大紅山鐵礦土地復墾規(guī)劃及恢復研究

孫明書, 李 俊*, 肖 斌, 覃龍江

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明 650092；2.玉溪大紅山礦業(yè)有限公司，云南玉溪 653405)

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大紅山鐵礦土地復墾規(guī)劃及恢復研究

孫明書1, 李 俊1*, 肖 斌1, 覃龍江2

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，云南昆明 650092；2.玉溪大紅山礦業(yè)有限公司，云南玉溪 653405)

礦山土地復墾是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及環(huán)境科學、工程地質(zhì)學、水文地質(zhì)學、礦山環(huán)境地質(zhì)學以及國家相關(guān)的法律、法規(guī)、政策等。近年來由于礦山過度開發(fā)對礦區(qū)土地及生態(tài)環(huán)境造成了極為嚴重的破壞，土地復墾是對礦山環(huán)境恢復達到可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。通過對大紅山土地復墾規(guī)劃的研究，設(shè)計相應的治理措施恢復礦區(qū)環(huán)境，能獲取一定的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益，達到建設(shè)綠色礦山的目標。

大紅山鐵礦；土地復墾；復墾規(guī)劃；生態(tài)恢復

昆明鋼鐵總公司大紅山鐵礦是昆明鋼鐵總公司的主要鐵礦石基地，位于云南省新平縣戛灑鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計采選規(guī)模為400萬t/a，服務(wù)年限為50年。該區(qū)鐵礦石開采主要有兩大采區(qū): 淺部熔巖礦露采區(qū)和深部礦體的地下采區(qū)。前者主要是哈姆白祖熔巖鐵礦，礦體主要為低品位礦，呈層狀產(chǎn)出，層位穩(wěn)定，連續(xù)性較好，以露天開采為主; 后者主要為礦區(qū)內(nèi)兩大斷裂F1和F2所夾持的深部鐵礦，礦體主要為富礦和部分貧礦，基本順紅山組地層產(chǎn)出，主要采用地下高分段無底柱分段崩落法[1-3]。

采礦過程中排出的廢石堆放于硝水箐南部廢石場，經(jīng)溶出試驗證明，廢石為無毒、無腐蝕性的固體物質(zhì)[4]。但廢石的堆放不僅對礦區(qū)的地表景觀和土壤結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，對礦山生態(tài)環(huán)境及生活生產(chǎn)有嚴重威脅，并且在礦區(qū)產(chǎn)生了嚴重的地質(zhì)災害現(xiàn)象，極大地限制了大紅山鐵礦的發(fā)展。

1 礦區(qū)環(huán)境概況

1.1 地形地貌特征 大紅山礦區(qū)屬侵蝕成因的中低山地貌，地形標高600～1 850 m，切割深，起伏大，溝谷發(fā)育，由戛灑江邊往東地勢逐漸升高；由于新構(gòu)造運動的間歇性抬升，層狀地形發(fā)育，有多級剝削蝕面；具有山高、谷深、頂平、坡陡的地形特點，地形坡度變化大，一般坡度為30～40°，山頂和階梯狀緩坡為5～20°。

廢石場各平臺已基本成型，硝水箐最低攔渣壩頂海拔為840 m，最高為1 140平臺；南部廢石場最低為攔渣壩底，海拔為777.5 m，最高為1 180 m平臺。廢石場目前除1 140 m平臺和1 110 m平臺之間的邊坡廢石粒徑較小外，其他平臺之間的邊坡廢石粒徑均較大。

1.2 自然條件概況 大紅山礦區(qū)屬中亞熱帶季風氣候。夏秋炎熱多雨，冬春溫和干燥，地形溫差顯著。年平均氣溫22.6 ℃，年平均降雨量940.6 mm，降雨集中于6～9月，多以陣雨、暴雨形式降落，平均蒸發(fā)量1 270 mm，3～5月最大，占全年蒸發(fā)量的40%，12月最小，僅占5%，礦區(qū)風向以西及西南風為主，年平均風速0.9 m/s。

大紅山鐵礦地處戛灑江河谷以東的戛灑江流域內(nèi)，屬紅河水系元江的上游區(qū)。紅河水系自雙柏縣入境，上段稱石羊江，下段稱漠沙江，流經(jīng)縣境100多千米，進入元江縣境。戛灑江是新平縣的一條主要河流，自北而南，斜貫新平全境，支流很多，有曼崗河、肥味河、老廠河從礦區(qū)流過，三河控制流域面積為333 km2，匯合為混龍河后，在礦區(qū)西南約9 km處注入戛灑江。戛灑江最枯流量為9.13 m3/s，最大流量1 740 m3/s。

廢石場上部有兩條箐溝，溝內(nèi)有季節(jié)性來水，上游來水通過已建排水溝排入下游溝道，區(qū)域內(nèi)排水條件較好。廢石場區(qū)內(nèi)地帶性土壤主要為赤紅壤。成土母巖以砂巖為主，土壤主要發(fā)育于第四系沖洪積層，以亞粘土類碎石，碎石土為主。碎石為風化砂泥巖，碎石粒徑由上往下變粗，硬塑至硬可塑，基巖為上三迭干海子組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、細砂巖、含礫砂巖。

2 復墾土地規(guī)劃

2.1 復墾土地范圍 復墾區(qū)面積為廢石場占地面積，即83.11 hm2。廢石場內(nèi)部交通道路的建設(shè)雖然損毀了部分土地，但廢石場在堆排結(jié)束后，將保留原交通道路及管理通道，累積面積為6.61 hm2。因此，復墾責任范圍為復墾區(qū)扣除廢石場內(nèi)部道路面積，即76.50 hm2。區(qū)內(nèi)復墾土地主要為有林地、灌木林地和其他林地以及草地。

2.2 待復墾土地適宜性評價 廢石場內(nèi)土地均為待復墾土地，土地大多數(shù)地形尚未成型，不具備任何生產(chǎn)力。根據(jù)資料收集、現(xiàn)場調(diào)查情況，參照土地適宜性評價體系，得出廢石場土地適宜性等級如表1。

表1 項目土地復墾宜農(nóng)宜林適宜性評價

注：數(shù)字代表等級，“不”代表不適宜，“1/2”表示1等或2等，“-”表示無關(guān)。

根據(jù)土地適宜性等級，綜合廢石場周邊地類情況，確定復墾方向。廢石場堆棄形成的平臺雖然平坦，但堆棄物屬松散體，除1 160、1 050和1 020 m 3處較大的平臺臺面較寬外，其他平臺臺面均較窄，因此較寬的3個平臺考慮復墾為有苗圃基地，其他較窄的平臺復墾為林地；廢石場堆棄形成的邊坡坡度較小，但堆棄物屬松散體，不易栽植喬木，故考慮復墾為灌木林地和草地。具體評價結(jié)果如表2。

表2 項目土地復墾適宜性評價結(jié)果及覆土需求量

2.3 水土資源平衡分析

2.3.1 水資源平衡分析。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，建設(shè)單位已在廢石場上部修建了高位水池，其水源為礦區(qū)下游的老廠河。老廠河為常年流水，水量滿足礦山需求。根據(jù)調(diào)查，廢石場項目區(qū)上部匯水面積較大，約為0.91 km2。上游箐溝內(nèi)有季節(jié)性來水，該工程可對箐溝天然降水產(chǎn)生的地表徑流進行收集用于澆灌用水。

根據(jù)地表徑流水庫來水計算公式：W=1 000FCP，式中，W為來水量，m3；1 000為單位換算系數(shù)；F為匯水面積，km2；C為徑流系數(shù)，與地形、植被、土質(zhì)有關(guān)，一般取0.3～0.5；P為該地區(qū)年降雨量，mm，計算得項目區(qū)地表來水量為381 162.6 m3。

廢石場復墾的方向主要為林地，澆水主要考慮平臺區(qū)域，邊坡主要針對客土栽植區(qū)域，累計澆水面積為54.06 hm2。每半月澆水一次，用水量按200 m3/hm2計算，則每次澆灌用水量為1.08萬m3。考慮到項目區(qū)年降水量較大，故每年的降雨天數(shù)按照全年的1/3計算，則需澆水的天數(shù)為240 d左右。因此每年需澆水次數(shù)為16次，則年用水量為17.30萬m3。因廢石場澆灌為間歇性用水，且建設(shè)單位已建的供水系統(tǒng)供水量較大，供水系統(tǒng)滿足廢石場供水要求。同時廢石場上游箐溝每年來水量約為38.11萬m3，如果修建一些蓄水措施，可有效地減少澆灌用水的投資。

2.3.2 土資源平衡分析。根據(jù)土地適宜性評價結(jié)果，確定復墾單元復墾林地、苗圃和灌木林。根據(jù)相關(guān)要求，苗圃覆土厚度不得<0.5 m，灌木林、邊坡客土覆土厚度不得<0.4 m。據(jù)現(xiàn)場踏勘，廢石場上部堆存的綠化覆土約為40萬m3，約合松方52萬m3，該廢石場覆土量約為21.17萬m3(松方)。堆存的剝離的表土滿足廢石場植被恢復覆土的需求。所需覆土如表2所示。

2.4 復墾的目標任務(wù) 根據(jù)以上土地復墾適宜性評價結(jié)果，該次廢石場土地復墾目標：擬復墾土地總面積83.11 hm2，復墾地類主要為苗圃、灌木林地等，土地復墾率為99.80%。

3 土地復墾技術(shù)

3.1 工程技術(shù)措施 工程復墾階段的目的是完成規(guī)劃的復墾工程量，為后期生物復墾奠定基礎(chǔ)，使土地達到可利用狀態(tài)。在復墾規(guī)劃階段，對復墾工程各項任務(wù)和進度都進行了詳細的規(guī)劃。根據(jù)復墾分析，復墾工程措施有場地清理、覆土、灌木種植、草本撒播及管護措施等。各項工程具體情況如表3所示。

表3 工程項目情況

3.2 生物技術(shù)措施 在該項目建設(shè)及生產(chǎn)過程中，對可復墾區(qū)域及時進行生物復墾，快速恢復植被，從而有效地控制水土流失、改善項目區(qū)生態(tài)環(huán)境。它是實現(xiàn)土地復墾的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要內(nèi)容有土壤改良、植被品種的篩選和植被工藝[5]。

3.2.1 土壤改良。項目區(qū)土地經(jīng)覆蓋或平整后，肥力有所下降，并且伴有限制植物生長的危害產(chǎn)生，像土壤酸化等。土壤改良技術(shù)是對土壤團粒結(jié)構(gòu)、pH等理化性質(zhì)的改良及土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)等營養(yǎng)狀況的改善[6]。項目區(qū)內(nèi)的土壤改良對于土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)及營養(yǎng)狀況的改善應當著重進行。具體措施如下：

3.2.1.1 土壤營養(yǎng)狀況改良。由于項目區(qū)內(nèi)土壤酸化等現(xiàn)象嚴重，對于土壤的營養(yǎng)狀況改良顯得尤為重要，區(qū)內(nèi)主要采用綠肥法及施肥法對土壤進行營養(yǎng)改良。綠肥法就是將植物用作有機肥料，作為綠肥的植物多為豆科植物，少數(shù)十字花科、禾本科及薯類植物也作為綠肥使用。將有機植物作為肥料進行添加不僅可以滿足植物對于養(yǎng)分的持續(xù)吸收的需要，并且有機質(zhì)作為一種良好的膠結(jié)劑可以使土地快速形成結(jié)構(gòu)，并使土壤的持水保肥能力大大提高。作為綠肥的植物還可以為土壤中的微生物及昆蟲提供養(yǎng)分，土壤中的微生物可以加快土壤肥力和活性的恢復。在施加化學肥料時應注意綜合施加多種肥料，像氮磷鉀綜合施加比單一施加效果好很多。

3.2.1.2 土壤物理性狀改良。土壤物理性質(zhì)主要包括孔隙度、容量及結(jié)構(gòu)。改良其物理性狀就是提高土壤孔隙度、降低容量及改善結(jié)構(gòu)。改良土壤物理性質(zhì)的長期方法就是植被覆蓋，但短期內(nèi)只能采用犁地翻耕和施用農(nóng)家肥等方法。

3.2.2 項目區(qū)種植物種的選擇。適宜的種植物種的選擇是生態(tài)重建的關(guān)鍵[7]。根據(jù)大紅山鐵礦的地理位置以及新平縣的氣候條件，作為復墾的植物應當具有以下特征:①適應于大紅山氣候，具有耐旱、耐貧瘠、喜陽等特性。②短期內(nèi)可以大面積覆蓋項目區(qū)內(nèi)土地，具有一定固氮能力，生長、繁殖能力強。③植物的萌芽能力強，根系發(fā)達，可以有效地固結(jié)土壤，增強土壤持水固氮能力，可防止水土流失。植物播種、栽植容易，成活率高。所選草本植物要求盡量以鄉(xiāng)土樹種為主，以節(jié)約成本。依據(jù)上述原則和經(jīng)過對當?shù)刂参锓N類的調(diào)查，最終確定主要采用喬、灌、草混交方式，喬木、灌木混合布設(shè)，空地撒播草籽防護。

4 土地復墾效益分析

4.1 社會效益 由于廢石場占地面積較大并且長期裸露，對場地周邊環(huán)境有較大的影響。場地內(nèi)地質(zhì)災害頻發(fā)，如930 m平臺處多次發(fā)生滑坡現(xiàn)象，對礦區(qū)正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生較大影響。因此，對廢石場的土地復墾可較好地改善礦區(qū)及周邊的生態(tài)環(huán)境，減少自然災害的發(fā)生，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要[8]。

4.2 生態(tài)效益 該項目所在區(qū)域主要以林業(yè)為主，按“合理布局、因地制宜”的原則進行治理[9]，在大紅山鐵礦生態(tài)恢復區(qū)構(gòu)建“土壤-植被-微生物系統(tǒng)”有機復合體，形成新的人工和自然景觀，將工程對生態(tài)環(huán)境影響減少到最低，以改善項目區(qū)的生態(tài)環(huán)境[10]。合理利用該有機復合體的生態(tài)修復能力，充分發(fā)揮自然恢復能力，快速有效地修復鐵礦區(qū)生態(tài)環(huán)境并節(jié)約治理成本。

4.3 經(jīng)濟效益 苗圃和有林地占據(jù)了廢石場內(nèi)主要復墾土地，苗圃主要配備城市綠化常用樹種，如小葉榕、葉子花、清香木和黃花槐等。苗圃園的樹種在3～5年后均成長為大樹，適合城市綠化建設(shè)，并且也遠超栽植時的經(jīng)濟價值[11]。同時，通過栽植各種林木資源，一定程度內(nèi)增加了木材的儲備量，對成材的林木可開發(fā)利用，獲得的經(jīng)濟價值也是相當可觀。土地進行復墾修復會避免造成社會或自然災害發(fā)生后在進行治理或賠償所帶來的經(jīng)濟損失，間接地為礦山經(jīng)濟節(jié)約成本[12]。

5 結(jié)論與討論

(1)土地復墾原則應盡量將土地復墾為農(nóng)業(yè)耕地，但由于項目區(qū)內(nèi)土地不適宜，項目區(qū)內(nèi)大部分復墾為灌木林地。但復墾方向較為單一，大部分土地復墾成為灌木林地，對于礦區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的修復作用緩慢，并且經(jīng)濟效益不明顯。

(2)土壤改良及生物修復是要在后期時間里通過精心的管理和照顧才能達到土地復墾的目標，其中有很多不穩(wěn)定因素。后期的管理是土地復墾的關(guān)鍵，還需要進一步加強研究。

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Study on Reclamation Planning and Restoration of the Dahongshan Iron Mine

SUN Ming-shu, LI Jun*, XIAO Bin et al

(Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650092)

Reclamation of mine is a complicated and systematic project, involved in environmental science, engineering geology, hydrogeology, environmental geology and the relevant national laws, regulations, policies and so on.In recent years, over-exploitation of mines caused very serious damage of mine areas and ecological environment, reclamation is an important way to achieve sustainable development of the mine.Through the study on reclamation planning of the Dahongshan iron mine achieve the goal of building green mines by the appropriate treatment measures.

Dahongshan iron mine; Land reclamation; Reclamation planning; Ecological restoration

孫明書(1992- )，女，山東聊城人，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)災害與環(huán)境地質(zhì)。*通訊作者，副教授，博士，從事礦床地質(zhì)研究。

2015-04-28

S 181；TD 88

A

0517-6611(2015)17-267-04