礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與治理研究

許福興

關(guān)鍵詞：礦山塌陷區(qū)；生態(tài)環(huán)境；恢復(fù)與治理；層次分析法；模糊數(shù)學(xué)

中圖分類號：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

中國礦產(chǎn)資源豐富，大量開采之后，地下空間形成大量采空區(qū)域，導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為脆弱，生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，超過九成煤礦資源分布在荒漠化、植被覆蓋率低、自然災(zāi)害頻發(fā)的干旱、半干旱的內(nèi)陸區(qū)域，這些區(qū)域在礦物質(zhì)開采過程中由于開采方式落后、開采位置不合理等因素造成當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。為了有效地進(jìn)行生態(tài)保護(hù)工作，文章研究礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境污染的詳細(xì)情況，并針對現(xiàn)狀提出有針對性的治理措施。

1礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方法與治理策略

1.1研究區(qū)域概況

文章所研究區(qū)域位于北方某城市的郊區(qū)，該地區(qū)處于內(nèi)陸，常年受到大陸氣候影響，且周圍存在山脈，冬春兩季干燥多風(fēng)，夏秋兩季高溫多雨。2022年勘察顯示，該礦山塌陷區(qū)的錯動總面積達(dá)到1.25 km²，南北寬度為862m東西長度為1263 m，塌陷區(qū)的總體容積超過287萬m³。西部出現(xiàn)整體下沉，形成明顯盆地，但沒有出現(xiàn)較為嚴(yán)重的塌陷坑。

1.2基于模糊層次分析法的塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境評價

1.2.1生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系構(gòu)建

該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境包含土地資源、生物資源、水資源與氣候資源。由于礦材開采導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞也覆蓋各個資源，經(jīng)過實際勘察與專家總結(jié)確定生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系。選取水資源污染、固體污染、空氣污染、噪聲污染、土壤污染、植被污染、地質(zhì)破壞為一級指標(biāo)，其二級指標(biāo)包括地下水污染、礦井廢水污染、工業(yè)水污染、礦渣污染、輸空氣污染、作業(yè)空氣污染、機(jī)器噪聲污染、土地沉陷、土壤污染、農(nóng)田污染、可種植面積縮小、植被覆蓋率降低、生物多樣性破壞、生態(tài)環(huán)境污染、地形破壞、建筑受影響等。從該指標(biāo)出發(fā)，利用模糊層次分析法分析所有污染指標(biāo)之中對于當(dāng)?shù)赜绊懽顕?yán)重的指標(biāo)，有針對性地開展修復(fù)、治理。

1.2.2基于模糊層次分析法的生態(tài)環(huán)境污染評價

1.2.2.2模糊綜合評價

模糊數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)，總體評價研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境污染情況，結(jié)合隸屬度，將定性評價向定量評價轉(zhuǎn)換。V與U分別為環(huán)境污染可能會出現(xiàn)的評價結(jié)果集合以及三級指標(biāo)中各個指標(biāo)的集合。按照相關(guān)規(guī)定，確定評價集：V={無污染，少量污染，一般污染，污染，嚴(yán)重污染}，對應(yīng)的評分標(biāo)淮為S={≥90，89～80，79～70，69～60，59～50，≤40}。使用隸屬度函數(shù)描述礦山塌陷區(qū)環(huán)境污染指標(biāo)得分和指標(biāo)之間的隸屬程度，文章的隸屬度函數(shù)為三角形分布函數(shù)。使用U（x）描述隸屬度函數(shù)，x為指標(biāo)得分。

使用模糊綜合評價結(jié)合隸屬度函數(shù)，評價礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境。構(gòu)建指標(biāo)集的評價矩陣R，指標(biāo)集之中第i個指標(biāo)與評價集中第j個元素之間的隸屬度為r_ij，評價指標(biāo)數(shù)量表示為n。使用式（8）表示評價矩陣：

將對比結(jié)果與評價集對比，確定影響研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境最嚴(yán)重的指標(biāo)。

1.3恢復(fù)與治理措施

1.3.1礦山塌陷回填恢復(fù)治理

先使用機(jī)械設(shè)備對礦山塌陷區(qū)開挖踏實，幫助塌陷區(qū)周圍土體實現(xiàn)均勻沉降，剝離塌陷區(qū)周圍的高陡邊坡，再將合適的土體回填至塌陷區(qū)域，使得塌陷區(qū)域周圍土體保持平行，以便于進(jìn)一步綠化與治理。

1.3.2水系連通恢復(fù)治理

礦山開挖之后會導(dǎo)致河流改道、濕地斷流等情況出現(xiàn)，水系連通恢復(fù)治理就是截流改道的河流，重現(xiàn)連通斷流濕地，重新修復(fù)被破壞的水文環(huán)境，使得原有水源輸送功能得到恢復(fù)。該方法需要整理礦渣殘留的形狀，還要把阻斷水系的物質(zhì)清除，連通地表水系，重塑地形結(jié)構(gòu)，建構(gòu)排水溝網(wǎng)，加快植物根系相互連接固水。

1.3.3基于無人機(jī)播種的植被恢復(fù)治理

通過農(nóng)植機(jī)向土壤和水系修護(hù)之后的研究區(qū)域播撒草種。考慮土壤特征與降水、氣候情況，選擇檸條、草木犀、高羊茅等多種適合當(dāng)?shù)厣L的植物種子，播種密度控制在30g/m²，可達(dá)到綠化目的。

2試驗結(jié)果

2.1塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境污染評價結(jié)果

使用文章方法計算影響塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境的各個指標(biāo)權(quán)重，計算結(jié)果見表1。

從表1中能夠看出，水資源污染、土壤污染、植被污染權(quán)重較高，分別為0.325 4、0.2191、0.2401。水資源污染又分為地下水污染、礦井廢水污染和工業(yè)水污染，地下水污染權(quán)重最高為0.1241；土壤污染又分為土地沉陷、土壤污染、農(nóng)田污染和可種植面積縮小，其中，可種植面積縮小權(quán)重最高為0.1736；植被污染分為植被覆蓋率降低、生物多樣性破壞和植被破壞率，植被覆蓋率降低權(quán)重為高為0.1647。說明研究區(qū)三方面污染較為嚴(yán)重，可種植面積縮小、植被覆蓋率降低，地下水污染嚴(yán)重。將表2中的權(quán)重結(jié)果代入文章方法中，計算各指標(biāo)得分，計算結(jié)果見表2。

從表2能夠看出，研究區(qū)域水污染、土壤污染、植被污染評分均較低，分別為48、52、55。水污染中地下水污染評分最低為51；土壤污染中可種植面積縮小評分最低為52；植被污染中植被覆蓋率降低的評分最低為49。說明該研究區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重土壤污染、水污染以及植被破壞污染，這些污染問題嚴(yán)重威脅礦山塌陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，需要有針對性地治理、恢復(fù)研究區(qū)域的水資源、土壤資源、植被綠化。

2.2礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理與恢復(fù)

明確研究區(qū)域最嚴(yán)重的污染問題以后，開始對該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理并恢復(fù)塌陷區(qū)、植被與水資源，修復(fù)前后對比見圖1。

圖1（a）與圖1（b）分別為使用文章方法修復(fù)前后塌陷區(qū)的土層結(jié)構(gòu)示意圖，試驗結(jié)果顯示，該區(qū)域的礦山塌陷區(qū)除了礦藏層以外，由下至上分別為泥巖層、黏土層、含水層、雜土層、母質(zhì)層與心土層，恢復(fù)治理以后，使用黏土取代原有的礦藏空間與泥巖層，含水層與部分雜土層由人造含水層填補(bǔ)，剩余土層由基底層填補(bǔ)，渣土回收改造回填心土層與母質(zhì)層，地表種植植被。對比圖1（c）和圖1（d），文章采用無人機(jī)播種恢復(fù)治理研究區(qū)域植被，降低人力成本消耗，控制植被恢復(fù)的面積與密度，獲得較為滿意的治理修復(fù)效果。圖1（e）和圖1（f）是水系連通恢復(fù)治理前后效果。未恢復(fù)治理前，礦山塌陷區(qū)阻斷水系連通，沒有水系滋養(yǎng)的區(qū)域出現(xiàn)大量植被退化區(qū)。圖1（f）為恢復(fù)治理后的效果，水系連通以后植被退化區(qū)域消除，在無人機(jī)播種配合下，植被得到恢復(fù)，實現(xiàn)研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境整體性恢復(fù)治理。

3結(jié)束語

大量機(jī)械開采活動導(dǎo)致礦山塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，對周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。為解決這一問題，文章研究了礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與治理。首先，評價研究區(qū)域中對礦山塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境影響最嚴(yán)重的指標(biāo)。通過調(diào)查和監(jiān)測，確定污染物濃度、土壤質(zhì)量、水體狀況等多個指標(biāo)，并進(jìn)行綜合評估。根據(jù)評估結(jié)果，制定有針對性的恢復(fù)治理策略。針對影響最嚴(yán)重的指標(biāo)，制定恢復(fù)治理策略。例如，回填塌陷區(qū)域；利用無人機(jī)播種技術(shù)，對塌陷區(qū)域進(jìn)行植被恢復(fù)，以加強(qiáng)土壤保持和水源涵養(yǎng)能力。還可以建立連通水系的措施，確保植被的水源供給，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。