北京露天廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式探討

李 巖，趙中鋒

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北京露天廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式探討

李 巖1，趙中鋒2

（1.北京市地質(zhì)研究所，北京 100102；2.北京中色資源環(huán)境工程有限公司，北京 100012）

北京地區(qū)許多廢棄的無主老礦山未實(shí)施礦山環(huán)境治理和土地資源恢復(fù)工程，礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)條件惡劣。本文對廢棄礦山及其治理工程特點(diǎn)進(jìn)行了分析，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，闡述了礦山廢棄地土地資源破壞效應(yīng)的四個(gè)因素——地表景觀效應(yīng)、土體污染效應(yīng)、次生災(zāi)害效應(yīng)、生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系。以房山區(qū)石窩大理石礦山廢棄地治理工程為例，提出了礦山廢棄地治理以礦山環(huán)境、災(zāi)害治理為主，以園林景觀綠化為輔相結(jié)合的二維治理模式，在地形整治、擋土墻、綠化等措施的基礎(chǔ)上進(jìn)行園林景觀的設(shè)計(jì)，結(jié)合周邊居民生活需求，利用礦區(qū)內(nèi)的正負(fù)地形渣堆和采石坑，進(jìn)行景觀的再生和組合，將采石坑設(shè)計(jì)成下沉式休閑公園和健身廣場，希望通過園林景觀綠化工程的實(shí)施，改善礦區(qū)及周邊地表景觀和生態(tài)環(huán)境。

廢棄礦山；生態(tài)環(huán)境；土地資源破壞效應(yīng)；園林景觀綠化

0　引言

北京地區(qū)蘊(yùn)藏有豐富的地質(zhì)礦產(chǎn)資源，開發(fā)利用歷史悠久，礦業(yè)開發(fā)為首都經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也給北京市的生態(tài)環(huán)境帶來了較大的負(fù)面影響。在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中，因挖損、壓占等采礦活動(dòng)對礦山地質(zhì)環(huán)境造成了不同程度的破壞。露天采礦，由于閉坑后無人管理，裸露的基巖坡面和采礦廢棄物隨意堆砌形成的高陡邊坡容易誘發(fā)崩塌、滑坡和泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，露天采礦后采面裸露、易風(fēng)化，嚴(yán)重影響了地形地貌景觀。然而，中國礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作起步較晚，在采礦—閉坑的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)理念上落后于發(fā)達(dá)國家，許多已廢棄關(guān)閉的礦山未實(shí)施地質(zhì)環(huán)境治理和土地恢復(fù)工程，礦區(qū)內(nèi)的環(huán)境惡劣（徐友寧，2008；張進(jìn)德等，2007）。

自2004年以來，為響應(yīng)北京市“兩軸兩帶多中心”的發(fā)展格局，保護(hù)首都生態(tài)環(huán)境，北京實(shí)施政策性停產(chǎn)，陸續(xù)關(guān)閉礦山807家，并逐步對閉坑礦山開展礦山地質(zhì)環(huán)境治理，主要針對礦山開發(fā)引起的地質(zhì)災(zāi)害及隱患進(jìn)行防治。2010年，國家提出發(fā)展 “綠色礦山”要求，將土地復(fù)墾和景觀綠化理念引入環(huán)境保護(hù)治理工作中。針對北京市礦山關(guān)閉遺留下的地質(zhì)環(huán)境問題，北京市國土資源局多方籌措資金對礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行治理，截止2013年總治理面積50413畝，恢復(fù)可利用土地面積9276畝，使北京地區(qū)的礦山生態(tài)環(huán)境得到了明顯的好轉(zhuǎn)。本文在總結(jié)露天廢棄礦山治理工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了采礦造成的土地資源破壞效應(yīng)影響因素以及相互之間的聯(lián)系，提出以礦山環(huán)境、災(zāi)害治理為主，以園林景觀綠化為輔相結(jié)合的二維治理模式，并選取了房山區(qū)石窩大理石礦山廢棄地治理進(jìn)行模式說明。

1　露天廢棄礦山治理工程特點(diǎn)

礦山廢棄地（waste land of mining）從土地利用的角度來說，在采礦活動(dòng)中破壞和占用、不經(jīng)整治而無法使用的土地。礦山廢棄地的形成，既有自然的因素，如地貌、礦產(chǎn)類型、礦山規(guī)模，也有人為的因素，人為破壞是主要因素。因此，礦山廢棄地的形成是自然因素和人為因素綜合作用的結(jié)果，對礦山廢棄地的認(rèn)識(shí)與治理也應(yīng)當(dāng)從這兩個(gè)方面綜合考慮。

（1）露天廢棄礦山存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題種類多、危害（影響） 情況復(fù)雜（武強(qiáng)，2003），治理工程設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)學(xué)科。礦山地質(zhì)環(huán)境問題可分為地質(zhì)災(zāi)害、資源損毀和環(huán)境污染三大類，治理工程是在消除地質(zhì)災(zāi)害及隱患的前提下，恢復(fù)土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。涉及環(huán)境地質(zhì)、生態(tài)地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖土工程、環(huán)境工程和景觀工程等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容。

（2）露天廢棄礦山治理工程的治理目標(biāo)除了消除地質(zhì)災(zāi)害及隱患，還要在很大程度上注重經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，恢復(fù)可利用土地面積，宜林或宜草，作為林業(yè)用地或農(nóng)業(yè)用地。

（3）一般來說，此類礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目由國家財(cái)政或市財(cái)政批復(fù)資金進(jìn)行治理，治理工程范圍、工程措施、工程量需要考慮批復(fù)資金的額度，同時(shí)要根據(jù)治理區(qū)存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，結(jié)合地方土地利用規(guī)劃，因地制宜進(jìn)行治理。

2　土地資源破壞效應(yīng)及關(guān)聯(lián)度分析

礦山開采對環(huán)境的影響是多方面的，最直觀的是對土地資源的占用和破壞，與此同時(shí)引發(fā)一系列的土地資源破壞效應(yīng)。根據(jù)露天廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，土地資源破壞效應(yīng)分為地表景觀效應(yīng)、土體污染效應(yīng)、次生災(zāi)害效應(yīng)和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對土地資源破壞效應(yīng)的四個(gè)影響因素進(jìn)行分析。

（1）關(guān)聯(lián)度數(shù)學(xué)模型（MA Yalong et al.，2002；耿紅等，2000；鄧聚龍，2005；Chen Yaokai et al.，1995；肖新平，1997）

（（x0（1）， x0（2），…， x0（n）

（x1（1）， x1 （2），…， x1（n）

……………………………………

（xi（1）， xi （2），…， xi（n）

灰色關(guān)聯(lián)四個(gè)公理：

②整體性：體現(xiàn)環(huán)境對關(guān)聯(lián)度比較的影響

(2)土地資源破壞效應(yīng)各組成因子之間的關(guān)聯(lián)度

在分析土地資源破壞效應(yīng)各組成因子之間的關(guān)聯(lián)度時(shí)，用同一礦山在土地資源破壞評價(jià)中由8 位專家確定各因子在土地資源破壞效應(yīng)中所占的比例來分析，數(shù)據(jù)見表1。

表1　土地資源破壞效應(yīng)因子比例表Tab.1 Scale about effect factors of land resource destruction

原始鉅陣為：

進(jìn)行初值變換：

絕對差值鉅陣：

3　露天礦山廢棄地治理模式

露天開采將覆蓋在礦床上的表土和巖層完全剝離，破壞了大量的土地，表現(xiàn)為露天采場直接挖損，廢石堆及排土場壓占周圍土地。露天開采破壞土地面積為露天采場本身面積的2～11 倍，這其中排土場的面積要占到40％～60％（張偉，20113。露天礦山廢棄地治理的關(guān)鍵是排土場對土地的占用和破壞，因此，深入探討排土場的治理模式，包括地質(zhì)災(zāi)害的防治措施、綠化措施、景觀再生整合研究，以及治理后的土地再利用途徑，形成露天礦山廢棄地恢復(fù)治理的完整模式。

3.1治理原則

（1）以人為本，安全第一的原則：礦產(chǎn)資源露天開采帶來了一系列的地質(zhì)災(zāi)害或潛在地質(zhì)災(zāi)害，主要有崩塌、滑坡、泥石流等（梁德輝，1992）。由于經(jīng)濟(jì)原因，露天開采邊坡的設(shè)計(jì)較陡，往往只能保證在開采期間的安全，而對于閉坑后的發(fā)展沒有規(guī)劃，并且隨著露天開采向深部發(fā)展，開采深度不斷增加，邊坡的出露范圍和出露高度也不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重破壞了地應(yīng)力的自身平衡，導(dǎo)致邊坡變形、滑移，邊坡的穩(wěn)定性逐步惡化，很容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。露天礦排土場集中堆放著礦山開采排棄的廢棄物，是一種人工堆積的巨型松散體，排土場坡體整體性差、抗擾動(dòng)能力低的特點(diǎn)，極易產(chǎn)生局部失穩(wěn)，引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，存在著嚴(yán)重的安全隱患。排土場滑坡是排土場引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害中較為普遍，發(fā)生頻率較高的一種，由于排土場一般常選在山坡、山谷等荒地，在外因的作用下極易誘發(fā)排土場滑坡，在條件具備時(shí)甚至還會(huì)引發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害（梁德輝，1992）。因此礦山環(huán)境治理首先要保證消除地質(zhì)災(zāi)害及隱患對人居的安全影響。

（2）綜合全面系統(tǒng)的原則：礦山環(huán)境治理是一項(xiàng)系統(tǒng)的治理工程，治理時(shí)應(yīng)綜合考慮治理區(qū)內(nèi)各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題以及相關(guān)性，工程部署有整體性。

（3）因地制宜的原則：在選擇合適的工程措施時(shí)，充分考慮治理區(qū)的區(qū)位條件、土地利用狀況及規(guī)劃。

（4）經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則：受到治理費(fèi)用的約束，進(jìn)行治理設(shè)計(jì)時(shí)在不影響治理效益的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)的、合理的措施手段。

（5）環(huán)境和諧和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)相結(jié)合：治理工程應(yīng)與周邊環(huán)境和諧，并且發(fā)揮礦區(qū)土地的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2治理模式

礦山環(huán)境治理不僅要消除地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)要恢復(fù)治理區(qū)的可利用土地資源，使得治理區(qū)與周邊地形地貌景觀相協(xié)調(diào)，使社會(huì)效益、環(huán)境效益得到明顯的體現(xiàn)，本文提出對露天廢棄礦山選取地質(zhì)災(zāi)害治理和園林景觀綠化相結(jié)合的治理模式。該模式不同于偏重地質(zhì)災(zāi)害治理的礦山環(huán)境治理模式，也不同于偏重于生態(tài)恢復(fù)的綠化治理模式，而是把礦山和外部環(huán)境看作一個(gè)整體，在地質(zhì)災(zāi)害治理和綠化治理中加入景觀元素，把園林景觀綠化治理模式作為單獨(dú)的一個(gè)治理體系，使得治理后的礦區(qū)看起來不是突兀的個(gè)體而是跟周圍環(huán)境更加和諧的整體，該模式體現(xiàn)了一種動(dòng)態(tài)的、協(xié)調(diào)的、整體的發(fā)展觀。

4　露天礦山廢棄地治理案例

4.1自然地理位置

治理區(qū)位于房山區(qū)大石窩鎮(zhèn)，距房山區(qū)中心36km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°47′33.3″～115°48′00″， 北 緯39°33′14.8″～39°33′40.4″，治理區(qū)面積約0.78km2。

4.2礦山地質(zhì)環(huán)境問題

由于長期的礦山開采活動(dòng)，治理區(qū)內(nèi)存在9處基巖裸露坡面，最大的一處開采陡面長約240m，高5～12m，坡面基本垂直（圖1）； 其余8處采面面積均在100～500m2。采礦廢渣隨意堆砌，形成大小23處渣堆，廢石塊徑最大可達(dá)100cm，塊徑在20～30cm之間的約占總量的40%，廢渣總體積80 萬m3，占地面積800000m2（圖2）。隨著露天開采向深部發(fā)展，開采深度不斷增加，治理區(qū)內(nèi)形成多處采坑，采坑呈東西向展布，最深達(dá)31m，其余8～12m，采坑四壁高陡，積水成塘，夏季散發(fā)異味（圖3）。

圖1　基巖裸露采面Fig.1 Bare rock mining face

治理區(qū)存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要是對生態(tài)環(huán)境（土地資源壓占破壞、水資源、大氣環(huán)境）的影響以及潛在的次生地質(zhì)災(zāi)害。造成這些問題的根源在于治理區(qū)內(nèi)大量的廢棄渣石的存在。

圖2　采礦形成的廢棄渣堆Fig.2 Waste pile of mining

圖3　采坑Fig.3 Mining

4.3治理工程設(shè)計(jì)

針對治理區(qū)內(nèi)受到采剝破壞的山體及散亂堆積的廢石堆，依據(jù)因地制宜的原則，采用機(jī)械挖除等方法進(jìn)行削坡、回填整理形成可利用臺(tái)地；采石坑的治理主要是利用治理區(qū)內(nèi)堆積的廢石、剝離表土為主要填充物，分層碾壓、回填，并結(jié)合周邊地形地貌進(jìn)行整理，形成臺(tái)地和坡地，以備綠化和利用，同時(shí)在形成的臺(tái)地和坡地邊緣修建干砌石擋土墻，提高坡體穩(wěn)定性。在采石坑完成回填平整等基礎(chǔ)的工程措施后進(jìn)行整體的園林景觀綠化設(shè)計(jì)。

（1）地形地貌整治工程

針對開礦形成的基巖裸露坡面，利用原地形圍繞坡面清理平整廢棄渣土，就近原則按照設(shè)計(jì)標(biāo)高削高填低將采面附近的廢渣進(jìn)行回填平整形成多級緩斜坡平臺(tái)，在平臺(tái)邊緣設(shè)置干砌石擋土墻。多余的渣土分別回填至采石坑中，有積水的采石坑將積水抽干，坑體周邊設(shè)置護(hù)欄與警示牌。

（2）擋土墻工程

在整理后的緩坡平臺(tái)和階地下部修建干砌石擋土墻，以減緩地形坡降，形成緩坡及階梯臺(tái)地，加強(qiáng)坡體穩(wěn)定性，有效防止水土流失，提高土地的利用效率。

（3）綠化工程

地形地貌整治工程和擋土墻工程完成后，在平臺(tái)邊緣種植適宜當(dāng)?shù)厣L的經(jīng)濟(jì)林（棗樹和柿子樹），平臺(tái)撒播草籽，選擇生長快速成坪快、根系發(fā)達(dá)且入土深、擴(kuò)張性強(qiáng)、耐貧瘠、生長強(qiáng)健抗逆性強(qiáng)的草種。

圖4　治理區(qū)采石坑景觀設(shè)計(jì)圖Fig.4 Landscape design of management area mining pit

（4） 園林景觀工程

為了提高社會(huì)效益與環(huán)境效益，充分考慮礦山環(huán)境與周邊村莊居住環(huán)境的和諧統(tǒng)一，為附近居民提供休閑活動(dòng)的場所，達(dá)到改善周邊生態(tài)環(huán)境并在一定程度上保存礦山開采遺跡的目的，對治理區(qū)內(nèi)的負(fù)空間（采石坑）清理平整完成后實(shí)施園林景觀綠化工程，達(dá)到資源可持續(xù)利用，擴(kuò)大社會(huì)效益和影響力。

依據(jù)整理后的幾個(gè)采石坑的地形地勢，修建下沉式休閑公園和綠地，包括休閑活動(dòng)場、娛樂廣場、下沉式健身廣場、停車場、門球場、花架、歐式園亭、景觀膜亭、花臺(tái)座椅、休憩平臺(tái)、連廊等（圖4）。

5　結(jié)語

本文以石窩大理石礦為例，指出露天礦廢棄地存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，對治理區(qū)內(nèi)存在的景觀特征進(jìn)行了深入分析，提出了消除地質(zhì)災(zāi)害和園林景觀綠化設(shè)計(jì)的雙重治理模式。在景觀設(shè)計(jì)中，把露天礦山廢棄地作為一個(gè)系統(tǒng)的整體進(jìn)行考慮。本次的礦山地質(zhì)環(huán)境治理不僅恢復(fù)了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)園林景觀綠化工程考慮周邊的人居環(huán)境、地形地勢條件，為當(dāng)?shù)亻_辟出新的休閑娛樂健身場所。礦山環(huán)境治理就是將采礦廢棄地通過工程措施和綠化、景觀設(shè)計(jì)變?yōu)榭衫玫馁Y源，將破壞的環(huán)境進(jìn)行治理，重新煥發(fā)價(jià)值，使礦區(qū)附近的人居環(huán)境得到良好的改善。

［1］徐友寧. 礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究現(xiàn)狀及展望［J］. 地質(zhì)通報(bào)，2008，27（ 8） ：1235～1244.

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［5］耿紅，王澤民. 基于灰色線性規(guī)劃的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］. 武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（4）：167～171

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［8］肖新平. 關(guān)于灰色關(guān)聯(lián)度量化模型的理論研究與評論［J］. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1997，17（8）：76～81.

［9］張偉. 河北省礦山廢棄地治理模式與適宜性評價(jià)研究［R］. 2011.

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Discussion on the Geological Environment Management Mode of the Abandoned Open-pit Mine in Beijing

LI Yan1， ZHAO Zhongfeng2
（1. Beijing Institute of Geology， Beijing 100102； 2. Beijing Zhongse Environmental Engineering Co. Ltd.， Beijing 100012）

For many abandoned unowned old mine in Beijing， the environment management and land resources restoration project have not been implemented yet， and geological environment and the ecological conditions are bad in the mine. In this paper， the abandoned mine and engineering characteristics of treatment are analyzed，and using grey correlation analysis method this paper expounds the destruction of land resources of abandoned lands of mines effect of four factors - the landscape effect， effect of soil pollution and secondary disaster effect，the relationship between the ecological environment. In fangshan district marble stone nest engineerings of abandoned lands of mines， for example， puts forward the management on mine environment， disaster management of abandoned lands of mines is given priority to， with the combination of landscape greening as the auxiliary two-dimensional governance model， the terrain regulation， retaining wall， such as green measures on the basis of landscape design， combined with the surrounding residents living demand， using the plus or minus within the mining area terrain slag heap and quarries， landscape regeneration and combination， quarry pit into subsided and fitness leisure park plaza， hope that through the implementation of the landscape greening projects to improve the mining area and around the landscape and ecological environment.

Abandoned mines； Ecological environment； Land resources damage effect； Landscape greening

TD167

A

1007-1903（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.005

北京市房山區(qū)大石窩大理石礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理

李巖（1979- ），女、碩士，工程師，主要從事礦山環(huán)境治理、地質(zhì)災(zāi)害治理等相關(guān)工作。E-mail：812092055@qq.com