
生态环境敏感性的分析对于规划区建设进行指导和建议,由以生态环境指标为主的单一层次、单一要素评价向多层次、综合性评价发展。如图所示(图3),规划区沿陶清河基本为生态敏感区,低敏感区面积较大,分布在规划区大部分区域,生态破坏严重,为生态修复重点区域,生态高敏感区域和生态中敏感区域为生态保护利用重点区域。
图 3 生态敏感性分析图
3.3景观安全格局分析
现在的景观规划不再单纯以追求视觉效果为目标,而是需要构建兼有生态保护的意义的景观安全格局,本研究运用 GIS技术,增加新的景观要素到一些具有很好的生态、观赏价值的景观中,设立生态廊道的目的不仅仅是为了起到美化环境的作用,更重要的是以此恢复因交通设施建设造成的两个或多个破碎生态系统之间的生态链接,进而恢复破碎生态系统之间的物质、能量和信息交换,提高生态系统群落演替速度,防止生态功能退化,最终增强城市生态系统的整体稳定性。在工程建设中,使得原本是一个整体的生态系统被切割成零散的小块,破坏了原有的整体性,造成生态系统稳定性的降低。因此,规划区需要设立生态廊道以使得规划区生态系统重新成为一个有机联系的整体。
本次规划区景观基质为旱地(农田为主),景观斑块主要包括水塘、湿地(芦苇地)、菜地、果园。通过防洪分析、采矿塌陷区、河流廊道、生境质量等单因子景观安全格局分析,构建广域景观格局,并考虑特殊地段景观要求,构建综合景观安全格局(图4)。
图4景观安全分析技术路线图
图 5 景观安全格局图
从现状景观类型的斑块个数来看,水塘的斑块个数最多,从面积角度看,斑块总面积最大的,景观类型是芦苇,但是,破碎化程度较高,受人工痕迹干扰明显,生态作用明显降低。依据景观大斑块打造生态核心源。在源周围建立缓冲区,减少人的干扰,并建立景观廊道增强生态连通性,在廊道交汇处和较为脆弱的区域建立斑块战略点,构建完整的景观安全格局。
4.生态修复与景观格局恢复策略
4.1生态修复策略
根据GIS的分析结果得出,陶清河规划区存在着生态结构压力过大、环境污染严重和地质条件特殊等生态环境问题。在遵循自然规律和防洪要求的的前提下,采用工程和生物手段,重建受损退化的河流生态系统,恢复河流泄洪、排沙等重要自然功能,维持河流资源的可再生循环能力,促进河流两岸生态系统的稳定和良性循环。采用“多自然型河流治理法”。并在河道整治中采用“近自然施工法”。多自然型河道治理方法是以保护、创造生物良好的生存环境与自然景观为建设前提,不是单纯的环境生态保护 ,而是在再生生物群落的同时,建设具有设定抗洪强度的景观河流。并经行以下生态修复工程:河床断面修复道形态修复、重建生态型护岸、再造丧失的河岸植被和湿地群落、保障水质的人工湿地构建、湿地保护与生物栖息地的营建等。
4.2景观安全格局恢复策略
由GIS分析得知,本次规划区景观基质为旱地(农田为主),景观斑块主要包括水塘、湿地(芦苇地)、菜地、果园。通过对规划区河沿岸植被带、道路沿线植被带将风景区内绿地野生植物斑块与周边绿化区域相连。将野生植物廊道与水库—河流—湿地—绿地的多层次的生态网络相连。
消除人为干扰,使区域内个景观斑块联系起来,使物质和能量交流联通起来。大型斑块可以有效维持和保护物种的多样性,可以成为大型动物的生存场所;小型斑块可以作为小型物种的避难场所,其占地小,灵活,可以出现在建成区的景观中,具有跳板的作用,皆需采取保护措施。
河廊道作为规划区内最重要的一条生态动植物廊道,在保护区内湿地生境连续性,维持环境功能完整性上起着不可替代的作用,因此更要重点保护。
5.结论与展望
GIS在生态修复及景观格局中的应用在以下几个方面发挥优势:第一,利用已有的模型,在GIS帮助下,将会使得计算更方便和快捷。第二,利用GIS提供了传统的环境评价方法无法实现的功能。第三,利用GIS建立矿区生态环境评价新模型,及对原有的传统模型进行改进。本研究在生态调查的基础上,综合考虑到矿区用地的自然、社会、生态等因素,遵循“生态优先”的原则选取评价指标。采用了层次分析法确定各评价指标的权重,减少了权重评价的主观性。运用多因素综合评价模型对城市矿区建设用地生态适宜性进行评价,在此基础上结合实际情况划分基本生态控制区域和建设控制区域,从保护城市生态安全的角度提出城市土地利用建议,对城市建设用地的科学评价以及今后城市发展具有重要意义。
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[论文摘要]矿产资源开发已成为我国国民经济增长的重要手段,但矿山开采又引发了一系列生态环境问题,导致矿区生态退化与环境污染,严重制约了矿区社会经济的可持续发展。本文系统分析了矿山开采的生态环境效应,并根据典型矿区生态恢复的成功经验,总结了适合我国矿区生态恢复的典型技术,主要从矿区废弃地土壤重金属污染的治理,矿区植被的恢复,水土流失的综合治理三个方面来论述。
由于矿藏的不可移动性,以致矿山开采长期占用、破坏、污染土地,改变了区域水系结构,破坏了动植物区系,引发一系列社会经济与生态环境问题,成为全球环境与发展面临的焦点问题之一。我国矿区土地复垦工作起步较晚,土地复垦率较低,迫切要求探索适合我国国情的土地复垦技术,提高土地复垦率和生产潜力。本文将在系统分析矿山开采生态环境效应的基础上,总结适合我国矿区土地复垦的典型技术,以期推动全国土地复垦工作的进一步发展。
一、矿山开采的生态环境效应
(一)诱发地质灾害。由于地下采空,地面及边坡开挖影响了山体、斜坡的稳定,往往导致地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡等频繁发生。而矿山排放的废渣堆积在山坡或沟谷,废石与泥土混合堆放,使废石的摩擦力减小,透水性变小而出现渍水,在暴雨下也极易诱发泥石流。
(二)水文地质条件发生变化与水质污染。矿区塌陷、裂缝与矿井疏干排水,使矿山开采地段的储水构造发生变化,造成地下水位下降,井泉干涸,形成大面积的疏干漏斗;地表径流的变更,使水源枯竭,水利设施丧失原有功能,直接影响农作物耕种。 同时,矿山开采过程中产生的矿坑水、废石淋滤水等,一般较少达到工业废水排放标准,严重影响水生生物的生存繁衍与人畜生活饮用。
(三)土壤退化与污染由于表土被清除采矿后留下的通常是新土或矿渣,加上大型采矿设备的重压,往往使土壤坚硬、板结,有机质、养分与水分缺乏。而地面塌陷导致地下水位下降、土壤裂隙产生。土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地,造成许多地方土壤养分短缺,土壤承载力下降。
矿山固体废渣(煤矸石等)经雨水冲刷、淋溶,极易将其中的有毒有害成分渗入土壤中,造成土壤的酸碱污染(主要是强酸性污染)、有机毒物污染与重金属污染。而土壤的纳污和自净能力有限,当污染物超过其临界值时,将向外界环境输出污染物,其自身的组成结构与功能也会发生变化,最终导致土壤资源的枯竭。并且,土壤污染在地表径流和生物地球化学作用下还会发生迁移,危害毗邻地区的环境质量,受污染的农产品则会通过食物链危害人体健康。
(四)水土流失加剧。矿山开采直接破坏地表植被,露天矿坑和井工矿抽排地下水使矿区地下水位大幅度下降,造成土地贫瘠,植被退化,最终导致矿区大面积人工裸地的形成,极易被雨水冲刷;由于排土场和尾矿占地,形成地面的起伏及沟槽的分布,增加了地表水的流速,使水土更易移动,冲刷加剧。
(五)生物多样性损失。植被清除、土壤退化与污染、水土流失,对矿区生物多样性的维持都是致命打击,严重威胁了动植物生存。
二、矿区生态恢复的典型技术
(一)矿区土壤污染的治理
1.矿区土壤重金属污染的治理。国内外矿区土壤重金属污染治理主要包括物理、化学和生物治理技术三类。其中,生物治理技术包括微生物修复技术、动物修复技术与植物修复技术。设施简便,投资少,对环境扰动也少,被认为是最有生命力的。
2.矿区土壤培肥改良技术。土壤培肥改良技术就是对土壤团粒结构、pH值等理化性质的改良及土壤养分、有机质等营养状况的改善,这是矿区生态恢复的最终目标之一,具体包括:(1)表土转换:在采矿前先把表层及亚表层土壤取走并加以保存,待工程结束后再放回原处,这样虽破坏了植被,但土壤的物理性质、营养条件与种子库基本保持原样,本土植物能迅速定居。(2)客土覆盖:废弃地土层较薄时,可采用异地熟土覆盖,直接固定地表土层,并对土壤理化特性进行改良,特别是引进氮素、微生物和植物种子,为矿区重建植被提供了有利条件。(3)土壤物理性状改良:土壤物理性状改良的目标是提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤结构,短期内可采用犁地和施用农家肥等方法。(4)土壤pH值改良:对于pH值不太低的酸性土壤可施用碳酸氢盐或石灰来调节酸性,增加土壤中的钙含量,改善土壤结构。(5)土壤营养状况改良:主要包括化学肥料、有机废弃物、固氮植物、绿肥、微生物等。
(二)矿区植被的恢复。根据矿区的气候和土壤条件,植被筛选应着眼于植被品种的近期表现,兼顾其长期优势,植物品种的选择首先要根据生物学特性,考虑适地适树原则,尤以选择根系发达、固土固坡效果好、成活率高、速生的乡土植物。
在配置植物时要考虑边坡结构、种植后的管护要求、自然条件等,以决定种植的形式和品种。同时要考虑与设计目的相适应;与附近的植被和风景等条件相适应。
(三)水土流失的综合治理
1.固体废弃物拦挡工程。在堆弃场地建设挡渣墙、拦渣坝和排水工程等,进行拦挡与防漏处理。
2.坡面排水工程。对影响矿山安全的坡面,根据坡长分段布设截流沟、排洪渠等工程,并配以防护林草带,增加植被覆盖,减少坡面径流对地表的冲刷,保证矿业生产安全运行。
3.边坡防护工程。矿山开采形成的各类边坡,除尽可能采取措施恢复植被外,根据边坡稳定程度及对周围的影响,采取相应的工程措施进行防护。坡面防护根据坡度不同而采用石砌护坡或植被护坡。
4.土地整治工程。对矿山生产过程中产生的大量废石堆、废弃工业场地及尾矿库,采取排蓄结合的办法,排水拦渣,有效解决“三废”污染。同时对服务期满的弃渣场、尾矿库采取复垦措施,提高土地利用率。
5.植被恢复工程。对各类裸露面,分别采取不同的措施,加速植被恢复。
三、结语
矿山开采极大地改变了原生景观生态系统,导致矿区生态退化与环境污染。针对矿区生态环境特点。我国当前矿区生态恢复的典型技术体系主要包括矿区土壤污染的治理及土壤环境质量的改善,矿区植被的恢复,水土流失的综合治理等。
必须强调的是,矿区生态恢复不仅仅是一个技术工程层面的问题,而且与矿区的社会经济发展密不可分,是一项耦合了社会、经济、资源与环境的系统工程。因此,矿区土地复垦是以人类发展为核心,对土地自然、经济与社会属性的综合整治,在消除环境危害的同时重建生态平衡。
参考文献
[1]夏星辉,陈静生.土壤重金属污染治理方法研究进展.环境科学,1997,18(3):72~76.
[2]彭建,蒋一军,吴健生,刘松.我国矿山开采的生态环境效应及土地复垦典型技术.地理科学进展,2005,24(2):38~42.
青海省矿山地质环境现状
青海省东部地区采砂场地质环境破坏现状。青海东部地区人多地少,土地利用粗放,可供耕作的土地资源十分有限。加之基础建设又主要集中分布于此,以建材类资源为主的矿产资源开发,导致青海东部地区大大小小的采砂坑场遍布了湟水流域各大支流。不仅挖损、压占了大量耕地资源、破坏了地貌景观,而且造成了大面积的含水层结构破坏和水土流失,严重影响了青海东部地区的自然地貌景观和水土涵养。青海东部地区采砂场主要集中分布于湟水谷地及其支流谷地一带。据调查:区内累计过采面积达13337hm2之多。压占挖损土地、地貌景观改变、含水层结构破坏、水土流失等环境地质问题十分突出。具体表现在以下几方面:采砂过程中,由于地质环境保护等措施缺失或未能落实到位,尾矿随意堆放,采坑不能及时回填处理,致使采区堆积了大量的固体松散物,在挖损、压占大面积耕地资源的同时,也严重阻碍了沟道的泄洪能力,松散而随意堆放的尾砂料为泥石流储备了大量的物质来源,严重威胁着下游居民的生命财产安全;另一方面在开采过程中未能按一定的边坡开挖比进行合理开挖及缺乏必要的安全意识,局部地段已形成高5~20m、长数百米的高陡边坡,在流水侵蚀和重力作用下常失稳致灾坍塌,威胁当地居民安全。
青海省三江源区、内陆河源头区砂金矿区地质环境破坏现状。青海省三江源区、内陆河源头区系纯牧业区,经济发展水平十分滞后,草场植被是当地牧民群众赖以生存和发展的物质基础,畜牧业是当地唯一的主体经济,牧业生产方式以自然放牧为主,经济结构单一。由于江河源头区砂金资源丰富,采金历史悠久,最早可追溯至上世纪20~30年代,受当地丰富的砂金资源的诱惑、经济利益的驱动及当地亟待改变的贫穷落后面貌,同时也限于当时特殊的历史时期,造成矿区长期处于无序的乱采滥挖状态之中,致使原本就很脆弱的原始生态环境及草场植被遭到了严重破坏,自然生态环境日趋恶化。据调查,三江源地区及内陆河源头区的群采砂金活动累计损毁土地面积高达20000多hm2,该类矿山自上世纪90年代末全面禁采关停后,矿山地质环境治理责任人由于历史原因已经灭失。2004~2011年年底,地质技术人员赴野外对已破坏的矿区进行了实地调查。调查成果为:开采方式有两种,即群众性开采及大规模机械化开采。过采区主要分布于河谷开阔处的低阶地及河漫滩地带,地表原始生态环境多为河谷阶地草原和河漫滩裸地,砂金矿过采对矿山地质环境的破坏程度十分严重。过采区内几乎未经过平整,砂堆如山、连绵不断,沟坑遍布、纵横交错。过采区面积1061.6hm2,挖损破坏河道长度数百公里,遗留采金坑塘数以万计,其中大的坑塘长150m,宽100m,面积近15000m2,坑深10m以上。面积在500~1000m2的坑塘更是随处可见,且多呈串珠状相连,坑塘周边的废弃砂砾堆积松散,高出原地面5~15m,与塘底相对高差达10~20m。砂堆数万个,其中高4~23m,方量大于5000m3的砂堆数量众多,高2~8m,方量在1000~5000m3的砂堆遍布过采区,多呈浑圆状,受矿体延展方向控制,部分相邻的砂堆则构成了沿沟谷方向展布的条状砂梁,由于堆弃高度过大,加之近水一侧的侧蚀作用,其顶部多变形开裂,易发生坍塌从而加剧水土流失。
青海省北部煤、铀矿区地质环境破坏现状。青海省北部分布有较丰富的煤炭资源,亟待改变的贫穷落后面貌以及当时特殊的历史时期,导致煤矿的开采长期处于无计划的乱采滥挖状态之中,致使原始生态环境遭到了破坏,自然生态环境日趋恶化,矿山安全隐患随时危及人民群众生命安全。目前该类矿山主要有祁连县默勒煤矿、门源回族自治县红旗煤矿、瓜拉煤矿、西宁市大通煤矿。煤矿区多为上世纪80年代中期群众无序开采形成,历经20多年的反复开采致使矿区地质环境和土地植被遭到严重破坏,生态环境日趋恶化。采煤对区内地质环境的破坏主要表现为对草地土壤层的破坏、地形地貌景观破坏、河流改道、土地生产力的破坏以及由此引发的土壤侵蚀、水土流失等问题。据实地调查,采煤区历经多年的采挖,破坏现象极其严重。主要表现在以下方面:采煤破坏草地数千公顷,以剥离和占压为主。对原有地形地貌景观破坏程度大,采煤矿井和祼露的尾矿堆随处可见。开采方式以井采为主,有硐、竖井、斜井等沿山体走向展布。尾矿堆主要分布在矿井四周,多呈不规则椭圆状顺坡堆放,尾矿堆积较为凌乱,一般高2~3m,最高达4m,直径3~10m,最大达20m。矿井治理和尾矿回填、整平整治难度大。由于采煤弃渣随意堆放引起河道改向,地表水溢流对凸岸的冲蚀作用强烈,致使漫滩面积增大,低洼地多成积水塘。采煤对土地生产力的破坏程度率达80%以上,造成大面积土地沙砾化,水土涵养能力下降。矿井井口四周发育圆弧形崩滑体,地质灾害隐患大。
青海省矿山地质环境治理方法及成效
矿山地质环境治理,是一个地质学、生态学、生物学等多门学科紧密结合的系统工程。矿山地质环境问题以野外调查、分析可行性研究工作为基础,针对不同地层岩性,不同矿种(类),不同规模,不同开采方式,产生的地质环境问题亦不同,工程治理措施和方案也不尽相同。工程治理措施和效果是解决矿山地质环境问题的关键,近年来该类项目得到了中央财政、地方财政资金来源的支持,使矿山地质环境治理工程得以实施,并取得非常大的成果。
砂金矿山地质环境治理方法及成效。通过对青海境内砂金矿区采取宜牧则牧的原则进行了地质环境治理,其主要方法为:首先是通过采取复坑平整措施将过采区高低不平的裸地整理成一定坡度(尽可能平缓)的平顺地面,以减少降水对坡面的冲蚀作用,控制水土流失。其次利用改土、客土回填等手段改善裸地的土壤状况,为没有土壤或母质的裸地坡面创造土壤环境。再通过工程措施、植物生态重建技术、利用人为工程手段或措施在植被恢复困难的裸地坡面上,为植物生长创造与其相适应的土壤环境、水分环境等一系列必要的生存条件,引入先锋群落完成地面的初期覆盖,防止该地区的侵蚀和水土流失,为本地物种的重新侵入和目标群落的形成创造前期条件。治理成效:(1)修复河道确保河流行洪畅通,减少泥石流地质灾害发生的机率。(2)原始地貌得以基本恢复。(3)恢复被破坏的草地资源,使植被覆盖率达到70%以上。
#p#分页标题#e# 采砂(石)场地质环境治理方法及成效。通过对青海东部地区采砂(石)场采取矿山地质环境治理和土地复垦相结合的治理方式,宜农则农、宜林则林的原则,采取了削方、填筑、覆坑平整、客土回填、支渠、农渠、生产路、防洪堤、人工栽植树木等多项治理措施对破坏区进行了治理。取得了以下成效:(1)基本修复了采砂(石)场及其周边的地质环境,消除了地质灾害隐患;(2)有效增加了耕地面积,提高了土地利用价值,促进了地区经济发展,将原本废弃的土地生产力破坏严重的矿山用地建设成为高效、高产、优质的耕地,治理后经济效益十分明显。
煤矿、铀矿山地质环境治理方法及成效。通过青海省煤、铀矿老矿区的地质环境治理项目的实施,采取尾矿回填、整平尾矿恢复原始地形地貌、封堵矿井、整治修复河道、地质灾害防治、人工种草、围栏封育恢复植被等多项治理措施。取得了以下成效:(1)加强洞口围岩稳定性,减少了采矿引发的地质灾害发生机率,防止出现新的偷采盗采行为;(2)基本恢复了原始地质环境,植被得到恢复,原本满目苍痍的地貌得到基本修复。
青海省矿山地质环境治理工程成果
青海省东部地区采砂场矿山地质环境治理工作始于2007年,截至2011年度财政投资投入约13500万元,综合治理面积1666.6hm2,其中新增耕地约33hm2,恢复耕地近133hm2。青海省三江源地区、内陆河江河源头区砂金矿山地质环境治理工作始于2004年,截至2011年度财政投资投入约42000万元,综合治理面积7628.1hm2,其中恢复草地近7000hm2。青海省北部煤矿矿山地质环境治理工作始于2005年,截至2011年度财政投资投入约1000万元,综合治理面积166.6hm2。从2004~2011年下达的矿山地质环境治理工程共计48项,累计投资约5.65亿,预计未来产生社会、环境、经济效益可达到投资的5倍。项目工程量超出原定计划,通过国土资源部、省财政厅、省国土厅、地方政府及国土资源部门验收,48个项目工程质量均达到优良全部通过验收。通过矿山地质环境治理工程有效增强了牧民群众保护生态环境的意识,增进了民族团结,有利于社会稳定。水土流失得到有效控制,生态环境得到明显改善,最终实现土地可持续利用,促进经济、社会、生态的和谐发展,推进社会主义新农村建设,保护人民生命和财产安全,促进生态环境与经济社会的和谐发展。
一、矿山开采的生态环境效应
(一)诱发地质灾害。由于地下采空,地面及边坡开挖影响了山体、斜坡的稳定,往往导致地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡等频繁发生。而矿山排放的废渣堆积在山坡或沟谷,废石与泥土混合堆放,使废石的摩擦力减小,透水性变小而出现渍水,在暴雨下也极易诱发泥石流。
(二)水文地质条件发生变化与水质污染。矿区塌陷、裂缝与矿井疏干排水,使矿山开采地段的储水构造发生变化,造成地下水位下降,井泉干涸,形成大面积的疏干漏斗;地表径流的变更,使水源枯竭,水利设施丧失原有功能,直接影响农作物耕种。同时,矿山开采过程中产生的矿坑水、废石淋滤水等,一般较少达到工业废水排放标准,严重影响水生生物的生存繁衍与人畜生活饮用。
(三)土壤退化与污染由于表土被清除采矿后留下的通常是新土或矿渣,加上大型采矿设备的重压,往往使土壤坚硬、板结,有机质、养分与水分缺乏。而地面塌陷导致地下水位下降、土壤裂隙产生。土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地,造成许多地方土壤养分短缺,土壤承载力下降。
矿山固体废渣(煤矸石等)经雨水冲刷、淋溶,极易将其中的有毒有害成分渗入土壤中,造成土壤的酸碱污染(主要是强酸性污染)、有机毒物污染与重金属污染。而土壤的纳污和自净能力有限,当污染物超过其临界值时,将向外界环境输出污染物,其自身的组成结构与功能也会发生变化,最终导致土壤资源的枯竭。并且,土壤污染在地表径流和生物地球化学作用下还会发生迁移,危害毗邻地区的环境质量,受污染的农产品则会通过食物链危害人体健康。
(四)水土流失加剧。矿山开采直接破坏地表植被,露天矿坑和井工矿抽排地下水使矿区地下水位大幅度下降,造成土地贫瘠,植被退化,最终导致矿区大面积人工裸地的形成,极易被雨水冲刷;由于排土场和尾矿占地,形成地面的起伏及沟槽的分布,增加了地表水的流速,使水土更易移动,冲刷加剧。
(五)生物多样性损失。植被清除、土壤退化与污染、水土流失,对矿区生物多样性的维持都是致命打击,严重威胁了动植物生存。
二、矿区生态恢复的典型技术
(一)矿区土壤污染的治理
1.矿区土壤重金属污染的治理。国内外矿区土壤重金属污染治理主要包括物理、化学和生物治理技术三类。其中,生物治理技术包括微生物修复技术、动物修复技术与植物修复技术。设施简便,投资少,对环境扰动也少,被认为是最有生命力的。
2.矿区土壤培肥改良技术。土壤培肥改良技术就是对土壤团粒结构、pH值等理化性质的改良及土壤养分、有机质等营养状况的改善,这是矿区生态恢复的最终目标之一,具体包括:(1)表土转换:在采矿前先把表层及亚表层土壤取走并加以保存,待工程结束后再放回原处,这样虽破坏了植被,但土壤的物理性质、营养条件与种子库基本保持原样,本土植物能迅速定居。(2)客土覆盖:废弃地土层较薄时,可采用异地熟土覆盖,直接固定地表土层,并对土壤理化特性进行改良,特别是引进氮素、微生物和植物种子,为矿区重建植被提供了有利条件。(3)土壤物理性状改良:土壤物理性状改良的目标是提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤结构,短期内可采用犁地和施用农家肥等方法。(4)土壤pH值改良:对于pH值不太低的酸性土壤可施用碳酸氢盐或石灰来调节酸性,增加土壤中的钙含量,改善土壤结构。(5)土壤营养状况改良:主要包括化学肥料、有机废弃物、固氮植物、绿肥、微生物等。
(二)矿区植被的恢复。根据矿区的气候和土壤条件,植被筛选应着眼于植被品种的近期表现,兼顾其长期优势,植物品种的选择首先要根据生物学特性,考虑适地适树原则,尤以选择根系发达、固土固坡效果好、成活率高、速生的乡土植物。
在配置植物时要考虑边坡结构、种植后的管护要求、自然条件等,以决定种植的形式和品种。同时要考虑与设计目的相适应;与附近的植被和风景等条件相适应。
(三)水土流失的综合治理
1.固体废弃物拦挡工程。在堆弃场地建设挡渣墙、拦渣坝和排水工程等,进行拦挡与防漏处理。
2.坡面排水工程。对影响矿山安全的坡面,根据坡长分段布设截流沟、排洪渠等工程,并配以防护林草带,增加植被覆盖,减少坡面径流对地表的冲刷,保证矿业生产安全运行。
3.边坡防护工程。矿山开采形成的各类边坡,除尽可能采取措施恢复植被外,根据边坡稳定程度及对周围的影响,采取相应的工程措施进行防护。坡面防护根据坡度不同而采用石砌护坡或植被护坡。
4.土地整治工程。对矿山生产过程中产生的大量废石堆、废弃工业场地及尾矿库,采取排蓄结合的办法,排水拦渣,有效解决“三废”污染。同时对服务期满的弃渣场、尾矿库采取复垦措施,提高土地利用率。
5.植被恢复工程。对各类面,分别采取不同的措施,加速植被恢复。
三、结语
关键词:矿山环境不稳定斜坡分类及特征治理工程设计生态修复
中图分类号: TD1 文献标识码: A
前言:沙厂铁矿区为北京市最大的铁矿床,已探明的工业储量约1.12亿吨。其位于密云县境内,密云水库南7.5 km处,是北京市政府公告的水土流失重点预防保护区和北京市平原区重要的水源地保护区。1985年由于国家鼓励矿产开采的政策,在沙厂铁矿区内的南部地方国有企业和集体企业加入了开采的行列。出现了较多的地质环境问题,政府于2001年责令关闭该区的地方国有企业和集体企业。2007年,中央财政出资,对该区的地质环境影响较大的老崖口平台进行了治理。由于矿区为露天开采,治理区内形成的主要地质环境问题为不稳定斜坡。本次主要针对不稳定斜坡和区内的生态植被破坏区进行综合治理。
1 地质环境现状
本区治理区主要位于沙厂铁矿区开采场的南侧观礼台一带,此处为以前开采遗留的一开采场,区内分布多条开采陡壁,形成大量的孤包、危岩,区内治理面积为0.03km2。
区内地质环境问题为,植被破坏、地形地貌破坏、尤其区内不稳定斜坡易形成地质灾害隐患,为本区主要的地质环境问题。
区内由于矿山开采,形成了大量的次生陡坡,在区内随处可见。区内次生陡坡共长为1352米,其斜坡面积为8829.2平方米。调查区内共有次生陡坡为22处,其坡角一般较陡为70o―90o。
2 不稳定斜坡的分类及特征
由于矿山开采区内形成了大量的次生陡坡,且其坡角较陡,岩体呈层状―碎裂和碎裂结构,可判断为不稳定斜坡。其分类及特征如下:
2.1不稳定斜坡分类
根据实地调查,此处不稳定斜坡均为岩石类斜坡,主要岩性为密云群沙厂组变质岩系的片麻岩组。
2.2不稳定斜坡特征
(1)岩体的结构特征
岩体的结构是指由岩体中被各种不连续面分割的岩石块大小,排列组合形成和相互结合程度所决定的岩体特征,各种地质不连续面称为结构面,而被结构面分割的块体称为结构体。岩体结构分为不同的类型,它是决定岩体力学性质的重要因素,也是进行岩体工程治理评价和边坡破坏模式分析的依据。
①结构面
按其成因类型,分为原生结构面、构造结构面和次生结构面。
Ⅰ原生结构面
原生结构面主要表现为岩性分界面和变质结构面。
区内不同岩性分界面,主要为岩脉与围岩多顺层接触,接触面片理化增强,且易风化,较原岩强度有所降低,常形成软弱结构面。
变质结构面主要表现为片麻理及片理,一般连续性较好,多呈波状起伏,局部片理化结合程度差,属软弱结构面。
原生结构面在漫长的地质历史时期,受构造运动影响,如挤压、混合岩化、蚀变等,皆失去了原生结构面其本身良好的结合度,另外在边坡地带,受人为开采影响,原生结构面也往往由闭合转为张开。
Ⅱ构造结构面
系指在构造运动中形成的结构面,如断层、节理等。
区内向斜是构造运动的产物,向斜及次级背斜轴向近南北走向,在转折端北段又有右旋迹象,向斜向南倾斜,北部紧密倒转,南部开阔。向斜构造对结构面密度和均匀性具有明显的控制作用,在本区构造结构面相对密度较小,原生结构明显。
区内各级构造结构面大多受向斜构造制约呈“米”字型展布,其余受区域断裂控制,是区域断裂的结构面。
节理通常是区内构造的最次一级产物,在断层出露部位,产出密度较大,因此节理发育见有不均匀性。一般成组发育于各岩组中,以剪为主,面平直,属刚性结构面。区内主要发育为6组,J1(120/73)、J2(43/69)、J3(170/73)、J4(270/63)、J5(315/29)、J6(93/43)。
Ⅲ 次生结构面
指在外营力作用下形成的各类构造面,主要由风化作用,爆破及荷等产生的裂隙,其特点多呈无序状,不连续,不均匀,风化裂隙仅在地表及风化带次内密集发育,爆破形成的张裂隙仅在开挖形成的。区内一定范围存在;荷裂隙是因边坡开挖坡体重力变化,在地表或平台形成迫于平行排列的张裂缝。次生结构面在本区内广泛分布。
② 结构面规模
结构面规模不同,对岩体稳定性影响程度也不同,大的结构面可以在一定区段内隔离岩体或构成滑面,小的结构面延展规模较小,且不连续,往往在岩体中形成“岩桥”,降低岩体的完整性,削弱岩体强度。本区内结构面为较小结构面,走向长小于30米,降低区内岩体完整性,削弱岩体强度,对局部边坡形成破坏。
③ 岩体结构类型
岩体结构一般可分为块状结构,层状结构,碎裂结构和散体结构四大类。调查本区岩体结构主要为层状-碎裂结构。其片麻理发育,受构造挤压作用岩体破碎。
(2)斜坡自然破坏形式
根据实地调查,在各陡壁底部均可见有碎块,塌落岩块,由于本区岩体为碎裂结构,坦荡岩坡粒径一般较小,粒径一般为0.02~0.05m,而且现在陡壁坡角较大。在外力作用下,碎块会顺着斜坡向下翻滚,最后堆落在坡脚,当其规模较大时形成崩塌。因此斜坡自然破坏的形式为崩塌。调查本区已有崩塌量约有1000立方米,区内各斜坡潜伏危岩体量约为15000m3。
(3)影响斜坡稳定性的因素
依据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001,《建筑工程技术规范》GB50330-2002,对区内不稳定斜坡进行判别。
①斜坡岩石性质
斜坡岩性主要为变质岩系的片麻岩,其属硬质岩,其抗压,抗压性较强。因其变质矿物组合及含量的差异形成不同的类型的片麻岩,其力学性质略有差异,但由于各类片麻岩成因类型一致, 岩土工程程度相近。
②岩层结构及构造
实地调查,区内主要发育节理为J1(120/73)、J2(43/69)、J3(170/73)、J4(270/63)、J5(315/29)、J6(93/43),岩体结构受构造影响基本呈层状和碎裂结构。但其结构面规模较小,且不连续,局部可见形成“岩桥”降低岩体的完整体,在区内斜坡面均可见。
区内构造运动较为复杂,主要发育有断裂构造,但对区内斜坡的影响不大,经调查未发现大规模的断层及构造形成的软弱面,只在局部可见断层形成的破碎带。
③水动力条件对斜坡的影响
由于治理区位于区内地势较高处,除大气降雨外,不受其水体(地表水、地下水)的影响较小,所以不动力条件对构区斜坡的影响较小,可不考虑。
④风化作用
实地调查,区内风化带深度40-70m,局部达90m以上,风化带内岩全完整性差,尤其是近于地表岩体强风化,局部完全风化,多呈张性,内充填砂土,在外力作用下易破坏、滑坍。
(4)稳定性因素的分析
由以上的斜坡分布及其特征可见,区内斜坡,主要受构造影响,岩体构造结构面和次生结构面较发育,主要为裂隙发育,多呈无序状,不连续,不均匀性。形成结构面的规模较小,局部形成“岩桥”降低了岩体的完整性,对局部边坡形成破坏。区内岩体的结构主要为层状-碎裂结构,坍落的岩体主要以小粒径岩块为主。调查区内未见大规模的软弱面,只在局部有构造破碎发育,对边坡有一定的影响。
区内岩体的风化作用和开采矿山时爆破等外力作用下,使岩体形成张裂隙,也降低了岩体的硬度。水力作用对边坡稳定性影响不大。
由上可知,区内边坡不存在大规模的崩塌,主要以局部岩块崩塌为主。
2.3地质灾害分类
根据区内崩塌的规模将本区地质灾害类型主要为Ⅲ类,崩塌区内落石方量小于500m3,破坏力小,且易于处理。
2.4治理措施
根据对治理区内不稳定斜坡的类型特征,采用治理方法主要是减缓坡角,或降低开采台阶高度,增加坡体的稳定性。
3 治理方法选择与工程设计
3.1治理工程总体构思
对区内不稳定斜坡进行削坡,清除危石,降低最终边坡角,使不稳定斜坡至稳定状态。清理的废石填充采坑,渣土利用覆土种植植被。基岩采用边坡生态植被恢复技术,不仅巩固边坡而且美化环境。
3.2治理工程设计
针对沙厂铁矿的地质环境问题,本次工程主要采用削坡和植被种植等工程。
3.2.1削坡工程
由于区内岩体总体较稳定,除部分构造密集发育区设计削坡坡角为40º―50º外,一般坡角为60º。
3.2.2生态植被恢复
对边坡小于25º的斜坡和平台,采用恢复林地的土地平整标准,覆土厚度为自然沉实土壤60cm以上,且地表坡度与原状相差不得超过±5º,利于其上进行景观植被种植。
对边坡大于25º的斜坡,根据形成陡坡的特点,对不同坡度、坡面稳定程度、坡面现有植被状况采取不同的技术措施实施分区防治实现生态修复。结合区内国家级矿山主题公园的建设,本区边坡生态修复种植植被技术主要采用以下模式:
模式一:
主要包括开采坑内近乎垂直和反坡部位且分风化不严重的坡面。利用局部坑洼或人工手段形成种植穴,在种植穴内栽植爬山虎等攀缘植物实施垂直绿化。
模式一:种植穴+攀缘植物容器苗垂直绿化
施工部位 高陡边坡
绿化方法 栽植容器苗
基盘修整
利用岩面局部坑洼选择性的浆砌种植槽,栽植藤本、攀援植物
辅助材料 水泥砂浆
使用植物 中国地锦、美国地锦、连翘、迎春
备注
模式二:
主要包括坡度较陡、岩面风化程度较重、裂隙丰富的坡面。在保证施工稳定的基础上,采用简易客土喷播结合植苗绿化的方式进行植被恢复。
模式二:简易植被恢复基材喷附+植苗绿化
施工部位 风化严重、裂隙丰富或坡面较缓
绿化方法 喷播和栽植苗
基盘修整
先将绿化基盘做成做成浆状,然后用泵喷出,使基盘快速稳定
辅助材料 保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥
使用植物 荆条、紫穗槐、酸枣、黄栌、红叶椿、珍珠梅、丁香、高羊茅、沙打旺、波斯菊、二月蓝、鸢尾、沙地柏、红瑞木、棣棠
备注
模式三:
主要包括60度左右坡度,岩面风化程度较轻的坡面。采用锚杆固定+挂两层双向格栅+客土喷播+生态植被毯的方式实施植被恢复。
模式三:挂双向格栅+植被恢复基材喷附+生态植被毯
施工部位 坡度60°左右的岩石坡面
绿化方法 喷播植物种子
基盘修整 在铺设的格栅网上喷射植被恢复基材
然后喷播种子,覆植被毯
辅助材料 格栅网、锚杆、钎子、土壤稳定剂、保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥
使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、柠条、紫穗槐、柠条、珍珠梅、波斯菊、杂草
备注
模式四:
主要包括60度以下,岩面表层风化堆积物较多的坡面。坡脚稳定+简易植被恢复基材喷附+挂单层双向格栅防护的方式实施植被恢复。
模式四:简易植被恢复基材喷附
施工部位 坡度较缓表层风化堆积物多的坡面
绿化方法 喷播种子
基盘修整 先将绿化基盘做成做成浆状,然后用泵喷出,使基盘快速稳定
辅助材料 保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥
使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、波斯菊、杂草、鸢尾、萱草
备 注
模式五:
主要包括帮坡平台。包括有风化堆积物和无风化堆积物的两种。首先对平台外沿码放几层生态植被袋并用锚杆固定,植被袋的高度根据风化物或者客土层的厚度来定。对有风化堆积物的部分,采用生态灌浆的工艺增加保水防渗性、提供土壤肥力,对无风化堆积物的平台采取客土50厘米,然后在风化物和土层栽植灌木和乔木,再在表层喷附草种。
模式五:生态植被袋坡脚防护+客土植苗
施工部位 帮坡平台
施工方法 木本植苗+草本播种
基盘修整 在植被袋中填充基盘材料和客土,形成植物生长基盘
辅助材料 生态植被袋
使用植物 苇状羊茅、高羊茅、胡枝子、荆条、紫穗槐、柠条、波斯菊、酸枣、黄栌、沙地柏、红叶椿、油松、侧柏、珍珠梅、丁香、沙打旺、二月蓝、鸢尾、红瑞木、棣棠、沙棘
备注
通过以上技术方法对不稳定斜坡的治理和综合植被恢复,使区内实现近自然的生态植被恢复,矿区的生态环境与周边山体的原貌相和谐,在植被恢复实施效果稳定后治理区域范围内的植被覆盖率可达75%以上,并且在实现区内生态修复的基础上实现美化,提高了矿区的景观价值。
4 结论与建议
本区的地质环境问题主要为不稳定斜坡,由其类型和特征可知,区内的地质环境问题易于处理,但本区要建设国家级矿山主题公园,在治理地质灾害的同时区内生态植被的恢复和环境的美化成为本区治理的重点。该项目完成后,得到了北京市国土资源局的表扬。结合该方案的设计与实施,可以总结出如下的要点。
1)在治理矿山地质环境前一定要对区内的地质环境问题(包括地质灾害类型、规模、分布特征等)查清楚;
2)生态植被恢复是一个长期、系统得过程。在恢复过程中一定要和周边的环境相协调,植被的种类选择要科学合理;
3)在进行治理设计时,要结合当地的实地情况和发展规划选择治理方案。以治理为手段,使区内的环境(包括地质环境、人文环境、经济环境等)可持续发展为目标。
参考文献:
[1] 北京市密云县沙厂铁矿区矿山地质环境治理可行性研究报告,北京市地质工程设计研究院2006.7
关键词:矿山开采;矿山环境问题;治理措施
Key :words:mining; mine geological environmental problems; treatment measures
Abstract: Collected the latest data of investigation and statistical in recent years, Analyzed Anhui province 's typical mine geo-environmental issues about geohazard,destroy land resources, destroy scenery for terrain Landform,and discharge a large number of waste brought negative effect and so on In the mining . Point out social and environmental influence degree is high,The harmfulness is great,And dut forward obviously problem of deviation and deficiency in mine geological environment management; Combined with background condition of regional geological environment,mining method and mining specialty,Respectively, Puts forward the optimization treatment measures of typical mine geological environment problems.
中图分类号:O741+.2文献标识码:A 文章编号:
安徽省地处华东腹地,是国家级材料工业基地、华东能源供应基地以及长江三角洲经济区能源、金属和非金属原材料基地,境内矿产资源较为丰富,共发现矿产138种(含亚矿种),有矿区1084处(不含共伴生矿床286处)[1],其中。近80%的矿产地被开采,历史上矿山数量最多时达上万家,开发利用的矿产主要为煤、铁、铜、锰、钨、萤石、灰岩、石英岩、硫铁矿、盐矿、磷矿、膨润土、滑石、石墨、方解石、石材及砂石粘土类等。经多年矿业整顿,目前全省尚有生产和新建矿山3700多个,年产矿石量近5亿吨。长期以来,矿产资源的开发利用,一方面为本省工业化进程提供了充分的矿物原料,促进了社会经济发展和社会进步;另一方面也留下了一系列的矿山地质环境问题,给人民生产建设和生活带来诸多危害。
1典型矿山地质环境问题现状
1.1矿山地质灾害
安徽省矿业开发引发的地质灾害主要是地面塌陷、崩塌、滑坡。地面塌陷主要分布于两淮煤田,其次是铜陵、马鞍山等矿区。相关资料表明,2002年以前,全省先后有50余座矿山开采引发了采空地面塌陷,塌陷总面积近260km2,此后塌陷面积仍持续不断地增长。其中两淮地区塌陷最为严重,自上个世纪五十年代就已产生并初具规模,八十年代后,随着一批新矿区的建成及部分老矿区鼎盛期的到来,塌陷范围明显增大,至2010年塌陷面积增至370km2(见表1),部分塌陷区
表1两淮煤田地面塌陷面积表(1985年-2010年)
已连接成片,积水成湖,中心水深最大约22.00m[2]。长期频发的地面塌陷使大面积的平原变成高低不平的荒滩洼地,肥沃农田变成低产地、沼泽地、湖泊,并导致数十万农民无地可种,近千个村庄搬迁,矿区道路、水利等基础设施遭受重大破坏,直接经济损失达上百亿元。
崩塌、滑坡主要发生在皖南山区及沿江丘陵一带的露天开采矿山,据不完全统计,仅自八十年代至2002年期间,全省露采矿山先后发生较大规模的崩、滑灾害多达50余起,直接经济损失逾亿元。近几年较大规模的崩塌、滑坡虽然得到有效控制,但仍有少量小规模的灾害不断发生,其危害性同样不容忽视。
1.2压占损毁土地资源及破坏地形地貌景观
据2010年度矿山地质环境调查资料,全省各类矿山累计压占、损毁土地总面积约为700km2,其中采矿用地占60.46%,地面塌陷15.86%,尾矿库占地9.20%,排土场占14.48%。矿业活动形成大量的采坑、塌陷洼地、荒芜地,改变了部分土地用途,造成大片优质土地劣化、灌溉困难,导致农作物减产,影响土地的增值和农民的收益,同时也不可避免地破坏了原生地形地貌形态及生态环境,加剧水土流失的发生,使原本山青水绿的大地变得满目疮痍,尤其是对自然保护区、风景名胜区、地质遗迹保护区附近以及主要交通干线、河道两侧可视范围内地形地貌景观的破坏,所产生的视觉污染十分严重。虽然近些年来投入了巨额资金,加大了土地恢复、生态修复力度,但远远赶不上破坏的增速。
1.3排放废弃物影响
矿山开采产生的废弃物主要是废水和废渣,废水来源于矿坑排水、选矿水以及废石场、尾砂库淋溶水等;废渣以废土石、煤矸石、冶炼渣、粉煤灰、炉渣为主。粗略估计,全省主要矿山年排放废水量约5500万吨,年排放固体废弃物量约6800万吨,而多年来废水综合利用率平均仅为30%左右,固体废弃物综合利用率平均仅为47%左右,不仅很大程度上造成了资源浪费,而且这些废水、废渣成份复杂,部分矿山废水、废渣中重金属、放射性物质、酸碱性物质以及硫、磷、氯、砷、氟等有害元素含量较高,一些矿山企业不经处理或简单处理就直接或间接排放,导致矿区周边和下游水土环境遭到程度不同的污染,个别矿区甚至十分严重。
2引发矿山地质环境问题的主导因素分析
矿山地质环境问题的产生,客观上是由矿区的地质背景条件决定,但主观上却与人类矿业经济活动不无关系。
2.1地质背景条件因素
安徽省地域广大,区内地形起伏多变,自北而南分布有淮北平原、江淮波状平原、大别山区、沿江丘陵平原、皖南山区五大地貌单元,其中平原约占总面积的 61.5%,丘陵约占12%,山地约占22.1%(图1-1)[3]。地质构造复杂,深大断裂
图1 安徽省地貌类型及断裂略图
①平原②丘陵③山地④深断裂⑤大断裂
遍布,各时期地质构造运动发育了深切岩石圈的深断裂约13条,延伸达数十公里以上的大断裂29条 [4]。首先,地形地貌和地质构造往往在区域上决定着矿山地质灾害的分布,如江淮丘陵、沿江丘陵、大别山和皖南山区山高坡陡,沟谷发育,采矿边坡在降水和地表径流作用下,易形成崩塌、滑坡、泥石流及水土流失灾害,又如部分矿山分布在构造发育地带,沿构造带(面)发生崩塌、滑坡、矿坑突水等地质灾害的可能性较大。其次,复杂的岩土体工程地质条件也是矿山地质灾害多发的一大内在因素。安徽省自晚太古代以来的各时代地层均发育齐全,其中粘土岩、含煤碎屑岩岩性脆弱,岩石抗压、抗剪强度低,抗风化和抗侵蚀能力弱,遇水易软化,极易产生采空区塌陷,两淮煤田的采空塌陷多与此有关,而丘陵山区采场坡麓地带的碎石土、粘性土,由于结构松散或具有一定的胀缩性,在人为切坡作用下则极易产生成崩塌、滑坡地质灾害。另外,地下水水文地质条件复杂,碳酸盐岩岩溶发育,地下水水量丰富,也是造成部分矿山在抽排岩地下水时引发岩溶塌陷和地面沉降的一个因素。
2.2人类矿业活动因素
长期以来,一方面随着安徽省国民经济建设的需要,矿业经济飞速发展,矿山企业数量激增,早在二十世纪八十年代,全省仅有矿山1千多家,到2002年发展到7千多家,最高峰时达1万多家,其中乡镇和个体矿山占全省矿山总数90%以上。矿山企业总量不断扩大,开采量逐年增加,但与此同时,许多矿山企业缺乏可持续性发展的战略思想,只重于经济效益,竞相争抢资源,甚至乱采滥挖,轻视或忽略环境保护与治理,加上当时有关矿山环境保护与治理的法律、法规、政策出台滞后,矿业管理工作尚不到位,从而导致矿山环境破坏日趋严重;另一方面,由于社会经济水平较低,普遍缺乏足够的治理资金,并且治理技术比较落后,也在很大程度上使矿山环境破坏趋势难以得到根本好转。
3以往治理措施及存在的不足
3.1以往治理措施
由于历史开采时期遗留的矿山地质环境问题多以及治理资金的严重不足等原因,一段时间来,安徽省矿山地质环境治理恢复之路充满曲折性,保护和治理工作相对滞后,自上世纪80年代以来,此项工作才逐渐得以重视,并先后通过申报国家治理资金及省、地方、企业联合出资的方式,投入治理资金十几亿元,治理了部分环境问题突出的矿山,在一定程度上遏制了矿山环境恶化趋势。治理主要采用国内外通用的、相对成熟的技术方法,其治理措施主要有以下几类:①露天采矿场治理:针对采场边坡崩塌、滑坡地质灾害开展截洪排水、降坡减载、支挡锚固等;边坡复绿;场地平整、复垦、恢复土地利用功能;②塌陷区治理:以两淮矿区开展较早,已形成较成熟的“二个层次、三大类型、六种模式”的技术方法。“二个层次”指多层煤回采的深层塌陷区和单一煤层回采的浅层塌陷区;“三大类型”指塌陷地复垦种植类型、塌陷地复垦基建类型、塌陷区水面养殖类型;“六种模式”为多层煤开采深层塌陷区水面养殖类型、浅层塌陷区复垦造地种植复垦模式、煤矸石充填塌陷坑为建设用地模式、粉煤灰充填塌陷区复土营造经济林果复垦模式、深浅交错尚未稳定的塌陷区用作鱼鸭混养和果蔬(菜)间作复垦模式、利用大水面塌陷区兴建水上公园重建矿区生态环境的复垦模式;这一技术方法在国内煤矿治理方法中走在前列,并已在两淮地区的煤矿矿山地质环境治理中全面推广应用。成效较为显著。其它地区一般是利用废土石、尾矿、尾砂进行地表回填后覆土造地;③废石堆场、尾矿库场、排土场等场地治理:两淮矿区多复垦为耕地、建设用地、林地,沿江矿区(铜陵、马鞍山)通常进行植树造林、园林造景等,其它矿区一般复垦为耕地、林地;④废弃物处理利用:大中型矿山一般建有污水处理厂,废水处理后主要回用于矿山生产,剩余的达标排放;废渣主要用于铺路、回填场地、塌陷区、充填采空区等,其中大型矿山的部分煤矸石也用于发电、制砖等;⑤矿山地质公园建设:即结合地质遗迹、人文历史等特殊条件建成集旅游、休闲、娱乐、科普、研究于一体主题性公园,是矿山地质环境治理中的特殊典范,如目前已建设完成的淮北矿山公园,其综合治理成效显著。即将建设完成的还有淮南大通国家矿山公园、铜陵铜官山国家矿山公园。
3.2存在的不足
虽然近些年来全省各地针对一些典型的矿山地质环境问题做了大量的保护与治理工作,取得了令人瞩目的成效,但通过对已完成治理状况的全面分析,发现以往的矿山环境综合治理措施仍存在较多的不足之处,归纳起来主要有以下几方面:①矿山地质环境综合治理的层次比较低,大多数矿山治理仅停留在消除地质灾害阶段,还未全面上升到生态恢复和景观重现的高度,且实施治理的技术含量较低,工艺较简单、粗糙;②对于不同地区、不同地质背景条件下的矿山地质环境问题,所采取的治理措施过于简单化、模式化,针对性不强,带来的经济、环境、社会效益较低;③尽管有少数矿山对采矿压占损毁的土地进行了复垦,但多数只是简单的回填平整便恢复利用,忽视复垦土地的质量和复垦效果;④对于地形地貌景观的修复,停留在少数重点风景区内、城市边缘及主要交通干线两侧的矿山,而对其它区域的矿山没有引起足够的重视;⑤对于矿山废弃物,多就地排放或简单地直接利用,而对废弃物的处置处理重视程度不够,对尾矿中丰富的伴生组份也未能充分回收再生,造成资源浪费。
4治理措施的优化选用
针对当前安徽省几大典型矿山地质环境问题及其以往治理恢复工作中存在的不足,结合矿山地质环境背景条件,本着先进、适宜、有效并且经济适用的宗旨,对进一步优化、选用治理措施提出如下一些认识:
4.1主要矿山地质灾害治理
4.1.1地面塌陷治理
安徽省地面塌陷主要由地下开采的煤矿、金属矿山引发,地面塌陷程度与矿区地质构造、水文地质特征、顶底板岩性及厚度、开采方式和开采深度等因素密切相关,其危害程度又因所处的经济和地理条件的不同而存在较大差异。综合以上因素,治理宜分为平原区、丘陵山区两种类型分别进行。
平原区地形平坦,矿区上覆松散层厚度大,地下潜水位较高,矿山类型以煤矿为主,矿层一般埋藏深,产状较平缓,基本上都采用井工方式开采,陷落法管理顶板,开采规模较大,引发的采空地面塌陷一般呈片状,规模较大。加上矿区所在地耕地质量好,人口稠密,地表建筑比较集中,故这类地区塌陷危害较大。对于此类塌陷区治理,两淮矿区 “两个层次、三大类型、六种模式”的技术方法经过十多年的实践和发展,已在国内塌陷区治理中走在前列,可在平原区全面推广,各矿山只需结合本矿具体的地质环境条件因地制宜地加以利用即可。
丘陵山区地形起伏变化大,矿区地层产状较陡,上覆松散层厚度薄,地下水贫乏,矿山开采规模相较不大,引发的地面塌陷规模较小,塌陷后一般形成局部漏斗式塌陷坑,多呈条带形台阶状,塌陷区相当部分处于山岭荒坡,区内人口稀少,故塌陷危害性比平原区要小。对于此类塌陷区,以往治理主要是充填复垦,即利用矿山生产中产生的废土石、矿渣等进行回填、平整后再覆土种植,治理模式单一,针对性不强,不利于土地资源优化利用。实际上除此而外,采用非充填复垦也不失为一个好的治理方式,具体可按潜水位高低分为三种种情况:①低潜水位塌陷区:指基本上不积水的塌陷区,当塌陷范围不大时,对土地略加平整,“填平补齐”即可耕种,当塌陷面积较大时,在塌陷盆地底部挖塘蓄水或打井取水,使复垦后的塌陷区成为浇灌型保水、保土、农果相间的陆生生态系统区;②中潜水位塌陷区:指局部积水或季节性积水并受丰水年和干旱影响的塌陷区,积水区域难以种植作物,也不能进行淡水养殖,复垦方法是将盆地底部深挖成深水鱼塘,使其同时具有蓄洪和浇灌功能,将周围的“坡子地”改建为条带型水平梯田,使塌陷前单一陆生农业成为水陆结合型农业;③高潜水位塌陷区:指常年被水淹没的塌陷区,宜采用“挖深垫浅、疏导水系”的综合治理方法,因势利导,将其复垦为合乎本土的“鱼米之乡”。所谓“挖深垫浅”就是根据塌陷后的地形地貌,将较深的塌陷区再挖深,使其深水区适合于养鱼,浅水区适合于栽藕、植菱角或其它淡水养殖,利用挖出的泥土垫高浅部塌陷区,使其成为旱田。
4.1.2崩塌、滑坡治理
矿山开采引发崩塌、滑坡地质灾害的现象较为普遍,地形地貌往往是决定其在区域上分布的主要因素。两淮平原区地形平坦,采场边坡一般低缓,发生崩塌、滑坡的几率相对较小;江淮丘陵、沿江丘陵、大别山和皖南山区山高坡陡,在强降水和地表径流作用下,极易发生此类灾害。各矿山开采所引发的崩塌、滑坡本质上无区别,只是规模大小、危害程度以及治理难度不同而已,以往对其的治理多采取临时性清理、支挡措施,而忽视对其多种诱发作用如地表水、地下水作用及坡体荷载作用等的预治理,不能彻底消除其危险性,以致同一灾害反复发生。事实上将预治理措施与治理措施有机结合起来才是更有效的途径,从长治久安的路线出发,其治理成本相对更低。结合以往治理经验和当前先进的手段,治理可从以下几个方面实施:①拦截地表水:阻止雨水、泉水进入滑坡体内,排除滑坡区内的雨水、泉水,如在滑坡体上方或坡体的外缘设置地表截水沟,在滑坡区内设置纵横排水沟;②排除地下水:拦截和旁引滑坡区的地下水,引出、排除滑坡体内地下水,如设置截水盲沟、盲洞、渗管、仰斜孔群、垂直钻孔等;③减载抗滑:削减滑坡体的高度和坡度,降低滑体重心,同时采用抗滑片石垛、抗滑桩、抗滑挡墙、防护网等修筑支挡工程,提高滑体稳定性;④岩土锚固:通过锚杆将滑体与下覆稳固地层联锁在一起,并进行喷浆护坡,以保持边坡稳定。
4.2土地恢复治理及地形地貌景观和生态环境修复
存在压占、损毁土地资源的采矿用地单元主要是露天采矿场、地面塌陷区以及工业场地、排土场、尾矿库等,一般都不可避免地伴随着地形地貌景观和生态环境的破坏。因此,其治理不单是消除地质灾害或恢复土地利用,往往连同地形地貌景观和生态环境的修复也必不可少,并且只有在充分结合矿区土地利用规划和当地城乡基础设施建设需要的基础上才更便于治理工程的实施。按采矿压占损毁的土地单元(除地面塌陷区同前述外)分别探讨其治理措施如下:
4.2.1露天采矿场治理
露天采矿场在全省平原、丘陵和山区广为分布,各类矿山均有,面积大小不一,不仅压占损毁大量土地资源,对地形地貌景观和生态环境破坏也较为严重,形态特征大体可分为两类:一类是边坡型采矿场,主要分布于丘陵山区,采矿地多位于山体斜坡一带,剥露地层多为岩质,以往治理中一般只对采场边坡中存在的崩塌、滑坡地质灾害及其隐患进行治理,而对采场中大片的空地则弃之不管,极大地浪费了土地资源。事实上,复垦采场空地不仅能增加可耕种土地,提升土地利用价值,也以另一种方式改善着地形地貌景观和生态环境。从省内外成功治理的实例看,治理措施其实并不复杂,主要是清理、平整采场空地,使地面坡度满足农业种植或林业种植用地要求,再覆以采前剥并离储存备用的采区表土(如果条件允许,适当配以耕植熟土、谷物秸秆、含生物元素的废料等有机物与之间层填埋),即可种植农作物或树木;另一类是平地开采型采矿场,在平原区和丘陵山区的山间平地分布较广,主要为水泥配料用、砖瓦用、化工用粘土矿,采矿地多为土质,采坑浅,治理措施和方法较为简便,可直接平整、恢复为农用地或改造为鱼塘。
4.2.2工业场地、废石堆、排土场、尾矿库场等场地治理
平原区如两淮矿区的此类场地多处于开阔平缓地带,占用的土地类型以耕地为主,周边多分布有人居场所,环境影响程度较高,通常的治理措施是结合矿区周边土地利用规划和当地城乡基础设施建设需要复垦为耕地、建设用地或林地,既充分挖掘土地利用价值,缓解当地地少人多的社会矛盾,也改善了矿区地形地貌景观和生态环境;而丘陵山区的此类场地多处于斜坡或谷地,占用的土地类型多为荒坡地、林地,离人居环境较远,但往往处于其上游地段,宜针对不同类型的场地采取灵活的治理措施,以获得最大的土地效益和环境效益。对于小面积场地可通过建埂筑坝、整修渠道、造田复耕为农业用地,大面积场地可复垦为经济林、生态林或人工园林。当然,对于少数已然存在严重污染源的场地,则不能只做简单地恢复利用,需采取特殊处理措施,如采用植物修复技术、微生物复垦等,以免对下游地区的人居和水土环境造成不应有的危害。
4.3废弃物处置处理及综合利用
一个无可否认的事实是,全省矿山废弃物的排放量正逐年增长,尤其是两淮煤矿区和马鞍山、铜陵、庐江和霍邱等地的金属矿区、硫铁矿区产生的煤矸石、废石、尾矿和废水等废弃物,不仅量大,而且存在严重的污染源。由于受社会经济水平和工艺技术水平制约,目前无论采取什么方法都很难将之全部消除在生产过程中。因此进行适当的处置处理和利用,使之变废为宝、化害为利,以实现矿山废弃物的“减量化、资源化、无害化”,是当前首先需要深入探讨和研究的课题。但无论是煤矿矿山、金属矿山还是非金属矿山,也不论是地处平原、丘陵或山区的矿山,其废弃物排放所带来的资源浪费和环境污染问题都同样不容忽视,需区别对待的是:一类废弃物中存在污染源,另一类不存在或较少。
4.3.1废弃物处置和处理
首先,废弃物放置场所的选择不仅直接关系到占用土地的合理性、景观影响的轻重程度,还涉及水土环境污染范围的大小。从现有情况看,有不少矿山的废水坑、排土场、尾矿库等都设置于地势较高的上游地段,或离人居场所较近的地点以及交通干道、河道附近,特别是丘陵山区的矿山,废弃物场地多在山麓、斜坡一带,废水、废渣及淋漓液极易随雨水流向下游的平地,其所带来的环境影响和景观的视觉污染不言而喻。有效解决废弃物放置问题的措施就是避开类似上述的地点,科学谨慎地选址,杜绝废弃物存放造成下游污染的任何可能性,对于某些显然存在污染源的煤、多金属、硫铁矿等矿山更应如此。其次,固体废弃物堆、尾矿库本身可能存在的边坡崩塌、泥石流等次生地质灾害以及水土流失、淋漓液渗漏等二次环境污染问题,对此则宜建坝将其控制在一定的范围内,并辅以防渗、集排水工程措施防止渗水、溢水外流,如采用粘土固化注浆技术对坝基进行防渗处理,修筑排水沟、引流渠将溢水汇入污水处理池等,这也是当前受社会发展水平和经济技术条件制约的发展中国家广泛使用的一种方法。而对于废污水的处理,则应根据各矿山废水中所含有害元素的特征及其危害性,建立相应规模和级别的污水处理系统,实行分级处理,达标排放,杜绝不经处理或简单处理就直接或间接排放的现象发生。
4.3.2 废弃物综合利用
针对矿山废污水采用循环供水系统,使之在矿山生产过程中多次重复地使用,是当前矿山企业减少排放、解决供水紧张最普遍的利用途径,也是切实有效的利用方式,但实际上还有更多的矿山废水由于无处可存而被白白流失,造成水资源的无辜浪费。如果能促进矿山企业通过矿农、矿林、矿厂等联合方式,适当采取更完善的处理措施,将这些废水储进备用的池塘、水库用于农业灌溉、林业种植、工业生产等,则是实现废弃物资源化的最佳形式[5],也必将带来很好的社会和经济效益,尤其对于干旱少雨、地表水资源贫乏的地区则更是难能可贵,事实上,绝大多数矿山的废水只需稍加处理便可以如此利用。
矿山固体废弃物的充分利用,是减少污染源从而保护环境的最有效途径,但目前全省大多数矿山的主要用途仅是作为铺路、回填场地以及充填塌陷区、采空区的材料,少数采煤矿山的煤矸石也用作制砖、发电等,利用方式过于单一,未能实现资源价值的最优化和最大化;固体废弃物作为“二次资源”回收再生也是综合利用的一个重要方面,特别是一些生产历史悠久的老矿山,不仅废石、尾矿积存量大,而且其中有价金属等可重新利用的资源极为丰富,这在多数矿山企业都没得到合理的开发利用。近年来有不少专门研究机构对其作为原材料综合利用的开发研究取得了不少新的成果,开发的主要用途有:农肥原料,生产水泥、玻璃、陶瓷、保温、隔热、隔音等材料,铸石、铸造砂原料,耐火材料等[6]。极力引进并合理选用这些选进的研发成果,完全可以使之得到充分利用,并将由此产生较好的经济效益和环境效益。
5结语
目前,随着安徽省皖江城市带承接产业转移示范区战略目标的实施,矿业开发正迈入新的发展时期,矿产资源开发利用呈现良好的发展态势,这对促进地方经济的发展繁荣和社会进步无疑具有重要作用,但其同时所带来的矿山环境问题也将前所未有,只有勇于面对这个难题,积极探讨和研究产生矿山环境问题的本源所在,与时俱进,采取有效应对的保护措施,打破治理“瓶颈”,才能化解危机,促进矿产资源开发利用与环境保护协调、可持续的发展。
主要参考文献:
[1]安徽省国土资源厅.安徽省矿产资源总体规划(2008-2015年)[R].2010.6:5-11.
[2]安徽省国土资源厅.安徽省矿山地质环境研究报告[R]. 2005:28-45.
[3]程言新,张福生,王婉茹,等. 安徽省1:50万地貌图说明书[R]. 蚌埠:安徽省地质矿产局第一水文地质工程地质队,1993:34-36.
[4]安徽省地质矿产局.安徽省区域地质志[M].北京:地质出版社,1987.6:497-498.
[5]环发[2005]109号.矿山生态环境保护与污染防治技术政策[S].北京:国家环境保护总局,2005:1.
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SHALLOWDISCUSSTREATMENTMEASURESOFTYPICALMINE GEOLOGICALENVIRONMENTMANAGEMENTANDOPTIMIZING
突出重点,合理规划,力争矿山环境整治工作上新台阶
随着宜兴市矿山企业、宕口大幅度关停,矿山乡镇生态环境有了明显改善,但是开山采石给山体植被造成的破坏尚未得到有效治理,城市规划区、旅游风景区、交通干线附近的废弃露采矿山岩石,严重影响和制约宜兴市的规划建设和旅游资源的开发,加快露采矿山的整治步伐成为宜兴市建设环境友好型社会的迫切需要和生态市建设的重要内容。
2003年以来,在市政府的高度重视以及全市上下的不断努力下,宜兴市已经完成矿山环境整治项目22个,宕口绿化工程16个,矿山废弃地复垦项目38个;复垦废弃地9507.67余亩,绿化坡面约14.53万平方米。2007年的竹海风景区新建道路边坡地质环境治理工程被宜兴市列为矿山环境整治示范工程,2008年林场宕口关闭矿山地质环境治理项目被省级验收组评定为优良工程。
虽然近年来宜兴市在矿山环境整治方面做了大量工作,取得了一定成绩,但是主要交通沿线和风景区可视范围内的露采矿山仍为数众多,为了切实加强矿山环境整治工作,2007年起我市实施了三年环境整治规划,力争通过三年努力,到2009年底基本完成宁杭高速公路、104国道、宜广公路、张灵慕线沿线和竹海风景区、善卷风景区可视范围内主要山体坡面复绿整治。
2009年是三年整治规划的最后一年,根据宜兴市三年规划和2009年矿山环境整治实施意见,今年宜兴市计划实施9个矿山环境整治项目,目前已有8个整治项目进入了施工末期,复绿效果已经初见成效。整治工程采用了废弃地复垦、坡面爆破削坡、浆砌片石骨架植被护坡复绿、坡面挂网客土喷播、平台分层种植等相结合的方法,对张灵慕线和竹海风景区长龙山宕口、石山坡宕口、竹海公路边坡、狮子山宕口,104国道沿线小潮漏宕口,342省道沿线徐家山、屺山、蒋山宕口这8只宕口进行复绿,预计将完成坡面复绿约23.4万平方米,复垦废弃地308.4余亩。
强化措施,抓严抓实项目管理工作