京北地區(qū)露天礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)探討

郭黨生

(中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

我國是資源大國，采礦歷史悠久。礦產(chǎn)資源的開采和利用促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步和人類文明的發(fā)展，但同時(shí)也造成了一系列地質(zhì)環(huán)境問題，如“三廢”和地質(zhì)災(zāi)害問題、地形地貌景觀破壞、侵占和毀損土地、植被破壞及環(huán)境污染等。

本文在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對(duì)京北地區(qū)露天礦山地質(zhì)環(huán)境問題，分析礦山不同立地條件下適用的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并以密云某廢棄礦山為例，根據(jù)不同的邊坡類型采取不同綠化方式，采用了“立體綠化模式”對(duì)露天礦進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，為礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供借鑒。

1 京北地區(qū)露天礦山地質(zhì)環(huán)境問題

京北地區(qū)是北部“生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)”，是首都北部的生態(tài)屏障。在歷史時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求下，京北地區(qū)采礦業(yè)也經(jīng)歷了飛速發(fā)展，多年開采破壞了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，造成了一系列地質(zhì)環(huán)境問題。

京北地區(qū)廢棄礦山有鐵礦、水泥用石灰?guī)r礦等，破壞面積達(dá)1 000多公頃，存在的地質(zhì)災(zāi)害隱患包括崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流隱患等[1]。礦山開采形成的深大采坑和裸露邊坡，破壞了地形地貌和植被，造成土地資源損毀，由于失去了水土保持、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙的植被，容易導(dǎo)致大氣、土壤和水體的污染、水土流失、土地沙化等生態(tài)環(huán)境問題[2]。同時(shí)，京北地區(qū)露天開采也造成了地形地貌景觀破壞、水平衡系統(tǒng)受損，影響整個(gè)區(qū)域的環(huán)境完整性；開采過程中排放廢氣、粉塵和廢渣，造成空氣污染和酸雨，影響了礦區(qū)及周邊居民的生產(chǎn)生活，嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)廢棄礦山進(jìn)行生態(tài)修復(fù)意義重大。

2 露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)

為守護(hù)“燕山明珠”，改善京北地區(qū)密云水庫及周邊水系的生態(tài)環(huán)境，自2002年起北京市對(duì)密云水庫的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)保護(hù)區(qū)及上游白河流域等范圍內(nèi)的廢棄礦山進(jìn)行治理，解決因礦山開采產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題。生態(tài)修復(fù)后有效提高了植被的覆蓋率，恢復(fù)景觀，提高土壤的質(zhì)量，減少水土流失，提高生物多樣性，優(yōu)化植物群落結(jié)構(gòu)，改善礦山生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)自然規(guī)律，不同的災(zāi)害發(fā)生形式必然有與其對(duì)應(yīng)的針對(duì)性生態(tài)修復(fù)技術(shù)[3-4]。因地制宜地選擇適用礦山綠化和生態(tài)防護(hù)的技術(shù)模式，做好生態(tài)植被環(huán)境建設(shè)，實(shí)現(xiàn)坡面近自然生態(tài)治理。“多維立體”生態(tài)修復(fù)模式從水、土壤、大氣以及生物四個(gè)維度出發(fā)，與人類共同支撐起整個(gè)系統(tǒng)，只有把這四個(gè)維度融合在一起才能取得生態(tài)修復(fù)的最好效果。

2.1 土壤環(huán)境修復(fù)

(1)地形地貌整治：包括挖(填)方、廢石(渣)清理、采坑(塌陷)回填、地形整理和覆土等工程。主要措施為用礦山固體廢棄物回填采坑至設(shè)計(jì)高程后覆土，或根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，采用疏排水、深挖淺鋪墊、梯田法等方法用以平整當(dāng)?shù)赝恋匾员阌诨謴?fù)地形[5]。

(2)土壤環(huán)境修復(fù)：重點(diǎn)是改善土壤硬質(zhì)化、養(yǎng)分流失、土壤污染等。一是改善土壤物理結(jié)構(gòu)、恢復(fù)土壤基質(zhì)；二是增加土壤營養(yǎng)成分；三是減少土壤中的有害物質(zhì)[6-7]。

2.2 植被恢復(fù)

我國礦山生態(tài)修復(fù)早期多采用邊坡復(fù)綠、草皮護(hù)坡、草灌結(jié)合等傳統(tǒng)修復(fù)方式?，F(xiàn)今多采用人工修復(fù)模擬自然生物系統(tǒng)的植物群落，通過喬、灌、草等植物立體搭配，實(shí)現(xiàn)礦山廢棄地的修復(fù)。根據(jù)不同的立地條件，常用的植被恢復(fù)模式主要有掛網(wǎng)噴播覆綠、拉臺(tái)覆土綠化、采坑回填覆土綠化、廢石渣堆治理等治理方式。

(1)掛網(wǎng)噴播植物覆綠：將鐵絲網(wǎng)圍欄固定在巖壁上，將厚度約10cm的植物生長培養(yǎng)基噴入圍欄內(nèi)，最后將草籽與一定濃度的粘土液混合，噴灑在培養(yǎng)基上。

(2)拉臺(tái)覆土綠化：平整出多個(gè)平臺(tái)和斜坡，如同階梯，在階梯上覆土、栽樹，從而達(dá)到恢復(fù)礦山地質(zhì)環(huán)境的效果。

(3)采坑回填覆土綠化：利用客土分層回填、分層壓實(shí)的方法對(duì)露天采坑進(jìn)行回填，使深層回填土在夯擊能的作用下，達(dá)到固結(jié)效果，減少地面沉降，回填至標(biāo)準(zhǔn)高度后對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行覆土綠化，從而實(shí)現(xiàn)恢復(fù)地形地貌。

(4)廢石渣堆治理：廢石廢渣梯級(jí)存放，渣坡底部修建擋土墻，鞏固壩基，以防止水土流失現(xiàn)象發(fā)生，每層渣坡上覆蓋約60cm厚耕植土并植樹種草。

3 密云某廢棄礦山生態(tài)修復(fù)實(shí)例

根據(jù)密云某廢棄礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合地方發(fā)展規(guī)劃，因地制宜采用了“立體綠化模式”，針對(duì)不同的治理對(duì)象采取不同植被修復(fù)方式，取得了良好的生態(tài)修復(fù)效果。

3.1 采坑生態(tài)修復(fù)

實(shí)施挖填方工程，整治為五級(jí)平臺(tái)，從東往西依次排列。平臺(tái)間以填方邊坡銜接，坡腳下設(shè)置石籠，以控制邊坡線并兼具護(hù)坡功能。各治理分區(qū)邊界的巖石陡壁下方設(shè)計(jì)一條綠色保護(hù)帶，即礦區(qū)各整治平臺(tái)之間，以及整平平臺(tái)與后緣巖壁銜接處坡腳，沿坑壁下方修筑綠化種植槽種植五葉地錦。綠化槽外側(cè)栽植油松與火炬樹各一行，相間種植起到緩減落石沖擊力、綠化巖壁等作用。各平臺(tái)頂部客土覆蓋，進(jìn)行植樹種草綠化(圖1)。通過治理，礦區(qū)喬木成活率達(dá)到90%，攀援植物成活率95%以上。

圖1 采坑生態(tài)修復(fù)前地貌(a)及生態(tài)修復(fù)后效果(b)

3.2 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)

巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)而全面的過程，是一個(gè)集巖土工程、植物學(xué)、土壤學(xué)、修復(fù)生態(tài)學(xué)、水土保持和景觀生態(tài)學(xué)于一體的綜合性科學(xué)技術(shù)[8-9]，此技術(shù)既能保證裸露山體的穩(wěn)定和安全，又能逐步建立健康、穩(wěn)定、可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括客土移植、種子噴灑等傳統(tǒng)技術(shù)，也包括近年來出現(xiàn)的如生態(tài)植被袋護(hù)坡、高次團(tuán)客土噴播等新技術(shù)。通過學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)與國內(nèi)多年的工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐和創(chuàng)新，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)有生態(tài)植被袋護(hù)坡、團(tuán)?？屯羾姴ァ⑷嵝陨鷳B(tài)土工袋護(hù)坡、蜂巢單元護(hù)坡、環(huán)保植物纖維毯護(hù)坡等。

針對(duì)京北地區(qū)裸露巖質(zhì)邊坡的特點(diǎn)，生態(tài)修復(fù)采用生態(tài)植被護(hù)坡袋、團(tuán)?？屯羾姴?、石壁飄臺(tái)綠化等新型生態(tài)修復(fù)技術(shù)。露天開采造成的硬質(zhì)巖石邊坡缺少植物生長所必需的水和土壤環(huán)境，以及與巖石表面牢固攀附的硬條件，宜采取植生袋和團(tuán)粒噴播綠化技術(shù)(圖2)[10-11]。

圖2 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)前地貌(a)及生態(tài)修復(fù)后效果(b)

(1)生態(tài)植被袋護(hù)坡又稱植被袋，是一種內(nèi)部存有種子層的巖土材料袋，袋內(nèi)裝有植物生長的土壤材料，以一定的方式堆積在邊坡上，起到護(hù)坡和防止水土流失的作用，達(dá)到植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)的目的。因?yàn)橹脖淮粫?huì)被植被排斥，植物可以從內(nèi)部生長同時(shí)也從表面生根，所以可以起到“固根護(hù)土”的作用。該技術(shù)對(duì)坡面紋理要求無限制，特別適用于坡度較大的坡面，效果快速穩(wěn)定。

(2)團(tuán)?？屯羾姴ブ饕捎脪炀W(wǎng)噴播綠化技術(shù)，包括削坡、掛網(wǎng)和噴播等工作。首先對(duì)區(qū)內(nèi)的邊坡進(jìn)行人工削坡和修整，消除不穩(wěn)定邊坡和欠穩(wěn)定固廢石[5]。設(shè)置完善的分流排水系統(tǒng)。在坡面沿等高線方向設(shè)置反向水平條，水平條之間間距約3～5m。水平條凈寬0.5m，內(nèi)外側(cè)高差0.15～0.2m。在坡面縱向鋪設(shè)管徑100mm的PVC排水暗管，管道埋深0.3m。合理設(shè)置分散的排水系統(tǒng)，將坡面徑流進(jìn)行分區(qū)排導(dǎo)，避免形成大股水流對(duì)坡面造成強(qiáng)烈沖刷。其次掛網(wǎng)錨固。采用鍍鋅機(jī)編網(wǎng)、絲徑Φ1.8，網(wǎng)孔6cm×6cm，網(wǎng)片搭接10cm，網(wǎng)掛至坡頂排水溝處用Φ12螺紋鋼，長20～30cm，坡頂主錨桿間距1m×1m錨固，坡面錨桿間距1.5m×1.5m，錨釘外露3～4cm，網(wǎng)距坡面2～3cm處與錨釘綁扎，最后用高分子團(tuán)粒噴播。先在坡面噴播8cm厚的植生混凝土，作為植物生長的基礎(chǔ)層，然后在上面噴播含混合好的種子高分子團(tuán)粒層，厚度4cm。根據(jù)綠化坡面的水源與氣候條件，將紫花苜蓿、冰草、高羊茅、火炬、臭椿、刺槐、檸條、紫穗槐等種子按照比例并搭配野花組合混合播拌入基材之中一起噴播。

(3)石壁飄臺(tái)綠化采用“喬、灌、草、攀援植物”的立體種植模式[12]。巖壁頂部沿土層種植藤本植物，植物沿巖壁向下蔓延；巖壁中部，構(gòu)筑種植槽，槽內(nèi)種植藤本或小灌木，植物向上攀爬和向下垂直綠化[13]。巖壁下部及地面，種植喬木和灌木植物，喬木和灌木之間種草。

3.3 渣坡面生態(tài)修復(fù)

渣坡生態(tài)修復(fù)是對(duì)渣坡表面進(jìn)行土地整理，并對(duì)種植土進(jìn)行土壤改良，以利于后期植物的生長。在整理好的平臺(tái)和斜坡上進(jìn)行覆土綠化，涵養(yǎng)水土，修復(fù)生態(tài)環(huán)境。采取異地購?fù)练绞?，土壤的肥力等?jí)達(dá)到二等，客土厚30cm。根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)和氣候情況，選擇抗干旱耐寒的樹種——側(cè)柏。在治理區(qū)內(nèi)的平臺(tái)上按3m×3m網(wǎng)格定點(diǎn)挖坑，樹坑規(guī)格：灌木0.8m×0.8m×0.8m，喬木為1.2m×1.2m×1.2m。在斜坡上采用魚鱗穴方式栽種樹木，魚鱗穴坑大小約為長80cm×短60cm×深60cm(圖3)。

圖3 渣坡面生態(tài)修復(fù)前地貌(a)及生態(tài)修復(fù)后效果(b)

4 結(jié)論和建議

礦山生態(tài)修復(fù)是利國利民的民心工程，我國應(yīng)加強(qiáng)礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的新技術(shù)、新方法、新材料的研究工作，根據(jù)不同的氣候和地形條件，采取相應(yīng)的治理措施，因地制宜，從而實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一。

(1)通過對(duì)京北地區(qū)露天礦采場(chǎng)生態(tài)修復(fù)，再造了區(qū)域自然景觀；有效防治了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，改善了地質(zhì)環(huán)境；優(yōu)化了大氣環(huán)境質(zhì)量，降低了噪聲污染；提升了沿線土地的價(jià)值，盤活土地存量。同時(shí)也摸索出一套適于露天礦采場(chǎng)綜合治理工作的新思路和新辦法，為露天礦開采后的生態(tài)修復(fù)工作全面展開提供技術(shù)保障。

(2)治理手段和技術(shù)上多樣化，生態(tài)治理與工程治理相結(jié)合，生態(tài)修復(fù)與預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害相結(jié)合。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，所選植物應(yīng)強(qiáng)調(diào)適應(yīng)本區(qū)域氣候和土壤特點(diǎn)，以樹為主，草、木、花相結(jié)合，既要本地化又要多樣化，實(shí)現(xiàn)多層次、立體化綠化效果。

(3)因礦制宜，分類治理。應(yīng)充分考慮治理區(qū)土地綜合利用的價(jià)值，減輕地質(zhì)災(zāi)害隱患后，宜林則林、宜耕則耕、宜景則景、宜建則建，為今后開展礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。