某废弃矿山生态破坏与环境修复研究

朱 鹏， 张轶群， 陈建昌， 徐巧兵， 尉小龙

(核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

某废弃矿山生态破坏与环境修复研究

朱 鹏， 张轶群， 陈建昌， 徐巧兵， 尉小龙

(核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

矿产资源的开发为国民经济发展做出了巨大的贡献，同时，却又不可避免的破坏矿区的生态环境，因此，矿山环境修复治理成为了近年来我国重点解决的一项工作任务。以北京顺义区某废弃矿山为例，详细分析了该矿山生态环境问题及形成的原因，提出了修复治理设计方案以及预期效益，最后通过本次设计方案研究得出两点心得体会，以供他人参考。

矿产资源开发；生态环境修复；废弃矿山；设计方案

随着经济建设快速发展，对矿产资源的需求日益迫切，在矿业取得巨大成就的同时，造成了严重的矿山环境和地质灾害问题。目前我国因露天开采、开挖各类废渣、废石及尾矿堆置等，破坏与侵占的土地面积超过了40.02万km2。全国土地复垦率不足12%，其中露采矿山的生态恢复率更低，造成众多青山翠柏中处处可见“斑秃”的采石场，使矿区成为国土范围内生态环境破坏最严重的区域(薛凯喜等，2012；刘仁芙，2002)。

北京市从2000年到2004年共关闭矿山1353座，到2007年底固体矿山数量减少了70%(李金海，2008；甘敬，2007)。2013年，《北京市2013—2017年清洁空气行动计划重点任务分解——2016年工作措施》明确指出，对远郊区县的废弃矿山、荒地实施生态修复和绿化，恢复生态植被和景观，不断推进开采岩面治理。由此，北京市国土资源局从2013年陆续开始对市区周边废弃矿山环境进行修复治理。

笔者有幸参与了北京市顺义区某废弃采石场环境修复治理工程的设计方案研究，本文以该采石场生态环境为研究内容，详细介绍废弃采石场生态环境修复治理的地质勘察工作，设计方案研究等内容，为今后类似工程提供参考。

1 治理区基本情况

1.1 矿山开采历史及现状

该采石场主要矿种为石灰石矿，开采于1970年代，生产碎石和建筑用砂，为私营矿山，露天开采。1990年代矿山关闭废弃，治理责任人灭失。采矿形成的废弃开采平台及边坡基岩裸露，大风扬尘，造成环境污染，严重影响区内居民生产生活；矿区水土流失严重；矿山位于公路、居民迁建房可视范围内，视觉污染严重。

1.2 矿山地质概况

(1)地形地貌。治理区位于顺义区西部浅山区，地势整体上西高东低，海拔高度86～300 m(图1)。山体自然坡度较缓，主要坡度在10°～30°，但经过长期采石，采石面形成多个高陡边坡，基本无台阶，坡角61°～87°，部分近乎垂直，边坡高约6～50 m。治理区主要边坡沿沟谷呈东西向分布，存在典型的阴坡和阳坡。

图1 治理区地形地貌图Fig.1 Topographic map of the region

(2)地层岩性。治理区地层由老至新包括：

雾迷山组(Jxw4)：主要岩性为白云质灰岩、白云质砂岩，是治理区的主要岩性，产状为125°～145°∠15°～25°，岩体强-中风化，厚度2.5～4 m。

第四系残坡积层：主要包括中更新统(Q2edl)深红色或棕红色含砾粘土和全新统(Q4edl)褐色粘土夹砾石。上更新统(Q3edl)深红色或棕红色含砾粘土在治理区东南部山前呈条带状少量分布。全新统(Q4edl)褐色粘土夹砾石覆盖在雾迷山组和中更新统(Q2edl)之上，在治理区分布不均，含植物根系，自然坡体上厚度约0.1～0.2 m，仅在项目东南部少部分稍厚，约0.2～0.5 m，土质稍密。

人工填土(Q4ml)：主要成分为采矿废渣(石)，碎石粒径5～90 cm不等,为人工杂乱堆积，一部分沿开采平台或斜坡堆积，密度松散-中密，一部分堆积在沟底，经矿区车辆多年碾压，多呈中密状，工程地质条件较差。

(3)地质构造。治理区周边的主要构造为大羊山短轴背斜，其位于小汤山幅东北地段，背斜轴位于下王峪—木厂一线，呈NW310°展布，出露长度7.5 km，背斜核部被大羊山花岗岩侵入，雾迷山组第四段地层构成两翼。

治理区位于大羊山短轴背斜南翼庄户庙-木厂一带弧形褶皱带的东南侧，变形已趋于缓和，但受构造影响，节理较发育。

(4)气象水文条件。治理区气候温和，雨量充沛，属暖温带半湿润半干旱的大陆性季风气候，四季分明。由于受冬、夏季风影响，形成春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季干燥严寒的气候特征。多年平均气温11.8 ℃，1月平均气温4.9 ℃，7月平均气温25.7 ℃。

全区年日照时数为2 750 h，日照率达64%。初霜期在10月下旬，终霜期在4月上旬，无霜期195天左右。年均相对湿度50%，但全年蒸发量却可高达2 134.1 mm，相当于降水量的三倍多，所以属于相对较干旱的地区。

全区年平均降水量约625 mm，降水主要集中在7、8、9月份，这三个月占年降水量的70%～80%，近10年来最大年降雨量为785 mm，如图3所示。冬季降水量只占全年降水量的8%左右，冬季区内冻结深度为1 m，多年平均水面蒸发量约为1 175 mm。

顺义境内有大小河流20余条，分属北运河、潮白河、蓟运河3个水系，河道总长232 km，径流总量1.7×108m3。地表水年平均可用量为4 300×104m3，地下水年平均可开采量约为4×108m3。治理区属于温榆河上游支流的上游沟谷区，距离东南方向的京密引水渠仅3 km。

温榆河，属北运河水系，它的上游由南沙河、北沙河、东沙河、蔺沟河四条支流在沙河镇和曹碾汇合汇集而形成心状的温榆河系，河道全长63.5 km，总流域面积2 768 km2。其中主河道在昌平区境内长19 km，流域面积1 237 km2。东沙河由老君堂沟、上下口沟、锥石口沟、德胜口沟汇合而成，总流域面积287.73 km2，主干河长14 km，纵坡2.8‰，在沙河镇流入温榆河，山区径流全部被十三陵水库所截。

表1 顺义区多年降雨量统计表

京密引水渠，简称京引，是北京市内的引水渠，全长112.7 km，始建于1960年，一期工程于1961年建设完成，二期工程则在1966年完工，其工程总目标为引密云水库拦蓄的潮白河河水进入北京市区。京密引水渠是北京市最主要的供水线路。

2 矿山生态环境问题及成因探讨

2.1 矿山生态环境问题

由于早期多年的石灰岩矿无序开采活动，在治理区内形成多处裸露的采坑、岩质边坡和开采平台，无植被覆盖。开采遗留的废渣(石)杂乱堆放，压占土地，破坏原有植被，产生一系列生态环境问题，主要包括：

(1)开采平台、采坑、废渣堆破坏生态环境。治理区发现9个开采废渣平台，平台高差1.30～21.80 m，面积558～18 770 m2，平台上遍布着规模不一的废渣(石)堆和采坑，破坏了区内原有土壤层，几乎无植物生长(图2，图3)。

(2)开采边坡破坏生态环境。治理区内在采矿过程中破坏了原始植物资源，造成大量的地表土剥离、山体岩质边坡裸露，使植物失去生长的立地条件，严重破坏了治理区内原有的生态环境。经调查，治理区内由于采矿活动形成12个边坡，破坏面积24 591 m2(图4，图5)。

图2 PT02现状照片 图3 PT03现状照片Fig.2 The status photos of PT02 Fig.3 The status photos of PT03

图4 BP02现状照片 图5 BP11现状照片Fig.4 The status photos of BP02 Fig.5 The status photos of BP11

(3)废渣破坏周边荒山植被。治理区随意堆积的矿渣掩埋了原生植被资源，造成大面积植物死亡，大风天极易扬尘，水土流失严重；大量的地表土剥离和矿渣堆积严重破坏了治理区内原有的生态环境。经调查，区内由于废渣堆积形成4处荒山区域，这些区域目前仅有灌木生长，零星堆积的废渣碎石区几无植被生长，与周边环境形成明显差异。

2.2 破坏生态环境的成因分析

矿山地质环境问题的成因复杂多样，根据本矿山开采历史、地质环境条件等，笔者认为造成该矿山地质环境破坏的原因主要包括人为因素和自然因素。

(1)人为因素。矿山地质环境问题，顾名思义，是由于矿山开采引起的环境问题，和其他矿山一样，造成本矿山地质环境问题的根本的原因是上世纪70年代在该区进行的私挖乱采活动，由于当时政府部门管理方面的法规和体制不甚健全，采矿者地质环境保护意识淡薄，只是一味的追求短期效益，只顾自己，不顾他人，在常年的开采过程中，逐渐在该区形成面积达0.2 km2、岩质边坡遍布、废渣乱堆的不毛荒地。

图6 治理区遥感影像图(2005年) 图7 治理区遥感影像图(2015年)Fig.6 Remote sensing image of the region(2005) Fig.7 Remote sensing image of the region(2015)

(2)自然因素。首先，治理区地层以白云质灰岩为主，石灰石矿的开采一般以露天为主，并且开采时易形成较陡峻的临空面，形成崩塌隐患；其次，治理区降水主要发生于6～10月份，且多发生暴雨，具有出现频率高、规模小、强度大、持续时间短的特点；并且治理区季节温差及昼夜温差均较大，这些均是增强风化作用的不利因素，裸露岩质边坡在强烈的风化作用下，节理裂隙极其发育，表层多为一层粉末状——碎块状的残坡积碎石，边坡整体受节理裂隙控制也会产生不同规模的危石块体等，形成灾害隐患；最后，治理区地质环境自我修复能力基本全无，矿山地质环境恢复包括自然修复和人工修复两种措施，在我国，一些煤矿开采形成的环境问题，通过简单的围封封禁措施，利用自然界存在的雨、风、重力及冻融等各种生物、化学和物理等作用，可以实现地质环境的自然修复(胡振琪，2014)。而从该治理区2005年和2015年遥感影像对比可以发现，历史上破坏的地形地貌在十年间几乎没有变化，依旧没有植被生长(图6，图7)。可以推断，即使再过几十年，若不借助外力，此处生态环境难以自我修复，会持续对大气生态环境造成恶劣影响。

3 治理设计方案

本次设计本着适量、适度的原则，围绕植被恢复为中心，首先对治理区对大气环境影响大的废弃开采平台、边坡及平台上的采坑、废渣(石)堆进行地形整治工程。其次，结合项目地形特点，分别对整治后的平台、边坡和道路两侧进行绿化，并结合治理区周边绿化情况，在治理区内荒山穴植乔木进行绿化。最后，为配合绿化项目顺利开展，保护覆土、景观林和观景游客等，设置了蓄水池、隔离栏和石笼墙、联络线等配套工程。

通过实施绿化工程，可恢复治理区的生态环境，减少露天堆积的废渣、废土等固体废物对区内造成的扬尘污染；同时促进当地旅游业发展，进一步解决当地大量富余劳动力，提高当地居民的人均收入和生活水平，具有较好的环境效益和社会效益(图8，图9)。

图8 治理区现状 Fig.8 The current situation of the region

图9 治理后效果图Fig.9 The design sketch of the region

4 结语

该项目设计方案已于2015年9月通过国家相关部门的审批，目前已进入工程施工准备阶段，相信随着该项目的实施，能够达到恢复治理区生态环境的目的。在此过程中，笔者对于该类工程设计方案的研究编制有以下经验心得，以供他人参考：

(1)随着我国对地质环境修复治理的不断重视，近年来矿山环境修复工程在我国大力开展，与此同时，建设单位对工程的设计方案要求也越来越高，对方案的多元化、实效性更加重视，因此，矿山环境修复治理设计要更多的与园林绿化、排水灌溉、地质景观等专业相结合，这样工程治理的效果不仅可以达到破坏前的生态环境，甚至有可能创造出新的景观，以推动当地的旅游业发展。

(2)做为矿山生态环境修复治理设计方案人员，应多参考已建好的同类型工程实际效果，取长补短，不断优化设计方案，必要情况下，可采取动态化施工管理，即在施工中发现不合理方案及时变更，从而得到最优化的治理效果。

甘敬. 2007. 北京山区关停废弃矿山现状及生态修复对策[M]//北京林业发展论坛论文集.北京：中国农业出版社，68-74.

胡振琪. 2014. 论煤矿区生态环境的自修复、自然修复和人工修复[M]. 煤炭学报，25(3):1751-1757.

李金海. 2008. 生态修复理论与实践——以北京山区关停废弃矿山生态修复下程为例[M]. 中国林业出版社，106-128.

刘仁芙. 2002. 我国土地复垦形势与政策建议[J]. 中国土地，25(3):31-34.

薛凯喜. 2012. 诱发山地公路地质灾害的极端降雨事件辨识模型[J]. 东华理工大学学报：自然科学版，35(3):263-269.

Abtract:The development of mineral resources for the development of the national economy has made tremendous contributions. At the same time, It destroy the mining area ecological environment inevitably. Therefore, mine environmental restoration become the focused task in our country recently. This paper take an abandoned mines in Shunyi District in Beijing as an example, analysised the problems of ecological environment in mines and its causes, proposed remediation design scheme and the expected benefits. Finally, shared two ideas of experience through the study of the design, for reference to others.

Study on the Design Scheme of Ecological Environment Restoration and Management for one Abandoned Mine

ZHU Peng， ZHANG Yi-qun， CHEN Jian-chang， XU Qiao-bing， WEI Xiao-long

(Research Institute No.203 CNNC，Xianyang Shanxi，712000)

development of mineral resources, ecological environment restoration, abandoned mines,design scheme

2016-05-31

朱 鹏(1984—)，男，硕士，主要从事环境地质及水文地质工作。E-mail:664985387@qq.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.04.006

X141

A

1674-3504(2016)04-0341-06

朱鹏，张轶群，陈建昌,等.2016. 某废弃矿山生态破坏与环境修复研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，39(4)：341-346.Zhu peng，Zhang Yi-qun，Chen Jian-chang，et al.2016. Study on the design scheme of ecological environment restoration and management for one abandoned mine[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(4)：341-346.