廢棄礦山環(huán)境治理的景觀再造研究
——以玉田縣某采石場為例

劉德成 李玉倩 劉學(xué)賢 張永雷 李慧 夏相驊 高雪媛

1 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050

2 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083

中國是一個采礦大國[1]，礦產(chǎn)開采為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)[2]，大部分礦山企業(yè)規(guī)模小、實(shí)力弱，開采技術(shù)水平不高，長期以來導(dǎo)致礦山生態(tài)環(huán)境惡化日趨嚴(yán)重，誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題日益彰顯[2-7]，中國也成了礦山地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)國家之一[8]。

礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)是通過自然或人工措施恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)[9]，自然恢復(fù)是十分緩慢的[10-11]。在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查[12]的基礎(chǔ)上采用人工修復(fù)措施，是解決短期內(nèi)礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的有效措施。近年來，人工修復(fù)技術(shù)越發(fā)成熟，產(chǎn)生了許多新技術(shù)和新工藝[13-18]，如植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)、新型復(fù)合生態(tài)護(hù)坡工程技術(shù)等[19]。這些理論方法為礦山環(huán)境治理過程中景觀再造奠定了基礎(chǔ)。

本文以唐山市玉田縣北部山區(qū)某廢棄采石礦山為研究對象，探索采用景觀再造的方式對其進(jìn)行恢復(fù)治理，推動礦山環(huán)境治理向多學(xué)科融合發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于唐山市玉田縣北部山區(qū)唐自頭鎮(zhèn)，距離S203省道不足1km，距離G95京秦高速3.0km、大秦鐵路2.5km，交通便利（圖1）。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic location map of study area

根據(jù)玉田縣土地利用現(xiàn)狀圖，研究區(qū)占用土地類型主要包括采礦用地、果園、其他草地、有林地和旱地。屬低山丘陵地區(qū)，巖性主要為白云巖、灰?guī)r，周邊低緩溝谷及緩坡地帶分布大量農(nóng)田，坡體上部主要為山坡荒地，植被主要為荒草。目前采石廠已關(guān)閉，責(zé)任主體滅失。長期的采礦活動產(chǎn)生多處裸露巖壁、渣堆、渣坡，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，增加了崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。

2 礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及問題

2.1 礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

研究區(qū)內(nèi)基巖裸露，破壞面積大，多年的無序開采使地形地貌發(fā)生了巨大變化。經(jīng)調(diào)查，在礦山開采過程中礦區(qū)內(nèi)及周邊形成了3處廢渣邊坡、10處渣堆、14處采面、14個開采平臺、3處采坑以及少量建（構(gòu)）筑物，分布雜亂無章（圖2）。

圖2 研究區(qū)現(xiàn)狀三維立體圖Fig. 2 Current 3D stereogram of study area

2.1.1 廢渣邊坡

分布3處廢渣邊坡。主要為采面開采后沿山體順坡傾倒形成的碎石土渣坡，碎石主要巖性為白云巖及石灰?guī)r。碎石約占70%～80%，堆積層厚度30～200cm，碎石粒徑一般在5～30cm之間，局部可見塊石，最大達(dá)80～120cm。碎石土由上至下堆積逐漸變厚，機(jī)械可開挖。坡面凹凸不平，長有較多狗尾草，局部見高20～100cm榆樹；研究區(qū)內(nèi)有一條4m寬碎石土路，施工條件良好。經(jīng)現(xiàn)場勘查計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)廢渣邊坡總占地面積4萬m2，渣石總方量約1.5萬m3。

2.1.2 渣堆

礦山開采堆積形成的渣堆共10處。平均堆積高度在1.10～9.50m，主要為白云巖塊石松散堆積而成，塊徑一般10～70cm，無植被覆蓋，見少量狗尾草、荊條及小榆樹。渣堆總占地面積0.44萬m2，總堆積方量0.74萬m3。

2.1.3 采面

分布有采面14處。邊坡巖性主要為白云巖，采面高1～80m不等，坡度35°～80°，呈中-強(qiáng)風(fēng)化，坡面基本無植被發(fā)育，采面局部有碎石堆積，局部采面見順坡節(jié)理裂隙，坡面欠穩(wěn)定，采面面積6萬m2。

2.1.4 平臺

分布平臺14處。平臺主要為開采山體形成的基巖平臺和碎石土堆積平臺兩種，平臺多為不規(guī)則形狀，較平整，局部基巖出露，基巖為中-強(qiáng)風(fēng)化的白云巖。局部長有較多白蓮蒿、狗尾草及少量低矮榆樹，基巖平臺植被稀少，碎石土平臺植被覆蓋率平均在10%左右。平臺占地面積8萬m2。

2.1.5 采坑

分布采坑3處，采坑口及底面近橢圓形，深2～7m，成分為白云巖，植被發(fā)育稀疏。采坑占地面積為3.4萬m2，體積為0.93萬m3。

2.1.6 建（構(gòu)）筑物

研究區(qū)現(xiàn)有構(gòu)筑物8處，主要為采石廠修建的臨時建筑物及采砂設(shè)備，占地面積為0.9萬m2。

2.2 礦山生態(tài)環(huán)境問題

礦山生態(tài)環(huán)境以礦產(chǎn)資源開發(fā)為主導(dǎo)不斷被改變，露天采礦活動對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生劇烈擾動，形成了裸露巖質(zhì)邊坡、廢棄渣坡、渣堆、采坑及廢棄采礦平臺等，引發(fā)了一系列礦山生態(tài)環(huán)境問題，主要表現(xiàn)為：地形地貌景觀破壞、土地資源壓占損毀、地質(zhì)災(zāi)害隱患以及植被破壞等四方面。2.2.1 地形地貌景觀破壞

礦山的開采導(dǎo)致邊坡裸露、廢渣雜亂堆積，研究區(qū)內(nèi)及周邊受擾動山體植被皆被破壞殆盡。廢棄巖面裸露，與周邊植被生長茂盛的山區(qū)綠色生態(tài)環(huán)境極不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致沿線不斷出現(xiàn)“青山掛白”的現(xiàn)象，既破壞了自然地貌景觀，影響生態(tài)環(huán)境，又損害了玉田縣的對外形象。由于早期開采的不規(guī)范，礦山開采的邊界線十分凌亂，已經(jīng)造成礦區(qū)存有大量植被破壞、巖壁裸露的邊坡及直立采面，地貌景觀遭受嚴(yán)重破壞。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)地貌景觀嚴(yán)重破壞面積為21.89萬m2。

2.2.2 土地資源壓占與損毀

研究區(qū)土地資源占壓主要表現(xiàn)在采石場形成的廢渣、廢土隨意堆積，不僅占壓、浪費(fèi)了土地資源，未經(jīng)壓實(shí)處理的渣石在大風(fēng)天氣極易形成大量揚(yáng)塵，污染大氣，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，礦山土地壓占損毀面積共計(jì)16.83萬m2。

2.2.3 地質(zhì)災(zāi)害隱患

經(jīng)調(diào)查分析，研究區(qū)內(nèi)的廢渣邊坡、渣堆以及大部分巖質(zhì)邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，僅存危巖體1處。該處危巖體位于裸露基巖面上，危巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，坡面近直立，坡底崩積碎石及風(fēng)化殘積物堆積，植被難以生長，與周圍環(huán)境十分不協(xié)調(diào)，崩落碎石還會對坡底現(xiàn)有植被造成危害，破壞生態(tài)環(huán)境，存在崩塌隱患。

根據(jù)對研究區(qū)內(nèi)東西兩側(cè)坡體的總體形態(tài)、發(fā)育規(guī)模、基巖特征和節(jié)理裂隙空間分布特征分析，東西兩側(cè)坡體巖層均與坡面斜交，為斜向坡，邊坡整體穩(wěn)定，不會發(fā)生整體滑移式或傾倒式破壞。但由于邊坡巖體較易風(fēng)化且受節(jié)理裂隙影響，在雨、雪、大風(fēng)等風(fēng)化營力作用下，有可能發(fā)生局部破壞，其破壞模式主要為巖體墜落及風(fēng)化剝落。

邊坡為人工切坡形成，由于人為改變坡體地形，使斜坡變陡，產(chǎn)生卸荷作用，卸荷裂隙追蹤構(gòu)造界面發(fā)育，并使規(guī)模擴(kuò)大，加上切坡處放炮松動影響，又加劇巖體中劈理節(jié)理尺度擴(kuò)大，使切坡巖體表層更為破碎、塊度變小，經(jīng)過長期風(fēng)化作用影響，易發(fā)生失穩(wěn)，尤以凸起部位更為突出。

2.2.4 植被破壞

露天采礦活動直接徹底地破壞了原有植被，并剝離了植被賴以生存的表層土壤，造成地表巖石裸露，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致功能及穩(wěn)定性降低，加劇了區(qū)域水土流失，甚至引發(fā)荒漠化。山體水源涵養(yǎng)能力逐步喪失，生態(tài)涵養(yǎng)功能受損嚴(yán)重。

3 景觀再造

廢棄礦山環(huán)境景觀再造是一個多學(xué)科系統(tǒng)性工程。首先消除研究區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患，然后進(jìn)行礦山空間功能定位，最后采取工程措施和生物措施開展景觀再造。針對研究區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境條件，整個礦山景觀再造分為生態(tài)綠化區(qū)和土地復(fù)墾區(qū)（圖3）。

圖3 研究區(qū)景觀再造效果圖Fig. 3 Landscape reconstruction effect of study area

3.1 研究區(qū)景觀再造思路

以習(xí)總書記“兩山”理念為指導(dǎo)，認(rèn)真貫徹“山水林田湖草是一個生命共同體”以及“綠水青山就是金山銀山”的理念。以研究區(qū)為一個生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)單元，結(jié)合“整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理，真正改變治山、治水、護(hù)田各自為戰(zhàn)的工作格局”的治理理念[20]。以研究區(qū)礦山環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)為平臺，集環(huán)境治理、空間拓展、景觀再造、生態(tài)修復(fù)于一體；發(fā)揮生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)的聚合作用，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、振興鄉(xiāng)村戰(zhàn)略實(shí)施等多重功能；最終實(shí)現(xiàn)研究區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境治理的“1+N”效應(yīng)[20]。

礦山生態(tài)環(huán)境治理景觀再造通常采用綠化生態(tài)治理、人文景觀再造和土地復(fù)墾等單一方案或復(fù)合方案。綠化生態(tài)治理方案是在地形整治、地質(zhì)災(zāi)害消除后，通過種植喬木、灌木及攀緣植物達(dá)到景觀再造的目的。對于一些特殊治理區(qū)，如大面積陡立巖面，采用綠化生態(tài)治理與人文景觀再造相接合方案，以達(dá)到整體治理效果。人文景觀再造主要結(jié)合當(dāng)?shù)匚幕厣?，在大的陡立巖面上做一些浮雕、書法、繪畫等文化內(nèi)容。對于能復(fù)墾出耕地的，根據(jù)當(dāng)?shù)卣庠?，通常采用綠化生態(tài)治理與土地復(fù)墾相接合的方案。研究區(qū)地處京津冀地區(qū)，周邊分布有多條重要交通干線以及村莊。特別是距離S203省道不足1km，再造景觀將作為省道沿途風(fēng)景的組成部分，生態(tài)性和觀賞性是其內(nèi)在要求；同時，當(dāng)?shù)馗刭Y源非常緊缺，復(fù)墾的土地將為當(dāng)?shù)卮迕裱a(bǔ)充增加農(nóng)業(yè)耕地，新增農(nóng)業(yè)耕地是其現(xiàn)實(shí)需求。研究區(qū)雖存在一些陡立巖面，但風(fēng)化程度較大，不適宜做人文景觀。經(jīng)綜合研究，確定研究區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境治理景觀再造總體思路為：景觀相融與自然和諧相統(tǒng)一，景觀審美與新增耕地相結(jié)合。本著“集中連片”的原則，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)地形高程，研究區(qū)景觀再造空間結(jié)構(gòu)布局采取“一路雙區(qū)”的空間格局（圖4）。

一路：以礦區(qū)內(nèi)原有道路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一條道路，將各區(qū)塊連接起來。方便后期農(nóng)業(yè)耕作，也有利于開展植被管護(hù)。道路采用素土模式，道路面寬3.5m。

雙區(qū)：農(nóng)業(yè)耕作區(qū)和植物景觀區(qū)。對礦區(qū)內(nèi)原有的地形地貌整治后，對裸露巖面、平臺、邊坡及緩坡布置土地復(fù)墾工程和綠化工程，恢復(fù)整體生態(tài)環(huán)境。

圖4 景觀再造空間布局圖Fig. 4 Spatial layout of landscape reconstruction

3.2 研究區(qū)景觀再造

依據(jù)研究區(qū)內(nèi)地形地貌特點(diǎn)和景觀功能定位，將整個礦山景觀分為農(nóng)業(yè)耕作區(qū)和植物景觀區(qū)。其中部分距離村莊較近，周邊區(qū)域土地類型為耕地的礦區(qū)，區(qū)內(nèi)采礦形成的坡度較緩的平臺可進(jìn)行地形整治及復(fù)墾后作為農(nóng)業(yè)耕作區(qū)；裸露的巖質(zhì)邊坡、廢棄渣坡及渣堆區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)后作為植物景觀區(qū)。

3.2.1 農(nóng)業(yè)耕作區(qū)

基于方便施工和充分恢復(fù)可利用土地資源的原則，對研究區(qū)內(nèi)不同時期形成的采礦平臺進(jìn)行最大程度的整合，對平臺及采坑進(jìn)行削高填低，整理成平臺+邊坡的形式。整理成的平臺作為土地復(fù)墾用地，邊坡作為植物景觀用地。根據(jù)《土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》[21]，為保證新增耕地耕作層厚度，對土地整治區(qū)域覆土0.8m。

為提高土壤肥力，對農(nóng)業(yè)耕作區(qū)使用有機(jī)肥。有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)[22]為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以烘干基計(jì)）≥45%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以烘干基計(jì)）≥5%；水分（鮮樣）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤30%；pH值為5.5～8.5，施肥標(biāo)準(zhǔn)為15t/hm2，每畝新增耕地施有機(jī)肥1t。施肥之后，需對新增耕地的有效土層進(jìn)行翻耕，從而使土壤疏松，翻耕深度為30cm。

3.2.2 植物景觀區(qū)

依據(jù)《園林綠化工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[23]，為保證綠化植被生長條件，對喬木種植區(qū)域覆土1m，對灌木、攀援植被和播撒草籽區(qū)域進(jìn)行覆土0.3m。植物景觀區(qū)的植被恢復(fù)方式采取因地制宜、適地適樹的原則，在植物種類選擇上，考慮了研究區(qū)氣候特征，根據(jù)所選植物的生長習(xí)性及所需的種植條件，結(jié)合當(dāng)?shù)亻L遠(yuǎn)的規(guī)劃，選擇適宜樹種，達(dá)到植被恢復(fù)效果。研究區(qū)內(nèi)植物種類根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，主要選取玉田地區(qū)適宜生長的樹種，喬木樹種為側(cè)柏、金葉榆及毛白楊，灌木類選取紫穗槐，坡腳攀緣類植物選用五葉地錦。

不進(jìn)行土地整治緩坡覆種植土30cm，撒播草籽，草籽選用波斯菊、紫花苜蓿、高羊茅、荊條、紫穗槐等混合草籽播種，按200kg/hm2播種。部分區(qū)域種植紫穗槐，紫穗槐選取樹高0.6～1m，裸根栽植，種植株行距為2m×2m。

4 結(jié)論

廢棄礦山的景觀再造可以重塑地形地貌景觀，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，重構(gòu)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，改善人居環(huán)境，減輕政府環(huán)保督查壓力。同時，景觀再造提升了土地利用價值，為當(dāng)?shù)匦略隽烁刂笜?biāo)，減緩了當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地短缺矛盾；改善了“三區(qū)兩線”周圍的生態(tài)環(huán)境及視覺效果，為當(dāng)?shù)鼐用駝?chuàng)造了一個安居樂業(yè)的生態(tài)環(huán)境。

景觀再造能夠賦予場地多重功能內(nèi)涵，是一種有效的礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理模式，能夠使廢棄礦山重新發(fā)揮美學(xué)價值和經(jīng)濟(jì)價值。