基于自然的解決方案的礦山生態修復研究

李明和 錢衛明 閆曉波 李建洪 戴啟

摘 ?要：建水縣國營水泥廠石灰巖礦歷史采礦嚴重破壞生態環境，礦山關停后地質災害及隱患十分發育，土地資源閑置浪費，地形地貌感官不良。根據基于自然的解決方案（NbS）理念，結合歷史遺留礦山土地政策，對修復區場地進行系統整理，消除歷史遺留地質災害及隱患，使工礦廢棄地修復為工業用地、旱地、林草地，恢復土地功能以實現土地價值。

關鍵詞：歷史遺留礦山；地質災害；生態修復；土地資源；效益分析

中圖分類號：P66 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0108-05

Abstract： The historical mining of the limestone mine of the state-owned cement plant in Jianshui County has seriously damaged the ecological environment， the geological disasters and hidden dangers are very developed after the mine is closed， the land resources are idle and wasted， and the landform senses are bad. Based on the concept of Nature-based Solution （NbS）， combined with the policy of mine land left over by history， the site of the restoration area is systematically sorted out to eliminate the geological disasters and hidden dangers left over by history， so that the industrial and mining wasteland can be restored into industrial land， dry land， forest and grassland， and the land function can be restored to realize the land value.

Keywords： historical mines; geological disasters; ecological restoration; land resources; benefit analysis

2021年6月23日，自然資源部與世界自然保護聯盟在北京聯合舉辦發布會，發布了《IUCN基于自然的解決方案全球標準》、《IUCN基于自然的解決方案全球標準使用指南》中文版，以及《基于自然的解決方案中國實踐典型案例》。基于自然的解決方案 （NbS）是由國際自然保護聯盟、歐盟和世界銀行等機構推動的一種持續的管理和生態系統修復的綜合行動，即利用自然促進生物多樣性保護、自然資源可持續利用、氣候變化適應、經濟-社會-生態系統抗災能力和適應性應對各種社會挑戰，同時為人類提供經濟、社會和環境效益的一種動態的解決方案[1-5]。

2022年11月自然資源部發布了國家土地管理行業標準：TD/T 1070.1—2022《礦山生態修復技術規范 第1部分：通則》，在第3.8條規定了“參照生態系統”的含義：指能夠作為生態修復基準的本地生態系統，常帶表生態系統的非退化狀態，包括其植物群、動物群（和其他生物群）、非生物成分、功能、過程和演替狀態（未發生退化前的演替狀態）；在第5.2.1條規定了“建立礦山生態修復參照生態系統”的含義：采取與歷史資料對比分析或礦山周圍同類型地區綜合調查等方法，建立礦山生態修復參照生態系統。

可見，礦山生態修復基于自然的解決方案的內核就是建立礦山生態修復參照生態系統，建立礦山生態修復參照生態系統就是基于自然的解決方案的實踐。

1 ?項目背景

建水縣國營水泥廠石灰巖礦地理位置十分特殊且敏感，處于“三區兩線”中省級以上風景名勝區、集中居民區及國道G323的直觀可視范圍內。該廢棄礦山地質災害及隱患十分發育，嚴重威脅周邊工業區和居民區安全穩定，2021年6月，該水泥廠石灰巖礦主采區南部邊幫中部邊坡突發崩塌地質災害，一次垮塌約3 500 m3碎塊石，對周邊工業區眾多企業及機械設備等造成一定損失，邊坡陡峭后壁繼續變形破壞并危及工業區的易發性、危險性、危害性大。

2 ?地質背景

2.1 ?土壤特征

該水泥廠石灰巖礦土壤類型較單一，主要分布紅土，為紅色、褐紅色，廣泛發育于灰巖上覆地表及巖溶裂隙、巖溶洼地及溶蝕槽內，豎向及網紋狀裂隙較發育，地表土體構造天然狀態下多成散粒狀或塊狀，土壤有效土層厚度介于0.1～0.8 m，有機質含量較低，土壤pH約6～7，含鐵鋁化合物呈酸性。

2.2 ?地形地貌

該水泥廠石灰巖礦地形高程介于1 273～1 366 m，其所在山頭受區域構造溶蝕作用山頂呈渾圓狀，周邊山體相對高差主要在100 m以內，地表可見小型巖溶洼地，山谷發育漏斗及落水洞。地形坡度0～5°，占比28.8%，主要分布在既有采區底部采場；地形坡度5～15°，占比32.74%，主要分布在外圍耕地及周圍山體緩坡，少量分布在采區邊坡；地形坡度15～25°，占比17.53%，主要分布在周圍山體斜坡，少量分布在采區斜坡；地形坡度25～35°，占比8.85%，分布在采區各地塊之間的邊坡；地形坡度35～90°，占比12.08%，分布在采區邊幫險坡及陡坡區。

2.3 ?地層巖性

該水泥廠石灰巖礦主要發育新生界第四系地層（Q）及上古生界石炭系地層（C），可進一步劃分為第四系全新統坡殘積層（Q4dl+el）、第四系全新統素填土（Q4ml）、第四系全新統耕植土（Q4d）及石炭系下統巖關階灰巖（C1y）。

2.4 ?土地利用現狀

該水泥廠石灰巖礦狀土地權屬界限清楚、無爭議，現狀土地類型一級地類有5類：耕地、林地、草地、工礦用地及交通運輸用地，二級地類有6類：旱地、喬木林地、灌木林地、其他草地、采礦用地和農村道路。

3 ?地質災害及隱患

3.1 ?總體發育特征

該水泥廠石灰巖礦由東至西主要劃分為4個采坑，現狀地質災害主要是分布在1#采坑南部的BW4不穩定斜坡，發生過一次強烈的崩塌變形破壞（BT1），系高陡邊坡沿軟弱結構面發生巖體崩塌。地質災害隱患主要是發育12個不穩定斜坡（BW1—BW12）及多個坍滑體，系采石場爆破及機械開挖使得巖質邊坡形成新的臨空面，坡面形態凹凸起伏，邊坡結構不甚穩定，使得采區邊幫發展成高陡的不穩定斜坡。歷史開采活動強烈擾動邊坡結構使得巖石原生裂隙擴展為裂縫，加之邊坡應力卸荷造成巖體局部松動，進而在坡面上產生多個根基不牢固的危巖體，在降雨、加載、卸荷和震動等外界因素作用下易變形崩塌。

3.2 ?變形破壞歷史

2021年6月，該水泥廠石灰巖礦采石場主采區南部邊幫中部巖質邊坡（BW4不穩定斜坡）突發崩塌（BT1）地質災害，一次性垮塌約3 500 m3碎塊石，并造成上部既有漿砌石擋墻斷裂，既有混凝土場地硬化地板整體損毀，既有邊坡防護措施完全損毀，發展趨勢危險性、危害性較大。

3.3 ?崩塌邊界及規模

BT1崩塌位于BW4不穩定斜坡東段陡坡區，平面上呈凸向北北東的C字形展布，為BW3和BW4邊坡形態轉折處，劇烈崩塌變形破壞邊界基本為BW4不穩定斜坡東段邊界區域，橫向最大寬度63 m，豎向前緣至后緣坡面長度54 m，坡頂坡底相對垂直高差42 m，整體坡度53°。崩塌周界及崩塌堆積體分布均相對清晰，整個崩塌體面積約3 100 m2，邊界周長240 m。后壁及鄰近區域發育的危巖繼續崩塌的可能性大，通過計算一次方量約1.15萬m3，屬大型崩塌。

3.4 ?崩塌堆積體特征

采石場地處半山區緩坡地帶，主采區經過數十年開采已形成地勢開闊的數個采坑及其邊幫，崩塌發生地帶因崩塌崖壁坡度高陡，崩落的巖塊難以停留在斜坡上，大部分滾落、彈跳堆積體在坡腳位置及稍遠平緩灰巖之上。坡前集中堆積區面積2 250 m2，周界230 m。崩積物橫向最大長90 m，豎向前緣至后緣坡面長度35 m，坡頂坡底相對垂直高差17 m，整體坡度28°，接近碎石土一般自然堆積穩定休止角，處于整體穩定-基本穩定狀態，堆積時間較短尚未自然沉實，后續發生不均勻沉降的可能性較大。

3.5 ?崩塌卸荷帶及結構面

該采石場各不穩定斜坡存在多個危巖卸荷帶，特別是各不穩定斜坡中部以上基本都存在強卸荷巖體：①卸荷張裂隙明顯張開，且貫通較好，頂部張開寬度—般大于1 cm，局部達5～10 cm；②巖體整體松弛，控制結構面張開且有受雨水沖刷痕跡或裂隙內長出植被；③巖塊有明顯位移，單個巖體外傾偏離母巖。根據觀測，擬治理的崩塌危巖（帶）主要發育在強卸荷帶內，實際觀測的卸荷厚度約3～20 m。

3.6 ?地質災害防治布局

修復區崩塌及不穩定斜坡發育，如果采用傳統地質災害防治工程，使用大規模重型實體工程系統治理則預算經費巨大，如護腳墻+錨桿框格梁防治工程，資金缺口約7 000～7 500萬，導致崩塌地質災害隱患長期無法得到解決。修復區具備邊坡開挖及采坑回填的良好實施條件，因此考慮通過場地系統規劃設計，采取土石方整理的方式改變既有地形地貌空間形態與邊坡結構，進行地貌重塑后使各類潛在不穩定地質體不再具備整體向前部臨空面活動的結構條件及動力條件。

3.7 ?生態環境問題分級

修復區主要環境問題有區域性巖溶石漠化、地質安全隱患、土地資源損毀、水資源破壞和生態系統受損（退化）等。其中，生態環境問題主要直接表現為土地損毀、植被破壞，進而加劇地區巖溶石漠化和區域生態系統退化，修復區礦山生態環境問題分級為Ⅰ級，應采取生態重建和轉型利用的方式進行修復。

4 ?礦山生態修復參照生態系統

建水縣國營水泥廠地處建水縣城南郊，周邊分布眾多耕地，老百姓對耕地的需求十分迫切；該水泥廠同時位于建水縣工業集中區，周邊分布眾多工礦企業，對工業用地的需要也十分迫切。在進行修復方向選擇之前，與主管部門和當地人民群眾進行了充分調查交流。根據相關技術要求進行了場地修復方向適宜性評價，并結合周邊群眾和企業對地塊的功能需求，確定了修復地類以工業用地、耕地、林地為主，草地為輔，以實現自然資源部政策“鼓勵礦山土地綜合修復利用”。根據詳細調繪周邊類似土地類型，形成生態修復參照生態系統作為主要修復設計依據之一。

系統修復成工業用地之前，根據相關政策實行差別化土地供應，與修復后的工業用地使用者進行了充分溝通，如地塊平整度、地基承載力、場地防洪等要求，以滿足后續高效使用。修復為耕地的地塊在具體進行耕地設計之前，對周邊耕地種類、走向坡度、幾何尺寸、外觀形態、土壤厚度和農作物特征等進行了詳細調繪與歸納，并以此作為設計參考標準之一，以使得擬設耕地地塊與周邊耕地環境相協調。修復為林地的地塊在具體進行造林作業設計之前，對周圍同類型林地生態系統（地類、海拔、氣溫、降雨及水源、土壤結構和植被類型等）進行了詳細調繪，并以此建立參照生態系統，以作為造林作業設計（土壤類型、喬灌草種類、初植株行距和管護制度等）的主要依據。修復為草地的地塊，主要調查修復區及其周邊草本種類、生長狀況、復綠效果等，以作為草本作業設計（土壤類型、覆土厚度、播種草類、播種密度和管護制度等）的主要依據。

5 ?生態修復政策紅利

本項目地質災害隱患主體為政策性關停的歷史遺留礦山，根據自然資源部《自然資源部關于探索利用市場化方式推進礦山生態修復的意見》[6]及云南省自然資源廳文件《云南省自然資源廳關于加快推進歷史遺留礦山生態修復工作的通知》[7]，各地區需加快推進歷史遺留礦山生態修復工作，而生態修復首要任務是消除地質災害隱患，且可根據盤活存量廢棄礦山建設用地、統籌采取增減掛鉤指標流轉、實行差別化土地供應等籌集工程經費，故可將單一的地質災害防治轉換為廢石礦山生態修復綜合治理，以彌補防治資金缺口，并快速有效完成省廳下達的生態修復任務。

6 ?生態修復研究

6.1 ?地質災害防治

根據基于自然的解決方案的修復理念，結合建立的礦山生態修復參照生態系統，進行工程布局及場地分區，總體分為A區、B區、C區3個大區，全區面積299.972畝（1畝約等于667 m2） 。A區修復為耕地，面積90.418畝；B區擬修復為林草地，面積70.909畝；C區擬修復為工礦倉儲用地，面積138.645畝。

6.2 ?耕地質量設計

根據耕地質量控制標準，復墾旱地A區地面設計坡度為1°，坡向與山形及周邊耕地協調一致；土壤有效土層厚度設計為50 cm，其中耕作層厚度0.3 m、基質層0.2 m，土壤容重小于等于1.4 g/cm3，土壤質地為砂質壤土至壤質黏土，礫石含量小于等于10%，pH介于5.5～8.0，有機質含量大于等于1%，土壤環境質量符合Ⅱ類土壤環境質量標準；道路工程需滿足物資運輸及耕作要求；土壤使用商品有機肥進行培肥提升肥力，施用一季，使耕地質量后續達到周邊地區同等土地利用類型水平；灌溉能力以基本滿足保苗用水為標準；排水基本保證1～3 d暴雨從作物受淹起1～3 d排至田面無積水，不嚴重淤積、浸泡。

6.3 ?造林技術路線

根據造林技術相關規程，坡度應分別以平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡劃分小班，并按小班考慮海拔、坡位、坡向、坡度、土層厚度和土壤類型等立地因子，分別種植適宜的喬木、灌木，撒播（塘播）多種優質草籽，沿坡扦插“上攀下垂”的藤本植物，以達到修復區全地塊植被綠化修復的效果。

6.4 ?工業用地設計

C修復區地塊適宜修復為工礦倉儲用地，具體二級分類為工業用地，面積138.645畝。工業用地主要質量控制設計標準為邊坡安全，場地平整度、地基承載力、截排水與防洪等。

6.5 ?邊坡安全防護

C區分布較多不穩定斜坡，應對其進行防治處置，因具備開挖清危進行地貌重塑的良好實施條件，采取坡比為1∶0.75、臺高15 m、臺寬3 m的清危參數進行邊坡分臺卸荷。各不穩定斜坡系統進行地貌重塑后，將有效消除不穩定斜坡地質災害隱患及邊坡安全隱患。

6.6 ?場地平整度

C區地塊內部整體呈0～1°分布，走向近北北東，整體面向建水縣城，視野比較開闊，且設計平面形態相對方正，比較利于場地后續出租、出售及實際使用。

6.7 ?地基承載力

C區地形起伏較大，為避免場地向深部開挖，設計在低洼地帶回填碎石土以整平場地，并進行初步壓實，回填區域地基承載力特征值不得低于200 kPa。

6.8 ?截排水與防洪

工業用地防洪與截排水措施設計與整個修復區排水系統一并考慮，按20年一遇暴雨強度標準進行排水設計，確保修復區各地塊小雨排水順暢，暴雨排水不淤積。

6.9 ?土地結構變化分析

修復區設計修復耕地90.418畝，其中由采礦用地轉耕地66.432畝，由其他地類轉耕地23.986畝；修復設計工業用地138.645畝；修復設計林草地70.909畝，其中林地18.567畝、草地52.342畝。

7 ?效益分析

7.1 ?減災效益

修復工程實施后將有效消除1個崩塌、12個不穩定斜坡及多個坍滑體安全隱患，居民建筑、工業構筑物及其他基建設施將得到有效保護，明顯改善流域地質環境和地質穩定。

7.2 ?生態效益

據測定，1畝森林每天能吸收二氧化碳約67 kg，產生氧氣約49 kg；常綠闊葉林、針葉林每年可釋放的氧氣分別為20～25、30 t/hm2；20 cm厚的表土層被雨水沖刷干凈所需要的時間，林地為57.7萬a，草坪為3.2萬a，耕地為46 a，裸地為13～18 a；0.4 hm2林帶一年中可吸收并同化100 t污染物，1 hm2森林每年能吸附50～80 t粉塵。因此，修復區新增耕地及林草地對每年吸收二氧化碳和產生氧氣、防止表土直接沖刷、吸收粉層等方面作用較大[8-9]。

7.3 ?社會效益

修復區歷史礦業活動破壞了原生地形地貌景觀，礦山地質災害隱患對居民生存環境將造成較大影響，將消除地質災害帶來的嚴重威脅，化解礦產資源開發與生態環境保護的矛盾，以期再現“山水林田”。

7.4 ?經濟效益

修復工程實施后將新增旱地90.418畝，新增工業用地138.645畝。按國家政策及相關文件，騰退建設用地指標、新增耕地指標流轉基準指導價為25萬元/畝，由采礦用地修復旱地面積66.432畝，潛在指標經濟收益1 660.8萬元。非建設用地修復旱地面積23.986畝，根據相關政策指導價為5萬元/畝，潛在經濟收益119.93萬元。修復工業用地面積138.645畝，摸底出售單價為30萬元/畝，潛在經濟收益4 159.35萬元。

因此，整地指標及土地資源潛在經濟價值合計約5 940.08萬元，十分利于項目實施與推進。其余復墾為林草地的暫時無穩定的市場交易指導價，可使用于林草地“占補平衡”，不可忽視其潛在經濟價值。

8 ?結束語

根據基于自然的解決方案的修復理念，結合建立的礦山生態修復參照生態系統，將礦山地質災害隱患與生態修復有機結合，提升廢棄礦山土地資源利用價值和生態價值，天然彌補地質災害治理與生態修復資金不足的缺口，實現收支平衡且略有結余，有利于踐行“生態發展、綠色優先”新時代生態文明核心思想，有利于項目實施與推進，并為云南省歷史遺留礦山生態修復的開展提供參考價值。

參考文獻：

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