地理信息技術(shù)在礦山生態(tài)恢復(fù)治理中的應(yīng)用

張永術(shù)

（福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福建 福州 350011）

本文研究的礦區(qū)位于XX 縣城區(qū)西北東56°方向，直距約8.6km 處，有約5.5km 的村道可通行，礦區(qū)與村道之間有約1.5km 簡(jiǎn)易盤(pán)山土路。礦區(qū)為丘陵地貌，海拔最高為800m，最低為706m，相對(duì)高差達(dá)94m。地形切割中等。該地區(qū)具有光熱資源較差，降水量大，涼潮多霧的特征。區(qū)域年均氣溫16.4℃左右，極端最低氣溫-10℃左右，年均相對(duì)濕度大于81%，冷涼而潮濕。年平均日照1800～1900h，≥10℃有效積溫5500～5600℃，年降水量1739mm[1]。該礦山原開(kāi)采飾面用花崗巖礦，現(xiàn)已停產(chǎn)多年，采石場(chǎng)開(kāi)采留下了一個(gè)較大的采坑，礦山東南部存在因開(kāi)采飾面用石材形成的扇形渣堆兩處，總面積約5015 ㎡，渣堆隨意堆放，多為長(zhǎng)約1.5m，寬約0.8m，高約1m 的石塊組成，渣堆厚度不一，厚度1～3m 不等。在兩處渣堆的周?chē)旅嫔杏猩倭渴瘔K，目前已經(jīng)稀疏長(zhǎng)有灌木，在本次生態(tài)恢復(fù)工作中可將兩處渣堆及周?chē)钠旅媸瘔K清理完畢后復(fù)墾成梯田。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理的 目標(biāo)和任務(wù)

為了改善礦區(qū)綜合環(huán)境，在地區(qū)全面貫徹落實(shí)地質(zhì)環(huán)境綜合治理與恢復(fù)理念，需要在相關(guān)工作中，嚴(yán)格遵循“保護(hù)+治理”雙向并舉作業(yè)原則，達(dá)到對(duì)礦區(qū)環(huán)境優(yōu)化的目標(biāo)。具體工作內(nèi)容可從下面三個(gè)方面著手：

（1）針對(duì)礦區(qū)內(nèi)存在的隨機(jī)占地、植被損毀、生態(tài)環(huán)境被破壞等問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采用“建立礦區(qū)綠化工程”的方式，人工干預(yù)地區(qū)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，提高礦區(qū)表層植被的覆蓋率[2]。確?？梢栽谙鄬?duì)較短的時(shí)間內(nèi)，使礦區(qū)在種植綠化植被后，達(dá)到此區(qū)域開(kāi)發(fā)前的綠化效果。

（2）治理覆土利用原有堆土，剩余堆土全部就地平整。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)危險(xiǎn)巖體的穩(wěn)定處理，解決礦區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)存在的滑坡風(fēng)險(xiǎn)，人工采用支護(hù)的發(fā)生概率降到最低。

總之，礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理后能改善礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，重新?tīng)I(yíng)造良好的自然環(huán)境，提高植被覆蓋率并進(jìn)行土地復(fù)墾，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工 作部署

以下述礦山生態(tài)恢復(fù)治理項(xiàng)目為例，開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作部署，圖1為該礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀示意圖。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀示意圖

（1）堆渣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)主要可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害：由于礦山棄渣堆積形成的不穩(wěn)定邊坡在長(zhǎng)期雨水沖刷作用下，引發(fā)邊坡失穩(wěn)進(jìn)而產(chǎn)生的小型滑塌災(zāi)害，因滑坡面積較小，災(zāi)害發(fā)生的可能性也相對(duì)較低。因此，此次生態(tài)恢復(fù)治理工程的另一目標(biāo)為完成采場(chǎng)內(nèi)廢石堆場(chǎng)的清理工作[3]。根據(jù)調(diào)查，廢石可用作當(dāng)?shù)睾拥绦藿ㄔ?。在此基礎(chǔ)上，同時(shí)完成邊坡等工程的植被恢復(fù)工作。

（2）由于原礦山對(duì)于礦渣未采取合理的放置，隨意堆積，自由散落，形成大面積的礦渣面，自然裸露，造成嚴(yán)重的水土流失。經(jīng)大自然多年的修復(fù)，目前棄渣面周?chē)嘁严∈枭L(zhǎng)灌木、雜草。在后續(xù)的工作中，應(yīng)當(dāng)深化綠地工程建設(shè)工作，做好種植植被的養(yǎng)護(hù)工作，進(jìn)一步擴(kuò)大植被的覆蓋面積。

3 基于地理信息技術(shù)的礦山生態(tài)恢 復(fù)治理設(shè)計(jì)

3.1 地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理總流程設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和治理，在引入地理信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)其設(shè)計(jì)研究。首先，針對(duì)其總體流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。礦區(qū)滑坡、崩塌區(qū)主要分布于廢石堆場(chǎng)，針對(duì)這一災(zāi)害問(wèn)題，在治理的過(guò)程中主要措施為：根據(jù)目前形成的堆場(chǎng)現(xiàn)狀，進(jìn)行廢石搬運(yùn)處理和不規(guī)則邊坡土塊、巖塊處理，為后續(xù)的生態(tài)恢復(fù)做準(zhǔn)備，防止雨水沖刷可能導(dǎo)致的土塊、巖塊崩塌，經(jīng)治理后礦山邊坡植被恢復(fù)完好，邊坡總體保持安全穩(wěn)定[4]。根據(jù)調(diào)查，堆場(chǎng)廢石可作為當(dāng)?shù)匦藿ê拥淘鲜褂?，這既解決了當(dāng)?shù)匦拗拥倘∈斐傻纳鷳B(tài)破壞，又節(jié)省了一大筆原料開(kāi)支，總體上可行性高。根據(jù)遺留采場(chǎng)的特點(diǎn)，采場(chǎng)外圍上部均為分水嶺，匯水面積較小，故不在上部設(shè)置截水溝。

其次，對(duì)含水層的破壞進(jìn)行防治。在礦山活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，采場(chǎng)與周?chē)貏?shì)平齊或略高于周?chē)?，地下水位與周邊一致。因此，基于這一特點(diǎn)，結(jié)合破壞的實(shí)際進(jìn)行治理，促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)。

最后，地形地貌景觀與植被破壞治理。本次主要通過(guò)土壤重構(gòu)、植被重建工程、地力培肥、植物養(yǎng)護(hù)與管理等措施，達(dá)到治理植被破壞、改善地貌景觀的目的。

3.2 基于地理信息技術(shù)的礦山生態(tài)地形測(cè)繪

在明確地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理總流程后，引入地理信息技術(shù)，通過(guò)Cyclone 軟件對(duì)礦山地質(zhì)中所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并將其中含有的噪聲去除，完成對(duì)點(diǎn)云的抽稀處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生態(tài)地形的測(cè)繪[5]。

在完成對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的抽象處理后，將其格式轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮坏乩硇畔y(cè)圖軟件識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，并在軟件當(dāng)中自動(dòng)生成等高線(xiàn)。由于在實(shí)際測(cè)繪過(guò)程中噪音點(diǎn)的錯(cuò)誤刪除和遺漏問(wèn)題是不可避免的，因此為了避免出現(xiàn)測(cè)繪后得到的礦山生態(tài)地形圖出現(xiàn)不光滑或微小閉合的現(xiàn)象，則需要通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。完成上述處理后，將從等高線(xiàn)以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)中獲取到的礦山生態(tài)特征點(diǎn)、地物等進(jìn)行疊加，最后完成圖面整飾后，提交各種應(yīng)用于后續(xù)不同恢復(fù)治理需要的大比例尺地形圖，為生態(tài)恢復(fù)治理措施的具體應(yīng)用提供重要依據(jù)。

3.3 確定生態(tài)恢復(fù)治理工程量

綜合本項(xiàng)目治理需要，將其治理區(qū)域劃分為五個(gè)不同工作區(qū)，并分別編號(hào)為治理區(qū)1、治理區(qū)2、治理區(qū)3、治理區(qū)4 和治理區(qū)5。如圖2 所示。

圖2 治理區(qū)分區(qū)示意圖

基于上述地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理總流程的內(nèi)容以及礦山生態(tài)地形測(cè)繪結(jié)果，確定五個(gè)治理區(qū)的防治工程量分別為：治理區(qū)1 和治理區(qū)5 都需要通過(guò)工程措施和生物措施相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)治理，治理區(qū)2 僅引入生物措施，治理區(qū)3 和治理區(qū)4 僅引入工程措施。具體而言：治理區(qū)1 的工程措施為：邊坡下方排水溝90m[挖土方27m3(90m×0.3m2),M7.5 漿砌塊石12.6m3（90m×0.14m2）]；警示牌20 面。生物措施為：種植爬山虎288 株（總長(zhǎng)約288m，1 株/m）；種植葛藤387 株（總長(zhǎng)約387m，1 株/m）。治理區(qū)2 的生物措施措施為：種植爬山虎195 株（總長(zhǎng)約195m，1 株/m）。治理區(qū)3的工程措施為：廢石清理搬運(yùn)1490m3（總面積745m2，厚約2m）；挖掘土質(zhì)施工便道150 m3（總長(zhǎng)度48m，寬約2.5m）。治理區(qū)4 的工程措施為：廢石清理搬運(yùn)12810m3（總面積4270m2，厚約3m）；挖掘土質(zhì)施工便道784m3（總長(zhǎng)度251m，寬約2.5m）。治理區(qū)5的工程措施為：清理堆石783m3。生物措施為：種植爬山虎83 株（總長(zhǎng)約83m，1 株/m）。

3.4 生態(tài)恢復(fù)治理具體措施

在明確各個(gè)治理區(qū)的治理工程量后，分別針對(duì)其實(shí)際情況對(duì)其具體措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，治理區(qū)1 的治理措施為：首先，在坡腳設(shè)置排水溝，需設(shè)置排水溝總長(zhǎng)約90m；其次，在礦區(qū)入口設(shè)置一地災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（該項(xiàng)計(jì)入監(jiān)測(cè)費(fèi)用按年計(jì)算）。同時(shí)在治理區(qū)1 外圍布設(shè)20 面警示牌；再次，主要植物措施均分布在坡面上，在坡角處種植爬山虎，總長(zhǎng)約288m，株距1m。爬山虎幼苗培育選排水良好圃地備播，播后約半月可出土，當(dāng)年苗高可達(dá)0.40m；最后，在坡頂種植葛藤，總長(zhǎng)約387m，株距1m，該種葛藤性喜溫暖濕潤(rùn)土壤，喜中性至微酸性土壤，管護(hù)方便。從生物學(xué)特性看適宜本項(xiàng)目區(qū)種植。如圖3 所示。

圖3 治理區(qū)護(hù)坡植物措施斷面圖

治理區(qū)2 的治理措施為：治理區(qū)2 為礦區(qū)內(nèi)部的小坡面，坡面高度均不超過(guò)10m，坡度小，同時(shí)已自然稀疏生長(zhǎng)灌木和雜草。為了增加植被覆蓋度，在邊坡下方種植爬山虎，增加植被覆蓋度。在坡角處種植爬山虎，各邊坡合計(jì)195m，爬山虎種植株距1m。爬山虎幼苗培育選排水良好圃地備播，播后約半月可出土，當(dāng)年苗高可達(dá)0.40m。

治理區(qū)3 的治理措施為：在坡面上，用挖掘機(jī)以及自卸汽車(chē)清理及運(yùn)輸坡面上的廢石，面積為745m2，平均厚度約2m，體積為1490m3。為了能清理坡面上的廢石，需修筑施工便道，方便廢石搬運(yùn)，施工便道由挖掘機(jī)在邊坡上挖出長(zhǎng)約48m，寬約2.5m 土質(zhì)便道，挖出土方可用于復(fù)墾用土，施工完成后復(fù)墾成梯田，復(fù)墾工程詳見(jiàn)復(fù)墾報(bào)告。

治理區(qū)4 的治理措施為：治理區(qū)4 主要措施均分布在坡面上，用挖掘機(jī)以及自卸汽車(chē)清理及運(yùn)輸坡面上的廢石，面積為4270m2，平均厚度約3m，體積約12810m3。

治理區(qū)5 的治理措施為：復(fù)墾治理區(qū)內(nèi)石料多為1.5m3石材，多數(shù)分布在坡面上，少量分布于平面上，用挖掘機(jī)以及自卸汽車(chē)清理及運(yùn)輸堆石，體積為723m3，堆石與治理區(qū)3 和治理區(qū)4 的堆石一起送往目的地。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從四個(gè)方面對(duì)基于地理信息技術(shù)的礦山生態(tài)恢復(fù)治理方法展開(kāi)了設(shè)計(jì)研究，并在研究中提出了針對(duì)此礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的具體措施。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照“誰(shuí)開(kāi)采，誰(shuí)保護(hù)；誰(shuí)破壞，誰(shuí)治理”的工作原則，具體組織實(shí)施地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案和復(fù)墾工程施工工作，由所屬地區(qū)的政府單位與行政單位協(xié)同承擔(dān)，并做好以下管理工作：及時(shí)申請(qǐng)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和綜合治理及復(fù)墾工程施工驗(yàn)收；施工工作具有專(zhuān)業(yè)性和技術(shù)性，應(yīng)對(duì)參與人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，并聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)各項(xiàng)工作的開(kāi)展，確保治理工作取得應(yīng)有的成效。