北京房山露天開采廢棄大理石礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)工程評價

袁昕，周華

（北京中地華安科技股份有限公司，北京 100085）

我國的礦山開采業(yè)，在初始很長一段時間內(nèi)進(jìn)行著無計劃的原始開采，呈現(xiàn)出各種嚴(yán)峻的環(huán)境問題（楊毅，2008；馬學(xué)利，2021）。大多的礦山企業(yè)重資源開采、輕環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)象普遍存在，礦產(chǎn)資源開發(fā)的粗放式與低效利用引發(fā)了大量的礦山地質(zhì)環(huán)境問題（張銳，2021）。特別是廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境，因開發(fā)主體的消失礦山地質(zhì)環(huán)境問題日益突出。

北京市房山區(qū)露天開采廢棄大理石礦區(qū)，露天開采對周邊環(huán)境產(chǎn)生相應(yīng)的影響，大量剝離表土，砍伐植物，形成大面積的巖石裸露、采坑及周邊高陡邊坡，同時分布大量的固體廢棄物形成零星分布的渣堆，占用了一定的土地資源，造成了部分農(nóng)用地、林地荒廢。大量廢棄物常年擱置，造成了礦區(qū)大氣污染、水土流失，土壤性質(zhì)降低（王夢然，2018）。由此導(dǎo)致了生物多樣性降低，生態(tài)環(huán)境遭受破壞。本文根據(jù)北京房山露天開采廢棄大理石礦山存在的實際問題，結(jié)合施工環(huán)境，對比分析了2種治理方案，計算了治理區(qū)的工程量，采用層次分析法，建立地質(zhì)災(zāi)害治理效果、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果、礦山景觀重建效果3個評價系統(tǒng)，對房山大理石礦進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價，并對治理前后的效果進(jìn)行了對比分析。

1 研究區(qū)概況

礦區(qū)位于北京市房山區(qū)長溝鎮(zhèn)黃元井村。礦坑邊坡巖性主要為中元古界灰白色巨厚層—厚層狀大理巖夾薄層頁巖，大理巖致密堅硬，是良好的建筑裝飾材料，表部分布有厚3～5 m的新生界黃土和風(fēng)化碎石土（北京市地質(zhì)研究所，2003）。區(qū)域地震峰值加速度值為0.15 g，反應(yīng)譜特征周期0.40 s，地震設(shè)防烈度Ⅶ度。

礦區(qū)周邊林地植被呈斑塊狀分布，覆蓋率35%～40%，喬木主要為元寶楓、油松和國槐樹等，灌木為荊條、狗尾草和蒼耳等。土壤類型有2類：一類為山地褐色碎石土，分布于礦區(qū)地勢低洼處，為主要土壤。其由風(fēng)化碎石土、渣土組成，厚度一般為0.1～1.6 m，最小粒徑小于1 cm，最大粒徑達(dá)80 cm；黏土含量少，黏土礦物以水云母和蛭石為主，伴有少量蒙脫石和高嶺石，偶含鈣質(zhì)層；透水強，不利保水保濕，腐殖質(zhì)含量少，土壤呈堿性，pH值7.9～8.5，Ec值119～124 μs·cm-1，有機(jī)質(zhì)3.75～11.7 g·kg-1，土壤肥力差，大多不太利于植被生長。另一類為黃土和黃土狀土，分布治理區(qū)東北，屬山前沖洪積沉積。其由粉土、粉質(zhì)黏土組成，厚度0.2～0.6 m，垂直節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松，遇水濕陷；土壤呈中性偏堿性，pH值7.7～7.8，Ec值251～130 μs·cm-1，有機(jī)質(zhì)4.90～6.63 g·kg-1，適宜植物生長。

礦區(qū)黃元井村居民用電可滿足施工和灌溉用電，并有居民生活用水井，取水層為基巖裂隙水，出水量30 m3·h-1，水量穩(wěn)定，地下水水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度350 mg·L-1，可滿足并符合施工和后續(xù)植被灌溉養(yǎng)護(hù)使用要求；距礦區(qū)約15 km長溝鎮(zhèn)，有可供回填的碎石土和備用種植客土；水費、電費、碎石土、客土，依據(jù)有關(guān)部門和當(dāng)?shù)厥袌鰞r確定；通往礦區(qū)交通方便，各類施工設(shè)備均可進(jìn)場。

礦區(qū)為大理石露天開采，礦區(qū)面積0.05 km2。自2006年開采至2010年閉坑，形成3處不規(guī)則采坑和18處棄渣（圖1）。其中Ⅲ區(qū)CK-3采坑規(guī)模最大，深度可達(dá)10.8 m，Ⅲ區(qū)棄渣最多有12處，礦坑內(nèi)有少量積水。采坑影響周邊村民人身安全，屬地質(zhì)災(zāi)害隱患；棄渣占用土地，農(nóng)作物、林地減少，生物多樣性也減少，植物種類單一，群落逆向演替；動物種類和數(shù)量也相繼減少：生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，成為當(dāng)?shù)刂卮蟮刭|(zhì)環(huán)境問題，應(yīng)及早恢復(fù)治理（武強，2003；楊金燕等，2012）。

圖1 大理石露天開采礦區(qū)采坑及渣堆航拍圖Fig.1 Aerial view of mining pit and slag heap in marble opencast mining area

2 礦山恢復(fù)治理方案

2.1 治理原則與目標(biāo)

本著礦區(qū)采坑保持原地層滲透性、不改變地下水滲流場、棄渣合理利用、保持水土穩(wěn)定、熟化土壤、周邊植物群落相協(xié)調(diào)的原則（于增寶，2021），達(dá)到消除地質(zhì)安全隱患和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的目的（韓寶富等，2021）。

2.2 方案比選

治理方案A采用采坑回填+道路養(yǎng)護(hù)+回填后種樹進(jìn)行治理，治理方案B采用采坑分臺階回填+道路養(yǎng)護(hù)+回填后種樹進(jìn)行治理。從可行性、經(jīng)濟(jì)性析、功效性3方面進(jìn)行了分析比選：

1）可行性分析。從操作可實施性考慮，方案A相比方案B容易實施，治理方案B需建三級平臺，施工工期比方案A長。

2）經(jīng)濟(jì)性分析。從項目造價上估算，方案B項目造價相對方案A造價高出10%左右。

3）功效性分析。對比治理后生態(tài)恢復(fù)效果，2個方案均能達(dá)到生態(tài)恢復(fù)的效果。但是方案B綠化后呈臺階狀，方案A與原地形相仿，與周圍的自然景觀更和諧。

通過綜合對比考慮以上2套方案，方案A更適合該地區(qū)的恢復(fù)治理，能更好地達(dá)到廢棄礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理項目的總體目標(biāo)，因此選擇方案A作為本項目的治理措施。

2.3 工程措施

1）采坑：采用封底、分層回填、碾壓、覆土等措施。采用粉質(zhì)黏土在坑底回填厚1.5 m，然后碾壓，使其滲透系數(shù)小于0.02 m·d-1，密實度N120大于11，防止上部人為污水下滲污染下部含水層；采用粒徑小于5 cm碎石土回填，厚度1.5 m，然后碾壓，密實度N120大于6；采用粉質(zhì)黏土回填厚1.5 m，然后碾壓，使其滲透系數(shù)小于0.02 m·d-1，密實度N120大于11。以此方法輪回進(jìn)行至距地面差1 m處，覆土1.3 m，適當(dāng)碾壓與地面整平。

2）棄渣：采坑回填碎石土可用礦區(qū)棄渣，大于5 cm的石塊要破碎。

3）生態(tài)修復(fù)。熟土：對覆土施肥，使土壤熟化，以便植物生長。生態(tài)：種植喬、灌、藤、草，構(gòu)建生態(tài)群落體系。

2.4 工程量計算

根據(jù)減少大填大挖、與區(qū)域整體地形一致的原則，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)整治后地形為5～7°的緩坡。以Surfer軟件將地形測量的Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入，3Dmaps進(jìn)行地形測繪數(shù)據(jù)分析處理，形成原始地形3D模型圖（圖2），在此基礎(chǔ)上，通過對比治理前后11條剖面，將平整后形成的地形數(shù)據(jù)整理輸入，建立平整后3D地形模型（圖3）。利用Surfer軟件，將治理前后2個3D模型疊加計算，求得各治理區(qū)的工程量：治理總面積40921 m2、挖方量2612.10 m3、填渣量48538.2 m3、覆土量3406.75 m3、總填方量51944.95 m3，修復(fù)道路417 m，種植油松562株、元寶楓244株、國槐1003株、播草3 hm2。分區(qū)工程量見表1。

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)主要工程量表Tab.1 Main quantities of mine geological environment treatment and ecological restoration

圖2 礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)前地形地貌3D模型圖Fig.23D model map of topography and landform before mine geological environment treatment and ecological restoration

圖3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)后地形地貌3D模型圖Fig.33D model map of topography and landform after mine geological environment treatment and ecological restoration

3 治理工程評價

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程效果應(yīng)用層次分析方法，進(jìn)行綜合指數(shù)評價（高翔等，2019；姚文濤，2020）。

3.1 評價指標(biāo)選取及權(quán)值權(quán)重

將治理工程分為3個子系統(tǒng)，包括地質(zhì)災(zāi)害治理效果（D）、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果（S）、礦山景觀重建效果（J）（劉宏磊等，2016），共9個評價指標(biāo)。地質(zhì)災(zāi)害治理效果子系統(tǒng)的二級評價指標(biāo)包括崩塌的治理效果（F1）、滑坡的治理效果（F2）；生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果子系統(tǒng)二級評價指標(biāo)包括礦坑治理效果（F3）、棄渣堆治理效果（F4）、土地平整治理效果（F5）、植被恢復(fù)治理效果（F6）（袁哲路，2013）；礦山景觀重建效果子系統(tǒng)的二級評價指標(biāo)包括道路修整效果（F7）、景觀建設(shè)效果（F8）、經(jīng)濟(jì)社會價值恢復(fù)效果（F9）（魏忠義等，2012）。參評因子對3個等級評價標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值是根據(jù)有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合礦區(qū)治理效果給出，盡量使其量化。權(quán)重值：治理效果“好”為10分，治理效果“一般”為5分，治理效果“較差”為2分。采用層次分析法（王斌，2014；胡博文等，2015）確定各因子的權(quán)重見表2。

表2 礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)效果評價權(quán)重表Tab.2 Evaluation weight table of mine geological environment treatment and ecological restoration effect

3.2 綜合指數(shù)評價

礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價模型為：

式中，F(xiàn)0為礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價分值，F(xiàn)i為子系統(tǒng)權(quán)重值，Wi為子系統(tǒng)各項評價指標(biāo)權(quán)重值，m為子系統(tǒng)要素的個數(shù)。

通過分析計算綜合評價分值為F0=7.44，治理效果為好（表3）。

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)效果等級表Tab.3 Effect grade of mine geological environment treatment and ecological restoration

3.3 治理前后對比

圖4為廢棄大理石礦區(qū)治理效果對比圖。從圖4中可看出，本次礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程方案，采用方案A是可行的，治理效果評價合理。

圖4 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)治理前后對比圖Fig.4 Comparison of area I、Ⅱ、Ⅲbefore and after treatment

4 結(jié)論

1）北京房山露天開采廢棄大理巖礦區(qū)采用采坑回填+道路養(yǎng)護(hù)+回填后種樹治理方案，用3Dmaps形成地形3D模型圖，用Surfer軟件計算各治理區(qū)的工程量。

2）采用層次分析法，建立地質(zhì)災(zāi)害治理效果、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果、礦山景觀重建效果3個評價系統(tǒng)。該礦區(qū)治理效果經(jīng)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價，治理效果為好。

3）該礦區(qū)治理后改善了礦山生態(tài)環(huán)境，與礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價模型計算結(jié)果一致，對類似工程效果評價有示范作用。