焦作近郊高陡巖坡生態(tài)修復(fù)的優(yōu)化建議

張大志

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001；2.南陽市礦山環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，河南 南陽 473000)

礦山巖質(zhì)高陡邊坡生態(tài)修復(fù)工程，涉及到地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。對于單個礦山，有多種邊坡生態(tài)修復(fù)方法，如液壓噴播法、生態(tài)袋法、V 型槽種植帶法、邊坡植被護(hù)坡綠化法、微生物結(jié)皮法等，有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對于區(qū)域上而言，存在著缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃的問題[1-6]。焦作的近郊露天礦山，形成大量的高陡邊坡，存在著眾多安全隱患與嚴(yán)重視覺污染，一直是困擾當(dāng)?shù)卣c周邊居民的重點(diǎn)難點(diǎn)問題。雙盛礦區(qū)是一個具有典型特征的在建礦山，剛剛通過了綠色礦山的遴選，故而想以此礦山的邊坡治理為基礎(chǔ)，展開一些優(yōu)化方式、方法的探討，從而謀求問題的妥善解決。

1 基本條件

1.1 氣象條件

焦作地區(qū)屬于典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。全年多東北風(fēng)和西南風(fēng)，平均氣溫14.6℃，極端最高氣溫41.1℃，一般發(fā)生在6-7月，極端最低氣溫-22.4℃，一般發(fā)生在1-2月。全年大于等于0℃的活動積溫為5328.9℃。7-9月降水量約占全年降水量的60%～70%。年平均降水量548.8～863.4 mm，年蒸發(fā)量1 334.7～1 752.8 mm，約是降水量的3倍。

1.2 礦區(qū)土壤情況

礦區(qū)土壤類型為褐土。礦區(qū)南部土體較厚，北部土體較薄，礫石較多，總體有機(jī)質(zhì)和氮素含量偏低。表土腐殖層厚0～50 cm，分布于礦區(qū)南部，山前平緩地帶，總體變化規(guī)律為北薄南厚，土壤呈中性，pH6.7～7.2，有機(jī)質(zhì)和全氮含量比較低，鉀素較豐富，磷素貧缺，有效微量元素中鐵和錳含量豐富，鋅和鉬屬于低值范圍，硼較缺乏。一般呈中性至弱堿性，土壤有機(jī)質(zhì)含量18.6 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，速效磷含量23.4 mg/kg，速效鉀含量123 mg/kg，堿解氮84 mg/kg。

2 地質(zhì)環(huán)境問題

一是開采爆破擾動使坡面存在大量危巖體，坡體形成大量的次生節(jié)理，二是破壞了原生地形地貌，形成了高陡邊坡，造成了視覺污染，根據(jù)邊坡評價因子特征，量化總分為18.8，屬穩(wěn)定性中等(表2和表3)。

表1 表層土情況一覽表

表2 人工邊坡穩(wěn)定性量化評價標(biāo)準(zhǔn)表

表3 采坑邊坡穩(wěn)定性量化評分結(jié)果表

3 治理現(xiàn)狀

總體上按照礦山開采已形成的最上部的實(shí)際終了邊坡與平臺展布“邊開采邊治理”工作，主要涵蓋邊坡清理、平臺綠化、養(yǎng)護(hù)體系的鋪設(shè)。

3.1 邊坡及平臺清理

清理的對象主要為邊坡上的凸出巖塊、夾層及上部巖體、處理后的廢渣以及平臺表面的碎石廢渣，減免崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害(圖1)。采用定點(diǎn)人工清除或機(jī)械清除，對于個別清理難度高的地方用爆破清理，根據(jù)巖石性質(zhì)及特點(diǎn)，采用淺孔、小排距加強(qiáng)松動爆破技術(shù)。

圖1 邊坡清理剖面圖

3.2 平臺綠化

包括回填覆土、漿砌石擋墻、排水溝和平臺植樹及攀援植物。施工順序首先實(shí)施的是排水溝工程，然后進(jìn)行漿砌石擋墻，最后進(jìn)行覆土回填和平臺植被的栽種(圖2)。

圖2 平臺治理剖面圖

3.3 養(yǎng)護(hù)體系

主要為無塔供水體系，安置無塔供水器，鋪設(shè)主管道與臺階管道，進(jìn)行防腐防凍以及固定處理，臺階管道每5 m設(shè)置噴頭。

3.4 治理效果

由于是最上部平臺，坡高依地勢不等，消除了現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害隱患，平臺恢復(fù)了植被，完善了養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，很大程度上改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境(圖3、圖4)，也為礦山下一步規(guī)范開采指明了方向。

圖3 治理前臺階狀況 圖4 治理后臺階狀況

4 治理工作存在問題

目前的治理工作達(dá)到了良好的治理效果。在實(shí)踐的過程中，也存在一些問題。

4.1 高陡巖質(zhì)邊坡的視覺污染問題

從礦區(qū)擴(kuò)展到焦作市區(qū)北部前山一帶，區(qū)域內(nèi)存在多個責(zé)任滅失礦山，經(jīng)過多年的粗放開采，形成了大量的高陡崖壁，在市區(qū)與旅游公路上清晰可見，留下大量地質(zhì)災(zāi)害隱患，也嚴(yán)重影響了焦作旅游城市的形象。而針對于在建礦山的情況，這類問題轉(zhuǎn)化為臺階之間邊坡的視覺污染問題，礦方開采留下的臺階高度過高，存在安全隱患，過低則浪費(fèi)礦產(chǎn)資源。一般坡高都在15 m左右，而平臺綠化考慮到成活率，考慮到養(yǎng)護(hù)，考慮到覆土厚度，只能選擇灌木類的綠化樹種，遮掩高度有限，往往不足3 m，而這樣高陡的巖質(zhì)邊坡的自然生態(tài)修復(fù)能力幾乎為零，從而使綠化效果大打折扣。

4.2 蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量，養(yǎng)護(hù)的壓力較大

焦作區(qū)域的年蒸發(fā)量約為三倍的降雨量，而在裸露的基巖地區(qū)，蒸發(fā)作用更為強(qiáng)烈，并且陡坡多為向陽面，夏日的巖石表面溫度可到50℃左右，使得養(yǎng)護(hù)工作困難重重。而往更長遠(yuǎn)的時間去延伸，當(dāng)?shù)V區(qū)關(guān)閉，不再有人持續(xù)維護(hù)的情況下，這些綠化措施所能承載的生態(tài)效果將難以為繼。

4.3 土壤肥力及結(jié)構(gòu)持續(xù)惡化

平臺人工覆土的整體形狀程寬2.1 m，長120 m，厚0.9 m的薄條狀，達(dá)不到自然狀態(tài)下的密實(shí)強(qiáng)度與整體性，與底部灰?guī)r建立不起來有利于植被的肥力與水的聯(lián)系，加之日常蒸發(fā)量較大，土壤的土壤肥力及結(jié)構(gòu)會持續(xù)惡化，并且所種植被的根系不能往下扎根，只能水平展鋪，當(dāng)株冠體積到一定程度時，在極端風(fēng)雨工況下，易出現(xiàn)倒伏情況，病株死株在后期也很難補(bǔ)栽成功。

4.4 種業(yè)問題

由于市場供求原因，目前很多種業(yè)以及綠植供應(yīng)商多著眼于美化效果，礦山內(nèi)部的山體上發(fā)育有自然的灌木群落，但由于市場原因，不得已設(shè)計(jì)了外來物種。隨著片區(qū)內(nèi)大量礦山環(huán)境治理工作的開展，從需求量的增加、綠化效果的保障出發(fā)，管理部門要去鼓勵相關(guān)的行業(yè)開展適合當(dāng)?shù)氐V區(qū)綠化物種的研究與培育工作，從而使礦區(qū)的生態(tài)綠化工作真正的做到重新建立起自然狀態(tài)下的生物群落，恢復(fù)應(yīng)有的生態(tài)體系。

4.5 銜接與管理問題

本礦山是一個近郊礦山，礦山運(yùn)行過程中的環(huán)境治理，特別是閉坑后的恢復(fù)治理設(shè)計(jì)，與城市發(fā)展的前瞻銜接考慮不足，礦山閉坑后的綜合利用，比如土地資源、景觀資源等等，應(yīng)提前謀劃，以適應(yīng)城市快速發(fā)展的要求，適應(yīng)人民日益提高的生活水平與生活質(zhì)量的要求。在管理層面，礦權(quán)的設(shè)置以分水嶺和縣區(qū)界線為界，隨著開采活動的進(jìn)行，在北部邊界形成了薄墻狀高陡邊坡(縣區(qū)界線外側(cè)也曾進(jìn)行過開采活動)，從而增加了治理難度，更浪費(fèi)了礦產(chǎn)資源，最重要的是留下諸多地質(zhì)災(zāi)害隱患。應(yīng)以現(xiàn)實(shí)的地形和地質(zhì)情況確定范圍，突破縣區(qū)界限，避免以分水嶺高地為界，從而避免在界線位置留下薄墻狀高陡邊坡。除此之外，缺乏近郊閉坑礦山后的治理效果移交體系。

5 優(yōu)化方向建議

(1)加強(qiáng)對南太行灰?guī)r邊坡在不同的工況下如何建立穩(wěn)定生物群落的研究，從而使人工干預(yù)下的生態(tài)治理工作真正的落到實(shí)處。調(diào)查原生坡體植物生長的裂縫生境條件，測量壁面體裂隙率、裂隙的溫度濕度、隙縫中土壤肥分，統(tǒng)計(jì)植物根群圈的特征，歸納總結(jié)生態(tài)地質(zhì)指標(biāo)閾[7]。實(shí)現(xiàn)以本地物種為主的合理選配[8]，做到與當(dāng)?shù)卦兄参锶郝鋮f(xié)調(diào)一致，避免大量引進(jìn)侵入性強(qiáng)如火炬樹等的外來物種，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的自然、科學(xué)性、安全性，同時考慮治理工作的經(jīng)濟(jì)可行性以及功能性，以達(dá)到對整個生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。

(2)礦山的治理應(yīng)從礦權(quán)設(shè)置階段就應(yīng)該考慮，是一個貫穿礦業(yè)勘查開發(fā)閉坑全過程的工作，并與當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃布局相銜接，特別是近郊露天礦山，使礦產(chǎn)資源充分利用，礦權(quán)設(shè)置盡量避免以分水嶺為界，盡可能使終了少留高坡，建立礦山建設(shè)與城市發(fā)展的銜接機(jī)制。應(yīng)給當(dāng)?shù)亓粝律鷳B(tài)資源、土地資源等，而不是留下滿目蒼夷、危巖遍布、高坡林立的隱患，從而從根本上改變礦山的“破壞”屬性，真正的將綠色礦山落到實(shí)處。

(3)視覺污染問題，可以選用攀爬能力較強(qiáng)的當(dāng)?shù)靥俾参?，或者改進(jìn)生態(tài)袋、V型槽等生態(tài)修復(fù)技術(shù)以適合北方基巖邊坡的生態(tài)修復(fù)，加強(qiáng)對復(fù)合型工藝手段的研究[9]，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長避短；在完整坡面，可輔以刻大字標(biāo)語或者藝術(shù)造型等手段。

(4)在蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量的條件下，進(jìn)行高陡灰?guī)r邊坡上的生態(tài)修復(fù)，其植被所需土壤的肥力和水極難保障，節(jié)水技術(shù)和保水保肥技術(shù)的研發(fā)已成為生態(tài)修復(fù)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[10]，加強(qiáng)對適合于南太行地區(qū)的復(fù)合營養(yǎng)長效保肥保水劑的探索，會大大提高修復(fù)的質(zhì)量并降低修復(fù)養(yǎng)護(hù)成本，增大人工修復(fù)后可自然發(fā)育的成功幾率。

(5)從生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和健康性，邊坡安全性，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會效益等方面入手，建立一整套生態(tài)評價指標(biāo)體系[11]，從而促進(jìn)相關(guān)政策的制定與完善。