滇西北高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)礦產(chǎn)資源開采的潛在生態(tài)風險與控制對策研究

和建萍，施漢昌

（1.云南省迪慶州環(huán)境監(jiān)測站，云南 香格里拉 674400；2.清華大學環(huán)境學院，北京 100084）

近年，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，國家提出要把西部地區(qū)建成中國能源與礦產(chǎn)資源的主要接替區(qū)，進一步推動了云南礦業(yè)的發(fā)展。地處長江上游的金沙江流域蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，礦業(yè)已發(fā)展成為該地區(qū)經(jīng)濟的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一，在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。然而，礦產(chǎn)資源的開采也導致了礦山環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境嚴重破壞、地質(zhì)災害、自然災害頻發(fā)等一系列環(huán)境問題，引起了社會普遍關注。普朗銅礦位于滇西北的香格里拉境內(nèi)，屬于高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)的礦業(yè)。生態(tài)脆弱區(qū)的礦產(chǎn)開發(fā)存在比其他地區(qū)更大的潛在生態(tài)風險，本文以擬開發(fā)的普朗銅礦為例，通過比對分析其開發(fā)過程中潛在的生態(tài)風險，因地制宜地提出針對性預防措施，該研究對于金沙江流域礦產(chǎn)資源開發(fā)走“綠色生態(tài)”的可待續(xù)發(fā)展道路具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

普朗銅礦礦區(qū)地處滇西北，青藏高原南緣，滇、川、藏三省（區(qū)）交界處，屬于“三江并流”世界自然遺產(chǎn)的腹地，海拔3 600～4 500 m，屬高山切割地區(qū)，坡度大于25度的土地面積占62.1% 以上，局部地段險峻，形成懸崖陡壁。區(qū)內(nèi)氣候屬溫帶—寒溫帶氣候，年平均氣溫4.7～16.5℃，太陽輻射強，立體氣候明顯。全年無霜期128 d，5～10月為雨季，其降水量占全年降水量的87.1%，最大降水高度出現(xiàn)在海拔3 400～3 600 m的區(qū)域，降水量達1 000～1 200 mm。普朗礦區(qū)及其周圍是處于原始封閉狀態(tài)的高山森林區(qū)，植被覆蓋率可達90% 以上，生物多樣性保存完好。礦區(qū)屬于金沙江水系，礦區(qū)水系發(fā)達，向南注入普朗河，普朗河平均流量為10 m3／s，具有流量大、落差高、流速快等特點。

研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展滯后，資源型經(jīng)濟占主體地位，是全國經(jīng)濟欠發(fā)達的貧困地區(qū)之一。豐富的自然資源特別是礦產(chǎn)資源是其賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎，目前共計發(fā)現(xiàn)銅、鉛、鋅、鐵、鎢、鉬、金、銀等30多種礦，300多處礦床礦點，其中銅礦資源是最具發(fā)展優(yōu)勢的資源。普郎銅礦為一超大型斑巖銅礦，是我國的五大銅礦之一［1］，已探明礦儲量250萬t以上，遠景銅金屬儲量可達430萬t，是一個具有特大規(guī)模找礦潛力的斑巖型銅礦床［2］。

2 普朗斑巖型銅礦礦床采礦工藝與污染分析

2.1 采選工藝及主要工程概要

普朗斑巖型銅礦礦體控制厚度為17.00～370.41 m，銅品位為0.20%～3.74%，平均為0.44%，屬較均勻，南北長6 km，東西寬5 km，地表出露面積約為12 km2。普朗斑巖型銅礦屬典型的硫化礦，礦石中銅礦物主要為黃銅礦及少量銅藍，脈石礦物主要是石英、長石、云母。普朗銅礦采礦工藝根據(jù)礦床特性擬選用露天地下聯(lián)合開采方法，初步設計的選礦處理規(guī)模為1 250萬t／a。采選礦工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)如圖1所示，工藝設計參數(shù)見表1。

圖1 普朗銅礦采選礦工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

尾礦庫選擇位于高原山谷內(nèi)，庫區(qū)面積440萬m2，總庫容為1.4億m3，為二等庫，有效庫容約為1.12億 m3，整個庫區(qū)匯水面積28.425 km2。設有2個廢石場，東廢石場容積約500萬m3，占地面積38 hm2；南廢石場容積約為200萬m3，占地面積10 hm2。尾礦產(chǎn)率為98.291%，除金、銀、鉬有一定的回收外，原礦中所含其他化學物質(zhì)都隨尾礦堆存于尾礦庫。工藝流程表明，銅礦采選活動的主要產(chǎn)污環(huán)節(jié)是采礦、選礦、運輸、尾礦庫、廢石場五個環(huán)節(jié)，主要污染因子是尾礦酸性廢水和重金屬，主要污染源為尾礦庫、廢石場和礦山等。

2.2 普朗銅礦開采過程的生態(tài)風險分析

普朗銅礦與已開采的江西德興銅礦均為大型、特大型斑巖銅礦，屬于以黃銅礦為主的硫化礦，德興銅礦已有近50年的開采史，普朗銅礦目前處于前期基礎工作。鑒于普朗銅礦和德興銅礦礦物組成，且均采用露天地下聯(lián)合開采方式，借鑒德興銅礦開采經(jīng)驗和教訓，通過德興銅礦和普朗銅礦開采過程中潛在風險對比（見表1），可分析在滇西北高海拔生態(tài)脆弱區(qū)普朗銅礦開采過程中潛在的生態(tài)風險。

表1 德興銅礦和普朗銅礦開采過程中的生態(tài)風險比較

續(xù)表1

表1從銅礦采選4個主要環(huán)節(jié)對比分析了普朗銅礦和江西德興銅礦采選過程中潛在的生態(tài)風險，風險產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)是采礦、尾礦庫和廢石場，主要生態(tài)風險因子為尾礦庫酸性廢水、廢石廠堆浸廢水、采礦廢水及重金屬對環(huán)境的污染；采礦場、廢石場、尾礦庫引發(fā)山體滑坡、泥石流等自然災害；因礦產(chǎn)資源開采導致生物多樣性及其功能退化等方面。

2.2.1 銅礦開采過程酸性廢水及重金屬污染生態(tài)風險分析

普朗銅礦與江西德興銅礦屬于黃鐵礦含量最多的巖體，廢水污染物產(chǎn)生機理相似，以德興銅礦為例。銅礦采石、采礦場礦體、廢石場等在空氣、雨水的作用下，礦石與周圍環(huán)境通過一系列的化學反應，釋放的硫氧化形成酸，產(chǎn)生大量的酸性廢水。

據(jù)已有研究表明，德興銅礦的開采已經(jīng)導致下游污染嚴重，下游河水中p H值在2～4之間，銅離子質(zhì)量濃度達12～13 mg／L，超過正常水域6 000～15 000倍。有關土壤中銅質(zhì)量比平均為186.5 mg／kg，是正常值的10倍左右，河流底泥銅質(zhì)量比高達500～10 000 mg／kg［3］。德興銅礦從上世紀80年代開始研究治理礦山廢水，已經(jīng)形成了現(xiàn)在的清潔生產(chǎn)加末端治理的綜合治理格局［4］，近年采用了新藥劑（GNP）與石灰混用，降低成本，環(huán)境污染狀況得到明顯改善［5］。

普朗銅礦設計工藝參數(shù)中原礦98.291%以尾礦的形式堆存于尾礦庫中，其余的伴生重金屬元素及非金屬元素硫等都隨尾礦進入尾礦庫，礦山廢水和尾礦廢水中含有大量的銅、鐵、鉛、鋅、等重金屬及硫的化合物等。另外，礦山開采、洗選和運輸過程中重金屬元素會隨廢石尾沙、礦塵、廢氣進入礦區(qū)及其周邊土壤中，礦區(qū)的地形地貌和氣候條件極易使酸性廢水和重金屬污染物在自然條件下遷移、轉化、擴散，引起周邊土壤環(huán)境和區(qū)域水環(huán)境污染。尾礦庫的滲漏、潰壩，漫頂?shù)纫鹚嵝詮U水和重金屬污染地表、地下水環(huán)境和周邊土壤環(huán)境，最終對金沙江水質(zhì)產(chǎn)生影響，威脅到金沙江下游水利水電工程建設，造成巨大的危害，所以酸性廢水污染及重金屬污染將是普朗銅礦開采過程中隱患最大的潛在風險之一。

2.2.2 普朗銅礦資源開發(fā)過程中誘發(fā)自然災害生態(tài)風險分析

泥石流、滑坡和塌陷是礦山常見的自然災害。尾礦壩是一種特殊專門水工構筑物，是礦山開采的控制性工程之一，會形成人造的具有高勢能的泥石流源，是一個不定時的危險源和污染源。我國目前尾礦壩有安全許可證的只占11.1%，依法持證的只占3.4%。2006～2008年，據(jù)國家安監(jiān)總局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生尾礦庫事故分別是12、14、18起［6］，其中2008年9月8日，山西省臨汾市襄汾縣新塔礦業(yè)公司980溝尾礦庫發(fā)生特別重大潰壩事故，造成277人死亡、4人失蹤、33人受傷，直接經(jīng)濟損失近億元。2010年9月21日，紫金礦業(yè)銀巖錫礦尾礦壩潰壩，22人死亡。事實上，云南東川銅礦區(qū)、江西德興銅礦、蘭坪金頂?shù)V山、江西永平銅礦、海南銅礦等多數(shù)礦山近年來也均不同程度上爆發(fā)過泥石流災害。主要的事故和危害類型包括壩坡失穩(wěn)、滲漏管涌、洪水漫頂、地震液化、排洪泄露、坍塌掩埋、泥石流和垮壩等。尾礦庫是礦山開發(fā)建設過程中所產(chǎn)生的一個突出的環(huán)境問題，也是目前我國礦產(chǎn)資源開采過程潛在的最嚴重的生態(tài)環(huán)境風險源［7－8］。

普朗銅礦地處滇西北高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)，該礦的尾礦庫建設規(guī)模宏大，終期尾礦壩高度95 m，礦區(qū)占地面積440 hm2，總庫容14 000萬m3，整個庫區(qū)匯水面積28.425 km2，屬于二級尾礦庫（庫容10 000萬m3以上，尾礦壩高H≥100 m以上為二級庫）。普朗銅礦的開發(fā)將剝離18 km2以上大面積地表表層，礦山公路建設破壞山坡植被，選礦排出大量棄土和廢石也是泥石流源的又一成因。松散固體物質(zhì)大量充水達到飽和后，結構被破壞，摩擦阻力降低，滑動力增大，容易誘發(fā)泥石流災害。由于區(qū)內(nèi)氣候特殊，全年的降雨主要集中在5～10月份，占全年降水量的87.1%，最大降水高度出現(xiàn)在海拔3 400～3 600 m的區(qū)域，降水量達1 000～1 200 mm，偶發(fā)暴雨等災害性天氣，高強度的降水，切割劇烈的地形地貌，大量的廢石、棄土及大面積被開挖剝離的裸露地表面，為泥石流的形成提供了充沛的水源和水動力條件。普朗銅礦尾礦庫作為具有高勢能的人造泥石流危險源，一旦發(fā)生潰壩，將嚴重威脅下游金沙江沿岸居民、工農(nóng)業(yè)和交通設施及環(huán)境安全。因此，尾礦庫是普朗銅礦開采過程中誘發(fā)災害的最大潛在風險源。

2.2.3 對生物多樣性及其功能的影響風險分析

滇西北地區(qū)是中國和全球重要的生物多樣性富集區(qū)和物種基因寶庫。由于特殊的氣候條件和地理區(qū)位，其生物多樣性除具有豐富性和獨特性外，還具有脆弱性，物種多，但種群小、數(shù)量少，分布區(qū)域小，生態(tài)適應能力低、對外界干擾非常敏感，遇有自然災害或人為破壞，很容易陷入瀕危境地甚至絕滅，一旦滅絕，則永遠不可能恢復。迪慶是典型的滇西北現(xiàn)存生物多樣性保存較為完好地區(qū)之一，據(jù)統(tǒng)計，分布在迪慶州境內(nèi)的種子植物達5 000多種，境內(nèi)野生動物資源1 400余種。普朗銅礦礦區(qū)屬于原始封閉狀態(tài)保存較為完整的原始森林，主要由森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng)等組成，具有完善的生態(tài)系統(tǒng)結構和功能，生物多樣性保存完整。

普朗銅礦的開采將直接剝離18 km2以上的土地表層，其中工程建筑等永久性占地面積為626.2 hm2，破壞了原有土壤和植被，使區(qū)域地表裸露面積增加，將對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生諸多不利影響，尤其對生物多樣性及其功能的影響更為嚴重。目前礦區(qū)的生態(tài)平衡和生物多樣性是經(jīng)過了幾十億年的演化而形成的，礦區(qū)建設和生態(tài)修復一旦引入外來物種造成生物入侵破壞這種平衡，極易失去控制而造成原產(chǎn)特有生物物種瀕危甚至滅絕。此外，人類活動對野生動植物的破壞也是對當?shù)厣锒鄻有圆豢珊鲆暤挠绊懸蛩亍ｋS著研究區(qū)人口的增多，如果發(fā)生濫捕、濫獵、濫漁、濫挖、濫采、濫伐等過度開發(fā)利用自然資源現(xiàn)象，不僅對物種造成嚴重的威脅，還將降低生態(tài)系統(tǒng)保持養(yǎng)分、水分和表土的能力，將破壞生態(tài)系統(tǒng)功能，加重生態(tài)危機。

3 普朗銅礦開采過程中潛在生態(tài)風險的預防對策

普朗銅礦開采過程中潛在的生態(tài)風險主要為酸性廢水和重金屬污染，誘發(fā)泥石流、山體滑坡、塌陷等自然災害，不同程度破壞生態(tài)環(huán)境，生物生存環(huán)境喪失，局部地區(qū)生物多樣性退化等。經(jīng)驗表明，多數(shù)礦山環(huán)境污染事故及誘發(fā)性災害是由于采用不科學的采礦方法造成的，礦山開采過程中的潛在風險雖然很大，但也是可控的，現(xiàn)有的技術手段完全可以避免礦山開采引發(fā)的地質(zhì)災害的發(fā)生。局部區(qū)域生物多樣性及其功能退化雖然不可能完全避免，但可以采取積極有效的措施，盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護生物多樣性完整。研究認為以健全的法律體系為保障機制，從政府行政管理層面和工程技術層面雙管齊下，可有效預防礦山潛在生態(tài)環(huán)境風險。

3.1 生態(tài)環(huán)境污染風險防治對策措施

普朗銅礦所在區(qū)域水系為金沙江水系，為Ⅱ類水功能區(qū)，礦產(chǎn)資源開采過程中對廢水的排放應該進行嚴格的環(huán)保限制和要求，禁止一切廢水的直接排放。

（1）選擇適當?shù)牡V床開采方法，合理布置采礦場排水溝。

（2）由于氣候惡劣，對酸性廢水不提倡用生物技術處理，建議采用物化技術處理方法。

（3）采取設置截洪溝或攔擋壩（堤）等工程措施，達到防洪、清污分流等環(huán)境保護目標。

（4）尾礦庫進行高標準排洪設計及回水設計。

（5）設計建設高標準的廢水處理系統(tǒng)，礦區(qū)廢水進行處理后全部回用，杜絕廢水外排，污染物得到源頭控制。

（6）安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時掌握污染狀況，當?shù)丨h(huán)境監(jiān)測機構常規(guī)進行人工監(jiān)測，對在線監(jiān)測系統(tǒng)進行定期檢查維護，對企業(yè)污染物排放情況及廢水處理設施的運行情況進行監(jiān)督，確保區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量不受污染。

3.2 自然災害風險防治對策措施

尾礦庫是高勢能的重大風險源，主要事故和災害類型包括壩坡失穩(wěn)、滲漏管涌、洪水漫頂、地震液化、排洪泄露、坍塌掩埋、泥石流和垮壩等，必須嚴格執(zhí)行勘察、設計、施工和操作管理的規(guī)范、規(guī)程，采取針對性措施，從源頭杜絕隱患。

（1）合理選擇尾礦庫、廢石場址。選擇地形坡度適宜、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較好的溝谷，避免選在金沙江水系支流發(fā)源帶區(qū)域等極為敏感的環(huán)保禁地，并應避開自然災害和地質(zhì)災害發(fā)育區(qū)。

（2）因地制宜，高標準、高要求設計尾礦庫排洪及回水工程。尾礦庫的排洪系統(tǒng)對于尾礦庫的安全穩(wěn)定性具有十分重要的作用，可防止漫壩、潰壩、尾礦堆積壩壩坡滑坡失穩(wěn)等重大災害，同時可有效保障尾礦庫工程安全和延長壽命。有關統(tǒng)計資料顯示，我國有色金屬礦山因排洪系統(tǒng)失事引起的災害幾乎占整個尾礦庫事故的50%［9］。由于近年氣候變化大導致極端降水頻數(shù)增多、強度增大，尾礦庫防洪工程的設計標準應該高度重視氣候變化對尾礦庫防洪安全影響，有必要以“最大可能洪水”防洪設計標準設計尾礦庫。

（3）做好尾礦庫防滲工程。尾礦庫滲漏是較普遍存在的尾礦庫病害問題，做好整個庫區(qū)的防滲，是預防尾礦庫滲漏潰壩的主要措施。由于普朗銅礦尾礦庫區(qū)地形切割性強，邊坡陡峭，應該根據(jù)地質(zhì)情況選擇相適應的滲漏設計，做好尾礦壩壩底和壩體防滲。

（4）采礦過程中及時回填采空區(qū)，對可能造成塌陷的位置提出預警措施，預防塌陷。可將礦業(yè)地下空區(qū)改建尾礦庫，既可消除地下空區(qū)帶來的安全隱患，又能減少尾礦庫建設、經(jīng)營、災害治理等費用，它將會是我國今后開發(fā)礦業(yè)的發(fā)展方向。

（5）對采場邊坡進行治理，防止邊坡崩塌、滑坡等地質(zhì)災害的發(fā)生。礦山服役期滿后，對露天采場、廢石場、尾礦庫等進行覆土，種植林草等植被進行恢復生態(tài)環(huán)境。

（6）建立安全監(jiān)督檢查與安全管理制度體系、事故應急預案制度體系、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，并建立專項管理制度，針對尾礦壩、排洪溝等構筑物變形、移位、損毀、淤堵等隱患建立“定期檢查制度”，防患于未然。

3.3 生物多樣性保護對策措施

迪慶被譽為“動植物王國”和“天然高山花園”，生物多樣性保存完好，也是目前全國保存較好的以亞高山針葉林為主的原始林區(qū)。特殊的地理環(huán)境和惡劣的氣候條件，使得迪慶高原的生態(tài)極其脆弱，作為長江上游水源涵養(yǎng)地區(qū)，“三江并流”腹心地帶，環(huán)保壓力與爭議始終伴隨著迪慶礦業(yè)的開發(fā)，生物多樣性保護是礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中環(huán)境保護的重點和難點之一。因此，必須依據(jù)相關的法律保障機制，有效保護滇西北生物多樣性，走“綠色礦山”的可持續(xù)發(fā)展之路。

（1）建立完善的生物多樣性保護法律法規(guī)體系。針對生物多樣性保護我國已頒布了諸多法律、法規(guī)和條例，使生物多樣性保護具有了嚴肅性和有效性。但對于滇西北地區(qū)而言，國家法律缺乏地域性、針對性，當?shù)貞摻⒔∪c地方實際情況相結合的生物多樣性保護管理制度和條例，用健全的制度、完善的機制和管理有效的行政手段，使生物多樣性保護真正落到實處。

（2）加強對采礦前后生態(tài)資源的調(diào)查研究。對野生動植物的種類進行分類統(tǒng)計，在采前采取積極的保護措施，采后采取挽救措施。采取必要的手段保護生物免受人類活動的影響。界定采礦作業(yè)區(qū)域，在場界周邊加護圍欄，對礦山周邊林區(qū)進行封山保護管理，禁止人類隨意進入林區(qū)，盡可能減小人為活動對生態(tài)環(huán)境的干擾。

（3）對礦山界內(nèi)植物進行就地和異地相結合的保護措施。開采過程中對開挖地表的草皮進行切割后異地養(yǎng)護，用于植被恢復和再造；表層土壤統(tǒng)一堆存，用于后期土壤恢復；對珍稀植物能就地保護的進行加護，不能就地保護的進行異地養(yǎng)護，用于后期生態(tài)恢復回植；禁止一切以開發(fā)為名濫伐、盜伐國家珍稀植物的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）因地制宜、科學采用相應的技術措施進行生態(tài)修復。在進行重建過程中，優(yōu)先選擇異地養(yǎng)護的繁殖能力強的鄉(xiāng)土物種，多品種組合（草本、灌木和喬木等）進行生態(tài)修復，使經(jīng)修復后的環(huán)境與周邊環(huán)境渾然一體，后期能夠實現(xiàn)植被的自然生長和演替。尤其要提出的是，研究區(qū)屬于生態(tài)脆弱區(qū)域，又是生物多樣性保護地區(qū)，對物種選擇需禁止引入外來物種，以免外來物種對當?shù)厣飿嫵赏{，引起生物多樣性的退化。

（5）加大生物多樣性保護宣傳力度，從多方面對礦區(qū)人員進行環(huán)境保護科普教育，宣傳生物多樣性保護的重要意義，提高人們對生態(tài)功能的認識，提高保護意識。同時倡導多部門合作，鼓勵多樣化的生物資源利用，采取必要的手段保護生物免受人類活動的影響，推動生物多樣性保護的長效發(fā)展。

4 結 語

迪慶礦產(chǎn)資源豐富，區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)是云南省礦業(yè)發(fā)展的重要組成部分。同時地處 “三江并流”世界自然遺產(chǎn)腹地，蘊藏著豐富的生物資源，是生物多樣性世界十大熱點地區(qū)之一，是金沙江、瀾滄江上游水源涵養(yǎng)地和綠色生態(tài)屏障，具有特別重要的生態(tài)功能。在極端氣候條件和極其脆弱的自然生態(tài)環(huán)境條件下，自然災害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境一旦破壞將難以恢復，地質(zhì)災害將失控。礦產(chǎn)資源的開發(fā)將不可避免地對生態(tài)環(huán)境造成影響，本文以普朗銅礦為例，經(jīng)過對比德興銅礦和其他一些銅礦開采過程中存在的生態(tài)風險問題，認為在滇西北高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)開發(fā)礦產(chǎn)資源，尤其存在有別于其他地區(qū)更大的誘發(fā)自然災害和生物多樣性退化的潛在生態(tài)風險，但這些潛在生態(tài)風險是可控的。研究闡述了該地區(qū)普朗銅礦開采過程中潛在的生態(tài)風險，提出了針對高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中科學可行的預防生態(tài)風險的對策措施，將有助于預防礦山生態(tài)環(huán)境污染、地質(zhì)災害、生物多樣性退化等的發(fā)生，做到源頭控制。

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