三亞市廢棄花崗巖礦山地質(zhì)環(huán)境問題及治理

夏 南，薛桂澄，傅楊榮，柳長柱，陳 毅

(1.海南省地質(zhì)調(diào)查院，海南 海口 570206;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

1 基本概況

三亞市位于海南島最南端，是海南省南部經(jīng)濟、文化中心和交通樞紐，是世界知名的熱帶濱海旅游城市。三亞地勢北高南低，北面環(huán)山，南面臨海，從北至南分布著山地、丘陵、剝蝕堆積平原、河流堆積平原、濱海堆積平原等地貌類型。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動頻繁。陸地已探明的礦種主要有水晶、花崗石、石灰石、石英砂等，礦山規(guī)模以小型為主。20世紀末海南建省，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迎來高峰期，建筑用花崗巖礦山開采遍地開花。由于缺乏地質(zhì)環(huán)境保護意識，亂采濫挖現(xiàn)象普遍，大部分礦山閉坑后未經(jīng)治理成為了廢棄礦山。近年來，三亞市逐步建設(shè)成為世界知名的旅游城市，廢棄礦山產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題已逐漸影響到人們的生活和三亞旅游城市形象。因此，對廢棄礦山的治理工作十分緊迫。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.1 廢棄礦山分布情況

廢棄礦山指開采結(jié)束后，沒有及時進行邊坡治理、復(fù)墾綠化等生態(tài)及環(huán)境恢復(fù)性治理工作的露天礦山［1］。三亞市境內(nèi)共存在廢棄花崗巖礦山43個，主要分布在吉陽鎮(zhèn)、鳳凰鎮(zhèn)、崖城鎮(zhèn)和天涯鎮(zhèn)。其中36個廢棄礦山沿著環(huán)島高速公路、繞城高速公路等主要交通干線兩側(cè)分布(圖1)。

2.2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

區(qū)內(nèi)存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要為資源毀損和地質(zhì)災(zāi)害隱患。資源毀損主要表現(xiàn)在土地資源占用及破壞、礦區(qū)植被破壞和地形地貌景觀破壞。地質(zhì)災(zāi)害隱患主要表現(xiàn)在高陡邊坡危巖崩落、殘積土邊坡崩塌等。

2.2.1 土地資源占用及破壞

一種是礦山開采場地(原采礦區(qū))占用和破壞土地;另一種是礦山配套生產(chǎn)設(shè)施和臨時建筑占用和破壞土地資源。據(jù)統(tǒng)計，目前存在的43個廢棄花崗巖礦山累計占用和破壞土地面積達到了44 hm2。其中露采場累計占用和破壞土地43 hm2。配套生產(chǎn)設(shè)施和臨時建筑占用和破壞土地1 hm2。

2.2.2 植被破壞

三亞市屬于熱帶季風島嶼型氣候，降雨量大，森林植被覆蓋率高，植被生長旺盛。礦山露天采礦需要砍伐植被和剝離殘積土覆蓋層，地表自然植被及人工植被遭到了嚴重破壞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦山未開采區(qū)域植被發(fā)育狀況良好，主要為桉樹、芒果樹、灌木、雜樹和荒草等。礦山露采場、礦山生產(chǎn)設(shè)施及臨時建筑等占用場地范圍內(nèi)原有植被已被完全破壞，再生植被發(fā)育較差，整個開采區(qū)及臨時占用場地大多處于直接裸露狀態(tài)，植被破壞較嚴重。

2.2.3 地形地貌景觀破壞

交通道路是城市景觀的骨架，是城市功能的重要組成部分，道路附近的景觀直接影響來往人流對城市的直觀印象。三亞市大部分廢棄花崗巖礦山位于重要交通干線兩側(cè)，來往通行可直接看到破損的山體和裸露的石壁，礦山建設(shè)與采礦活動使得原有的地形條件和地貌特征發(fā)生了改變，對城市生態(tài)與景觀的影響較大。

2.2.4 地質(zhì)災(zāi)害隱患

區(qū)內(nèi)礦山大多采用一坡到底的開采方式，未形成開采臺階。礦山開采形成了多處高陡邊坡，局部近直立，邊坡高度20～120 m，坡度60°～90°。部分邊坡花崗巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在強降雨或產(chǎn)生強震動時，位于高陡邊坡局部節(jié)理裂隙交叉形成楔形的危巖易發(fā)生崩落，形成危巖崩落地質(zhì)災(zāi)害。此外，部分礦山露采邊坡頂部殘積土覆蓋層較厚，局部達到了10 m左右，穩(wěn)定性較差，在強降雨作用下局部發(fā)生了崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 廢棄花崗巖礦山分布圖Fig.1 Mines distribution of abandoned granite

3 工程治理措施

廢棄花崗巖礦山地質(zhì)環(huán)境治理措施分為邊坡穩(wěn)定性治理工程和生態(tài)復(fù)綠工程。邊坡穩(wěn)定性治理工程是廢棄礦山生態(tài)環(huán)境治理的基礎(chǔ)和第一步，主要作用是促使邊坡穩(wěn)定，為生態(tài)復(fù)綠工程提供基礎(chǔ)。生態(tài)復(fù)綠是礦山生態(tài)環(huán)境治理的關(guān)鍵和重點，生態(tài)復(fù)綠工程必須在礦山邊坡達到總體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進行。

3.1 邊坡穩(wěn)定性治理工程

邊坡穩(wěn)定性治理工程主要指對地質(zhì)災(zāi)害隱患的治理。地質(zhì)災(zāi)害隱患治理措施主要有四個方面:①清除廢棄礦山坡面上的浮石、活石、危石;②利用錨桿、錨索等工程設(shè)置穩(wěn)固坡面上的危巖體;③采用注漿加固工藝等方法將滑移巖體與穩(wěn)定巖相固接，以達到消除危巖崩落、巖體移動等地質(zhì)災(zāi)害隱患;④通過修建擋土墻等工程對較軟、松散、破碎的巖體臨界面處設(shè)置支擋構(gòu)筑物，以消除其重力、地下水和地表水作用所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。通過治理，消除巖石邊坡存在的落石、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，為后序綠化工程創(chuàng)造安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是廢棄礦山生態(tài)環(huán)境綜合治理工程的重要前提條件和安全保障。

目前國內(nèi)采用的治理方法主要有削方減載、掛網(wǎng)支護、錨桿(索)加固、錨桿(索)擋墻支護、錨噴支護、重力式擋墻支護等。

3.2 生態(tài)復(fù)綠工程

根據(jù)花崗巖礦山不同區(qū)域的地貌特點和治理難易程度，可以將采石場分為跡地和石壁兩種不同類型區(qū)，分別采取不同的技術(shù)方法進行整治［2］。

3.2.1 跡地綠化工程

三亞市廢棄花崗巖礦山跡地面積達到了44 hm2。跡地綠化工程是整個生態(tài)復(fù)綠工程的重要組成部分。礦山跡地一般較平整，綠化工程相對石壁容易的多，但往往該區(qū)域堆存有一定厚度石塊、石渣，植物很難自然生長。場地整理和換土工作是關(guān)鍵，首先場地需要達到林業(yè)種植的場地條件，之后對場地采用覆土等手段營造生長條件。另外，植被樹種的選擇也是綠化工程成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，首先考慮該區(qū)域未來的土地用途、土壤和氣候等條件，并參考省內(nèi)、市內(nèi)其他同類工程復(fù)綠效果等因素綜合分析，盡量選擇當?shù)厣L的樹種。三亞市常用的樹種主要有小葉榕，小葉桉樹、小葉相思、大葉相思等耐瘠薄、耐干旱樹種，藤類植物主要選擇爬山虎、三角梅等。

3.2.2 石壁綠化工程

石壁治理應(yīng)根據(jù)采石場的巖性、石壁坡度和石壁表面粗糙程度等采取相應(yīng)的措施。其核心是植被恢復(fù)，并在此基礎(chǔ)上達到系統(tǒng)的自我維持，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和健康。石壁綠化工程是花崗巖礦山生態(tài)復(fù)綠工程的重點和難點。石壁的最大特征是坡面光滑，無任何種植基質(zhì)，而且坡度大多超過80°，甚至達90°，是名副其實的“懸崖峭壁”。顯然，石壁的復(fù)綠是極其困難的，幾乎是生態(tài)恢復(fù)中的難度極限［3］。

石壁的復(fù)綠是一項復(fù)雜的坡面生態(tài)工程技術(shù)，它涉及工程力學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、園藝學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域。因此石壁的植被恢復(fù)異常艱難，是一個世界性的難題。部分發(fā)達國家如美國、德國、英國和日本等在該領(lǐng)域研究較早，開創(chuàng)了一系列綠化工程技術(shù)方法，如種子噴播法、客土噴播法、植生吹附工法、鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、纖維綠化法、厚層基材噴射綠化法、生態(tài)多孔混凝土綠化法以及客土袋液壓噴播植草法等等［4－5］。國內(nèi)目前石壁復(fù)綠采用的技術(shù)方法主要有爆破燕窩復(fù)綠法、階梯復(fù)綠法、噴播復(fù)綠法、厚層基材分層噴射法、筑臺拉網(wǎng)復(fù)綠法、香根草復(fù)合生態(tài)技術(shù)快速復(fù)綠法、景觀再造法、飄臺復(fù)綠法等。總結(jié)國內(nèi)外石壁復(fù)綠的方法和經(jīng)驗，并結(jié)合三亞市的實際情況，石壁的治理推薦以下幾種方法:

(1)階梯復(fù)綠法 首先將開采面治理成階梯形，并在每級階梯上覆土種樹，待樹木長大后可實現(xiàn)有效遮蔽裸露巖壁的復(fù)綠方法。階梯的高度、寬度、覆土厚度、樹種選擇和排水系統(tǒng)是該方法的主要技術(shù)要點。階梯的高度和寬度設(shè)計要充分考慮施工條件和樹種情況，也要考慮遮蓋石壁效果。一般要求臺階高度不超過10 m，寬度不低于5 m，覆土厚度1 m以上。同時需要做好排水系統(tǒng)建設(shè)，防止降雨對覆土和樹木的沖刷破壞。另外在樹種選擇上，要選擇適合當?shù)厣L、根系發(fā)達且綠化效果好的樹種。該項方法主要適合于邊坡較陡、高差較大、邊坡后緣有可拓展空間、邊坡穩(wěn)定、節(jié)理裂隙不發(fā)育的礦山。優(yōu)點是施工技術(shù)簡單、成熟、易操作;復(fù)綠效果明顯且長久、可取得良好的視覺效果;階梯拓展開采的石料可作為資金回收，銷售資金可沖抵部分治理經(jīng)費;后期養(yǎng)護成本較低。缺點是受地形條件限制、治理時間長、見效慢、對邊坡及周邊植被將造成暫時的二次破壞等。

(2)噴播復(fù)綠法 利用特制噴混機械將土壤、有機質(zhì)、保水劑、粘合劑和種子等混合后噴射到巖面上，在巖壁表面形成噴播層，營造一個既能讓植物生長發(fā)育而種植基質(zhì)又不被沖刷的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，保證草種迅速萌芽和生長［6］。噴播基材、保水劑及粘合劑用量、掛網(wǎng)、草種選擇是該方法主要技術(shù)要點。該項方法主要適用于邊坡較緩(一般＜65°)、采坑邊坡較穩(wěn)定、節(jié)理裂隙不發(fā)育、當?shù)貧夂驖駶櫍涤瓿渑娴牡V山。優(yōu)點是工期短、施工方便、技術(shù)簡單易管理，可在短期內(nèi)達到復(fù)綠效果;缺點是對邊坡穩(wěn)定性要求高、工程造價較高、植被綠化實效短、養(yǎng)護時間長且養(yǎng)護管理成本高。

(3)爆破燕窩復(fù)綠法 采用爆破、開鑿等方法在石壁上定點開挖一定規(guī)格的巢穴后，往巢穴中加入土壤、水分和肥料，最后種植合適的速生類植物［7］。爆破技術(shù)、巢穴規(guī)格、土壤和植物種類的選用是該方法主要技術(shù)要點。該項方法的優(yōu)點是植物物種選擇范圍廣、植被生長迅速，成活率高，能實現(xiàn)快速綠化效果。缺點是巢穴施工難度大，成本高，施工安全管理要求高，另外植物生長初期條件惡劣，復(fù)綠速度較慢。

(4)飄臺復(fù)綠法 是專門針對高、陡巖石邊坡快速生態(tài)修復(fù)的新型綠化技術(shù)，適用于坡度＞60°的高陡裸露坡面的生物護坡方法。施工時在巖壁上鉆洞灌漿，用鋼架支撐起一行行長短不等的飄臺，然后在飄臺中填土種植適宜的植物。飄臺種植槽規(guī)格、種植基質(zhì)組分、植物選擇和灌溉系統(tǒng)是該方法的主要技術(shù)要點。該項方法主要適用于邊坡穩(wěn)定、周邊有充足水源等能夠滿足日常養(yǎng)護條件的礦山。優(yōu)點是施工技術(shù)簡單、易操作;工程施工進度快、復(fù)綠效果顯現(xiàn)快。缺點是工程投入大，后期養(yǎng)護周期長，成本高;對采坑邊坡穩(wěn)定性要求高，飄臺存在較大的安全隱患。

4 行政措施

三亞市廢棄花崗巖礦山地質(zhì)環(huán)境治理的任務(wù)重，難度大。為保障治理工作的順利實施，行政措施勢必發(fā)揮至關(guān)重要的作用。三亞市廢棄花崗巖礦山治理的行政措施重點關(guān)注以下幾個方面:

4.1 加強領(lǐng)導(dǎo)，推進廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作的開展

政府應(yīng)切實加強領(lǐng)導(dǎo)，把廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理納入全市社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃，將廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作同經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的總體部署結(jié)合起來，真正把廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理當做事關(guān)經(jīng)濟發(fā)展的一件大事。通過國土資源主管部門的組織與協(xié)調(diào)，廣泛動員與吸納社會各階層人士、單位、團體參與到礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作中來，全面推進廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作的開展。

4.2 依靠科技進步、科技創(chuàng)新，選擇最佳治理方案

加大科技投入，提高礦山生態(tài)環(huán)境治理水平。開展廢棄礦山治理新方法的試驗和研究，摸索最合理的治理方案。積極探索生態(tài)樹種的選擇、客土基質(zhì)的配制、生態(tài)治理規(guī)范和標準的制訂等。建設(shè)礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程。引導(dǎo)全市礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作的全面開展。

4.3 加強廢棄礦山地質(zhì)治理工程項目管理

廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程項目必須嚴格執(zhí)行項目管理制度，建立和完善工程立項、審批、實施，質(zhì)量監(jiān)督與工程驗收制度，實施動態(tài)管理。加強工程資金的管理和監(jiān)督，確保項目建設(shè)資金專款專用，最大限度地發(fā)揮投資效益。

4.4 建立多元化治理資金投入渠道

多渠道籌集資金，增加對礦山地質(zhì)環(huán)境治理的投入。建立政府、社會和責任企業(yè)共同參與的礦山地質(zhì)環(huán)境治理方式，實現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境治理經(jīng)費利用的規(guī)范化。

4.5 加強廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理宣傳教育

增強公眾對廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作重要性的認識，為治理工作的有效實施奠定社會基礎(chǔ)。通過電視、廣播、座談會等形式宣傳廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和治理形勢等，提高公眾的認知度。

［1］石永國.露天廢棄礦山治理方式及安全措施［J］.金屬礦山，2011(8):151－154.

［2］方華，歐陽育林，林建平，等.采石場生態(tài)整治的技術(shù)與行政措施——以深圳市為例［J］.水土保持研究，2004，11(1):171 －173.

［3］楊冰冰，夏漢平，黃娟，等.采石場石壁生態(tài)恢復(fù)研究進展［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(2):181 －186.

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［6］張俊云，周德培，李紹才.厚層基材噴射護坡實驗研究［J］.水土保持通報，2001，21(4):44 －46.

［7］Cullen WR，Wheater CP，Dun leavy PJ.Establishment of species-rich vegetation on reclaimed limestone quarry faces in Derbyshire，U K［J］.Biol.Conser，1998，84:25 －33.