廢棄露天礦山地質(zhì)環(huán)境特征及生態(tài)修復(fù)

姚嬌嬌

(河南省第三地質(zhì)勘查院有限公司,河南 鄭州 450000)

0 引言

以平頂山市新華區(qū)喜鵲山田園綜合體項(xiàng)目(一期)區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究。研究區(qū)主要存在礦山地質(zhì)環(huán)境破壞、地質(zhì)災(zāi)害、水土流失及土地功能退化等生態(tài)環(huán)境問題。通過工程措施的實(shí)施,對平頂山市新華區(qū)喜鵲山田園綜合體項(xiàng)目(一期)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)治理,以消除地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)地形地貌景觀、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn),按照“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀再現(xiàn)、宜水則水、宜景則景”的原則,對區(qū)內(nèi)采坑、邊坡和渣堆以及存在地質(zhì)災(zāi)害隱患的區(qū)域進(jìn)行恢復(fù)治理,以改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和消除地質(zhì)災(zāi)害隱患、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全為目標(biāo),促進(jìn)礦區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[1-3]。

1 主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題

治理區(qū)位于南洛高速公路北側(cè)650～800 m,香山景區(qū)南側(cè)1.3 km,面積22.834 7 hm2,原來是露天開采的灰?guī)r礦,現(xiàn)為廢棄礦區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場測量調(diào)查,治理區(qū)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育,治理區(qū)內(nèi)含水層沒有受到破壞。

1.1 地形地貌景觀破壞

治理區(qū)山體、地表巖石裸露,植被稀少,原生的地形地貌破壞嚴(yán)重。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,造成地形地貌景觀破壞的主要原因是露天開采形成的邊坡、隨意堆放碎石的渣堆和開采形成的平臺(tái)。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果,治理區(qū)內(nèi)由于露天開采形成有2處邊坡、2處大小不等的采礦平臺(tái)和6處采坑,對治理區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境影響巨大。治理區(qū)采礦邊坡長度為18～529 m,高度為1～41 m不等,坡度30.7°～88°。采礦邊坡現(xiàn)狀如圖1所示。治理區(qū)采礦平臺(tái)長度為81～310 m,寬度3～92 m不等,沒有植被覆蓋。采礦平臺(tái)現(xiàn)狀如圖2所示。治理區(qū)采坑共計(jì)6個(gè),CK1采坑現(xiàn)狀如圖3所示。

圖1 BP1現(xiàn)狀Fig.1 BP1 Status

圖2 PT1現(xiàn)狀Fig.2 PT1 Status

圖3 CK1現(xiàn)狀Fig.3 CK1 Status

1.2 土地資源破壞

治理區(qū)面積22.834 7 hm2,對土地?fù)p毀方式為挖損損毀。其中損毀旱地0.839 1 hm2,其他草地9.404 1 hm2,農(nóng)村道路0.072 5 hm2。其中損毀其他草地占比最大。

1.3 其他礦山地質(zhì)環(huán)境問題

治理區(qū)由于露天開采灰?guī)r,使得治理區(qū)的采坑和礦渣堆成區(qū)連片,破壞了原始地形地貌景觀和土地資源;露天開采剝離了治理區(qū)覆蓋層,造成治理區(qū)原始植被破壞殆盡。此外,自然因素和人為因素造成治理區(qū)由于廢石堆放及地表擾動(dòng),局部地表植被遭到破壞,遇到暴雨易造成水土流失。

2 治理工程總體布置

根據(jù)前述治理原則和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),在當(dāng)?shù)赝恋乩矛F(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對破壞區(qū)域進(jìn)行整體治理,設(shè)計(jì)治理方案包括場地整理工程、邊坡修整工程、廢棄建筑物拆除工程、擋土保水岸墻工程、蓄水池工程、排水渠工程、墊渣和覆土工程、植被重建工程、道路工程以及管護(hù)工程[4-6]。依據(jù)擬治理區(qū)現(xiàn)狀地形,在整齊、美觀充分考慮排水的基礎(chǔ)上,隨坡就勢將其設(shè)計(jì)成若干個(gè)不同高度、坡度的面,根據(jù)設(shè)計(jì)高程進(jìn)行場地整理。然后根據(jù)林地規(guī)范要求將面積較大的平臺(tái)復(fù)墾為耕地以提高生產(chǎn)力,將面積較小的平臺(tái)恢復(fù)成林地以改善生態(tài)環(huán)境。在恢復(fù)為耕地的區(qū)域墊渣和覆土后進(jìn)行土地平整,并修建配套設(shè)施。在恢復(fù)為林地的區(qū)域覆土后開挖樹坑,回填種植土后栽種適合當(dāng)?shù)厣L的白皮松、側(cè)柏等樹種,對擬治理區(qū)的場地進(jìn)行生態(tài)復(fù)綠;同時(shí)在邊坡下部開挖樹坑回填種植土后栽植爬山虎,對邊坡進(jìn)行綠化[7-10]。

3 治理工程分項(xiàng)設(shè)計(jì)

3.1 場地整理工程

治理區(qū)進(jìn)行臺(tái)階削坡,從治理區(qū)坡頂向下依次削坡形成+110 m、+115 m、+120 m、+130 m、+140 m和+150 m共6個(gè)臺(tái)階。以10 m為界劃分臺(tái)階,臺(tái)階間斜坡坡度設(shè)計(jì)小于70°;臺(tái)階寬度依照現(xiàn)有地形不低于4 m。整形后對平臺(tái)進(jìn)行覆土,輔以生物工程復(fù)綠,并完善臺(tái)階排水系統(tǒng),各級(jí)邊坡設(shè)置擋墻。場地整理工程包括6個(gè)平臺(tái),采用Gland軟件方格網(wǎng)法計(jì)算場地整理工程的挖填方工程量:場地整理工程共挖方294 106.8 m3,填方30 369 m3,挖填差263 737.8 m3。該部分石方量由郟縣人民政府統(tǒng)一處置。

3.2 邊坡修整工程

本次邊坡修整工程共分6個(gè)分區(qū),采用Gland軟件方格網(wǎng)法計(jì)算邊坡整理工程的挖填方工作量[11-14]。將原有坡面進(jìn)行渣石清理后,合理規(guī)劃并設(shè)計(jì)坡面治理方案。采取修建臺(tái)階邊緣擋墻、覆土恢復(fù)植被等進(jìn)行綜合治理。治理區(qū)削坡整理,進(jìn)行碎石清理后以10 m為界劃分臺(tái)階,臺(tái)階間斜坡坡度設(shè)計(jì)為55°,臺(tái)階寬度依照現(xiàn)有地形不低于4 m。治理后臺(tái)階標(biāo)高分別為+110 m、+115 m、+120 m、+130 m、+140 m、+150 m,治理后邊坡為BP1、BP2、BP3、BP4、BP5、和BP6。依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013)整理后邊坡穩(wěn)定。擋水保土岸墻設(shè)于每級(jí)臺(tái)階外緣30 cm處,設(shè)計(jì)0.5 m×1.2 m(寬×高),用來防止覆土流失,給予生物良好的生長環(huán)境。

綜上,邊坡修整工程共挖方21 379 m3,挖填差為21 379 m3。場地整理工程共挖方294 106.8 m3,共填方62 274 m3,挖填差為231 832.8 m3。2項(xiàng)工程共計(jì)挖方315 485.8 m3,填方62 274 m3,挖填差253 211.8 m3。

3.3 擋水保土岸墻工程

設(shè)計(jì)在每級(jí)臺(tái)階邊坡下緣及平臺(tái)外緣30 cm處設(shè)置擋水保土岸墻,耕地區(qū)平臺(tái)擋土墻設(shè)計(jì)0.5 m×1.1 m(寬×高),林地區(qū)平臺(tái)擋土墻設(shè)計(jì)0.5 m×0.8 m(寬×高),用來防止覆土流失,給予生物良好的生長環(huán)境。擋水保土岸墻工程共消耗石方量1 365 m3,均采用治理區(qū)開挖的石方量。

3.4 廢棄建筑物拆除工程

采坑治理區(qū)有3處廢棄建筑物,在場地整理前需要進(jìn)行拆除。建筑物為磚混結(jié)構(gòu),拆除廢棄物直接回填采坑。

3.5 蓄水池工程

采坑治理區(qū)南坡上建1處40 m3矩形蓄水池,用于澆水養(yǎng)護(hù)樹木。蓄水池1:水池平面凈尺寸5 m×4 m,深2 m,磚砌結(jié)構(gòu),C10素混凝土墊層,M10砂漿抹面,頂蓋鋼防護(hù)網(wǎng)。

3.6 排水渠工程

3.6.1 截排水渠平面布置

本區(qū)的排水系統(tǒng)由截水渠和排水渠2部分組成。截水渠主要是截流治理區(qū)邊坡及其上游的洪流,從而減少洪流對邊坡及覆土的侵蝕;排水渠主要為匯集各截水渠排出水體和截流其所經(jīng)區(qū)域及上游的洪流,并將匯集后的水體引排至季節(jié)性沖溝,最終匯入湛河,從而防止洪流對邊坡及覆土的侵蝕。該區(qū)截、排水渠的結(jié)構(gòu)為矩形斷面的漿砌石截水渠,共設(shè)計(jì)各種規(guī)格的截、排水渠共計(jì)4條,其中排水渠1條、截水渠3條,分布在治理區(qū)整形平臺(tái)內(nèi)側(cè),具體布置如下:坡面截水渠——近東東西展布,分布在治理區(qū)整形平臺(tái)的內(nèi)側(cè),截流高處臺(tái)階上部坡面上的水流;排水渠——近南北向展布,起于頂部平臺(tái)截水渠,終于治理區(qū)坡腳,排導(dǎo)上游水流。

3.6.2 截排水渠斷面設(shè)計(jì)

治理區(qū)削坡整形后治理區(qū)內(nèi)最大匯水面積為中部削方平臺(tái)+110 m,總匯水面積為17 569 m2,根據(jù)新華區(qū)當(dāng)?shù)氐慕邓Y料,本地日最大降水量為264.9 mm。截水渠最大截面面積為0.18 m2,排水渠最大截面面積為1.39 m2。因此,截水渠截面尺寸如圖4所示。排水渠截面尺寸如圖5所示。

圖4 截水渠斷面尺寸Fig.4 Cross section dimension of intercepting channel

圖5 排水渠斷面尺寸Fig.5 Cross section dimension of drainage channel

3.6.3 截排水渠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

截、排水渠均為M10漿砌石結(jié)構(gòu),砌石壁厚0.3 m,底厚取0.3 m。截、排水渠每隔10 m設(shè)一條寬為2 cm的瀝青木板沉伸縫。

3.7 墊渣和覆土工程

治理區(qū)內(nèi)平臺(tái)下部覆蓋一層碎石土,厚40 cm,上部覆土40～80 cm,方能保證生物成活。其中對耕地區(qū)(+375 m平臺(tái))覆土70 cm;林地區(qū)(+150 m平臺(tái))采用覆土40 cm,再采用客土穴栽,樹坑尺寸0.6 m×0.6 m×0.6 m。在平臺(tái)上,按行間距為2 m,挖長、寬為0.6 m×0.6 m,深0.6 m的土坑,回填客土后用于種植。本次設(shè)計(jì)土地改造類型主要為旱地、有林地和其他林地。治理區(qū)無土源資源,設(shè)計(jì)土方采用外購。覆土工程在場地及斜坡平整的基礎(chǔ)上進(jìn)行,平臺(tái)及邊坡覆土厚度均為自然沉實(shí)土壤0.3 m,分層覆土,為方便土壤改良,第1層壓實(shí)厚度15 cm、第2層壓實(shí)厚度15 cm。為防止邊坡坡腳覆土被侵蝕,在治理區(qū)各坡腳設(shè)置截排水工程及平臺(tái)設(shè)計(jì)成反坡向平臺(tái)。PT1(+375 m平臺(tái))復(fù)墾為旱地,覆土厚度80 cm,PT2、PT3(+385 m、+395 m平臺(tái))復(fù)墾為有林地,覆土厚度40 cm。

3.8 植被重建工程

3.8.1 植被類型

在治理區(qū)PT2、PT3(+385 m、+395 m平臺(tái))種植喬木,樹種選擇大葉女貞、刺柏,并撒播草籽,草種選擇能夠耐干旱、固土護(hù)坡的高羊矛實(shí)施立體植被復(fù)綠。邊坡種植灌木,灌木選擇爬山虎。

3.8.2 植被布局

采用喬、灌、草立體復(fù)綠,結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn),喬木選擇大葉女貞。設(shè)計(jì)大葉女貞胸徑3～5 cm,高度在1.5～2.0 m。灌木選擇爬山虎,一年生樹苗,高羊矛一般不超過1 m,作為早期植被修復(fù)的地被植物。大葉女貞為當(dāng)?shù)刈匀簧L的常見樹種,是一種耐干旱、耐寒性強(qiáng)、耐貧瘠、抗污力強(qiáng)、耐修剪的常綠喬木,為本區(qū)的主要種植樹種,擬將其布置于所有治理區(qū)平臺(tái)具備種植條件的區(qū)域。灌木為爬山虎,是當(dāng)?shù)刈匀簧L的常見灌木,其耐干旱、耐寒,擬將其布置于所有治理區(qū)平臺(tái)及邊坡混交種植。草本為高羊矛,其耐陰性較差,但在缺少光照條件下亦可生長,在喬木成林前可作為良好的地被植物。喬本株間距2.0 m×2.0 m,正四邊形布株,灌木間距2.0 m×1.0 m,每穴種植2株;草本適當(dāng)密植,混合種子30 kg/hm2。根據(jù)本區(qū)的實(shí)際情況,擬采用覆土種植和客土穴栽2種種植方式。對治理區(qū)邊坡有利于覆土的區(qū)域,采用覆土,林地區(qū)覆土厚度40 cm,耕地區(qū)覆土厚度70 cm;對治理區(qū)平臺(tái)采用客土穴栽,樹坑尺寸0.6 m×0.6 m×0.6 m。

3.9 道路建設(shè)

通往治理區(qū)道路盡量利用原有道路,道路總長1 500 m,坡度約10°,作為生產(chǎn)道路服務(wù)于治理區(qū)耕地。道路設(shè)計(jì)成水泥混凝土路面,路面寬約4 m。結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r,本方案設(shè)計(jì)在道路兩側(cè)栽植行道樹,每側(cè)一行,樹種選擇1.5～2.0 m高的大葉女貞,間距2 m,共種植1 500株,穴狀整地,規(guī)格為0.6 m×0.6 m×0.6 m。道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.6 Structural design of road pavements

4 社會(huì)效益

長期以來,由于礦山開采嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境,對周邊居民的正常生產(chǎn)生活造成較大影響。該治理項(xiàng)目的實(shí)施,可恢復(fù)和擴(kuò)大礦區(qū)土地資源,有效提高土地利用價(jià)值,有利于該地區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定和工農(nóng)關(guān)系的改善。改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,有力支援地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,有利于實(shí)現(xiàn)安定團(tuán)結(jié),安居樂業(yè)的政治局面,有利于新農(nóng)村建設(shè),有利于和諧社會(huì)發(fā)展,能充分體現(xiàn)黨和政府“以人為本”的治國理念,對人民生命財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)心。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題為地形地貌景觀破壞、土地資源破壞、水土流失及土地功能退化等。

(2)設(shè)計(jì)治理方案包括場地整理工程、邊坡修整工程、廢棄建筑物拆除工程、擋土保水岸墻工程、蓄水池工程、排水渠工程、墊渣和覆土工程、植被重建工程、道路工程以及管護(hù)工程。

(3)礦山環(huán)境的治理項(xiàng)目的實(shí)施,增加治理區(qū)農(nóng)民就業(yè)崗位,推動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,也取得了顯著的社會(huì)和環(huán)境效益。