基于自然的解决方案的矿山生态修复研究

李明和 钱卫明 闫晓波 李建洪 戴启

摘  要：建水县国营水泥厂石灰岩矿历史采矿严重破坏生态环境，矿山关停后地质灾害及隐患十分发育，土地资源闲置浪费，地形地貌感官不良。根据基于自然的解决方案（NbS）理念，结合历史遗留矿山土地政策，对修复区场地进行系统整理，消除历史遗留地质灾害及隐患，使工矿废弃地修复为工业用地、旱地、林草地，恢复土地功能以实现土地价值。

关键词：历史遗留矿山；地质灾害；生态修复；土地资源；效益分析

中图分类号：P66      文献标志码：A          文章编号：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，自然资源部与世界自然保护联盟在北京联合举办发布会，发布了《IUCN基于自然的解决方案全球标准》、《IUCN基于自然的解决方案全球标准使用指南》中文版，以及《基于自然的解决方案中国实践典型案例》。基于自然的解决方案 （NbS）是由国际自然保护联盟、欧盟和世界银行等机构推动的一种持续的管理和生态系统修复的综合行动，即利用自然促进生物多样性保护、自然资源可持续利用、气候变化适应、经济-社会-生态系统抗灾能力和适应性应对各种社会挑战，同时为人类提供经济、社会和环境效益的一种动态的解决方案[1-5]。

2022年11月自然资源部发布了国家土地管理行业标准：TD/T 1070.1—2022《矿山生态修复技术规范 第1部分：通则》，在第3.8条规定了“参照生态系统”的含义：指能够作为生态修复基准的本地生态系统，常带表生态系统的非退化状态，包括其植物群、动物群（和其他生物群）、非生物成分、功能、过程和演替状态（未发生退化前的演替状态）；在第5.2.1条规定了“建立矿山生态修复参照生态系统”的含义：采取与历史资料对比分析或矿山周围同类型地区综合调查等方法，建立矿山生态修复参照生态系统。

可见，矿山生态修复基于自然的解决方案的内核就是建立矿山生态修复参照生态系统，建立矿山生态修复参照生态系统就是基于自然的解决方案的实践。

1  项目背景

建水县国营水泥厂石灰岩矿地理位置十分特殊且敏感，处于“三区两线”中省级以上风景名胜区、集中居民区及国道G323的直观可视范围内。该废弃矿山地质灾害及隐患十分发育，严重威胁周边工业区和居民区安全稳定，2021年6月，该水泥厂石灰岩矿主采区南部边帮中部边坡突发崩塌地质灾害，一次垮塌约3 500 m3碎块石，对周边工业区众多企业及机械设备等造成一定损失，边坡陡峭后壁继续变形破坏并危及工业区的易发性、危险性、危害性大。

2  地质背景

2.1  土壤特征

该水泥厂石灰岩矿土壤类型较单一，主要分布红土，为红色、褐红色，广泛发育于灰岩上覆地表及岩溶裂隙、岩溶洼地及溶蚀槽内，竖向及网纹状裂隙较发育，地表土体构造天然状态下多成散粒状或块状，土壤有效土层厚度介于0.1～0.8 m，有机质含量较低，土壤pH约6～7，含铁铝化合物呈酸性。

2.2  地形地貌

该水泥厂石灰岩矿地形高程介于1 273～1 366 m，其所在山头受区域构造溶蚀作用山顶呈浑圆状，周边山体相对高差主要在100 m以内，地表可见小型岩溶洼地，山谷发育漏斗及落水洞。地形坡度0～5°，占比28.8%，主要分布在既有采区底部采场；地形坡度5～15°，占比32.74%，主要分布在外围耕地及周围山体缓坡，少量分布在采区边坡；地形坡度15～25°，占比17.53%，主要分布在周围山体斜坡，少量分布在采区斜坡；地形坡度25～35°，占比8.85%，分布在采区各地块之间的边坡；地形坡度35～90°，占比12.08%，分布在采区边帮险坡及陡坡区。

2.3  地层岩性

该水泥厂石灰岩矿主要发育新生界第四系地层（Q）及上古生界石炭系地层（C），可进一步划分为第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）、第四系全新统素填土（Q4ml）、第四系全新统耕植土（Q4d）及石炭系下统岩关阶灰岩（C1y）。

2.4  土地利用现状

该水泥厂石灰岩矿状土地权属界限清楚、无争议，现状土地类型一级地类有5类：耕地、林地、草地、工矿用地及交通运输用地，二级地类有6类：旱地、乔木林地、灌木林地、其他草地、采矿用地和农村道路。

3  地质灾害及隐患

3.1  总体发育特征

该水泥厂石灰岩矿由东至西主要划分为4个采坑，现状地质灾害主要是分布在1#采坑南部的BW4不稳定斜坡，发生过一次强烈的崩塌变形破坏（BT1），系高陡边坡沿软弱结构面发生岩体崩塌。地质灾害隐患主要是发育12个不稳定斜坡（BW1—BW12）及多个坍滑体，系采石场爆破及机械开挖使得岩质边坡形成新的临空面，坡面形态凹凸起伏，边坡结构不甚稳定，使得采区边帮发展成高陡的不稳定斜坡。历史开采活动强烈扰动边坡结构使得岩石原生裂隙扩展为裂缝，加之边坡应力卸荷造成岩体局部松动，进而在坡面上产生多个根基不牢固的危岩体，在降雨、加载、卸荷和震动等外界因素作用下易变形崩塌。

3.2  变形破坏历史

2021年6月，该水泥厂石灰岩矿采石场主采区南部边帮中部岩质边坡（BW4不稳定斜坡）突发崩塌（BT1）地质灾害，一次性垮塌约3 500 m3碎块石，并造成上部既有浆砌石挡墙断裂，既有混凝土场地硬化地板整体损毁，既有边坡防护措施完全损毁，发展趋势危险性、危害性较大。

3.3  崩塌边界及规模

BT1崩塌位于BW4不稳定斜坡东段陡坡区，平面上呈凸向北北东的C字形展布，为BW3和BW4边坡形态转折处，剧烈崩塌变形破坏边界基本为BW4不稳定斜坡东段边界区域，横向最大宽度63 m，竖向前缘至后缘坡面长度54 m，坡顶坡底相对垂直高差42 m，整体坡度53°。崩塌周界及崩塌堆积体分布均相对清晰，整个崩塌体面积约3 100 m2，边界周长240 m。后壁及邻近区域发育的危岩继续崩塌的可能性大，通过计算一次方量约1.15万m3，属大型崩塌。

3.4  崩塌堆积体特征

采石场地处半山区缓坡地带，主采区经过数十年开采已形成地势开阔的数个采坑及其边帮，崩塌发生地带因崩塌崖壁坡度高陡，崩落的岩块难以停留在斜坡上，大部分滚落、弹跳堆积体在坡脚位置及稍远平缓灰岩之上。坡前集中堆积区面积2 250 m2，周界230 m。崩积物横向最大长90 m，竖向前缘至后缘坡面长度35 m，坡顶坡底相对垂直高差17 m，整体坡度28°，接近碎石土一般自然堆积稳定休止角，处于整体稳定-基本稳定状态，堆积时间较短尚未自然沉实，后续发生不均匀沉降的可能性较大。

3.5  崩塌卸荷带及结构面

该采石场各不稳定斜坡存在多个危岩卸荷带，特别是各不稳定斜坡中部以上基本都存在强卸荷岩体：①卸荷张裂隙明显张开，且贯通较好，顶部张开宽度—般大于1 cm，局部达5～10 cm；②岩体整体松弛，控制结构面张开且有受雨水冲刷痕迹或裂隙内长出植被；③岩块有明显位移，单个岩体外倾偏离母岩。根据观测，拟治理的崩塌危岩（带）主要发育在强卸荷带内，实际观测的卸荷厚度约3～20 m。

3.6  地质灾害防治布局

修复区崩塌及不稳定斜坡发育，如果采用传统地质灾害防治工程，使用大规模重型实体工程系统治理则预算经费巨大，如护脚墙+锚杆框格梁防治工程，资金缺口约7 000～7 500万，导致崩塌地质灾害隐患长期无法得到解决。修复区具备边坡开挖及采坑回填的良好实施条件，因此考虑通过场地系统规划设计，采取土石方整理的方式改变既有地形地貌空间形态与边坡结构，进行地貌重塑后使各类潜在不稳定地质体不再具备整体向前部临空面活动的结构条件及动力条件。

3.7  生态环境问题分级

修复区主要环境问题有区域性岩溶石漠化、地质安全隐患、土地资源损毁、水资源破坏和生态系统受损（退化）等。其中，生态环境问题主要直接表现为土地损毁、植被破坏，进而加剧地区岩溶石漠化和区域生态系统退化，修复区矿山生态环境问题分级为Ⅰ级，应采取生态重建和转型利用的方式进行修复。

4  矿山生态修复参照生态系统

建水县国营水泥厂地处建水县城南郊，周边分布众多耕地，老百姓对耕地的需求十分迫切；该水泥厂同时位于建水县工业集中区，周边分布众多工矿企业，对工业用地的需要也十分迫切。在进行修复方向选择之前，与主管部门和当地人民群众进行了充分调查交流。根据相关技术要求进行了场地修复方向适宜性评价，并结合周边群众和企业对地块的功能需求，确定了修复地类以工业用地、耕地、林地为主，草地为辅，以实现自然资源部政策“鼓励矿山土地综合修复利用”。根据详细调绘周边类似土地类型，形成生态修复参照生态系统作为主要修复设计依据之一。

系统修复成工业用地之前，根据相关政策实行差别化土地供应，与修复后的工业用地使用者进行了充分沟通，如地块平整度、地基承载力、场地防洪等要求，以满足后续高效使用。修复为耕地的地块在具体进行耕地设计之前，对周边耕地种类、走向坡度、几何尺寸、外观形态、土壤厚度和农作物特征等进行了详细调绘与归纳，并以此作为设计参考标准之一，以使得拟设耕地地块与周边耕地环境相协调。修复为林地的地块在具体进行造林作业设计之前，对周围同类型林地生态系统（地类、海拔、气温、降雨及水源、土壤结构和植被类型等）进行了详细调绘，并以此建立参照生态系统，以作为造林作业设计（土壤类型、乔灌草种类、初植株行距和管护制度等）的主要依据。修复为草地的地块，主要调查修复区及其周边草本种类、生长状况、复绿效果等，以作为草本作业设计（土壤类型、覆土厚度、播种草类、播种密度和管护制度等）的主要依据。

5  生态修复政策红利

本项目地质灾害隐患主体为政策性关停的历史遗留矿山，根据自然资源部《自然资源部关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》[6]及云南省自然资源厅文件《云南省自然资源厅关于加快推进历史遗留矿山生态修复工作的通知》[7]，各地区需加快推进历史遗留矿山生态修复工作，而生态修复首要任务是消除地质灾害隐患，且可根据盘活存量废弃矿山建设用地、统筹采取增减挂钩指标流转、实行差别化土地供应等筹集工程经费，故可将单一的地质灾害防治转换为废石矿山生态修复综合治理，以弥补防治资金缺口，并快速有效完成省厅下达的生态修复任务。

6  生态修复研究

6.1  地质灾害防治

根据基于自然的解决方案的修复理念，结合建立的矿山生态修复参照生态系统，进行工程布局及场地分区，总体分为A区、B区、C区3个大区，全区面积299.972亩（1亩约等于667 m2） 。A区修复为耕地，面积90.418亩；B区拟修复为林草地，面积70.909亩；C区拟修复为工矿仓储用地，面积138.645亩。

6.2  耕地质量设计

根据耕地质量控制标准，复垦旱地A区地面设计坡度为1°，坡向与山形及周边耕地协调一致；土壤有效土层厚度设计为50 cm，其中耕作层厚度0.3 m、基质层0.2 m，土壤容重小于等于1.4 g/cm3，土壤质地为砂质壤土至壤质黏土，砾石含量小于等于10%，pH介于5.5～8.0，有机质含量大于等于1%，土壤环境质量符合Ⅱ类土壤环境质量标准；道路工程需满足物资运输及耕作要求；土壤使用商品有机肥进行培肥提升肥力，施用一季，使耕地质量后续达到周边地区同等土地利用类型水平；灌溉能力以基本满足保苗用水为标准；排水基本保证1～3 d暴雨从作物受淹起1～3 d排至田面无积水，不严重淤积、浸泡。

6.3  造林技术路线

根据造林技术相关规程，坡度应分别以平坡、缓坡、斜坡、陡坡、急坡划分小班，并按小班考虑海拔、坡位、坡向、坡度、土层厚度和土壤类型等立地因子，分别种植适宜的乔木、灌木，撒播（塘播）多种优质草籽，沿坡扦插“上攀下垂”的藤本植物，以达到修复区全地块植被绿化修复的效果。

6.4  工业用地设计

C修复区地块适宜修复为工矿仓储用地，具体二级分类为工业用地，面积138.645亩。工业用地主要质量控制设计标准为边坡安全，场地平整度、地基承载力、截排水与防洪等。

6.5  边坡安全防护

C区分布较多不稳定斜坡，应对其进行防治处置，因具备开挖清危进行地貌重塑的良好实施条件，采取坡比为1∶0.75、台高15 m、台宽3 m的清危参数进行边坡分台卸荷。各不稳定斜坡系统进行地貌重塑后，将有效消除不稳定斜坡地质灾害隐患及边坡安全隐患。

6.6  场地平整度

C区地块内部整体呈0～1°分布，走向近北北东，整体面向建水县城，视野比较开阔，且设计平面形态相对方正，比较利于场地后续出租、出售及实际使用。

6.7  地基承载力

C区地形起伏较大，为避免场地向深部开挖，设计在低洼地带回填碎石土以整平场地，并进行初步压实，回填区域地基承载力特征值不得低于200 kPa。

6.8  截排水与防洪

工业用地防洪与截排水措施设计与整个修复区排水系统一并考虑，按20年一遇暴雨强度标准进行排水设计，确保修复区各地块小雨排水顺畅，暴雨排水不淤积。

6.9  土地结构变化分析

修复区设计修复耕地90.418亩，其中由采矿用地转耕地66.432亩，由其他地类转耕地23.986亩；修复设计工业用地138.645亩；修复设计林草地70.909亩，其中林地18.567亩、草地52.342亩。

7  效益分析

7.1  减灾效益

修复工程实施后将有效消除1个崩塌、12个不稳定斜坡及多个坍滑体安全隐患，居民建筑、工业构筑物及其他基建设施将得到有效保护，明显改善流域地质环境和地质稳定。

7.2  生态效益

据测定，1亩森林每天能吸收二氧化碳约67 kg，产生氧气约49 kg；常绿阔叶林、针叶林每年可释放的氧气分别为20～25、30 t/hm2；20 cm厚的表土层被雨水冲刷干净所需要的时间，林地为57.7万a，草坪为3.2万a，耕地为46 a，裸地为13～18 a；0.4 hm2林带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粉尘。因此，修复区新增耕地及林草地对每年吸收二氧化碳和产生氧气、防止表土直接冲刷、吸收粉层等方面作用较大[8-9]。

7.3  社会效益

修复区历史矿业活动破坏了原生地形地貌景观，矿山地质灾害隐患对居民生存环境将造成较大影响，将消除地质灾害带来的严重威胁，化解矿产资源开发与生态环境保护的矛盾，以期再现“山水林田”。

7.4  经济效益

修复工程实施后将新增旱地90.418亩，新增工业用地138.645亩。按国家政策及相关文件，腾退建设用地指标、新增耕地指标流转基准指导价为25万元/亩，由采矿用地修复旱地面积66.432亩，潜在指标经济收益1 660.8万元。非建设用地修复旱地面积23.986亩，根据相关政策指导价为5万元/亩，潜在经济收益119.93万元。修复工业用地面积138.645亩，摸底出售单价为30万元/亩，潜在经济收益4 159.35万元。

因此，整地指标及土地资源潜在经济价值合计约5 940.08万元，十分利于项目实施与推进。其余复垦为林草地的暂时无稳定的市场交易指导价，可使用于林草地“占补平衡”，不可忽视其潜在经济价值。

8  结束语

根据基于自然的解决方案的修复理念，结合建立的矿山生态修复参照生态系统，将矿山地质灾害隐患与生态修复有机结合，提升废弃矿山土地资源利用价值和生态价值，天然弥补地质灾害治理与生态修复资金不足的缺口，实现收支平衡且略有结余，有利于践行“生态发展、绿色优先”新时代生态文明核心思想，有利于项目实施与推进，并为云南省历史遗留矿山生态修复的开展提供参考价值。

参考文献：

[1] 周妍，陈妍，应凌霄，等.山水林田湖草生态保护修复技术框架研究[J].地学前缘（中国地质大学（北京）；北京大学），2021，28（4）：14-24.

[2] 李永洁，王鹏，肖荣波.国土空间生态修复国际经验借鉴与广东省实施路径[J].生态学报，2021，41（19）：7637-7647.

[3] 忻飞，杨棠武，邵一奇，等.基于自然解决方案理念的湿地一体化生态修复：以广西大新黑水河国家湿地公园为例[J].湿地科学与管理，2021，17（4）：28-32.

[4] 于贵瑞，朱剑兴，徐丽，等.中国生态系统碳汇功能提升的技术途径：基于自然解决方案[J].中国科学院院刊，2022，37（4）：490-501.

[5] 刘文平，宋子亮，李岩，等.基于自然的解决方案的流域生态修复路径——以长江经济带为例[J].风景园林，2021，28（12）：23-28.

[6] 自然资源部.自然资源部关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见[Z].2019.

[7] 云南省自然资源厅.云南省自然资源厅关于加快推进历史遗留矿山生态修复工作的通知[Z].2020.

[8] 王芳.城市森林生态效益及环境适宜性研究综述[J].山西农业科学，2007（8）：68-69.

[9] 李明和，钱卫明，闫晓波，等.历史遗留矿山地质灾害隐患防治与生态修复研究——以大理鹤庆马厂片区关停煤矿为例[J].工程技术研究，2022，7（10）：34-36.