济南市钢城区某废弃矿山生态修复治理研究

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  摘 要:为了探索废弃矿山生态修复治理新思路,以山东省济南市钢城区某矿山为研究对象,采取现场调查、测绘及物探勘查等手段,查清了废弃矿山环境现状及问题。结果表明,矿山环境问题突出,主要表现在地质灾害隐患较重,土地资源损毁和地形地貌景观破坏严重等。针对存在问题,制定了有针对性的生态修复措施,治理后水土流失和扬尘面积减少45939m2,植树5882株,遮蔽裸岩面积8876m2,取得了明显的社会效益、环境效益及经济效益。研究成果可以为开展同类型废弃矿山生态环境修复治理提供实践案例。
  关键词:生态修复;废弃矿山;综合治理
  中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2021)10-0139-04
  Study on the Ecological Restoration of an Abandoned Mine in Gangcheng District of Jinan City
  CHENG Suzhen1 et al.
  (1Beijing Institute of Geology, Beijing 100120, China)
  Abstract: In order to explore the new ideas of ecological restoration and treatment of abandoned mines, taking a mine in Gangcheng District, Jinan City, Shandong Province as an example, the environmental problems of abandoned mines were investigated by means of field investigation, mapping and geophysical exploration. The research shows that the environmental problems of the current mine are prominent, which are mainly manifested in the serious hidden danger of geological disasters, the serious damage of land resources and topography. In view of the current situation, the targeted ecological restoration measures have been formulated. After the control, the area of soil erosion and dust has been reduced by 45939m2, 5882 trees have been planted, and the covered bare rock area is 8876m2, which can achieve obvious social, environmental and economic benefits. The research results can provide practical case reference for carrying out ecological environment restoration and treatment of the same type of abandoned mines.
  Key words: Ecological restoration; Abandoned mine; Comprehensive treatment
  廢弃矿山生态环境脆弱,环境承载力有限[1],对废弃矿山的修复是践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要举措。近年来,地方政府把矿山生态环境修复任务提到了前所未有的高度[2],对修复治理措施及治理效果也提出了更高的要求。针对矿山生态修复治理的新理念、新技术、新方法层出不穷。例如,王亨力等提出了在矿山地质环境影响评价基础上分区开展生态修复治理的理念[3];罗明等对矿山生态修复技术和修复后综合效益预评估理论进行了研究[4];王雁林等、张先昂对修复模式进行了探索性研究[5-6];黄祺、兰俊斌分别对矿山生态修复中的绿化措施开展了深入研究。但这些理论、方法、模式等方面的研究尚未形成统一的认识,具有显著的区域性特征。
  为此,笔者以钢城区某废弃矿山为研究对象,针对环境现状及问题提出了有针对性的治理措施,研究成果可为矿山环境治理提供实践案例参考。
  1 研究区概况
  研究区位于莱城东南10km、钢城区西北20km处,现属于颜庄镇管辖。地处山区丘陵,属剥蚀丘陵地貌,主要为低山及沟谷,是一处废弃多年石材、石料开采场,南北长936m,东西宽79~192m,扰动面积118537m2,最高点海拔329.58m,最低点海拔256.00m,开采扰动区标高256~329m,采石场距离京沪高速直线距离3km。山体为原始山坡,自然坡度10°~25°。山坡坡角处生长少量人工种植杨树,树龄5~10年,胸径10~30cm,在树下、低洼、石缝处生长荆棘、酸枣类灌木及黄草、莸草、蒿草、刺猬皮、鬼见愁、黄茅草等杂草。原状土壤类型主要为褐土,包括山地粗骨褐土和普通褐土,土壤厚度较薄,仅存在于未被破坏的山体基岩表面低洼处,一般为0.1~0.5m,分布不连续。出露地层主要为奥陶系碳酸盐岩,岩性主要为灰—深灰色厚层泥晶—细晶灰岩夹白云质灰岩,地层产状倾向22°,倾角∠21°。年平均气温13.6℃,年平均降水量708mm。
  2 地质环境现状
  多年无序开采,研究区原始地形地貌遭到严重破坏,现场形成了10处采坑和17处裸露岩壁(图1)。   2.1 采坑 采坑共10处,编号分别为CK01~CK10。(1)CK01采坑呈长条形,范围长约277m,宽约43m,占地面积10293.2m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约5493.2m3。(2)CK02采坑呈馒头形,范围长约117m,宽约14~30m,占地面积1680.9m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约330m3。(3)CK03采坑近似长方形,范围长约253m,宽约63.6m,占地面积16797m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约5039m3。(4)CK04采坑近似长方形,范围长约37.8m,宽约15.9m,占地面积483.9m2。采坑内堆积废渣以表层剥离粘土为主,总方量约110m3。(5)CK05采坑为长条状,范围长约132.6m,宽约16.2m,占地面积2298.3m2。采坑内堆积废渣以碎石土、粘土为主,碎石尺寸约0.2~1m,粘土为采矿时剥离粘土,总方量约616.3m3。(6)CK06采坑近似長方形,范围长约55.8m,宽约33.9m,占地面积1720.7m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约439.3m3。(7)CK07采坑近似半椭圆状,范围长约47.3m,宽约32.4m,占地面积1208m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约1073.8m3。(8)CK08采坑呈长条状,范围长约143.4m,宽约27m,占地面积3638m2。采坑内堆积废渣以碎石土、剥离表层粘土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约273.9m3。(9)CK09采坑呈长条状,范围长约179.6m,宽约21.8m,占地面积4316.2m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约348.1m3。(10)CK10采坑呈鲸鱼型,范围长约163m,宽约44.1m,占地面积6859m2。采坑内堆积废渣以碎石土为主,碎石尺寸约0.2~1m,总方量约3916.3m3。
  2.2 裸露岩壁 裸露岩壁共17处,编号分别为LY01~LY17。岩性均为中厚层奥陶系灰岩。(1)LY01裸露岩壁面长度约171m,高5~16m,表面积约2470m2,坡面走向193°,产状为60°∠9°,松散浮石总方量约350m3。(2)LY02裸露岩壁面长度约340m,高10~30m,表面积约7152m2,陡立面走向173°,岩层产状为60°∠9°,坡脚及坡顶凹陷处堆积残留碎石,总方量约950m3。(3)LY03裸露岩壁面长度约337.8m,高10~30m,表面积约6882m2,陡崖走向233°,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约610m3。(4)LY04裸露岩壁面长度约23.8m,高2~5m,表面积约72m2,陡崖走向218°,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约15m3。(5)LY05裸露岩壁面长度约135m,高3~6m,表面积约732m2,陡崖走向153°,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约120m3。(6)LY06裸露岩壁面长度约94.5m,高5~10m,表面积约809m2,陡崖呈半圆形,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约30m3。(7)LY07裸露岩壁面长度约23.8m,高4~6m,表面积约133m2,陡崖走向139°,岩层产状为60°∠9°,坡面比较完整,仅有少量浮石。(8)LY08裸露岩壁面长度约47.4m,高4~6m,表面积约226m2,陡崖走向132°,岩层产状为60°∠9°,坡底堆放有碎石,总方量约70m3。(9)LY09裸露岩壁面长度约32m,高3~5m,表面积约130m2,陡崖走向151°,岩层产状为60°∠9°,坡底堆放有少量碎石,总方量约18m3。(10)LY10裸露岩壁面长度约26m,高2~4m,表面积约68m2,陡崖走向160°,岩层产状为60°∠9°,坡底堆放有部分碎石,总方量约20m3。(11)LY11裸露岩壁面长度约96m,高8~11m,表面积约965.5m2,陡崖呈半圆状,岩层产状为60°∠9°,坡面较为完整。(12)LY12裸露岩壁面长度约161m,高4~10m,表面积约1192m2,陡崖走向96°,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约20m3。(13)LY13裸露岩壁面长度约205.6m,高4~21m,表面积约2763.6m2,陡崖走向146°,岩层产状为60°∠9°,坡面较为完整,岩石稳定。(14)LY14裸露岩壁面长度约26.6m,高2~3m,表面积约67.3m2,岩层产状为60°∠9°,松散浮石总方量约40m3。(15)LY15裸露岩壁面长度约135m,高4~7m,表面积约702.8m2,陡崖走向118°-42°,岩层产状为60°∠9°,坡面较为完整、光滑,岩石稳定。(16)LY16裸露岩壁面长度约75.4m,高2~4m,表面积约260.4m2,陡崖呈椭圆状延伸,岩层产状为60°∠9°,坡面完整,岩石完整。(17)LY17裸露岩壁面长度约51.6m,高3~5.5m,表面积约185.7m2,陡崖走向135°,岩层产状为60°∠9°,坡面完整、光滑。
  3 治理原则
  以解决现有环境问题、提高研究区地质环境质量为目标,应坚持以下治理原则:
  3.1 安全性 确保治理措施不诱发新的地质灾害、地质环境问题,充分考虑附近村民安全,充分考虑敏感环境目标保护,确保治理过程中的安全。
  3.2 环境协调 所采取治理措施要不破坏周边自然环境,确保整体自然环境的整体和谐。宜林则林、宜地则地、宜草则草,坚持以抗逆性强的野生灌草和乡土树种为主。
  3.3 经济合理 治理措施本着适量、适度的原则,地形整治应随坡就势、因地制宜进行,最大限度地减少土方工程量,节约资源,节省资金。
  3.4 因地制宜 根据研究区所处地理位置及区域规划要求,合理确定地质环境治理工程措施,因地制宜,注重实效,进一步推进当地经济的可持续发展。   3.5 可持续发展 充分考虑政府区域规划和中长期规划,为以后的发展留有机会,同时考虑治理措施的可行性、经济合理性。
  4 治理措施
  为了防止水土流失、减少视觉污染以及生态恢复绿化的需要,选取的治理措施主要有场地平整、浮石清理、残山清除、续坡工程、挡墙工程和绿化工程(图2)。
  4.1 场地平整 研究区内由于露天开采,局部开采平台上堆积废弃矿渣堆。根据原有渣堆堆积平台的标高,采取高挖低填、削除矿渣堆的方式进行清理,整平顺序为先进行筛选,然后将碎石铺在底部,上部覆筛选后的粘土,治理后的渣堆坡度一般不超过15°。经过整治措施后,平整总面积为39905m2。挖填方量根据剖面法进行计算,结合勘察工作统计现场实际渣堆方量,共计挖方量21604m3,填方量7476m3。
  4.2 浮石清理 研究区危岩体主要位于陡立开采面中上部区域,针对该类危岩体设计进行坡面堆渣、浮石清理,消除安全隐患,清理下来的堆渣可以回填于坡脚护坎之后,用于地形整治和绿化。浮石清理采用人工配合机械方式。需要进行危岩清理开采立面共计16个,浮石清理方量依據现场勘察实际统计数据,清除总方量共计1736m3。
  4.3 残山清除 部分平台内,遗留破损废弃的山包,兀立于开采平台内,部分山包受开采影响极度破碎,顶部岩石已成危岩,为保证施工安全和治理后林间作业的安全,采用机械破碎等措施对研究区内残余山包进行处理,确定岩壁无危岩体后,方可进行土石方平整工程。控制破碎产生渣石5533m3,直接送入开采平台较低洼处进行采坑回填。
  4.4 续坡工程 研究区裸露岩壁卸载清除后,渣石就地堆放于立面陡崖之下用于续坡回填材料,坡底5m范围内续坡坡度30°以下即可,防止渣石产生滑塌;续坡坡底尽量连续为规则直线或曲线,便于挡土墙修建美观、整齐。底部渣石压实系数不低于0.9,上部覆盖种植土厚度不低于0.8m。经计算,续坡面积8613㎡,共需填方量29841m3。
  4.5 挡墙工程 研究区内裸露岩壁,采用渣堆回填续坡方式,整治后总体坡度控制在45°以内。由于重塑均由浮渣整治而成,为保证浮渣的稳定性,防止雨季松散堆渣的流失,同时营造一个良好的植被生长环境,每级台阶前缘设置挡墙护坎。挡土墙坐落在完整基岩之上或进行地基处理(对于地基土不稳定的区域,设置0.3m厚埋深基础)。挡土墙采用块石强度不低于MU30,挡土墙表面用1∶2.5砂浆勾缝,顶部用厚50mm的C20混凝土压顶。每隔3m设泄水孔,泄水孔坡度为5%,直径为φ100mm,材料为PVC管。每隔15m设置变形缝,缝宽10mm,利用沥青木丝板嵌缝,充填厚度不小于150mm。当基础为岩石时,清理到基岩即可,由于地势起伏,施工时可按实际情况确定具体高度和埋深,挡土墙基本参数应尽量保持一致。共布设挡墙6道,总长度1586m。经核算,削坡、平台清理产生渣土全部用于续坡。挖方产生渣石土满足回填需求,但因绿化工程要求,需要外运和购置种植土6775m3。
  4.6 绿化工程 植被恢复区绿化工程:经地形整治后共形成10个平台,6个斜坡。适当种植适合本土的乔木;裸露的原状岩面通过种植两排毛白杨进行遮挡。为了与周围山体植被相协调和遮挡裸露岩壁,选用的树种为侧柏和毛白杨。为了提高对裸岩壁的遮挡绿化效果,在部分高陡边坡坡脚设挡墙,并在挡墙背面续坡后覆客土0.8m。斜坡上靠近岩壁侧种植2排毛白杨,株距3m,采用梅花桩方式排布,树穴尺寸为长×宽×深为0.8m×0.8m×0.8m。选取毛白杨树高4m,胸径6cm,冠幅2.5m的大苗,裸根,并在靠岩壁的一侧树木之间种植1排3年生五叶地锦,间距0.5m。斜坡上靠近挡墙处种植侧柏树穴尺寸为长×宽×深为0.8m×0.8m×0.8m。选取的侧柏树高1.2m,冠幅30cm,带土球苗木,株距为2m×2m。研究区内斜坡、平台区内共需种植侧柏635株,毛白杨730株,五叶地锦2142株。
  5 效益分析
  实施治理措施后,能新增研究区内的林草地,有效提高土地资源的利用价值;生物措施与工程措施相结合,能改善矿区因采矿遗留的裸露矿山、植被破坏、环境恶化的问题,使其成为绿色矿区,达到净化空气、有效改善当地居民的人居环境的目的。治理后水土流失面积、扬尘面积减少45939m2,植树5882株,遮蔽裸岩面积8876m2,极大地解决了研究区内的水土流失、扬尘等问题,美化了环境,净化了空气,消除参差斑驳的视觉污染。在实施过程中,可以为当地居民提供临时就业岗位,增加临时就业居民的经济收入。
  6 结论
  (1)研究区现状生态环境问题突出,分布有10处采坑和17处裸露岩壁。选取工程治理与绿化相结合的治理措施,经整治后,平整总面积39905m2,挖方量21604m3,填方量7476m3,种植侧柏635株,毛白杨730株,五叶地锦2142株。
  (2)治理后,水土流失及扬尘面积减少45939m2,通过植树,遮蔽裸岩面积8876m2,极大地解决了研究区内的水土流失、扬尘等问题,美化了环境,净化了空气。
  参考文献
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  (责编:张宏民)
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