趙 滿,嚴(yán) 橋,馮金根,陳 濤,賈洋海

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 311122;2.浙江省華東生態(tài)環(huán)境工程研究院,浙江 杭州 311122)

我國是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用大國,《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告(2023)》顯示,截至2022年底,我國已查明礦產(chǎn)資源有173種,每年礦產(chǎn)資源消耗量在50億t以上[1-2]。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用在推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),因挖、填、壓、占等高強(qiáng)度地表擾動(dòng)重塑礦區(qū)地形,破壞地表植被,引發(fā)水土流失[3],同時(shí)未合理處置的廢水、廢渣等還會(huì)污染地下水和土壤,從而對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成影響[4]。我國自20世紀(jì)50年代便已開展了礦山生態(tài)修復(fù)相關(guān)研究,但受制于當(dāng)時(shí)相關(guān)的法律、規(guī)范、技術(shù)等,礦山生態(tài)修復(fù)率一直低于發(fā)達(dá)國家水平[2]。進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著我國立法系統(tǒng)的不斷完善,特別是黨的十八大召開以來,以習(xí)近平同志為核心的黨中央把生態(tài)環(huán)境保護(hù)提到了前所未有的戰(zhàn)略高度,礦山生態(tài)修復(fù)工作亦成為當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容和學(xué)術(shù)界熱點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

徐俏等[4]研究表明,生態(tài)袋、掛網(wǎng)噴漿植生等技術(shù),因成本高且易受到項(xiàng)目區(qū)水、土等自然條件限制,故在新疆地區(qū)并不適用;沈維明等[5]結(jié)合北京市部分關(guān)停廢棄礦山修復(fù)案例,研究了生態(tài)植被袋及格賓網(wǎng)兩種礦山邊坡關(guān)鍵性生態(tài)修復(fù)技術(shù),認(rèn)為前者可用于土石混合坡面,后者則適用于緩坡、短坡,當(dāng)坡面缺土?xí)r,二者可結(jié)合使用;羅明等[6]從山水林田湖草生命共同體角度出發(fā),對(duì)粵北南嶺山區(qū)典型礦山生態(tài)修復(fù)進(jìn)行研究,研發(fā)出適用于當(dāng)?shù)氐V山廢棄地邊坡的“原狀基質(zhì)改良+直接立體植被配置”修復(fù)模式;魏鵬等[7]通過對(duì)長江流域四川省境內(nèi)千余座歷史遺留礦山開展現(xiàn)場調(diào)研,發(fā)現(xiàn)該區(qū)域礦山邊坡生態(tài)修復(fù)方式主要包括自然修復(fù)、坡腳植被重建、削坡、覆土、掛網(wǎng)噴播、穴植等;趙方瑩等[8]在黃河流域內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗采煤礦區(qū)的研究表明,對(duì)坡度超過25°的坡體實(shí)施削坡、放坡,然后通過實(shí)施水平溝、反向水平條、魚鱗坑等措施,可有效防止水土流失。

西藏地區(qū)位于青藏高原腹地,礦產(chǎn)資源豐富,目前已查明的礦產(chǎn)資源有百余種,其中銅、鉻、硼等礦產(chǎn)在我國占重要地位[9]。但該地區(qū)具有高寒、降水稀少、植被單一等特點(diǎn),自然條件惡劣,屬于我國典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),因此礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)和治理的難度大。同時(shí),因其地理位置的特殊性,故相關(guān)研究開展也較少。鑒于此,本研究以拉薩墨竹工卡縣甲瑪銅多金屬礦為例,探討分析高寒地區(qū)礦山邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù),以期為該地區(qū)后續(xù)類似工作開展提供一定的借鑒和指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 自然地理概況

甲瑪銅多金屬礦項(xiàng)目區(qū)位于西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)青藏高原岡底斯山脈東段,距拉薩市區(qū)68 km、墨竹工卡縣城7 km,地理位置為29°37′49″～29°43′53″N、91°43′06″～91°50′00″E,總占地面積約1 063.26 hm2。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)起伏較大,整體呈中間高、兩側(cè)低的特征,最高點(diǎn)海拔5 735 m,最低點(diǎn)約3 900 m,相對(duì)高差約1 835 m。屬溫帶高原半干旱季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫6.1 ℃,晝夜溫差懸殊,干濕季節(jié)明顯,夏季溫和濕潤,冬季寒冷干燥;年均降水量556.9 mm,6—9月為雨季,降雨集中、多暴雨,且常伴有雷電、冰雹,易引發(fā)短時(shí)山洪、泥石流等自然災(zāi)害;年均水面蒸發(fā)量2 132.0 mm;年均日照時(shí)數(shù)2 813.1 h。土壤類型主要為高山寒漠土、高山草甸土、亞高山草甸土、灌叢草原土等。受冰川作用影響,土壤的形成發(fā)育歷史很短,發(fā)育程度弱,土層淺薄,厚度為10～50 cm,且砂、礫含量高。植被類型主要為高寒灌叢、草甸,具有植被類型貧乏、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn),整體林草覆蓋率約為40%。區(qū)內(nèi)主要河流為甲瑪溝支流塔隆普河和墨竹瑪曲支流斯布普河,兩處河谷均呈V形發(fā)育,基巖裸露,平時(shí)河谷無水,雨季會(huì)形成短暫的洪水。

1.2 礦山建設(shè)概況

甲瑪銅多金屬礦采用露天-地下聯(lián)合開采方式,生產(chǎn)規(guī)模約1 260萬t/a,開采礦種有銅、鉬、鉛、鋅、金、銀等,礦產(chǎn)資源量以銅最多,約740萬t,工程布局包括生活營地、排土場、露天采場、廢石場、選廠、尾礦庫、皮帶走廊、溜礦井、通風(fēng)井、驅(qū)動(dòng)站、破碎站及礦山道路等。

2 礦山主要生態(tài)環(huán)境問題

2.1 地貌景觀破壞及土地資源損毀

結(jié)合相關(guān)資料及現(xiàn)場調(diào)查,項(xiàng)目區(qū)原土地利用類型主要為林地、草地。其中,草地(天然牧草地和其他草地)占地面積為567.89 hm2,林地(灌木林地)占地面積為269.68 hm2。

在開采、運(yùn)輸、加工及辦公生活區(qū)建設(shè)過程中會(huì)壓占、挖損草地和灌木林地,造成山體邊坡大面積裸露,引發(fā)水土流失,損毀土地資源。據(jù)統(tǒng)計(jì),甲瑪銅多金屬礦建設(shè)過程中共損毀土地面積1 063.26 hm2,根據(jù)此項(xiàng)目《地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案》中礦區(qū)土地?fù)p毀程度分級(jí)評(píng)價(jià)方法,將礦區(qū)土地?fù)p毀情況分為輕度、中度和重度3級(jí),其中中度、重度損毀面積占總損毀面積的92.77%,且主要集中在采礦區(qū)、辦公生活區(qū)及道路區(qū)(見表1),其地貌景觀破壞及土地資源損毀實(shí)景見圖1。

圖1 地貌景觀破壞及土地資源損毀實(shí)景

表1 礦區(qū)土地?fù)p毀情況

2.2 邊坡水土流失

項(xiàng)目區(qū)為藏南溫暖半干旱高原寬谷凍融侵蝕、水蝕區(qū),土壤侵蝕以凍融侵蝕和水蝕為主,屬于西藏自治區(qū)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。原地貌遭到破壞后,極易引發(fā)水土流失,且以邊坡部位最為嚴(yán)重,主要體現(xiàn)在礦山挖損邊坡和排土場堆墊邊坡(見圖2)。挖損邊坡表土層淺薄,植被類型貧乏、結(jié)構(gòu)簡單,一旦土壤和植被遭到破壞,短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù),在匯水的影響下邊坡部位極易出現(xiàn)水土流失;堆墊邊坡是由大量棄土、棄渣集中堆置形成的松散、裸露的堆積體,其組成物質(zhì)復(fù)雜、固結(jié)性差,可蝕性較原地貌會(huì)增大數(shù)十倍[10],受當(dāng)?shù)赜昙颈┯晏鞖庥绊?易出現(xiàn)多種類型侵蝕,嚴(yán)重者會(huì)引發(fā)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害。

圖2 項(xiàng)目區(qū)邊坡侵蝕溝實(shí)景

3 礦山邊坡生態(tài)修復(fù)治理方案

現(xiàn)狀條件下礦山需實(shí)施生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的具體內(nèi)容主要包括地貌景觀恢復(fù)與重構(gòu)、植被恢復(fù)和水土流失治理;治理范圍主要包括采礦場、礦區(qū)工業(yè)場地、排土場、尾礦庫、礦山道路、辦公生活區(qū)等,同時(shí)兼顧后續(xù)生產(chǎn)中可能遭受破壞的其他區(qū)域。

3.1 植物種選擇

依據(jù)《西藏植被》中植被分區(qū),項(xiàng)目區(qū)屬雅魯藏布江中游谷地亞高山灌叢草原區(qū),植被垂直地帶性明顯,河谷灌叢草原和高山灌叢草甸植被并行發(fā)育。結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件和項(xiàng)目區(qū)周邊植被分布情況,灌木樹種選沙棘、拉薩小檗等,草種主要選垂穗披堿草、老芒麥、蒿草、黑麥草、高羊茅等。種植時(shí)間宜在每年的5—8月。

3.2 邊坡防護(hù)方案

礦山邊坡按照其擾動(dòng)過程大體可分為開挖邊坡、回填邊坡兩種。根據(jù)立地條件,開挖邊坡可分為土石混合邊坡、巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡3種;回填邊坡可分為土質(zhì)邊坡、土石混合邊坡和溜渣邊坡3種。項(xiàng)目區(qū)屬高寒地區(qū),立地及生境條件差,不太適合直接采用攀緣植物綠化,結(jié)合該區(qū)域其他礦區(qū)生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn),確定采用客土噴播植草、噴混植生、生態(tài)袋擋坎等生態(tài)工程護(hù)坡技術(shù)。

3.2.1 開挖邊坡防護(hù)方案

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)開挖邊坡大部分為土石混合邊坡,少部分為巖質(zhì)邊坡、土質(zhì)邊坡。按照國內(nèi)現(xiàn)有邊坡護(hù)坡經(jīng)驗(yàn),開挖邊坡護(hù)坡一般有兩種途徑:一是在坡腳設(shè)置種植槽或種植穴,并栽植攀緣植物進(jìn)行坡面綠化;二是采用在坡面上固定植生的生態(tài)工程護(hù)坡。巖質(zhì)及土石混合邊坡普遍坡比大于1∶1.2,立地條件較差,采用三維植被網(wǎng)+客土噴播植草護(hù)坡;對(duì)坡度較緩、坡比小于1∶1.2的開挖邊坡,采用客土噴播植草護(hù)坡。為防止土質(zhì)邊坡發(fā)生滑塌,先進(jìn)行削坡處理,而后采用客土噴播植草護(hù)坡(見表2)。其中三維植被網(wǎng)+客土噴播植草主要施工工藝為:先對(duì)坡面進(jìn)行清理,清除危石,坡面整治平順后沿坡面從上至下鋪設(shè)三維植被網(wǎng),并采用U形釘進(jìn)行固定,U形釘入巖深度不小于0.50 m,前后間距約0.50 m、左右間距約0.70 m;然后將含草籽的綠化基材噴播到三維植被網(wǎng)中,基材噴播厚度9～12 cm,基材由過篩腐殖土、黏合劑、草纖維、有機(jī)肥、三元復(fù)合肥、種子等按比例攪拌均勻后制成;噴播后,加蓋無紡布,定期灑水養(yǎng)護(hù)。其典型設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 三維植被網(wǎng)+客土噴播植草護(hù)坡典型設(shè)計(jì)(單位:cm)

表2 開挖邊坡生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

3.2.2 回填邊坡防護(hù)方案

對(duì)于土質(zhì)、土石混合邊坡,若其坡度較緩、坡比小于1∶2,或通過分級(jí)削坡后坡比小于1∶2,采取覆土+撒播灌草種護(hù)坡;若其坡比大于1∶2,采用掛雙層網(wǎng)+噴混植生護(hù)坡。溜渣邊坡坡面大部分松散堆積的土石混合物一般呈自然休止角堆置在下坡面上,對(duì)坡面較陡的普通溜渣區(qū)域,因溜渣體覆蓋層薄,只需對(duì)坡面溜渣進(jìn)行清理,恢復(fù)原狀地貌后,噴混植生護(hù)坡;對(duì)溜渣坡面較緩區(qū)域,因溜渣體堆積層較厚,清理難度大,僅需清理坡面浮石,坡面整治平順后,分級(jí)布設(shè)生態(tài)袋擋坎,噴混植生護(hù)坡?；靥钸吰律鷳B(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)見表3。

表3 回填邊坡生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

1)掛雙層網(wǎng)+噴混植生主要施工工藝為:先對(duì)坡面進(jìn)行清理,清除危石;雙層網(wǎng)采用菱形鐵絲網(wǎng),網(wǎng)孔5 cm×5 cm、絲徑2 mm,包塑鍍鋅,內(nèi)外網(wǎng)采用φ10 mm、φ12 mm錨釘壓網(wǎng),錨釘按照坡面間距2.0 m×2.0 m布置,入巖深度不小于50 cm,使網(wǎng)片緊貼坡面,網(wǎng)片左右搭接寬度不小于10 cm,內(nèi)外網(wǎng)錯(cuò)縫不低于幅寬的1/3;將過篩腐殖土、土壤穩(wěn)定劑、草纖維、有機(jī)肥、專用添加劑、P42.5硅酸鹽水泥(5%～10%)、pH緩沖劑、草種等按比例攪拌均勻后進(jìn)行噴播,噴播厚度為6～10 cm;噴播后,加蓋無紡布,定期灑水養(yǎng)護(hù)。典型設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 掛雙層網(wǎng)+噴混植生護(hù)坡典型設(shè)計(jì)(單位:cm)

2)生態(tài)袋擋坎+噴混植生主要施工工藝為:先對(duì)坡面進(jìn)行清理,清除危石;沿坡面豎向布設(shè)φ20 mm鋼筋(水平間距1.20 m),并用M14膨脹螺栓固定(入巖深度2.0 m、水平間距1.20 m、豎向間距1.20 m),并在鋼筋上綁扎φ10 mm鋼筋鉤爪(豎向間距0.60 m、水平間距1.20 m),用以固定生態(tài)袋;生態(tài)袋內(nèi)裝填摻雜有機(jī)肥的土壤后封口,再采用三維排水聯(lián)結(jié)扣銜接生態(tài)袋;將過篩腐殖土、土壤穩(wěn)定劑、草纖維、有機(jī)肥、專用添加劑、P42.5硅酸鹽水泥(5%～10%)、pH緩沖劑、草種等按比例攪拌均勻后,在生態(tài)袋表面采用液壓噴播,噴播厚度6～10 cm;噴播后,加蓋無紡布,定期灑水養(yǎng)護(hù)。其典型設(shè)計(jì)見圖5。

圖5 生態(tài)袋擋坎+噴混植生護(hù)坡典型設(shè)計(jì)(單位:cm)

4 水土保持效益分析

水土保持效益主要通過植被措施實(shí)施前、后的土壤侵蝕量變化來進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算公式為

Q=V1×S1+V2×S2+…+Vn×Sn

(1)

式中:Q為植被土壤保持量,單位t/a;V1,V2,…,Vn為不同類型植被的覆蓋面積,單位hm2;S1,S2,…,Sn為不同類型植被的單位土壤保持量,單位t/(hm2·a)。

本項(xiàng)目礦山邊坡綠化修復(fù)時(shí),采用的植被類型主要為灌木、草,其單位土壤保持量分別取4.83、2.96 t/(hm2·a)[11-12],經(jīng)計(jì)算,在植被措施完全發(fā)揮作用的情況下,項(xiàng)目區(qū)礦山邊坡可減少土壤侵蝕量約1 392 t/a。

5 結(jié)束語

拉薩墨竹工卡縣甲瑪銅多金屬礦項(xiàng)目區(qū)自然條件惡劣,生態(tài)環(huán)境脆弱,礦山開采易引發(fā)地貌景觀破壞、土地資源損毀和水土流失等諸多問題,生態(tài)修復(fù)難度較大。因地制宜地設(shè)計(jì)修復(fù)治理方案,建立礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理管理機(jī)制,可最大限度地減輕礦山開采對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響,對(duì)促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。