栗豫豐，劉興德

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059；2.核工業(yè)二八〇研究所，四川廣漢 618300）

由于早期礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)監(jiān)督管理機(jī)制不健全，普遍存在重開(kāi)發(fā)、輕治理，注重經(jīng)濟(jì)效益、忽視生態(tài)效益的思想。曾經(jīng)大規(guī)模的開(kāi)采活動(dòng)造成了很多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和生活環(huán)境。筆者以北京市房山區(qū)葫蘆棚地區(qū)廢棄礦山恢復(fù)治理工程為例，分析研究其治理模式及相關(guān)效益。

1 治理區(qū)基本情況

1.1 地形地貌

周口店鎮(zhèn)地處太行山系東南麓，地勢(shì)西高東低，境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，山體走向?yàn)闁|北-西南。治理區(qū)地勢(shì)起伏較大，其海拔高度400m～825m，總地勢(shì)為東北高、西南低，地形坡度約30°～50°。山坡地表多被第四系殘、坡積地層覆蓋，覆蓋厚度在0.1m～1.8m，治理區(qū)溝道中堆積有大量石灰石棄渣及煤矸石堆，堆積厚度1m～25m。由于石灰石礦和煤礦開(kāi)采，治理區(qū)內(nèi)形成了規(guī)模不等的巖體陡壁和廢渣石坡，使部分地區(qū)原始地形地貌發(fā)生了很大變化。

1.2 水文條件

區(qū)內(nèi)溝道坡面第四系覆蓋厚度較薄，第四系孔隙水含量極低，地下水類(lèi)型主要為基巖裂隙水，地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水垂直入滲補(bǔ)給及周?chē)鷰r層裂隙水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為地表水的入滲補(bǔ)給，區(qū)內(nèi)地下水流向總體由西向東流動(dòng)。由于第四系結(jié)構(gòu)松散，厚度較薄，不含水，而殘坡積層富水性差，對(duì)治理工程施工影響小。

1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)內(nèi)地層分布情況，以及巖土工程地質(zhì)特征等因素，可劃分為兩個(gè)工程地質(zhì)巖組，即基巖類(lèi)和松散巖類(lèi)?；鶐r類(lèi)：在區(qū)內(nèi)分布范圍較大，以寒武、奧陶系灰?guī)r和石炭系煤層、砂巖為主，巖石承載力高。松散巖類(lèi)：在區(qū)內(nèi)廣泛分布，以第四系崩積物、殘坡積土、沖洪積及人工堆積土為主，地基承載力低。

第四系殘坡積土主要分布在區(qū)內(nèi)山體、溝谷斜坡地帶的表層，為巖體風(fēng)化殘積、坡積碎石土，結(jié)構(gòu)松散～稍密，透水性強(qiáng)、穩(wěn)定性差，抗剪強(qiáng)度較低，土體中含有基巖風(fēng)化產(chǎn)物，粒徑0.1cm～0.3cm，土層較薄，厚約0.1m～1.8m，土體物理力學(xué)性能較差。人工堆積物：主要為礦山開(kāi)采遺留的渣石及修建道路開(kāi)挖坡腳堆積的土石混合物質(zhì)，揭露厚度不均勻，最大厚度大于20m，粒徑大小不均，一般為0.1m～0.7m，沿坡隨意堆積，局部區(qū)域渣堆由于堆積坡度較大，結(jié)構(gòu)松散［1］。

2 地質(zhì)災(zāi)害隱患及環(huán)境破壞問(wèn)題

2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患

由于石灰石及煤礦長(zhǎng)期開(kāi)采，治理區(qū)內(nèi)原有的自然地形地貌破壞嚴(yán)重，掌子面基巖裸露，坡面陡傾，松動(dòng)危巖塊零星分布其間。修建運(yùn)輸?shù)缆范纬傻倪吰麻L(zhǎng)期裸露，基巖呈強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)坡面破碎，植物無(wú)生長(zhǎng)條件，與周?chē)襟w形成了強(qiáng)烈反差，地形地貌遭到破壞。

不穩(wěn)定邊坡主要位于道路以上廢棄渣石大量堆積區(qū)見(jiàn)圖1，由于渣土堆積體厚度大，坡度陡，頂?shù)赘卟畲?，堆積物為廢棄渣石，塊石大小不一，且成分單一，固結(jié)較差，堆積體結(jié)構(gòu)較為松散，在流水沖刷作用下中上部凸起部位塊石、渣堆易產(chǎn)生滑塌滾落，對(duì)坡腳下村莊及道路交通造成安全隱患。

崩塌隱患區(qū)，緊鄰坡腳道路沿線，灰?guī)r開(kāi)挖形成高陡邊坡。經(jīng)調(diào)查，坡體小構(gòu)造及巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多組結(jié)構(gòu)面將坡面切割成塊狀或碎裂狀，同時(shí)，受爆破開(kāi)挖擾動(dòng)，邊坡坡面分布較多的松動(dòng)碎塊石，在自重及外界因素影響下容易發(fā)生崩落掉塊。

圖1 采礦形成的廢棄渣坡Fig.1 Abandoned slags formed by mining.

2.2 環(huán)境破壞

治理區(qū)內(nèi)開(kāi)采平臺(tái)坡腳及溝谷間有大量的廢棄渣石、煤矸石堆積，未經(jīng)壓實(shí)處理的渣石在大風(fēng)天氣下形成大量揚(yáng)塵，污染大氣。堆積的礦渣掩埋了原生植被資源，造成大面積植物死亡；礦山道路的修建開(kāi)挖自然邊坡，使道路一側(cè)邊坡巖石裸露，植被無(wú)法自然修復(fù)而死亡，嚴(yán)重破壞了治理區(qū)內(nèi)原有的植被。

3 治理模式選擇

在礦山環(huán)境恢復(fù)治理中應(yīng)秉承科學(xué)治理的原則，治理模式應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：①以人為本的原則，環(huán)境恢復(fù)治理的目的在于保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，在治理過(guò)程中著重研究地質(zhì)災(zāi)害隱患大的區(qū)域，防止人身或者財(cái)產(chǎn)遭到傷害；②因地制宜原則，不同的礦山存在不同的環(huán)境破壞問(wèn)題及特征，在研究治理模式時(shí)應(yīng)根據(jù)其自身特點(diǎn)以及區(qū)域環(huán)境特征選擇適宜的方案；③科學(xué)規(guī)劃原則，廢棄礦山的治理還應(yīng)著眼未來(lái)，盡量符合該地區(qū)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)；④節(jié)約原則，盡量減少資金的投入來(lái)獲取最大的效益。通過(guò)以上原則結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)際，決定采用災(zāi)害整治型與生態(tài)復(fù)綠型相結(jié)合的治理模式。

4 災(zāi)害整治型治理模式

該種模式以區(qū)內(nèi)自然地形標(biāo)高為準(zhǔn)，采用機(jī)械挖除等方法，將陡坡所堆積的廢礦渣機(jī)械挖運(yùn)移至低洼處，分層碾壓形成可利用的平臺(tái)或緩坡，平臺(tái)與周邊自然溝谷及平臺(tái)之間削坡形成連接斜坡，減緩坡度消除陡坡上塌方崩塌等地災(zāi)隱患，最終適合覆土，植草種樹(shù)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害治理工程為：渣坡整治工程、裸露基巖邊坡整治及擋墻工程三種［2］。

4.1 渣坡整治工程

針對(duì)溝谷間陡坡上堆積的渣堆，首先根據(jù)自然地形及渣堆分布情況進(jìn)行就地平整，對(duì)于堆積于溝渠、道路附近高陡渣堆采取削坡減緩坡面的措施，通過(guò)該措施降低渣坡坡度，提高穩(wěn)定性，降低不穩(wěn)定邊坡滑塌的可能，達(dá)到綠化用地基本標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)圖2。

圖2 代表性地段工程布置剖面圖Fig.2 Representative engineering layout profile

4.2 裸露基巖邊坡整治

區(qū)內(nèi)裸露的巖質(zhì)邊坡，均為開(kāi)采礦石及修建道路所形成。局部坡面風(fēng)化嚴(yán)重，松動(dòng)危巖塊零星分布，對(duì)行人存在一定的安全隱患。針對(duì)該類(lèi)型隱患，選擇進(jìn)行局部坡面清理后，在坡腳處修砌種植槽，種植爬山虎進(jìn)行綠化覆蓋，增加巖層面穩(wěn)定性。

4.3 擋墻工程

治理區(qū)內(nèi)分級(jí)平臺(tái)高差較大且不具備放坡條件的區(qū)域，在坡腳修筑壓腳擋墻對(duì)邊坡進(jìn)行加固，確保斜坡穩(wěn)定性并且滿足斜坡綠化要求。

5 生態(tài)復(fù)綠型治理模式

生態(tài)復(fù)綠技術(shù)是以景觀生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，在穩(wěn)定邊坡上重新建立利于植物生長(zhǎng)的土層和小環(huán)境，科學(xué)地選擇植物，使坡面形成一道以植物根莖交織的保護(hù)網(wǎng)，起到護(hù)坡作用［3］。

5.1 綠化植物的選定

根據(jù)區(qū)內(nèi)的自然條件，應(yīng)選擇適應(yīng)性強(qiáng)、耐旱、生長(zhǎng)速度快，根系發(fā)達(dá)的樹(shù)種，以便養(yǎng)護(hù)容易成活率高。通過(guò)研究選擇側(cè)柏為主要種植樹(shù)種，在局部種土層覆蓋層較薄不宜種植樹(shù)木的地方，采用播撒草籽的綠化措施。

5.2 綠地整治工程

在地形破碎、集流線、侵蝕溝和土層薄的地段，修建種植魚(yú)鱗坑的辦法來(lái)分散攔截坡面徑流，以提高坡面雨水的利用率，然后進(jìn)行樹(shù)苗種植、播撒草籽見(jiàn)圖3。此次共計(jì)種植側(cè)柏15258株、植草12470m2。

圖3 治理后效果圖Fig.3 Effect after governance

6 治理工程預(yù)期效益分析

6.1 直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

側(cè)柏生長(zhǎng)20年后，存活率預(yù)計(jì)85%，按照現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)，樹(shù)齡20年的側(cè)柏市場(chǎng)均價(jià)為500一株：則15258株側(cè)柏直接經(jīng)濟(jì)效益為648.45萬(wàn)元。

6.2 固定CO2及釋放O2的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)北京城市園林綠化生態(tài)的研究［4］，先計(jì)算出區(qū)內(nèi)年固定CO2及釋放O2總量為：吸收CO2：8729.29噸，釋放O2：7817.70噸，見(jiàn)表1。

表1 年固定CO2及釋放O2總量計(jì)算表Tab.1 Calculation table of total amount of fixed CO2and released O2

在當(dāng)前國(guó)際上，主要采用碳稅法和造林成本法評(píng)價(jià)CO2經(jīng)濟(jì)價(jià)值。碳稅法是有關(guān)部門(mén)為了盡量減少向大氣中排放CO2而征收的稅費(fèi)，按照征稅的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算森林固定CO2的價(jià)值，目前國(guó)際上瑞典的碳稅率150美元/噸，得到普遍認(rèn)同。造林成本法把森林看成是固定二氧化碳的一種手段，依據(jù)所造林吸收大氣中的CO2的數(shù)量與造林的費(fèi)用之間的關(guān)系來(lái)推算森林固定CO2的價(jià)值，我國(guó)造林固碳成本大約為272.65元/噸［5］。以我國(guó)的造林成本272.65元/噸，和瑞典碳稅標(biāo)準(zhǔn)150美元/噸（1美元＝6.38人民幣元）的平均值614.85元/噸作為計(jì)算參數(shù)，年固定CO2的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值為536.70萬(wàn)元。釋放氧氣價(jià)值采用工業(yè)制氧平均成本1000元/噸估算為年781.77萬(wàn)元。

7 結(jié)論

治理區(qū)通過(guò)采用災(zāi)害整治型與生態(tài)復(fù)綠型廢棄礦山治理模式相結(jié)合的方式，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。有效的改善了因采礦而遭破壞的生態(tài)環(huán)境，既消除了地質(zhì)災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)卮迕裨斐傻陌踩[患，為當(dāng)?shù)貛?lái)了經(jīng)濟(jì)效益，又減少了廢棄渣石等固體廢物對(duì)北京造成的揚(yáng)塵污染。

治理區(qū)生態(tài)系統(tǒng)將逐漸恢復(fù)涵養(yǎng)水源、保持水土等功能，并將創(chuàng)造出一個(gè)綠樹(shù)成蔭、環(huán)境優(yōu)美、空氣清新的斬新的礦區(qū)環(huán)境，為人們提供更為舒適的生活環(huán)境和生存空間。此類(lèi)綜合治理模式的成功實(shí)施，可為以后有類(lèi)似環(huán)境破壞問(wèn)題的礦山治理提供參考。