廢棄礦山地質環境影響評價與生態修復

王亨力 謝道雷 劉詠明 倪深海

摘要：指出了隨著經濟社會的發展，大量礦產資源的開采過程中或開采后，不可避免會造成土壤有機質的組成和結構改變，產生了占用耕地、林地、污染空氣等礦山地質環境問題，不僅威脅到人民生命安全，而且嚴重地影響生態環境，引起了人們的高度重視。以濱州市廢棄礦山為例，進行了礦產資源開發利用調查及系統收集整資料，利用模糊數學的方法，從土地占損率、礦山地質環境問題點分布密度、地質災害三個方面開展了廢棄礦山環境影響評價。針對廢棄礦山的露天采坑、破損山體、土地占損等地質環境問題，提出了廢棄礦山地質環境保護與生態修復的對策，以期為有關部門制定水土保持規劃提供參考。

關鍵詞：廢棄礦山;環境影響評價;地質災害;生態修復

中圖分類號：X828

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0079-05

1 引言

隨著礦產資源的開發，對礦山及其周圍環境造成了污染并誘發多種地質災害，破壞了生態環境。越來越突出的環境問題不僅威脅到人民生命安全，且嚴重地制約國民經濟的發展。針對不同區域內不同環境地質問題，合理地對礦山地質環境質量進行分區，提出預防及修復對策，可為政府決策部門提供針對性強、目的明確、方法合理的對策建議，具有重要的理論和實際指導意義[1]。

國內對于礦山地質環境評價始于20世紀90年代，主要針對礦業開發對環境的影響，在層次分析法、模糊綜合評判法、圖層疊加法、集對分析法、有限差分法等方法上取得了一定的成果[2]。21世紀初，國內學者提出了礦山環境調查的類型、內容、方法和具體技術要求，系統闡述了礦山環境現狀、演變過程和發展趨勢的單問題和多問題綜合評價的基本理論和評價方法[3];提出建立二層評價模型，采用模糊綜合評判方法并以西部礦山開發為例對礦山地質環境進行量化評價研究[4];后來探索性地建立了礦山環境評價指標體系，構建了評價模型，并選取某區為評價單元，給出了各單元環境質量綜合指數[5，6];基于GIS和RS技術，分析比對網格法、矢量多邊形法及緩沖區法對遼寧省葫蘆島礦區的礦山地質環境評價效果，最終矢量多邊形法更加適合對該區的評價[7-9]。關于礦山生態修復，2015年西澳大學的Anawar H M通過地球化學、礦山類型、礦物學、質地、礦石開采和氣候知識對采礦廢料和酸性礦山排水進行可持續修復[11];Lisa等對澳大利亞和德國的雷區復墾進行了比較，分析了立法條例、某些適用的修復工作方法以及采礦對自然的影響方面可能出現的問題[12，13];2017年Jordan M M等通過滲透色譜柱的離子遷移率和相關性理論，利用礦渣和生物固體設計出恢復采礦活動的技術溶膠[14]。國內學者分析廢棄礦山土壤的主要問題，在物理、化學、生物三方面對稀土廢棄礦山土壤進行改良進行生態修復[15]。本文通過模糊數學的方法，從土地占損率、礦山地質環境問題點分布密度、地質災害三個方面開展廢棄礦山環境影響評價[16]。根據當地實際情況，針對廢棄礦山的露天采坑、破損山體、土地占損等地質環境問題，提出廢棄礦山地質環境保護與生態修復對策。

2 研究區概況及評價分區

2.1 概況

濱州市位于山東省黃河三角洲平原，具有豐富的黃土，可作為磚瓦用粘土。20世紀80年代開始，粘土礦礦山的開采，促進了當地經濟社會快速發展，但占用了大量的耕地，林地，污染了環境，所以亟需對濱州市進行礦山地質環境治理。深入調查研究礦山地質環境背景與存在的礦山地質環境問題，對治理區的地質環境進行分區、評價，是確保礦山環境綜合治理工作有效性的重要前提。

濱州市礦山地質環境問題主要分為兩大類：露天采坑、破損山體。根據實際調查結果，破損山體及露天采坑共占損土地1166. 40 km2，可考慮恢復為耕地395. 35km2，詳見表1。

2.2 評價分區

將礦山中心點坐標和礦區范圍投影到分區圖上，將圖進行2 km×2 km進行網格劃分，查看每個網格的礦山分布情況，多個礦山集中分布（大于2個），礦山之間相距小于2 km，作為一個集中連片區進行評價;單一面積小于1km2的獨立礦山和大量無礦山的地區歸為一般區。將兩個相距小于2 km問題相似區合并為一個區;主要礦山地質環境問題不同時，將兩個區分別評價，以突出主要礦山地質環境問題。

3 廢棄礦山地質環境影響評價

3.1 評價因子

本文選擇土地占損率A、礦山地質環境問題點分布密度B、地質災害C這3個因子，通過對其量化賦值，進行分區評價。

3.2 分區評價方法

評價方法采用模糊數學法，其數學模型如下。

（l）土地占損率模糊判別。土地占損率：

式（4）中：Bi為礦山地質環境問題點分布密度模糊歸屬度。以分布密度大于等于25歸為嚴重，其他小于25的按照公式（4）判別其模糊歸屬度。

（3）地質災害。地質災害判別因子C分為單位財產損失CC和災害點分布密度CM兩部分，地質災害隱患點的影響與已發生的災害點同等重要，險情威脅損失同直接經濟損失。同樣按百平方千米進行統計。單位面積財產損失：

參考地質災害危險性評估規范（DZ/T 0286 -2015）地質災害危害程度分級表[17]，見表2，以100萬元和500萬元作為分級標準，≥500萬元的危害程度大，≤100萬元的地質災害危害程度小。建立模糊判別函數（7）如下：

式（7）中：CCi一單位面積財產損失的模糊歸屬度。單位面積財產損失大于等于500萬元/km2嚴重歸屬度為1，小于500萬元/km2則利用公式（7）判別。

注：災情：指已發生的地質災害，采用“人員傷亡情況”“直接經濟損失”指標評價;險情：指可能發生的地質災害，采用“受威脅人數”“可能直接經濟損失”指標評價;危害程度采用“災情”或“險情”指標評價

本文以5個小型災害可比一個大型災害，為增加其收斂性，將災害點分布密度擴大10倍，建立災害點分布密度模糊判別函數（8）：

式（8）中：CMi一災害點分布密度模糊歸屬度。問題點密度大于等于5為嚴重，小于5則通過公式（8）進行模糊判別。建立地質災害判別因子的模糊判別函數（9）如下：

（4）建立模糊判別矩陣Rij。根據上述函數，可分別汁算其礦山地質環境影響嚴重程度歸屬度，建立模糊判別矩陣Rij：

3.3 評價結果

本次評價濱州市礦山地質環境影響主要分為較嚴重區和輕微區兩類。共劃分2個礦山地質環境影響較嚴重區和24個礦山地質環境影響輕微區（圖1）。

本次評價分區結果大部分為影響輕微區，輕微區主要包括各縣區內占損土地面積與問題個數相對較少的磚瓦用粘土礦。面積共907. 12km2。較嚴重區主要包括各縣區內占損土地面積較大、問題個數較多的磚瓦用粘土礦。面積共69. 14 km2。

4 礦山地質環境保護與分區生態修復

4.1 分區依據

礦山地質環境問題修復分區根據礦山開發對地質環境影響程度級別，充分考慮國家和地方政府的有關法規，堅持保護優先、預防為主、預防與治理相結合以及關閉及閉坑礦山治理優先的原則。除此之外，重點考慮對生態環境進行保護，結合礦山生產對地質環境的影響程度及可恢復性，進行礦山地質環境保護與修復分區。分為礦山地質生態保護區：國家及地方政府規定的礦產資源禁采區;礦山地質生態預防區：國家和地方政府規定的礦產資源限采區和開采區（鼓勵開采區）;礦山地質生態治理區：礦產資源開發已經對礦山地質環境造成影響或破壞，須采取相應措施實施恢復治理的區域。

4.2 分區評述

4.2.1 礦山地質生態保護區

根據分區方法，全市共劃分17個重點保護區，主要包括各級自然保護區，各級森林公園以及重要輸水工程等，保護總面積845. 293 km2。其中國家級自然保護區1個，保護面積435. 42 km2，省級地質遺跡保護區1個，保護面積0. 133 kmz;國家級森林公園1個，保護面積4.8 km2，省級森林公園1個，保護面積20.4 km2。

17個保護區全部為禁采區域，禁止人為礦業活動，防止地形地貌被人為破壞，保護當地自然人文景觀。

4.2.2 礦山地質生態預防區

本次共劃分7個礦山地質環境預防區，面積共計1254. 97 km2。7處預防區內的礦山皆正在開采礦山，應當防止造成礦產資源開采過度，造成新的礦山地質環境問題產生，監測、控制其破壞程度，可邊開采邊治理。

4.2.3 礦山地質生態治理區

本次共劃分25個礦山地質環境治理區，總面積為420. 08 km2，為磚瓦用粘土礦及破損山體治理區。各分區詳情，見圖2。

4.3 分區生態修復對策

4.3.1 礦山地質生態保護區對策

對于各級自然保護區、旅游風景名勝區、城市飲用水源地以及重要輸水工程等保護區域.按照相關要求，嚴格控制礦權設置。對于原有的關停礦山，應盡早清理廢棄物，復墾土地。

4.3.2 關閉礦山修復對策

（l）工業廣場及固體廢棄物。根據礦山地質環境現狀，磚瓦用粘土礦的工業廣場以及固體廢棄物的占損土地問題可恢復性較強，恢復難度小，無較大地形地貌破壞，經濟效益和環境效益較高。可恢復成耕地、林地以及其他等。

（2）露天采坑。露天采坑占損土地問題可恢復性相對較差，恢復難度和資金投入較工業廣場均有所增加，許多采坑深度在3m左右，并且積水，可考慮進行挖深墊淺，復墾為耕地或林地，對于部分較深的積水采坑，可以根據其水質類型，考慮改建為漁業養殖水塘，并在坑邊架設防護網，設立安全警示牌，以防對周圍居民安全造成威脅。

（3）破損山體。破損山體地環問題共計占損土地185. 89 hm2，可考慮恢復為林地，可以通過清理危巖、回填種植土、種植樹苗等措施進行礦山復綠，改善區域自然環境，或者將破損山體改建為建筑用地等。

4.4 重點修復工程

對礦區占用及破壞的土地進行恢復治理，采取回填、平整、覆土的方式改造為耕地、建設用地。針對長期積水的采坑，實施精養漁塘改造用于農業灌溉或漁業養殖。

（1）覆土造田模式。將廢棄露天采坑回填整平，充填材料就近的黃河落淤，并需鋪表土層，對糧食、經濟作物表土層不小于0.8 m，對種植樹木表土層一般不小于1.5 m，其中腐殖土層厚度不小于0. 3～0.5 m。

（2）建設用地模式。采用風化砂或粉煤灰等固廢物充填采坑，夯實，經檢測合格后可作為民用或工業建設用地。

（3）漁業養殖模式。適宜于采坑深度大，靠近水源的礦坑，進行進一步整理，改造成水塘，利用河水或礦坑積水發展水產養殖業或直接用于農業灌溉。

（4）礦山復綠模式。清理危巖、碎石，回填耕植土，種植樹苗，恢復綠色植被。

5 結論

（1）濱州市礦山地質環境問題主要分為兩大類：露天采坑、破損山體。濱州市礦山地質環境影響評價共分為26個區，利用模糊數學的方法的評價共劃分為2個礦山地質環境影響較嚴重區和24個礦山地質環境影響輕微區。

（2）根據實際情況進行分區保護與修復，分別對礦山地質環境保護區、礦山地質環境預防區以及重點工程分別提出不同的意見建議。對于生態保護區，應及時清理廢棄物，復墾土地;一些已關閉的礦山則根據實際情況改造成林地、耕地、草地或魚塘進行生態養殖;對于一些重點修復工程提出了覆土造田、建設用地、漁業養殖以及礦山復綠四種模式以供參考。對于濱州市的礦山環境治理具有重要的借鑒意義，同時對眾多與濱州市情況類似的城市具有推廣意義。礦山地質環境的保護與修復是推進生態文明建設、促進人與自然和諧相處的重要一步。

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收稿日期：2019-10-30

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFC0403505）;國家重點研發計劃（編號：2017YFCl502401）

作者簡介：王亨力（1997-），男，碩士研究生，主要從事水資源保護與管理研究。

通訊作者：倪深海（1964-），男，博士，教授級高級工程師，主要從事干旱災害風險防控、水資源配置與管理方面的科學研究。