青海省矿山地质环境恢复治理成效评估方法研究：以青海省某矿区为例

尘福艳，王亚红，杜玉娥，陈香菱

（中国煤炭地质总局航测遥感局，陕西 西安 710199）

0 引言

党的十八大以来，党中央、国务院把生态文明建设和环境保护摆在更加重要的战略位置[1-3]。习近平总书记多次作出重要批示，要求进一步加强自然保护区建设与管理。自然保护区内矿产勘查、开发一直是环境污染、环境破坏的“大户”，被认为是对自然界的强烈改造活动[4]。无节制的矿产开发直接破坏了原有土地利用方式以及地质环境现状，引发景观格局改变[5]。因此，对自然保护区内矿产勘查、开发项目的生态环境影响评估和地质环境恢复治理成效评估已经成为社会关注的热点[6-7]。矿产勘查与矿山开发设置的矿业权是具有特殊自然环境要素的场地，往往以地貌景观破坏、地面塌陷、土地挖损和压占、土壤植被破坏及地下水含水层破坏等方式造成生态环境破坏和土地损毁。矿业活动具有人类工程活动强烈、对自然环境破坏性大、地域分布广、持续时间长、修复难度大等特点，各矿业权范围生态环境破坏已经成为制约区域经济绿色发展的重要因素。

青藏高原的地质环境保护给地质工作者、环境工作者提出了新的要求，尤其是自然保护区的地质环境保护显得尤为重要[8-10]。青海省自然保护区矿业权退出分布较广、数量较多，涉及祁连山国家级自然保护区、三江源国家级自然保护区、青海湖国家级自然保护区等多个国家级、省级自然保护区，主要分布在青海省的北部地区、南部地区及东部地区，中部地区少量分布，涉及天峻县、门源县、祁连县、海晏县等14 个县（市）。按照党中央、国务院的相关要求，自2014 年以来，青海省全面停止了三江源国家级自然保护区、祁连山国家级自然保护区等的地质勘查开发活动，全省11 个自然保护区中的6 个共涉及85宗矿业权退出。2019 年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》，要求“实行最严格的生态环境保护制度，强化自然保护地监测、评估、考核、执法、监督等，形成一整套体系完善、监管有力的监督管理制度”。2019 年6 月，青海省启动了以国家公园为主体的自然保护地体系示范省建设。

通过以青海省某探矿权和采矿权工程为研究对象，进行恢复治理前后的两期高分辨率遥感图像监测、低空无人机遥感监测和地面调查，旨在摸清矿山地质环境恢复治理现状，监测恢复治理前后矿山地质环境变化趋势，为矿业权退出地质环境恢复治理验收提供技术支撑和数据依据。

1 遥感监测方法

卫星遥感技术在矿区生态环境问题监测方面发挥了重要作用[11]。矿山在勘探、开采过程中，势必会产生一些固体废弃物，而这些废弃物往往没有进行科学处理，对山体自然环境或者周边居住环境造成影响[12]。利用遥感技术进行监测，可以清晰显示裸露的基岩或是植被破坏情况，进而为有关部门采取相应措施提供参考和依据。部分矿山地质环境监测内容针对开采过程产生的废水、废气以及废渣等[13]，若处理不当会造成矿山环境的污染[14]，例如在石灰岩矿山开采时，常产生粉尘污染物，使用遥感技术对矿山开采中排放的废水进行监测，并分析判断水体中的化合物，可以提前预防地下水污染。

在充分收集恢复治理方案、高分遥感影像的基础上，梳理评估区域自然地理、勘查历史、探矿工程分布等信息，初步开展恢复治理遥感解译，圈定无人机航拍区域，并进行无人机航拍及现场调查验证。通过综合对比分析，开展恢复治理成效评估。具体技术路线如图1 所述。

图1 自然保护区矿业权退出地质环境恢复治理成效评估工作流程图Fig.1 Flow chart for the effectiveness evaluation of geological environment restoration and governance after the mining rights withdrawal in natural reserves

2 矿山地质环境状况

2.1 探矿权概况

探矿权案例为青海省某煤矿探矿权，该矿山东南距天峻县城约140 km，距西宁市约446 km，西距德令哈市约225 km，天木公路（天峻-木里）约112 km 处有便道，车辆可通行，交通较方便。该矿区位于祁连山地段，属于敏感区域，生态环境较为脆弱，勘探单位在该区域内进行了大量的煤炭资源勘查工作，在地面形成了11 个探坑、8 个渣堆，导致了不同程度的环境破坏。

根据相关资料，矿区内主要的矿山地质环境问题为比较凌乱的探坑未进行回填，形成了高陡边坡，部分坑底有积水；已复绿渣台因受气候、海拔、土壤等因素的影响，复绿效果不好，后期需根据现场情况进行补种；老四号渣台、二八号渣台、五号渣台、养护队渣台、七九号渣台表面存在勘查过程中遗留的煤堆若干；五号煤堆上堆放的原煤未处理；生活区尚有未拆除的板房。

根据现场踏勘，探坑的开挖直接造成了矿区上部含水层的结构破坏，主要影响冻结层以上的第四系松散岩类冻结层和基岩冻结层以及侏罗系冻结层下承压含水层，可能会使部分冻结层上水和冻结层下水导通。由于冻结层的作用，矿区内最高的静止水位标高为4 305.41 m，未对多年冻结层以下的含水层造成破坏，仅对冻结层上部的含水层造成破坏。同时，由于矿区周围仅为沟岔集流水，流量小，地表水体渗漏问题小；冻结层上含水层含水性弱，补给仅为大气降水，地下水补给条件差，涌水量较小，不会产生大范围的地下水疏干，不会造成明显的地下水水位下降。现状条件下，含水层水位下降幅度小，探坑开挖对含水层结构破坏的影响程度较轻。

2.2 采矿权概况

采矿权案例为青海省某砂石采矿场，该矿山采用露天开采方式，行政区划隶属海北州甘子河乡管辖。该矿山进行了大规模的开采，形成一条长约1 000 m，宽约200 m，面积约19.13 hm2的工作面；采深约6 m，标高3 213.56～3 206.98 m 未见地下水泄出；挖损土地面积19.13 hm2。

该矿山主要工程布置有工业场地、加工场地、采矿区、矿区道路、排土场；人类工程活动主要为采矿工程活动，经过多年开采，改变了矿区地形地貌。同时，修筑矿山基础设施以及矿区内开采地段、辅助设施区建设开挖扰动范围对矿区地质环境改变较大。

矿区内无常年性河流和季节性冲沟发育，仅在暴雨季节有少量地表水渗入地下，矿山开采最大深度为坡高5.5～6.0 m，而地下水埋深大于50 m，矿山未揭露地下水，对含水层影响破坏程度较轻。该矿山采用露天开采方式，不具备地面塌陷发生的条件，不会造成地面塌陷地质灾害。开采区采矿方式自标高3 213.56 m 至上而下开采，最终开采至标高3 206.98 m，存在潜在不稳定边坡，基本条件为高度6 m，宽度200 m，坡度35°，由砂砾石构成，坡体整体失稳的可能性小。

3 矿山地质环境恢复治理成效评估

由于自然保护区内各矿业权范围内地形地貌景观、植被发育程度、土壤条件好坏、工程活动强度、探矿方式的不同，探矿工程活动造成的地质环境破坏方式、破坏程度差异很大，各矿山恢复治理工程量、工程措施、施工周期也不同。不同矿业权人在编制恢复治理实施方案时设定的恢复治理预期目标和验收标准不同，存在验收标准高低参差不齐等情况。对自然保护区矿业权退出地质环境恢复治理成效监测评估投入不足，恢复治理现状摸底调查不系统，不同矿业权缺乏可供横向对比评价的标准体系。

工作收集各矿业权的恢复治理方案资料，依据资料进行恢复治理成效评估。无论是探矿权还是采矿权，由于评估区域内基本无常年性河流和季节性冲沟发育，仅在暴雨季节有少量地表水渗入地下，含水层水位下降幅度小，矿区及周围地表水体未漏失；且地下水埋深大于矿山开采最大深度，未揭露地下水。因此，矿业活动对含水层影响较轻。由于井工开采的煤矿具有引起地面塌陷的潜力，此次评价的85 宗矿业权退出均未涉及井工开采，其中，11 宗采矿权均为露天采矿，采矿规模较小，在2016 年以前已经政策性退出且进行了恢复治理，后续未进行采矿活动。因此，本次地质环境恢复治理成效评估在确定成效评估方法时未考虑地下水含水层破坏和地面塌陷。

3.1 评估原则

根据不同的矿山地质环境特征，并以各类矿山地质环境问题的空间分布、发育现状及发展趋势为依据，以兼顾地质环境背景和突出重点的地质环境问题为原则，评估恢复治理工程的成效。

3.2 评估方法

矿山地质环境恢复治理成效评估内容主要包括生态效益、社会效益和经济效益三个方面[15-17]。青海省自然保护区矿业权退出地质环境恢复治理成效评估以生态效益评估为主，常见评价指标有地质稳定性、地形地貌与周边环境协调一致性、植被恢复效果、管护措施及管护效果等。为了使恢复治理成效评估问题简单化，需要制定简单可行的标准和方法，综合青海省矿业权退出地质环境恢复治理工作目的、任务和普遍面临的问题，确定以矿山开采、探矿工程对矿山地质环境影响为主、兼顾地质环境背景的评估指标作为本次评价的因子，分别为景观一致性、植被恢复效果、管护措施三个普遍适用的指标，逐一对恢复治理工程进行综合量化评价，见表1。

表1 矿业权退出地质环境恢复治理成效评价打分表Table 1 Scoring table for the effectiveness evaluation of geological environment restoration and governance after the mining rights withdrawal

根据评价原则和矿区地质环境特点，以及三个评价指标的重要性，分别赋予不同权重，采用指数加权综合法计算单个工程点恢复治理现状最终得分，并进行恢复治理成效评估等级划分。根据单工程恢复治理效果加权求和得分，将恢复治理效果划分为好、较好、一般、较差和差五个等级：①80 分<得分≤100 分为恢复治理效果好；②60 分<得分≤80 分为恢复治理效果较好；③40 分<得分≤60 分为恢复治理效果一般；④20 分<得分≤40 分为恢复治理效果较差；⑤0 分<得分≤20 分为恢复治理效果差。

3.3 评估结果

1）探矿权。参考该矿区的矿山地质环境恢复治理方案，前期进行了探矿活动，形成了地面探坑、渣台、生活区场地、道路等，后经环境综合整治工程对大部分探坑进行了回填，对渣台进行了修整等治理，但仍有部分探坑、渣台未全部完成治理，现状条件下对土地资源有一定程度的压占、破坏。

依据工作的目的任务，结合矿山自然地理条件、恢复治理措施、预期目标、矿山地质环境恢复自然规律及矿山实际情况（现场调查），本次矿山地质环境恢复治理遥感解译工作基于恢复治理前2018 年GF2 影像、恢复治理后2020 年GF2 影像及2021 年秋季航拍影像所反映的探矿工程的变化特征，分别从反映探矿工程恢复治理措施和成效的景观一致性变化、植被恢复变化及复绿管护措施变化的三个维度进行对比解译。

典型探坑恢复治理前后影像如图2 所示，具体特征情况如下所述。周边地形地貌及植被特征：位于山前谷地，植被发育区；景观一致性变化特征：全面开展了土石方回填、刷坡、坡面修饰、地貌整饰及覆土工作，景观一致性好；植被恢复特征：植被恢复整体较好，局部斜坡上碎石裸露，复绿效果较差；管护措施特征：追肥、无纺布、网围栏和警示牌均有，管护措施到位。

图2 典型探坑恢复治理前后影像对比Fig.2 Comparison of images before and after restoration and governance of typical probing pit

煤堆恢复治理前后影像如图3 所示，具体特征情况如下所述。周边地形地貌及植被特征：位于山前斜坡的植被稀疏区；景观一致性变化特征：进行了煤堆剥离，填平、平整，景观一致性较好；植被恢复特征：植被恢复效果较好；管护措施特征：管护措施有追肥、无纺布和网围栏。

图3 煤堆恢复治理前后影像对比Fig.3 Comparison of images before and after restoration and governance of dump

根据汇总统计，共解译了37 个恢复治理工程，其中，恢复治理效果评级达“好”的工程为8 个，占比21.62%；恢复治理效果评级达“较好”的工程为16 个，占比43.24%；恢复治理效果评级达“一般”的工程为6 个，占比16.22%；恢复治理效果评级达“较差”的工程为6 个，占比16.22%；恢复治理效果评级达“差”的工程为1 个，占比2.70%。通过对比恢复治理前后遥感影像矿区内的各项恢复治理工程，共解译了10 个探坑，探坑位于有植被发育的区域，所有探坑均需机械进行回填、平整、复绿。其中，6 个探坑恢复治理效果为“好”或者“较好”，3 个探坑恢复治理效果为“较差”，1 个探坑治理效果为“一般”。此外，还解译了8 个渣台、14 个煤堆，恢复治理效果均为“较好”；矿区道路部分存在复绿效果不好路段；房屋建筑区域未清理垃圾、平整、复绿；区内探槽均未恢复治理。

综合分析认为矿区内探矿工程恢复效果总体较好，管护工作比较全面，但存在执行程度不均的问题。对于个别探坑治理不到位、景观一致性较差，结合周边地形地貌和自然地理条件，建议采取继续回填、平整并复绿；渣台南侧坡面继续补种复绿，加强管护，增强复绿效果；对探槽进行回填、平整并复绿；部分矿区道路需补种。

矿区探矿工程通过回填、平整、清理等措施，解决了景观一致性，部分开展了种草和相关的养护措施，牧草已初步恢复。通过上述人工辅助修复，为后期自然恢复奠定了基础，创造了必要条件。

2）采矿权。依据恢复治理方案，恢复治理工程分为边坡治理和采坑沙地治理两部分，主要为地形地貌景观恢复，对边坡采取植树造林的治理措施，对采坑沙地采取种草的治理措施。种植草地时要求采用机械重耙松土和覆土种植并覆盖无纺布。

参考青海省海晏县某砂场矿山地质环境恢复治理方案，海晏县某砂场需要进行恢复治理的采矿工程类型主要为采坑、施工便道及复绿工程。本次矿山地质环境恢复治理遥感解译工作基于恢复治理前GF2 影像、恢复治理后GF2 影像及2021 年秋期航拍影像所反映的探矿工程的变化特征，分别从能较全面反映探矿工程恢复治理措施和成效的景观一致性变化、植被恢复变化及复绿管护措施变化等三个维度进行对比解译。

采坑1 恢复治理前后影像对比如图4 所示，具体特征情况如下所述。周边地形地貌及植被特征：位于湖积平原的植被发育区，土壤类型为高原草甸类，土层较薄；景观一致性变化特征：现场耙痕较明显，经过刷坡、坡面整饰和平整，景观一致性较好；植被恢复特征：对边坡植树造林，采坑沙地种草，林地长势较好，草地长势不均，植被整体恢复一般；管护措施特征：有网围栏和警示牌管护措施。

图4 采坑1 恢复治理前后影像对比Fig.4 Comparison of images before and after restoration and governance of mining pit 1

经遥感解译和现场调查发现，西部采坑周围边坡均进行了刷坡和坡面整饰，坡面进行了浮石清理，栽种沙柳，沙柳成活率尚可，套种的人工牧草长势不均匀。在边坡上部水土流失明显，纵向冲沟发育，牧草稀疏，长势较差；边坡中下部牧草长势旺盛。采坑中进行了地表清理、表土平整、轻耙和覆土、播撒草种，出苗率和长势不均匀，草苗多沿耙沟条带状分布，局部地表斑块状裸露。东部采坑边坡也进行了刷坡和坡面整饰，栽种沙柳，树木成活率较高，采坑中进行了地表清理、表土平整、轻耙和覆土、播撒草种，底部虽然牧草长势依然较差，草苗多沿耙沟条带状分布，总体牧草分布均匀。

对治理后的GF2 数据进行植被覆盖度的提取，将矿区划分为恢复治理效果较好区域和恢复治理效果一般区域，如图5 所示。通过统计，矿区需要恢复治理面积2.988 5 km2，其中，恢复治理效果较好区域面积2.101 4 km2，占比70.32%；恢复治理效果一般区域面积0.887 1 km2，占比29.68%。通过遥感解译和野外调查验证，矿区边坡造林效果较好，植株长势好。在沙地种草治理区域，部分草种长势较差且不均匀，整体复绿效果一般，土壤有沙化现象。

图5 评估区域采坑恢复治理效果图Fig.5 Effect map of restoration and governance of mining pit in the evaluation area

4 结论

1）矿区内开展了大量的治理工作，取得了一定的治理效果。按照《青海省自然保护区矿业权退出地质环境恢复治理与验收工作方案》中“因地制宜，实现与周边自然地貌景观基本协调一致”的原则，在确定探槽回填、机台平整、硐探渣堆平整及具备土壤条件地段的种草复绿等内容的基础上，治理后达到了环境恢复治理要求。

2）研究中采用的评估方法能较好地适应青海省矿山数量众多、规模大小不一、空间分布范围较广的特点，可为生态环境等相关部门开展矿山地质环境恢复治理成效评估工作提供理论依据和数据支撑。

3）矿山地质环境恢复治理成效评估的监测对象和指标在自然保护区矿业权退出地质环境恢复治理实施方案的基础上总结确定，根据青海省若干矿区的特点归纳，也受对矿山地质环境的认识程度、研究水平影响。研究中确定的评估指标和权重，难免存在不全面或者不准确之处。随着矿山地质环境研究水平的提高，矿山地质环境恢复治理成效评估将会不断得到补充完善、优化调整。