植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)在廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

摘要：在人工開(kāi)采的影響下，廢棄礦山自我修復(fù)能力較差，其需要依靠生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，強(qiáng)化自然調(diào)節(jié)能力，優(yōu)化環(huán)境。本文以武漢市江夏區(qū)某廢棄礦山為例，探究礦山自然環(huán)境和水文地質(zhì)特征，從生態(tài)修復(fù)角度設(shè)計(jì)方案，明確治理要點(diǎn)，選擇科學(xué)的修復(fù)模式，將植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用在廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中。在廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中，要充分發(fā)揮植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的價(jià)值，減少養(yǎng)護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)；廢棄礦山；生態(tài)修復(fù)；治理

中圖分類號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）06-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.022

Application of Automatic Plant Maintenance System in Ecological Restoration of Abandoned Mines

TANG Guangqing

（402 Geological Team of Sichuan Bureau of Geology amp; Mineral Resources， Chengdu 611743， China）

Abstract： Under the influence of manual mining， abandoned mines have poor self-healing ability， and they need to rely on ecological restoration systems， strengthen natural regulation capabilities， and optimize the environment. Taking a abandoned mine in Jiangxia District， Wuhan City as an example， this paper explores the natural environment and hydrogeological characteristics of the mine， designs a plan from the perspective of ecological restoration， clarifies the key points of governance， selects a scientific restoration mode， and applies the automatic plant maintenance system to the ecological restoration of abandoned mines. In the ecological restoration of abandoned mines， it is necessary to fully utilize the value of automatic plant maintenance system and reduce maintenance costs.

Keywords： automatic plant maintenance system; abandoned mines; ecological restoration; government

某廢棄礦山位于湖北省武漢市江夏區(qū)，露天采坑邊坡的西側(cè)距離高速公路只有3 km，北側(cè)毗鄰城區(qū)主干道，交通運(yùn)輸方面有著極大的優(yōu)勢(shì)。該采石場(chǎng)在20世紀(jì)80年代開(kāi)始開(kāi)采作業(yè)，主要開(kāi)采石英砂巖，采用露天開(kāi)采方式，順序由上到下。開(kāi)采工藝主要為鑿巖、爆破、破碎、裝運(yùn)，其于21世紀(jì)初徹底關(guān)停廢棄。由于極端天氣和人類活動(dòng)的影響，該露天采坑邊坡發(fā)生過(guò)多次規(guī)模不同的落石、崩塌、滑坡等災(zāi)害。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和歷史災(zāi)害，該區(qū)域發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害不僅具有極大的危險(xiǎn)性，還對(duì)周邊建筑和人民生命財(cái)產(chǎn)有嚴(yán)重的威脅，后果嚴(yán)重，社會(huì)影響大。由于采坑邊坡毗鄰城區(qū)的主干道，來(lái)往的人群和車(chē)輛密集，而破損的山體和巖坡面還極大地影響城區(qū)形象。

1 廢棄礦山概況

1.1 自然環(huán)境

該廢棄礦山在地貌上處于平地和山地的過(guò)渡帶，地勢(shì)中間高，兩邊平緩。礦區(qū)屬于剝蝕堆積崗地地貌，山脈大體走向?yàn)槲鞅薄獤|南，山體坡度不超過(guò)30°，個(gè)別區(qū)域較陡，地表植物茂盛。該礦區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐沛，冬夏兩季變化明顯，日照時(shí)間適宜，霜降期較短，降水多集中在4—7月。區(qū)域內(nèi)盛行風(fēng)以東南風(fēng)為主，冬夏兩季交替相對(duì)明顯，礦區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有地表水系。

該礦區(qū)出露地層相對(duì)單一，由志留系、第四系和泥盆系地層構(gòu)成。志留系地層沿南北方向展布，巖性主要為粉砂巖和頁(yè)巖，巖石結(jié)構(gòu)為粉砂質(zhì)構(gòu)造，地層厚度超過(guò)15 cm，砂質(zhì)粒徑通常不超過(guò)0.14 mm。泥盆系地層為主要的開(kāi)采層位，沿南北方向展布，覆蓋在志留系地層上。第四系主要由殘坡積黏土、碎石土和粉質(zhì)黏土組成，通常分布在礦區(qū)緩坡地帶。

1.2 水文地質(zhì)特征

該廢棄礦山的地下水類型主要為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水，主要通過(guò)自然降雨補(bǔ)給。區(qū)域內(nèi)巖體的構(gòu)造裂縫通常較為發(fā)育，多數(shù)呈張開(kāi)狀，裂縫率基本為0.7%左右，它是地下水絕佳的活動(dòng)環(huán)境，并且下伏的志留系砂頁(yè)巖和泥巖共同組成隔水能力較好的巖組。從地層巖性和物理力學(xué)特征來(lái)看，該礦區(qū)巖土構(gòu)造可以分為碎屑巖類和松散巖類兩大類。該礦區(qū)地質(zhì)條件略差，巖土構(gòu)造壓縮程度較低，穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生沉降。

2 廢棄礦山生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

廢棄礦山生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計(jì)要綜合考慮地形地質(zhì)條件、災(zāi)害體特征和危害對(duì)象等因素，堅(jiān)持4個(gè)原則。一是以人為本的原則，無(wú)論選用哪種方案，必須首先考慮方案的安全性和可靠性，將施工過(guò)程的人身安全威脅降到最低。二是技術(shù)可行、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)合理的原則，這就要求礦山生態(tài)修復(fù)在技術(shù)層面有足夠的可行性，在經(jīng)濟(jì)層面合情合理，并且盡可能地將對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最低，凸顯修復(fù)工程的針對(duì)性、實(shí)用性和可操作性。三是效果監(jiān)測(cè)原則，要對(duì)礦山地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果進(jìn)行積極監(jiān)測(cè)，以便隨時(shí)掌握生態(tài)修復(fù)工程結(jié)束后礦山地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)[1]。四是地質(zhì)災(zāi)害治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙管齊下的原則，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理，減輕各種災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全威脅，并對(duì)礦區(qū)開(kāi)展生態(tài)綠化，推進(jìn)礦山環(huán)境治理。

以上述設(shè)計(jì)原則為基礎(chǔ)，通過(guò)綜合考量，最終確定礦山生態(tài)修復(fù)方案。先減緩邊坡體的下滑，并對(duì)坡面進(jìn)行修整，按照一定角度對(duì)部分坡體進(jìn)行削方，在坡體中間部位布置馬道平臺(tái)。削方時(shí)，要先清除坡面的浮石、松散的崩滑堆積物等雜物，然后把削方的廢渣填壓到坡腳。在邊坡坡腳和馬道平臺(tái)內(nèi)側(cè)分別布置一道混凝土結(jié)構(gòu)的土墻來(lái)支撐坡體。對(duì)于坡頂和毗鄰主干道的可視區(qū)域，可以使用錨桿植生墻進(jìn)行加固和綠化，在加固坡體的同時(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)綠化。為了減小雨水對(duì)坡體的沖刷，可以在坡腳和馬道平臺(tái)的擋土墻外部分別設(shè)置一道混凝土結(jié)構(gòu)的排水溝。邊坡削方、修整后進(jìn)行生態(tài)綠化，提高區(qū)域的視覺(jué)環(huán)境效果，建立完善的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害和綠植生長(zhǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]。

2.2 治理要點(diǎn)

礦區(qū)內(nèi)存在不穩(wěn)定因素的坡體需要削方，坡面需要修整，以減小邊坡坡度，減緩不穩(wěn)定巖體和坡體的下滑。要先清除坡體上的浮石、滑落堆積物等雜物，并從坡頂開(kāi)始向下分層進(jìn)行削方和修整，在坡體中間位置設(shè)置馬道平臺(tái)，減緩邊坡的坡體下滑。把削方和修整過(guò)程中的殘?jiān)畛涞狡履_處，這樣不僅可以消耗工程廢渣，還能有效降低邊坡高度，進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性，為后續(xù)邊坡綠化創(chuàng)造有利的地形條件。

對(duì)于坡頂和毗鄰主干道的可視區(qū)域，可以沿著邊坡中上部鋪設(shè)錨桿植生墻，加固邊坡，并對(duì)邊坡進(jìn)行生態(tài)綠化。植生墻由擋土板和鋼筋混凝土組成，回填黏性土并夯實(shí)，在土層上鋪設(shè)30 cm厚的種植土，用以種植綠植。根據(jù)修復(fù)區(qū)域的地形和邊坡形態(tài)，可以沿著邊坡的坡腳設(shè)置混凝土結(jié)構(gòu)的擋土墻，在中部位置的馬道平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置格賓結(jié)構(gòu)的擋土墻，對(duì)反壓坡體進(jìn)行支撐。格賓網(wǎng)通常采用鍍鋅低碳的鋼絲網(wǎng)拼裝，使用卵石、片石、塊石進(jìn)行填充[3]。

2.3 修復(fù)模式

減輕礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患后，可以對(duì)礦山進(jìn)行生態(tài)綠化，結(jié)合礦區(qū)地貌特征、生態(tài)環(huán)境被破壞程度、周?chē)h(huán)境等，使用垂直綠化方式對(duì)邊坡進(jìn)行修復(fù)，以槽植灌木、覆土種草、條植藤本、穴植喬木四種模式進(jìn)行礦山生態(tài)綠化。礦山生態(tài)修復(fù)要對(duì)植被進(jìn)行生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)，明確植物的成活率；對(duì)植被抗逆性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)地補(bǔ)種、修剪和養(yǎng)護(hù)；對(duì)植被抗蟲(chóng)病能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)地處理病蟲(chóng)害[4]。

3 廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 植物選擇

根據(jù)礦區(qū)所在地的生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)和礦區(qū)的氣候、土壤條件，篩選植物修復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。其中，喬木有4種，即香樟樹(shù)、柏樹(shù)、紫葉李、大葉女貞；藤本植物有6種，即常春藤、龍?zhí)佟⒏鹇樘佟⒁坝骸⑴郎交ⅰ⒘柘觯还嗄居?種，即紫穗槐、胡枝子、紅葉石楠、法國(guó)冬青、女貞；草本植物有5種，即紫花苜蓿、馬尼拉、高羊茅、狗牙根、早熟禾。

首先，坡度較緩（不超過(guò)25°）的土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡可以覆土植草，先修整坡面，后覆蓋適量種植土，或者直接鋪設(shè)草皮，提高綠化效果。露天采坑邊坡的填方反壓區(qū)較為平緩，坡面修整后，可以直接鋪設(shè)厚度3 cm左右的草皮，底部回填反壓區(qū)和馬道平臺(tái)可以先覆蓋30 cm厚的種植土，然后撒上草籽。根據(jù)礦區(qū)環(huán)境，生態(tài)修復(fù)應(yīng)該優(yōu)先選用適應(yīng)性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)的草本植物，如高羊茅、狗牙根，護(hù)坡養(yǎng)土，和周?chē)匀画h(huán)境融為一體。

其次，坡度較陡的巖質(zhì)邊坡可以種植灌木，邊坡直接開(kāi)挖植生槽，回填種植土，栽種抗逆性較強(qiáng)的灌木，灌木根系發(fā)達(dá)，可以提高邊坡固土能力。高陡巖質(zhì)邊坡可以先設(shè)置兩排錨桿用作擋土植生墻，對(duì)邊坡進(jìn)行加固，然后在墻內(nèi)填充黏性土，并做夯實(shí)處理，最后覆蓋30 cm厚的種植土，栽種灌木。坡面植草區(qū)域可以交錯(cuò)種植灌木，坡腳擋土墻可以開(kāi)挖植生槽，設(shè)置綠化帶，栽種女貞、紅葉石楠等灌木，使坡底景觀更加美麗、協(xié)調(diào)[5]。

3.2 系統(tǒng)選擇

礦區(qū)經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)后還處于比較脆弱的階段，因此需要采取有效的管理措施和養(yǎng)護(hù)方法，提高植被存活率，保障生態(tài)修復(fù)效果。通常，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的養(yǎng)護(hù)期不超過(guò)3年，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)階段，植被會(huì)逐漸向穩(wěn)定的植物群落過(guò)渡、發(fā)展。其中，植被灌溉是養(yǎng)護(hù)過(guò)程的重要一步，及時(shí)灌溉可以保證坡地植被在生長(zhǎng)過(guò)程中有足夠的水分，促進(jìn)植被健康生長(zhǎng)，進(jìn)一步提高植被存活率[6]。

廢棄礦山生態(tài)修復(fù)后，常用的灌溉方式是人工漫灌和灑水車(chē)，但是這不僅對(duì)水資源造成極大的浪費(fèi)，還容易破壞坡面土壤結(jié)構(gòu)，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。管道灌溉技術(shù)則可以很好地解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)使用較多的有滴灌和噴灌。滴灌的均勻度和水資源利用率比噴灌高，但是滴灌水質(zhì)要求較高，管道需要經(jīng)常養(yǎng)護(hù)，而且滴灌不適用于露天采坑邊坡。噴灌應(yīng)用廣泛，自動(dòng)噴灌技術(shù)可以有效地提高水資源利用率，減少養(yǎng)護(hù)成本。

3.3 系統(tǒng)構(gòu)成

植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和噴頭組成。其中，水源是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，要想直接進(jìn)行自壓噴灌，水源的平面高度要比植物灌溉區(qū)至少高出25 m，如果水源的平面高度低于灌溉區(qū)，就需要使用機(jī)電設(shè)備增壓，以便進(jìn)行噴灌。首部樞紐由動(dòng)力設(shè)備、壓力表、流量表、過(guò)濾器、水泵等組成，通常安裝在輸配水管網(wǎng)的頭部，對(duì)抽出的水按照系統(tǒng)要求進(jìn)行處理，然后輸送到灌溉管網(wǎng)進(jìn)行灌溉。噴頭按照系統(tǒng)要求對(duì)管道中的水進(jìn)行噴射，形成水滴噴灑到綠植上。

4 結(jié)論

本文結(jié)合廢棄礦山生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計(jì)原則，明確治理要點(diǎn)與修復(fù)模式，將植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于廢棄礦山生態(tài)修復(fù)中。植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)能夠提高生態(tài)修復(fù)效率，發(fā)揮生態(tài)修復(fù)功能，提高廢棄礦山的美觀性與安全性，減少養(yǎng)護(hù)成本。未來(lái)，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化植物自動(dòng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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