南水北调中线渠首库区矿山弃渣问题分析及治理方案

刘小二，张春生，杨鲁玉，来亚芳，王林峰，徐 磊，刘 斌

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450001）

南水北调中线工程是我国经济建设中一项规模宏大的跨流域水资源配置战略工程，它的建设和实施在很大程度上缓解我国华北地区水资源的不足，对解决华北地区工农业缺水、城镇供水，以及促进国民经济持续快速增长起巨大作用[1-3]。丹江口水库是我国南水北调中线工程的水源地，国家一级水源保护区，位于汉江中上游，水域横跨河南省淅川县和湖北省丹江口市，是亚洲最大的人工淡水湖[4-6]。2010年3月31日，丹江口大坝加高工程竣工，坝顶高程从162m加高至176．6m，正常蓄水位由157m提高至170m。

渠首库区面积2 616km2，位于淅川县，是南水北调中线工程河南省境内唯一涉淹县份，集山区、库区、贫困区于一体，经济社会发展相对落后。

渠首库区存在多处废弃矿山，历史上乱采乱挖，弃渣随意堆放，形成数量众多废弃渣堆(54处)。库区尾矿弃渣堆不仅影响到库区地貌景观、水质环境及库容稳定，还对库区人民生命财产安全、基础设施正常运行及航道安全造成重大威胁。通过实施有效的工程治理，减轻废弃矿山弃渣对库区水质污染，保障丹江口水库与南水北调中线工程安全运行，对保护库区群众生命财产安全，确保南水北调中线工程持续发挥综合效益，具有重要的现实意义。

1 自然地理与地质环境背景

1.1 自然地理

渠首库区位于河南省西南，豫、鄂、陕三省结合部，隶属南阳市管辖[7]。库区对外交通以沪陕高速、三淅高速、内邓高速、G209、S335、S332为骨架，县乡公路为支脉，交通便利。

库区属北亚热带季风型大陆性气候，四季分明。多年平均气温为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。库区河流属长江流域汉水水系，境内河网密布，除丹江口水库外，其他地表水体以河流为主，主要有丹江、鹳河、淇河、滔河、刁河等。

库区地处秦岭支脉伏牛山南麓山区，总体地势由西北向东南倾斜，海拔高程在120～1 086m。库区地貌分为3大类型，分别为侵蚀剥蚀低山、侵蚀剥蚀丘陵、堆积平原。

1.2 地质环境背景

库区属扬子地层区南秦岭分区淅川小区，主要地层包括古元古界、中元古界、新元古界、下古生界、上古生界、中生界、新生界。库区周边岩浆岩以古生界和元古界为主[8]。

库区断裂构造比较发育，主要分布在县内西北部及中部，基本贯穿境内东西向，县内西南部则地质构造不发育。新构造运动在区内有较显著的反映，表现为地壳垂直运动为主的差异升降，西北部山区持续抬升，遭受侵蚀、剥蚀，冲沟深切，沟坡陡立，多呈“V”型谷；东南部相对稳定，接受新生代河流相、湖沼相及山麓洪积的陆源碎屑沉积。

2 渠首库区废弃矿山弃渣分布特征及危害

库区内责任主体灭失的废弃矿山82处，矿山以露天开采为主，多形成高陡边坡，形成了大量崩塌隐患。另外，废弃矿渣多沿采矿场、边坡、河口、河床无序堆放。据调查，废弃矿山共遗留矿渣堆54处，总体积512．35×104m3。

2.1 废弃矿山弃渣分布特征

弃渣分布较为分散，其中马蹬镇24处、盛湾镇1处、仓房镇6处、九重镇1处、寺湾镇1处、香花镇3处、城关镇1处、金河镇6处、荆紫关镇1处、毛堂乡5处、上集镇3处、西簧乡2处(图1)。

图1 渠首库区废弃矿山弃渣分布图

库区废弃矿山遗留弃渣主要危害库区水质，以库区水文流域来对废弃矿山弃渣进行划分(表1)，其分布特征如下：①从数量看，库区废弃矿山弃渣多分布在水库周边，共31处，占比57．4%，其次为鹳河周边，共19处，占比35．2%；②从体积看，库区废弃矿山弃渣主要分布在水库170m水位高程线周边，共370．5×104m3，占比72．3%，其次为鹳河周边，共105．44×104m3，占比20．6%；③从数量和体积综合来看，库区废弃矿山弃渣多分布在水库周边，且位于水库170m水位高程线附近。

表1 渠首库区废弃矿山弃渣按流域分布统计

2.2 废弃矿山弃渣的危害

库区废弃矿山堆放弃渣共54处，对水库的危害包括丹江口水库及其水源区河流，危害方式主要为废弃矿山弃渣内硫、铁、铅、砷等有毒有害物质、有害元素对水体污染。

库区废弃矿山弃渣除威胁水库外，还对废弃矿山周边房屋、旱地、林地、道路形成威胁，潜在经济损失13 634．09万元，按险情分级标准，中型3处、小型51处。

3 渠首库区废弃矿山弃渣综合治理方案

库区废弃矿山弃渣为露天矿山开采遗留废渣无序堆放形成，根据开采特点又分有采坑和无采坑两类。对有采坑的弃渣治理，场地弃渣直接回填采坑，然后辅以地形整理，没有采坑的弃渣治理，其弃渣外运至其他采坑充填[9]。

3.1 治理工程措施

根据库区废弃矿山弃渣堆放特征，主要治理措施包括弃渣清理、挖填平整、场地覆土平整和生物工程4类。

(1) 弃渣清理。

弃渣清理要兼顾场地地形，对弃渣外运后整平地形，使弃渣清理后的场地不出现凹凸不平现象，利于后期覆土平整。总需清理弃渣512．35×104m3。

(2) 挖填平整。

针对有采坑的堆渣场地进行。在废渣充填采坑后，对采坑边坡实施挖填，使填方区与边坡协调划一。考虑到库区耕植土极为珍贵，在弃渣充填采坑时将细粒土与废石分离，废石充填后细粒土与客土一起上覆并平整。总回填弃渣量512．35×104m3，平整场地面积84．15×104m2。

(3) 覆土平整。

在完成挖填平整及弃渣清理后，对场地内基岩裸露地段实施覆土，覆土厚度不少于50cm。总覆土平整面积84．15×104m2，覆土量42．08×104m3。

(4) 生物工程。

对覆土后的场地植树或种草，恢复库区生态。总植树5．89×104m2，种草5．05×104m2。

3.2 综合治理方案

以王庄村废弃矿山弃渣综合治理为例，进行典型废弃矿山弃渣综合治理工程部署，库区其他弃渣综合治理措施与之类似。

该弃渣堆位于盛湾镇王庄村，系历史上开采钒土矿遗留矿渣、弃土堆积而成。弃渣堆于斜坡脚，距库岸极近。堆积区长810m，宽104m，面积1．87×104m2，平均高8．6m，总堆渣量16．1×104m3，除破坏地貌景观外，还对周边耕地及水库造成威胁。

堆渣区为本矿山废弃采坑，废渣可直接回填于采坑内，考虑到水库安全及生态恢复需要，辅以挖填整平、覆土、绿化等措施[10]。

(1) 弃渣清理工程。

弃渣清运时应根据现场地形，兼顾平台整治，防止清理后出现凹凸不平地形，共清理弃渣16．1×104m3，平台整理面积1．87×104m2。

(2) 挖填平整工程。

对采矿遗留下来的采坑使用弃渣直接回填，采坑长800m、宽28m，面积2．24×104m2，平均坑深10m，回填弃渣量16．1×104m3，因库区耕植土稀缺，回填时要把细粒土与块石、漂石分离出来，以减少后期覆土量。另外，回填量少于采坑体积，须对回填区进行边坡、弃渣堆积区压实平整，面积2．24×104m2。

(3) 覆土平整工程。

弃渣清理、回填及平整结束后，对平整区基岩裸露部分进行覆土再平整，覆土厚度不少于50cm，覆土平整面积(1．87+2．24)×104m2，覆土量2．06×104m3。

(4) 生物工程。

拟采用当地易成活的景观树雪松为绿化树种，种植面积(1．87+2．24)×104m2，种植雪松5 897株、种植狗牙根草10 108．8m2。

主要部署工程量见表2。

表2 王庄村废弃矿山弃渣治理工程量统计

4 结论

(1) 渠首库区存在多处废弃矿山，历史上乱采乱挖，弃渣随意堆放，共遗留矿渣堆54处，总体积512．35×104m3。按险情分级标准，中型3处、小型51处。

(2) 渠首库区废弃矿山弃渣多分布在水库周边，且位于水库170m水位高程线附近，部分弃渣含有硫、铁、铅、砷等有毒有害物质，系丹江口水库的直接污染源。

(3) 废弃矿山弃渣对渠首库区周边房屋、旱地、林地、道路形成威胁，潜在经济损失13 634．09万元。

(4) 根据库区废弃矿山弃渣堆放特征，采用废渣清理+挖填平整+场地覆土平整+生物工程，对弃渣进行综合治理。

(5) 通过渠首库区废弃矿山弃渣的综合治理，有效减轻废弃矿山弃渣对库区水质污染，保障丹江口水库与南水北调中线工程安全运行。