廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價與生態(tài)修復(fù)

王亨力 謝道雷 劉詠明 倪深海

摘要：指出了隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，大量礦產(chǎn)資源的開采過程中或開采后，不可避免會造成土壤有機質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生了占用耕地、林地、污染空氣等礦山地質(zhì)環(huán)境問題，不僅威脅到人民生命安全，而且嚴重地影響生態(tài)環(huán)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(chǎn)資源開發(fā)利用調(diào)查及系統(tǒng)收集整資料，利用模糊數(shù)學的方法，從土地占損率、礦山地質(zhì)環(huán)境問題點分布密度、地質(zhì)災(zāi)害三個方面開展了廢棄礦山環(huán)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(zhì)環(huán)境問題，提出了廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境保護與生態(tài)修復(fù)的對策，以期為有關(guān)部門制定水土保持規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：廢棄礦山;環(huán)境影響評價;地質(zhì)災(zāi)害;生態(tài)修復(fù)

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(chǎn)資源的開發(fā)，對礦山及其周圍環(huán)境造成了污染并誘發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害，破壞了生態(tài)環(huán)境。越來越突出的環(huán)境問題不僅威脅到人民生命安全，且嚴重地制約國民經(jīng)濟的發(fā)展。針對不同區(qū)域內(nèi)不同環(huán)境地質(zhì)問題，合理地對礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進行分區(qū)，提出預(yù)防及修復(fù)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(dǎo)意義[1]。

國內(nèi)對于礦山地質(zhì)環(huán)境評價始于20世紀90年代，主要針對礦業(yè)開發(fā)對環(huán)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(nèi)學者提出了礦山環(huán)境調(diào)查的類型、內(nèi)容、方法和具體技術(shù)要求，系統(tǒng)闡述了礦山環(huán)境現(xiàn)狀、演變過程和發(fā)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(fā)為例對礦山地質(zhì)環(huán)境進行量化評價研究[4];后來探索性地建立了礦山環(huán)境評價指標體系，構(gòu)建了評價模型，并選取某區(qū)為評價單元，給出了各單元環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)[5，6];基于GIS和RS技術(shù)，分析比對網(wǎng)格法、矢量多邊形法及緩沖區(qū)法對遼寧省葫蘆島礦區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價效果，最終矢量多邊形法更加適合對該區(qū)的評價[7-9]。關(guān)于礦山生態(tài)修復(fù)，2015年西澳大學的Anawar H M通過地球化學、礦山類型、礦物學、質(zhì)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(xù)修復(fù)[11];Lisa等對澳大利亞和德國的雷區(qū)復(fù)墾進行了比較，分析了立法條例、某些適用的修復(fù)工作方法以及采礦對自然的影響方面可能出現(xiàn)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(guān)性理論，利用礦渣和生物固體設(shè)計出恢復(fù)采礦活動的技術(shù)溶膠[14]。國內(nèi)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(tài)修復(fù)[15]。本文通過模糊數(shù)學的方法，從土地占損率、礦山地質(zhì)環(huán)境問題點分布密度、地質(zhì)災(zāi)害三個方面開展廢棄礦山環(huán)境影響評價[16]。根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，針對廢棄礦山的露天采坑、破損山體、土地占損等地質(zhì)環(huán)境問題，提出廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境保護與生態(tài)修復(fù)對策。

2 研究區(qū)概況及評價分區(qū)

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?shù)亟?jīng)濟社會快速發(fā)展，但占用了大量的耕地，林地，污染了環(huán)境，所以亟需對濱州市進行礦山地質(zhì)環(huán)境治理。深入調(diào)查研究礦山地質(zhì)環(huán)境背景與存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，對治理區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進行分區(qū)、評價，是確保礦山環(huán)境綜合治理工作有效性的重要前提。

濱州市礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要分為兩大類：露天采坑、破損山體。根據(jù)實際調(diào)查結(jié)果，破損山體及露天采坑共占損土地1166. 40 km2，可考慮恢復(fù)為耕地395. 35km2，詳見表1。

2.2 評價分區(qū)

將礦山中心點坐標和礦區(qū)范圍投影到分區(qū)圖上，將圖進行2 km×2 km進行網(wǎng)格劃分，查看每個網(wǎng)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(qū)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(qū)歸為一般區(qū)。將兩個相距小于2 km問題相似區(qū)合并為一個區(qū);主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題不同時，將兩個區(qū)分別評價，以突出主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題。

3 廢棄礦山地質(zhì)環(huán)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(zhì)環(huán)境問題點分布密度B、地質(zhì)災(zāi)害C這3個因子，通過對其量化賦值，進行分區(qū)評價。

3.2 分區(qū)評價方法

評價方法采用模糊數(shù)學法，其數(shù)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(zhì)環(huán)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(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害判別因子C分為單位財產(chǎn)損失CC和災(zāi)害點分布密度CM兩部分，地質(zhì)災(zāi)害隱患點的影響與已發(fā)生的災(zāi)害點同等重要，險情威脅損失同直接經(jīng)濟損失。同樣按百平方千米進行統(tǒng)計。單位面積財產(chǎn)損失：

參考地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范（DZ/T 0286 -2015）地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害危害程度小。建立模糊判別函數(shù)（7）如下：

式（7）中：CCi一單位面積財產(chǎn)損失的模糊歸屬度。單位面積財產(chǎn)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(zāi)情：指已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，采用“人員傷亡情況”“直接經(jīng)濟損失”指標評價;險情：指可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，采用“受威脅人數(shù)”“可能直接經(jīng)濟損失”指標評價;危害程度采用“災(zāi)情”或“險情”指標評價

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

式（8）中：CMi一災(zāi)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(zhì)災(zāi)害判別因子的模糊判別函數(shù)（9）如下：

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

3.3 評價結(jié)果

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

本次評價分區(qū)結(jié)果大部分為影響輕微區(qū)，輕微區(qū)主要包括各縣區(qū)內(nèi)占損土地面積與問題個數(shù)相對較少的磚瓦用粘土礦。面積共907. 12km2。較嚴重區(qū)主要包括各縣區(qū)內(nèi)占損土地面積較大、問題個數(shù)較多的磚瓦用粘土礦。面積共69. 14 km2。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境保護與分區(qū)生態(tài)修復(fù)

4.1 分區(qū)依據(jù)

礦山地質(zhì)環(huán)境問題修復(fù)分區(qū)根據(jù)礦山開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境影響程度級別，充分考慮國家和地方政府的有關(guān)法規(guī)，堅持保護優(yōu)先、預(yù)防為主、預(yù)防與治理相結(jié)合以及關(guān)閉及閉坑礦山治理優(yōu)先的原則。除此之外，重點考慮對生態(tài)環(huán)境進行保護，結(jié)合礦山生產(chǎn)對地質(zhì)環(huán)境的影響程度及可恢復(fù)性，進行礦山地質(zhì)環(huán)境保護與修復(fù)分區(qū)。分為礦山地質(zhì)生態(tài)保護區(qū)：國家及地方政府規(guī)定的礦產(chǎn)資源禁采區(qū);礦山地質(zhì)生態(tài)預(yù)防區(qū)：國家和地方政府規(guī)定的礦產(chǎn)資源限采區(qū)和開采區(qū)（鼓勵開采區(qū)）;礦山地質(zhì)生態(tài)治理區(qū)：礦產(chǎn)資源開發(fā)已經(jīng)對礦山地質(zhì)環(huán)境造成影響或破壞，須采取相應(yīng)措施實施恢復(fù)治理的區(qū)域。

4.2 分區(qū)評述

4.2.1 礦山地質(zhì)生態(tài)保護區(qū)

根據(jù)分區(qū)方法，全市共劃分17個重點保護區(qū)，主要包括各級自然保護區(qū)，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(qū)1個，保護面積435. 42 km2，省級地質(zhì)遺跡保護區(qū)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(qū)全部為禁采區(qū)域，禁止人為礦業(yè)活動，防止地形地貌被人為破壞，保護當?shù)刈匀蝗宋木坝^。

4.2.2 礦山地質(zhì)生態(tài)預(yù)防區(qū)

本次共劃分7個礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)防區(qū)，面積共計1254. 97 km2。7處預(yù)防區(qū)內(nèi)的礦山皆正在開采礦山，應(yīng)當防止造成礦產(chǎn)資源開采過度，造成新的礦山地質(zhì)環(huán)境問題產(chǎn)生，監(jiān)測、控制其破壞程度，可邊開采邊治理。

4.2.3 礦山地質(zhì)生態(tài)治理區(qū)

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

4.3 分區(qū)生態(tài)修復(fù)對策

4.3.1 礦山地質(zhì)生態(tài)保護區(qū)對策

對于各級自然保護區(qū)、旅游風景名勝區(qū)、城市飲用水源地以及重要輸水工程等保護區(qū)域.按照相關(guān)要求，嚴格控制礦權(quán)設(shè)置。對于原有的關(guān)停礦山，應(yīng)盡早清理廢棄物，復(fù)墾土地。

4.3.2 關(guān)閉礦山修復(fù)對策

（l）工業(yè)廣場及固體廢棄物。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，磚瓦用粘土礦的工業(yè)廣場以及固體廢棄物的占損土地問題可恢復(fù)性較強，恢復(fù)難度小，無較大地形地貌破壞，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益較高。可恢復(fù)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(fù)性相對較差，恢復(fù)難度和資金投入較工業(yè)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(fù)墾為耕地或林地，對于部分較深的積水采坑，可以根據(jù)其水質(zhì)類型，考慮改建為漁業(yè)養(yǎng)殖水塘，并在坑邊架設(shè)防護網(wǎng)，設(shè)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(huán)問題共計占損土地185. 89 hm2，可考慮恢復(fù)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(fù)綠，改善區(qū)域自然環(huán)境，或者將破損山體改建為建筑用地等。

4.4 重點修復(fù)工程

對礦區(qū)占用及破壞的土地進行恢復(fù)治理，采取回填、平整、覆土的方式改造為耕地、建設(shè)用地。針對長期積水的采坑，實施精養(yǎng)漁塘改造用于農(nóng)業(yè)灌溉或漁業(yè)養(yǎng)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(jīng)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(shè)用地模式。采用風化砂或粉煤灰等固廢物充填采坑，夯實，經(jīng)檢測合格后可作為民用或工業(yè)建設(shè)用地。

（3）漁業(yè)養(yǎng)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(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)或直接用于農(nóng)業(yè)灌溉。

（4）礦山復(fù)綠模式。清理危巖、碎石，回填耕植土，種植樹苗，恢復(fù)綠色植被。

5 結(jié)論

（1）濱州市礦山地質(zhì)環(huán)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(zhì)環(huán)境影響評價共分為26個區(qū)，利用模糊數(shù)學的方法的評價共劃分為2個礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴重區(qū)和24個礦山地質(zhì)環(huán)境影響輕微區(qū)。

（2）根據(jù)實際情況進行分區(qū)保護與修復(fù)，分別對礦山地質(zhì)環(huán)境保護區(qū)、礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)防區(qū)以及重點工程分別提出不同的意見建議。對于生態(tài)保護區(qū)，應(yīng)及時清理廢棄物，復(fù)墾土地;一些已關(guān)閉的礦山則根據(jù)實際情況改造成林地、耕地、草地或魚塘進行生態(tài)養(yǎng)殖;對于一些重點修復(fù)工程提出了覆土造田、建設(shè)用地、漁業(yè)養(yǎng)殖以及礦山復(fù)綠四種模式以供參考。對于濱州市的礦山環(huán)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(zhì)環(huán)境的保護與修復(fù)是推進生態(tài)文明建設(shè)、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(fā)計劃（編號：2017YFC0403505）;國家重點研發(fā)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(zāi)害風險防控、水資源配置與管理方面的科學研究。