晋宁磷矿排土场生态修复与景观再造研究

张明天 侯克鹏 王 亚 孙 伟 刘 磊 王稷晗

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093；2.云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室，昆明 650093；3.山东烟台黄金培训中心，山东 烟台 264006)

矿产资源是不可再生资源，矿产资源的开发与利用都会给当地的生态环境带来不同程度的影响[1,2]。随着社会经济的发展，人们生活质量不断提高，对自然环境也提出了越来越高的要求[3-5]。2013年，习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的重要思想。矿业作为周边生态环境损坏影响最大的行业之一，给周围环境带来不同程度的损害，为了最大限度地降低开采活动给环境带来的负面影响，要求在矿产资源开采后采取土地生态修复的末端治理措施，如土地复垦等，同时也要求在矿山开采设计中贯彻“生态恢复”的理念，从而将在资源开采过程中带来的生态环境压力在源头进行减量[6-9]。但是，在国内外的露天矿排土场设计中，为了追求经济效益最大化的核心目标，对排土场引起的环境损害不予重视，从而导致后期恢复治理产生巨额费用[10]。

本文以晋宁磷矿排土场为研究对象，以矿山排土场作业和生态环境损害修复与景观再造为切入点，研究排土场设计与生态修复治理的优化设计方法。矿山前期开采破坏了原有植被，局部范围内的林草覆盖度、景观生态、植被群落与结构等都发生变化，局部范围及短时间内土壤侵蚀加剧，对矿区及周边地区的小气候、小环境有一定影响[11]。基于晋宁磷矿露天开采的生产特点，应用开采的原始生态痕迹的思路，分析矿山生产带来的生态损害内容，这些矿山土地生态的损害是由前期矿山生产过程中挖损、压占等直接造成的。本文将矿山排土场设计与后期生态修复与景观再造相结合，优化矿区生产、生活空间格局，综合考虑排土场覆土土壤理化性质、肥力性质、重金属污染特征、植被生长指标以及与周边环境的融合等，建立多元化主题公园，如植物园、露天矿山博物馆等。有效的治理和修复是实现矿山可持续发展的必经之路，矿山健康的生态环境系统关系到矿区社会经济的可持续发展[12-14]。体现了习近平总书记“绿水青山就是金山银山”生态文明发展的重要理念，还能通过业主方自行投资修复并进行景观再造，减轻政府的资金压力[15]。

1 工程背景

1.1 矿区自然地理与水文概况

矿区地处云南高原腹地，高原湖泊滇池的东南面，属金沙江水系滇池流域，南部邻近南盘江水系分水岭地带，属高原低中山地貌区，总体山势北低南高，最高山地海拔2 483.5 m，最低点2 090 m，矿区东西两侧山坡陡峻，分水岭顶部为一断面呈“M”型、宽1～2 km的岩溶谷地，谷底标高2 100～2 300 m。矿区属亚热带季风气候，平均气温14.6 ℃，最高气温30.3 ℃(5月)，年最低气温-6 ℃(1月)。矿山位于分水岭地带，区域地表水远离矿区，其间泥质岩隔水层分布，地下水对矿区无充水影响。年降雨量最大1 172.1 mm，最小625.7 mm，年平均降雨量925.4 mm，年平均相对湿度74%，年蒸发量1 874 mm，全年可分干、雨两季，雨季多在5～10月，集中全年80%的降水，雨型多为阵雨，降雨量强度88.4 mm/d，平均风速2.9 m/s，主导风向南南西，最大风速15 m/s。

1.2 矿区生态环境现状

采区周边主要为林地，生态景观良好。经多年开采，采场地表现已无植被，办公生活区周边有少量植被。矿区属高原中低山地貌，区域内高程变化起伏大，大部分区域地形起伏坡度较大。总体而言，采坑周边原有土地景观类型消失，矿区地表植被少，生态景观较差，植被以灌木、荒草为主。现场调查，矿区周边主要分布树种有云南松、旱冬瓜、滇朴及狗牙根等。

2 排土场概况

6#坑位于晋宁磷矿最南边，为矿区最大的露天采场，矿坑总体上呈椭圆形，南北长约2 650 m，东西宽约1 475 m，目前已到生产末期，即将闭坑(设计技改期全部开采结束)，生产过程中形成东、西两个采场。6#坑排土场(简称排土场)位于6#坑东采场。6#坑东采场南北长约2 650 m，东西宽约530 m，最东边为一南北向的坑壁，坑壁最大坡高约90 m，组成坑壁的岩性主要为白云岩、砂岩。排土场现状见图1，排土场全景图见2。

图1 排土场现状图Fig.1 Current of dump

图2 排土场全景图Fig.2 Panorama of dump

3 排土场生态修复方案

3.1 修复方案设计研究

统筹考虑整体生态环境的修复措施，按照开采规划进度，将排土场与西部已复垦植被区结合，回填覆土后进行植被修复与景观再造。为修复排土场生态环境，计划排土场进行土石回填，回填土石取自晋宁磷矿6#、9#、10#坑的剥离物，用于排土场场地平整、修补。排土场排土终了图见图3。其中地表植被恢复，总体上形成中间较高、四周低的台阶式景观，使土壤得到改善，水土流失程度降低，同时消除地质灾害，改善地质环境。通过场地平整、截排水、土地整治、土地复垦与景观再造的实施，使矿区生态环境得到修复，提高土地的利用价值。西采场内排土场复垦见图4。

图3 排土场排土终了图Fig.3 Final drawing of soil dump

图4 西采场内排土场复垦图Fig.4 Reclamation map of west pit

3.2 生态环境修复分区

分别针对矿区植被及景观损毁破坏、水资源污染、大气污染、固体废弃物污染、土壤污染、水土流失、地质灾害危害程度，采用定性、半定量分析法，综合考虑修复治理措施进行生态环境修复分区。

4 排土场植被恢复

4.1 地表景观再造

排土场总高度大于10 m时进行削坡开级，每一台阶高度不超过5～8 m，台阶宽度应在2 m以上，台阶边坡坡度小于35°，形成有利于林木植被恢复的地表条件[16]，台阶设计见图5a。应用CAD软件根据排土边界对排土场规划用地进行合理的布局，初步设计景观规划格局，并按照规范设计要求设计排土场的坡度、截洪沟、排水沟等，最终得到生态修复的卫星效果图，见图5b。

图5 生态修复整体规划图Fig.5 Overall plan for ecological restoration

针对矿山独特的地形地貌设计“晋宁磷矿生态主题公园”。既可作为户外休闲放松场所，也可以是企业文化构建的场地，集几种不同风格的景观于一体。通过不同的景色风光，调节游客的心理和工作压力，从而以更加积极的心态投入到社会建设中。

设计理念：团结、成就、休闲。

设计概念：1)环境概念：通过合理规划设计，提供野外环境景观；2)人本概念：考虑人的心理情绪需求，提供良好的空间序列；3)社会概念：用环境的塑造达到和谐生存的社会目的。

应用3D模型构建排土场规划区域生态修复与景观再造的效果图，如图6所示。方案设计为丰富主题内容，区间内共划分成五个不同区域，分别为：樱花园、乔木区、漫步区、花卉区及林荫别径区，在不同区域内种植不同苗木，修建别具一格的观赏景观，整个生态公园内设有观景平台、四角亭、停车区、文化廊、花坛、厕所、雕塑以及大门等。

图6 3D效果图Fig.6 3D effect picture

4.2 植物选择与配置

设计平台区采用乔、灌、草结合进行复垦，边坡区设计边坡脚扦插藤本、坡面种植灌木并撒播草籽。

1)排土场造林模式规划

根据现场调查，矿区周边主要分布树种有圆柏、旱冬瓜、狗牙根及火棘等。其现在长势良好，修复方案植被的选择参照矿区周边现有植被进行考虑：

乔木可选：旱冬瓜、藏柏、圆柏、云南樱花、滇朴、红叶石楠、云南松等，规格为一年生容器苗。

灌木可选：火棘、红叶石楠、球花石楠、金叶女贞、假连翘、蔷薇等，规格均为高度30～50 cm。

藤本可选：地石榴、长春藤、爬山虎、凌霄等。规格均为一年生苗。

混播草坪为天堂草：孔雀草、早熟禾等。数量比为3∶1∶1。

排土场区域回填后，进行覆土，表土铺设厚度为平台大于50 cm、坡面大于60 cm，覆土后的区域进行生态修复。2310平台种植分区域种植苗木，在排土场的坡面上播种火棘、狗牙根、黑麦草等，既能达到固坡、护坡的作用，也提高了观赏效果。乔木株行距2 m×2 m ～3 m×3 m，灌木1 m×2 m，圆柏4 m×4 m～5 m×5 m，草的覆盖率达到80%以上。

原占地类型主要为林地，故本方案主要恢复成林地，为增加土地利用面积，在内排土场一级平台处进行土地复垦(表1)。

表1 排土场场地造林模式Table 1 Afforestation mode of soil drainage site

2)排土场区域内道路规划

为更快达到覆绿，园内道路两旁以种植圆柏为主，边坡底脚和上方扦插藤本爬山虎等，边坡坡面种植火棘灌木，混播狗牙根、黑麦草等，这些苗木的种植措施，既有固坡护坡的功能，也具备观赏价值，排土场区内道路共分三级，主路为一级路，贯穿每个区域的主路为二级路，在分区内设置若干条小径为三级路，主要通过间隔铺设20 cm×80 cm的石板，为交通、行人和观赏提供便利条件，停车场和文化墙区，可作为广场为游客群体提供集散场地。

由于矿山公路基本沿等高线布设，切坡形成的边坡较低，不需设护坡挡墙。为满足周围景观和保护环境，新增道路行道植物措施，在满足水土保持要求的同时，以满足主体工程的安全运行。行道树树种选择圆柏，株距为5.0 m。定植圆柏400 株，覆土50 m3。道路场地造林模式见表2。

表2 道路场地造林模式Table2 Road site afforestation mode

4.3 修复治理工程

1)治理方案：采用“分台整平+局部分台放坡+挡土墙+外围截洪沟(设跌水坎)+平台内侧马道排水沟+沉砂池+设置警示牌及围拦+复垦+监测管理”综合治理修复方案。

2)工程措施及技术方法

(1)整平工程

结合6#坑采空区治理现状，设计对整个场地分台阶进行平整，场地平整设计采用汽车运输生产作业中的剥离物的方式结合机械整平，设计台阶高度为10～30 m，根据《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范》(HJ 651—013)，对不符合要求的边坡进行分级，边坡高度5 m，小平台宽3 m，平台最低标高2 190 m，最高标高2 310 m，台阶坡面角为32°，堆置高度：北边130 m，西边50 m。

(2)道路工程

规划设置一个出入口，连通连接生活区的原有道路。结合排土场设计，设计区内道路盘山而上。由于矿山内以挖掘机等大型运输车辆为主，根据其体积大、占用路面宽及山地道路转弯需求大的特点，将主干道设于排土场区北侧，路面宽度20 m，碎石路面。由主干道路连接各平台，并满足不同高差的交通及消防需求。

(3)截排水工程

本方案新增在整个排土场区外围设置截洪沟(设跌水坎)，在内部各台阶平台内侧设马道排水沟，截排水沟出口设沉砂池，出口最终汇入场地境界外已建路边截洪沟。

5 结论

1)采用对晋宁磷矿6#坑排土场一阶段进行生态修复与景观再造方案有望改善矿区的景观面貌，使弃土得到有效利用，林草植被覆盖率增加，而且能有效减少水土流失，并预防潜在的地质灾害，因而可有效改善因采矿活动对生态环境带来的负面影响。

2)参照昆阳磷矿生态修复成功的案例，研究实施后可大大改善矿区及周边地区的生态环境，改善周边居民的生活环境质量，减少因采矿对采场区域及周边地区的影响，提高矿区的生态环境质量，对加快矿区建设和发展当地经济都具有重要的意义。