某國家級自然保護(hù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理方案研究

李文平

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000)

本文研究的某國家級自然保護(hù)區(qū)是我國首個(gè)草地類自然保護(hù)區(qū)，也是世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)成員。保護(hù)區(qū)內(nèi)經(jīng)過多年開采，原始地貌破壞嚴(yán)重，大量植被被破壞，礦渣亂堆亂放現(xiàn)象突出。為有效保護(hù)自然環(huán)境和自然資源，防止植被退化、土地沙化等問題出現(xiàn)，現(xiàn)以保護(hù)區(qū)的試驗(yàn)區(qū)為研究對象進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境問題分析，并提出相應(yīng)的治理措施。

1 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及地質(zhì)環(huán)境問題

據(jù)實(shí)地調(diào)查，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)共14個(gè)治理區(qū)需要治理恢復(fù)，治理區(qū)總面積5.68 km2，地表損毀總面積1.12 km2。現(xiàn)場勘測發(fā)現(xiàn)，治理區(qū)內(nèi)原有地形地貌景觀、土地資源、地表植被已遭到嚴(yán)重破壞，影響了該區(qū)的視覺景觀；粉塵污染、水土流失問題對生態(tài)環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響；治理區(qū)內(nèi)部分邊坡又高又陡，形成了危巖體，存在碎石滑落、崩塌、滑坡等地災(zāi)隱患[1]，威脅著附近農(nóng)牧民、牲畜等的生命安全。

(1)地貌景觀、土地資源及地表植被破壞。據(jù)調(diào)查，露天礦山開采以前，治理區(qū)域地表植被主要為草場。礦山開挖以后，治理區(qū)內(nèi)形成掌子面、采礦平臺、渣堆、堆料及浮渣浮石，整個(gè)治理區(qū)的掌子面基巖裸露，坡面陡峭，幾乎沒有植被覆蓋，破壞了原生的地形地貌。治理區(qū)內(nèi)部與周圍地形景觀差距較大，整體地貌景觀極不協(xié)調(diào)(圖1)。

圖1 露天采場

(2)粉塵污染、水土流失。治理區(qū)內(nèi)掌子面、采礦平臺內(nèi)的浮渣及渣堆結(jié)構(gòu)松散，主要為碎石、碎屑，遇到大風(fēng)天氣，其顆粒直徑較小的碎石土隨風(fēng)形成沙塵天，使空氣質(zhì)量降低；在雨水沖刷、面流、溝流作用下，容易被沖蝕，造成水土流失。治理區(qū)內(nèi)的地形地貌、原有地表植被破壞嚴(yán)重，加劇了治理區(qū)內(nèi)的水土流失，進(jìn)一步加劇環(huán)境惡化。

(3)地下水資源的影響。礦山開采降低礦區(qū)水資源的補(bǔ)給量。在降水量大的時(shí)節(jié)，降水隨著采石場內(nèi)、礦坑等的裂隙(地表塌陷、裂縫等)進(jìn)入地下，轉(zhuǎn)化為地下水，導(dǎo)致降水的入滲量加大[2-3]，降低地表徑流向礦區(qū)外的排準(zhǔn)量。同時(shí)，礦山開采減小水資源的可利用量。開采區(qū)排水造成地下水位降低，水資源的補(bǔ)給量加大；地表徑流沿著采石場、礦坑等的裂隙流走，出現(xiàn)河流水流量降低的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致斷流。

(4)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。治理區(qū)內(nèi)采用地下開采的礦井，礦體采出后，造成采空區(qū)上方巖層在重力作用下發(fā)生彎曲、離層乃至冒落形成地面塌陷坑(圖2)。采空塌陷干擾和破壞了保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境中生物生存依賴的地形地貌、土質(zhì)養(yǎng)分等，破壞了生態(tài)平衡，造成生態(tài)系統(tǒng)瓦解，對附近居民的生命安全構(gòu)成威脅。

圖2 采空區(qū)塌陷坑

2 礦山地質(zhì)環(huán)境治理措施

自然保護(hù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的原則是因地制宜，任務(wù)是消除地災(zāi)隱患，減少粉塵污染，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)、環(huán)境的和諧統(tǒng)一。治理的目標(biāo)是露天采場、廢石(渣)堆、殘山、地下采空區(qū)及塌陷坑等。治理工程設(shè)計(jì)本著安全、經(jīng)濟(jì)、綜合治理、長效的原則，采取因地制宜、切實(shí)可行的技術(shù)措施，主要采取表土剝離、殘山和廢棄渣堆清除、回填(墊坡)、平整及整形、覆土、撒播草籽、地下采空區(qū)回填等措施。以治理一區(qū)、治理二區(qū)為例。

2.1 治理一區(qū)

治理一區(qū)為采石場及周邊采坑，包括露天采場5個(gè)、廢棄渣堆13個(gè)，各采場之間距離較近。根據(jù)區(qū)內(nèi)采場、廢棄渣堆現(xiàn)狀及地形特點(diǎn)，考慮將各采場聯(lián)合治理。治理措施主要包括：廢棄渣堆清運(yùn)回填和墊坡、平整整形、覆土、撒播草籽。

(1)渣堆清運(yùn)回填。將廢棄渣堆就近回填至所需治理的邊坡坡腳，墊坡角為30°，墊坡時(shí)實(shí)行分層作業(yè)。

(2)平整、整形。對該治理區(qū)內(nèi)的破壞區(qū)域進(jìn)行全面平整、整形，對高度較低邊坡進(jìn)行修坡，使其與周圍地形相協(xié)調(diào)。治理一區(qū)破壞面積為154 299.68 m2，需平整整形面積為154 299.68 m2，按0.2 m厚土石方平整計(jì)算，治理區(qū)平整整形推運(yùn)量為30 859.94 m3。

(3)覆土。對治理區(qū)破壞區(qū)域及削坡區(qū)域進(jìn)行覆土，覆土厚度0.2 m，覆土面積316 035.40 m2，覆土工程量63 207.08 m3，由取土點(diǎn)取土，運(yùn)距0.5～1.0 km。

(4)撒播草籽。為達(dá)到治理區(qū)與周邊地貌相協(xié)調(diào)的景觀效果，對覆土區(qū)進(jìn)行植草，撒播草籽，植草面積316 035.40 m2。

2.2 治理二區(qū)

治理二區(qū)共3個(gè)亞區(qū)，包括豎井、塌陷坑、渣堆及地下采空區(qū)。以K1亞區(qū)為例，治理措施主要包括：廢棄渣堆清運(yùn)回填至豎井、塌陷坑回填、地下采空區(qū)充填、覆土、撒播草籽。

(1)豎井回填封堵。K1亞區(qū)共2口豎井，井口截面均為2 m × 3 m的矩形，深300 m，容積1 800 m3。將渣堆部分方量回填至井筒，共需回填廢棄渣堆3 540 m3，距離井口5 m時(shí)，采用C20預(yù)制混凝土進(jìn)行封堵。采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥，一般使用標(biāo)號為42.5的硅酸鹽水泥。回填2口豎井共需C20混凝土60 m3。

(2)塌陷坑回填。K1亞區(qū)共2個(gè)塌陷坑，在剖面上均呈錐形。塌陷坑T1長約17 m，寬約12 m，深約4 m，體積約272 m3；塌陷坑T2長約35 m，寬約24 m，深約20 m，體積約5 600 m3。將渣堆部分方量回填至塌陷坑，共需回填廢棄渣堆5 872 m3。

(3)采空區(qū)充填。采用全尾砂膠結(jié)充填，膠凝材料采用標(biāo)號為42.5的硅酸鹽水泥。單次充填厚度為1.5～2.0 m，在濾水結(jié)束后進(jìn)行下一次充填，如此循環(huán)。由于每次充填高度為1.5～2.0 m，取1.8 m，若礦體平均厚度大于2 m，按實(shí)際厚度計(jì)算；若礦體平均厚度小于2 m，按2 m計(jì)算，采場長54 m，則一次充填量為194.4 m3，為濾水后成穩(wěn)定狀態(tài)的充填體體積，折合為充填料漿體積為213.84 m3。單次尾砂消耗量247 t，折合145.29 m3。K1亞區(qū)地下采空區(qū)體積為64 143.00 m3，完全充填需尾砂48 272.23 m3。單次充填水泥需要15.44 t，完全充填需水泥5 092.29 t。

(4)拆除臨時(shí)建筑。經(jīng)統(tǒng)計(jì)治理區(qū)內(nèi)臨時(shí)建筑面積為2 955.15 m2。

(5)渣堆回填。將渣堆回填至采空區(qū)，回填方量130 979.85 m3。

(6)覆土。對治理區(qū)破壞區(qū)域進(jìn)行覆土，覆土厚度0.2 m，覆土面積73 901.00 m2，覆土工程量14 780.20 m3。土方全部由取土點(diǎn)取土，運(yùn)距0.5～1.0 km。

(7)撒播草籽。對覆土后的治理區(qū)植草，共需植草面積73 901.00 m2。

3 預(yù)期效益

通過對保護(hù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)治理，形成了一個(gè)較完整的地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)體系，保護(hù)治理區(qū)內(nèi)水土資源，盡可能還原治理區(qū)內(nèi)的地形地貌景觀，加大廢棄土地的利用率，取得了較好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(1)環(huán)境效益方面。①地形地貌上，恢復(fù)原有地質(zhì)地貌或達(dá)到與現(xiàn)狀地形地貌相協(xié)調(diào)的景觀；②生態(tài)系統(tǒng)上，通過恢復(fù)治理措施，恢復(fù)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的草地，提高植被覆蓋率，恢復(fù)與當(dāng)?shù)叵噙m應(yīng)的植被系統(tǒng)，維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。環(huán)境破壞處于長期狀態(tài)時(shí)，會導(dǎo)致數(shù)以千計(jì)的植物、動物、微生物等物種的滅絕，維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，有利于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定；③水土保持上，采石場、礦山等的開挖導(dǎo)致土壤被剝蝕，通過恢復(fù)治理手段恢復(fù)治理區(qū)內(nèi)土壤狀況。土壤資源豐富有利于草地的生長，可以抵御風(fēng)雨的長期剝蝕，減少水土流失，減少或消除土地沙漠化、土壤貧瘠化等問題。

(2)社會效益方面。通過對治理區(qū)進(jìn)行恢復(fù)治理，修復(fù)破壞的草地，還自然以生機(jī)，還生態(tài)以持續(xù)，還人類以舒適；消除治理區(qū)內(nèi)二次塌陷、崩塌、滑坡等危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全的地災(zāi)隱患，有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，消除當(dāng)?shù)鼐用癫话睬榫w，穩(wěn)定人心，達(dá)到社會安定、促進(jìn)社會穩(wěn)定及和諧發(fā)展的目的，對構(gòu)建和諧社會具有積極的意義。

(3)經(jīng)濟(jì)效益方面。習(xí)近平總書記指出“綠水青山就是金山銀山”，治理區(qū)的恢復(fù)從長遠(yuǎn)來看可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。首先，可以提高土壤覆蓋量，增加草地、耕地面積，提高土地利用率，有利于促進(jìn)畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展；其次，恢復(fù)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，有利于發(fā)展生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4]。