南水北調(diào)中線渠首庫區(qū)礦山棄渣問題分析及治理方案

劉小二，張春生，楊魯玉，來亞芳，王林峰，徐 磊，劉 斌

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001）

南水北調(diào)中線工程是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)規(guī)模宏大的跨流域水資源配置戰(zhàn)略工程，它的建設(shè)和實(shí)施在很大程度上緩解我國華北地區(qū)水資源的不足，對解決華北地區(qū)工農(nóng)業(yè)缺水、城鎮(zhèn)供水，以及促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長起巨大作用[1-3]。丹江口水庫是我國南水北調(diào)中線工程的水源地，國家一級水源保護(hù)區(qū)，位于漢江中上游，水域橫跨河南省淅川縣和湖北省丹江口市，是亞洲最大的人工淡水湖[4-6]。2010年3月31日，丹江口大壩加高工程竣工，壩頂高程從162m加高至176．6m，正常蓄水位由157m提高至170m。

渠首庫區(qū)面積2 616km2，位于淅川縣，是南水北調(diào)中線工程河南省境內(nèi)唯一涉淹縣份，集山區(qū)、庫區(qū)、貧困區(qū)于一體，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對落后。

渠首庫區(qū)存在多處廢棄礦山，歷史上亂采亂挖，棄渣隨意堆放，形成數(shù)量眾多廢棄渣堆(54處)。庫區(qū)尾礦棄渣堆不僅影響到庫區(qū)地貌景觀、水質(zhì)環(huán)境及庫容穩(wěn)定，還對庫區(qū)人民生命財產(chǎn)安全、基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)行及航道安全造成重大威脅。通過實(shí)施有效的工程治理，減輕廢棄礦山棄渣對庫區(qū)水質(zhì)污染，保障丹江口水庫與南水北調(diào)中線工程安全運(yùn)行，對保護(hù)庫區(qū)群眾生命財產(chǎn)安全，確保南水北調(diào)中線工程持續(xù)發(fā)揮綜合效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自然地理與地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 自然地理

渠首庫區(qū)位于河南省西南，豫、鄂、陜?nèi)〗Y(jié)合部，隸屬南陽市管轄[7]。庫區(qū)對外交通以滬陜高速、三淅高速、內(nèi)鄧高速、G209、S335、S332為骨架，縣鄉(xiāng)公路為支脈，交通便利。

庫區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明。多年平均氣溫為15．8℃，多年平均降水量797．8mm。最大降水量1 423．7mm，最小降水量391．31mm。庫區(qū)河流屬長江流域漢水水系，境內(nèi)河網(wǎng)密布，除丹江口水庫外，其他地表水體以河流為主，主要有丹江、鸛河、淇河、滔河、刁河等。

庫區(qū)地處秦嶺支脈伏牛山南麓山區(qū)，總體地勢由西北向東南傾斜，海拔高程在120～1 086m。庫區(qū)地貌分為3大類型，分別為侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕丘陵、堆積平原。

1.2 地質(zhì)環(huán)境背景

庫區(qū)屬揚(yáng)子地層區(qū)南秦嶺分區(qū)淅川小區(qū)，主要地層包括古元古界、中元古界、新元古界、下古生界、上古生界、中生界、新生界。庫區(qū)周邊巖漿巖以古生界和元古界為主[8]。

庫區(qū)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要分布在縣內(nèi)西北部及中部，基本貫穿境內(nèi)東西向，縣內(nèi)西南部則地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。新構(gòu)造運(yùn)動在區(qū)內(nèi)有較顯著的反映，表現(xiàn)為地殼垂直運(yùn)動為主的差異升降，西北部山區(qū)持續(xù)抬升，遭受侵蝕、剝蝕，沖溝深切，溝坡陡立，多呈“V”型谷；東南部相對穩(wěn)定，接受新生代河流相、湖沼相及山麓洪積的陸源碎屑沉積。

2 渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣分布特征及危害

庫區(qū)內(nèi)責(zé)任主體滅失的廢棄礦山82處，礦山以露天開采為主，多形成高陡邊坡，形成了大量崩塌隱患。另外，廢棄礦渣多沿采礦場、邊坡、河口、河床無序堆放。據(jù)調(diào)查，廢棄礦山共遺留礦渣堆54處，總體積512．35×104m3。

2.1 廢棄礦山棄渣分布特征

棄渣分布較為分散，其中馬蹬鎮(zhèn)24處、盛灣鎮(zhèn)1處、倉房鎮(zhèn)6處、九重鎮(zhèn)1處、寺灣鎮(zhèn)1處、香花鎮(zhèn)3處、城關(guān)鎮(zhèn)1處、金河鎮(zhèn)6處、荊紫關(guān)鎮(zhèn)1處、毛堂鄉(xiāng)5處、上集鎮(zhèn)3處、西簧鄉(xiāng)2處(圖1)。

圖1 渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣分布圖

庫區(qū)廢棄礦山遺留棄渣主要危害庫區(qū)水質(zhì)，以庫區(qū)水文流域來對廢棄礦山棄渣進(jìn)行劃分(表1)，其分布特征如下：①從數(shù)量看，庫區(qū)廢棄礦山棄渣多分布在水庫周邊，共31處，占比57．4%，其次為鸛河周邊，共19處，占比35．2%；②從體積看，庫區(qū)廢棄礦山棄渣主要分布在水庫170m水位高程線周邊，共370．5×104m3，占比72．3%，其次為鸛河周邊，共105．44×104m3，占比20．6%；③從數(shù)量和體積綜合來看，庫區(qū)廢棄礦山棄渣多分布在水庫周邊，且位于水庫170m水位高程線附近。

表1 渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣按流域分布統(tǒng)計(jì)

2.2 廢棄礦山棄渣的危害

庫區(qū)廢棄礦山堆放棄渣共54處，對水庫的危害包括丹江口水庫及其水源區(qū)河流，危害方式主要為廢棄礦山棄渣內(nèi)硫、鐵、鉛、砷等有毒有害物質(zhì)、有害元素對水體污染。

庫區(qū)廢棄礦山棄渣除威脅水庫外，還對廢棄礦山周邊房屋、旱地、林地、道路形成威脅，潛在經(jīng)濟(jì)損失13 634．09萬元，按險情分級標(biāo)準(zhǔn)，中型3處、小型51處。

3 渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣綜合治理方案

庫區(qū)廢棄礦山棄渣為露天礦山開采遺留廢渣無序堆放形成，根據(jù)開采特點(diǎn)又分有采坑和無采坑兩類。對有采坑的棄渣治理，場地棄渣直接回填采坑，然后輔以地形整理，沒有采坑的棄渣治理，其棄渣外運(yùn)至其他采坑充填[9]。

3.1 治理工程措施

根據(jù)庫區(qū)廢棄礦山棄渣堆放特征，主要治理措施包括棄渣清理、挖填平整、場地覆土平整和生物工程4類。

(1) 棄渣清理。

棄渣清理要兼顧場地地形，對棄渣外運(yùn)后整平地形，使棄渣清理后的場地不出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，利于后期覆土平整。總需清理?xiàng)壴?12．35×104m3。

(2) 挖填平整。

針對有采坑的堆渣場地進(jìn)行。在廢渣充填采坑后，對采坑邊坡實(shí)施挖填，使填方區(qū)與邊坡協(xié)調(diào)劃一。考慮到庫區(qū)耕植土極為珍貴，在棄渣充填采坑時將細(xì)粒土與廢石分離，廢石充填后細(xì)粒土與客土一起上覆并平整。總回填棄渣量512．35×104m3，平整場地面積84．15×104m2。

(3) 覆土平整。

在完成挖填平整及棄渣清理后，對場地內(nèi)基巖裸露地段實(shí)施覆土，覆土厚度不少于50cm。總覆土平整面積84．15×104m2，覆土量42．08×104m3。

(4) 生物工程。

對覆土后的場地植樹或種草，恢復(fù)庫區(qū)生態(tài)。總植樹5．89×104m2，種草5．05×104m2。

3.2 綜合治理方案

以王莊村廢棄礦山棄渣綜合治理為例，進(jìn)行典型廢棄礦山棄渣綜合治理工程部署，庫區(qū)其他棄渣綜合治理措施與之類似。

該棄渣堆位于盛灣鎮(zhèn)王莊村，系歷史上開采釩土礦遺留礦渣、棄土堆積而成。棄渣堆于斜坡腳，距庫岸極近。堆積區(qū)長810m，寬104m，面積1．87×104m2，平均高8．6m，總堆渣量16．1×104m3，除破壞地貌景觀外，還對周邊耕地及水庫造成威脅。

堆渣區(qū)為本礦山廢棄采坑，廢渣可直接回填于采坑內(nèi)，考慮到水庫安全及生態(tài)恢復(fù)需要，輔以挖填整平、覆土、綠化等措施[10]。

(1) 棄渣清理工程。

棄渣清運(yùn)時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形，兼顧平臺整治，防止清理后出現(xiàn)凹凸不平地形，共清理?xiàng)壴?6．1×104m3，平臺整理面積1．87×104m2。

(2) 挖填平整工程。

對采礦遺留下來的采坑使用棄渣直接回填，采坑長800m、寬28m，面積2．24×104m2，平均坑深10m，回填棄渣量16．1×104m3，因庫區(qū)耕植土稀缺，回填時要把細(xì)粒土與塊石、漂石分離出來，以減少后期覆土量。另外，回填量少于采坑體積，須對回填區(qū)進(jìn)行邊坡、棄渣堆積區(qū)壓實(shí)平整，面積2．24×104m2。

(3) 覆土平整工程。

棄渣清理、回填及平整結(jié)束后，對平整區(qū)基巖裸露部分進(jìn)行覆土再平整，覆土厚度不少于50cm，覆土平整面積(1．87+2．24)×104m2，覆土量2．06×104m3。

(4) 生物工程。

擬采用當(dāng)?shù)匾壮苫畹木坝^樹雪松為綠化樹種，種植面積(1．87+2．24)×104m2，種植雪松5 897株、種植狗牙根草10 108．8m2。

主要部署工程量見表2。

表2 王莊村廢棄礦山棄渣治理工程量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

(1) 渠首庫區(qū)存在多處廢棄礦山，歷史上亂采亂挖，棄渣隨意堆放，共遺留礦渣堆54處，總體積512．35×104m3。按險情分級標(biāo)準(zhǔn)，中型3處、小型51處。

(2) 渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣多分布在水庫周邊，且位于水庫170m水位高程線附近，部分棄渣含有硫、鐵、鉛、砷等有毒有害物質(zhì)，系丹江口水庫的直接污染源。

(3) 廢棄礦山棄渣對渠首庫區(qū)周邊房屋、旱地、林地、道路形成威脅，潛在經(jīng)濟(jì)損失13 634．09萬元。

(4) 根據(jù)庫區(qū)廢棄礦山棄渣堆放特征，采用廢渣清理+挖填平整+場地覆土平整+生物工程，對棄渣進(jìn)行綜合治理。

(5) 通過渠首庫區(qū)廢棄礦山棄渣的綜合治理，有效減輕廢棄礦山棄渣對庫區(qū)水質(zhì)污染，保障丹江口水庫與南水北調(diào)中線工程安全運(yùn)行。