北京房山露天開采廢棄大理石礦山地質環境治理與生態修復工程評價

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，在初始很長一段時間內進行著無計劃的原始開采，呈現出各種嚴峻的環境問題（楊毅，2008；馬學利，2021）。大多的礦山企業重資源開采、輕環境保護的現象普遍存在，礦產資源開發的粗放式與低效利用引發了大量的礦山地質環境問題（張銳，2021）。特別是廢棄礦山地質環境，因開發主體的消失礦山地質環境問題日益突出。

北京市房山區露天開采廢棄大理石礦區，露天開采對周邊環境產生相應的影響，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，造成了部分農用地、林地荒廢。大量廢棄物常年擱置，造成了礦區大氣污染、水土流失，土壤性質降低（王夢然，2018）。由此導致了生物多樣性降低，生態環境遭受破壞。本文根據北京房山露天開采廢棄大理石礦山存在的實際問題，結合施工環境，對比分析了2種治理方案，計算了治理區的工程量，采用層次分析法，建立地質災害治理效果、生態環境恢復效果、礦山景觀重建效果3個評價系統，對房山大理石礦進行礦山地質環境綜合評價，并對治理前后的效果進行了對比分析。

1 研究區概況

礦區位于北京市房山區長溝鎮黃元井村。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的新生界黃土和風化碎石土（北京市地質研究所，2003）。區域地震峰值加速度值為0.15 g，反應譜特征周期0.40 s，地震設防烈度Ⅶ度。

礦區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，分布于礦區地勢低洼處，為主要土壤。其由風化碎石土、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，偶含鈣質層；透水強，不利保水保濕，腐殖質含量少，土壤呈堿性，pH值7.9～8.5，Ec值119～124 μs·cm-1，有機質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，分布治理區東北，屬山前沖洪積沉積。其由粉土、粉質黏土組成，厚度0.2～0.6 m，垂直節理發育，結構疏松，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，有機質4.90～6.63 g·kg-1，適宜植物生長。

礦區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，水量穩定，地下水水化學類型為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度350 mg·L-1，可滿足并符合施工和后續植被灌溉養護使用要求；距礦區約15 km長溝鎮，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，依據有關部門和當地市場價確定；通往礦區交通方便，各類施工設備均可進場。

礦區為大理石露天開采，礦區面積0.05 km2。自2006年開采至2010年閉坑，形成3處不規則采坑和18處棄渣（圖1）。其中Ⅲ區CK-3采坑規模最大，深度可達10.8 m，Ⅲ區棄渣最多有12處，礦坑內有少量積水。采坑影響周邊村民人身安全，屬地質災害隱患；棄渣占用土地，農作物、林地減少，生物多樣性也減少，植物種類單一，群落逆向演替；動物種類和數量也相繼減少：生態環境遭受嚴重破壞，成為當地重大地質環境問題，應及早恢復治理（武強，2003；楊金燕等，2012）。

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

2 礦山恢復治理方案

2.1 治理原則與目標

本著礦區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、保持水土穩定、熟化土壤、周邊植物群落相協調的原則（于增寶，2021），達到消除地質安全隱患和恢復生態環境的目的（韓寶富等，2021）。

2.2 方案比選

治理方案A采用采坑回填+道路養護+回填后種樹進行治理，治理方案B采用采坑分臺階回填+道路養護+回填后種樹進行治理。從可行性、經濟性析、功效性3方面進行了分析比選：

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）經濟性分析。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。對比治理后生態恢復效果，2個方案均能達到生態恢復的效果。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更適合該地區的恢復治理，能更好地達到廢棄礦山生態環境修復治理項目的總體目標，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。采用粉質黏土在坑底回填厚1.5 m，然后碾壓，使其滲透系數小于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；采用粉質黏土回填厚1.5 m，然后碾壓，使其滲透系數小于0.02 m·d-1，密實度N120大于11。以此方法輪回進行至距地面差1 m處，覆土1.3 m，適當碾壓與地面整平。

2）棄渣：采坑回填碎石土可用礦區棄渣，大于5 cm的石塊要破碎。

3）生態修復。熟土：對覆土施肥，使土壤熟化，以便植物生長。生態：種植喬、灌、藤、草，構建生態群落體系。

2.4 工程量計算

根據減少大填大挖、與區域整體地形一致的原則，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區整治后地形為5～7°的緩坡。以Surfer軟件將地形測量的Excel數據導入，3Dmaps進行地形測繪數據分析處理，形成原始地形3D模型圖（圖2），在此基礎上，通過對比治理前后11條剖面，將平整后形成的地形數據整理輸入，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。分區工程量見表1。

表1 礦山地質環境治理與生態修復主要工程量表Tab.1 Main quantities of mine geological environment treatment and ecological restoration

圖2 礦山地質環境治理與生態修復前地形地貌3D模型圖Fig.23D model map of topography and landform before mine geological environment treatment and ecological restoration

圖3 礦山地質環境治理與生態修復后地形地貌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

礦區地質環境恢復治理工程效果應用層次分析方法，進行綜合指數評價（高翔等，2019；姚文濤，2020）。

3.1 評價指標選取及權值權重

將治理工程分為3個子系統，包括地質災害治理效果（D）、生態環境恢復效果（S）、礦山景觀重建效果（J）（劉宏磊等，2016），共9個評價指標。地質災害治理效果子系統的二級評價指標包括崩塌的治理效果（F1）、滑坡的治理效果（F2）；生態環境恢復效果子系統二級評價指標包括礦坑治理效果（F3）、棄渣堆治理效果（F4）、土地平整治理效果（F5）、植被恢復治理效果（F6）（袁哲路，2013）；礦山景觀重建效果子系統的二級評價指標包括道路修整效果（F7）、景觀建設效果（F8）、經濟社會價值恢復效果（F9）（魏忠義等，2012）。參評因子對3個等級評價標準的基準值是根據有關規范、標準，結合礦區治理效果給出，盡量使其量化。權重值：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）確定各因子的權重見表2。

表2 礦山地質環境治理與生態修復效果評價權重表Tab.2 Evaluation weight table of mine geological environment treatment and ecological restoration effect

3.2 綜合指數評價

礦山地質環境綜合評價模型為：

式中，F0為礦山地質環境綜合評價分值，Fi為子系統權重值，Wi為子系統各項評價指標權重值，m為子系統要素的個數。

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 礦山地質環境治理與生態修復效果等級表Tab.3 Effect grade of mine geological environment treatment and ecological restoration

3.3 治理前后對比

圖4為廢棄大理石礦區治理效果對比圖。從圖4中可看出，本次礦區地質環境恢復治理工程方案，采用方案A是可行的，治理效果評價合理。

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

4 結論

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

2）采用層次分析法，建立地質災害治理效果、生態環境恢復效果、礦山景觀重建效果3個評價系統。該礦區治理效果經礦山地質環境綜合評價，治理效果為好。

3）該礦區治理后改善了礦山生態環境，與礦山地質環境綜合評價模型計算結果一致，對類似工程效果評價有示范作用。