嵩县废弃矿山生态修复研究文本.docx

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嵩县废弃矿山生态修复研究文本

嵩县废弃矿山生态修复研究

摘要

河南省嵩县矿产资源丰富，采矿业是国民经济的支柱产业之一。

采矿业的蓬勃发展，也造成了一系列的生态和环境问题。

矿区废弃地的生态修复是改善生态环境、增加土地资源的重要措施。

本文系统分析了嵩县矿产资源采掘业的现状及存在的问题，根据矿区废弃地的地理位置及其在社会经济发展中潜在功能，将矿区废弃地分为人文景观修复区、自然景观修复区、重点生态涵养区和一般自然修复区，分别采取不同措施进行修复。

依据恢复生态学和生态工程学基本原理，作者筛选了雪松、三角枫、五角枫、银杏、苦楝、山核桃等乔木树种，荆条、黄刺玫、胡枝子、白鹃梅、绣线菊、酸枣、野花椒、夹竹桃、火棘、枸骨等灌木树种，黑麦草、狗牙根、白三叶、高羊茅、马尼拉、紫花苜蓿、铺地竹等禾本科植物，扶芳藤、地锦、爬山虎、络石、常春藤等藤本植物作为生态修复的优先树种；根据废弃矿山可能存在的滑坡、泥石流等地质灾害隐患以及断岩、采空区不同的生态环境特点，作者提出了断岩稳定性治理、断岩生态修复和采空区生态修复等生态修复模式。

关键词：

废弃矿山地质灾害生态环境生态修复

Researchabouttheeco-repairmentofthescrapedminesofthe

SongCounty

Abstract

Author:

yanghongbin

ThemineralresourcesoftheSongCountyHenanisabundant,andthemineralsminingisoneofthepillarindustryofthenationaleconomy.Buttheboomingdevelopmentofthemineralminingindustryhasalsoresultedinaseriesofecosystemandenvironmentproblems.Theeco-repairmentoftheabandonofmineralminingaresisanimportantmeasuretoimprovetheecosystemenvironmentandincreasethelandquantity.TheanthorsystematicallyanalyzedthepresentconditionandexistentproblemsofthemineralresourcesminingindustryoftheSongCounty,TheauthorsystemicallyanalyzedthepresentconditionandtheexistentproblemsofthemineralresourcesminingindustryoftheSongCounty,andaccordingtothegeographicalpositionanditspotentialfunctioninthesocioeconomiydevelopmentofthescrapedminingareas,theauthorpartitiondethemintoliteraesighteco-repairmentareas,naturesighteco-repairmentareas,keyeco-careareasandecumenicalnaturerepairmentareas,soastotakecorrespondingeco=repairmentmeasures.

Accordingtothebasicprincipleoftheinstaurationecologyandtheecosystemengineering,theauthorchoosedthetrees,suchasCedrusdeodara,AcerbuergerianumMiq,AcertrancalumBunge,Ginkgobiloba,Meliaazedarachl,Juglanagceae,ect.theshrubs,suchasVitexnegundo,Rosaxanthina,Lespedezabicolor,Exochordaracemosa,SparaeasalicifoliaL.,Choerospondias axillaris,DictamnusalbusL,Neriumindicum,Pyracanthafortuneana,uexcornutalindl,ect.thegraminy,suchasLoliumperenne,Trifoliumrepens,Cynodondactylon,Festucaovina,Zoysiamatrella,Medicagosativa,Sasinaeargenteastriatus,ect.thelianes,suchasEuonymusfortunei,EuPhorbiahumifusaWilld,Parthenocissustricuspidata,TrachelospermumjasminoideandHederahelixect.asthepreferentialfoliagesfortheeco-repairment;Accordingtothepotentialgeologicaldisasters,suchascoastandmud-stoneflow,andthedifferenteco-entironmentoftheuprightandthehorizontalareas,theauthorsuggestedthedifferenteco-repairmentmodes.

Keywords:

scrapedminegeologicaldisastereco-entironmenteco-repairment

前言

我国95%以上的一次能源，80%以上的工业原料，70%以上的农业生产资料都来自矿产资源。

矿石采掘量仅次于俄罗斯和美国，成为世界第三大矿业国家。

但是，矿产资源开采给人类提供财富的同时，也给矿区带来了一系列生态环境问题[1]。

嵩县地处河南省西部山区，全县16个乡镇，318个行政村，55万人口。

县域面积3009平方公里，其中耕地面积47万亩，是一个传统的农业大县。

嵩县地上地下资源十分丰富，目前已探明储量矿产种类有黄金、磷、钾、钼、铅、铜、重晶石、大理石和莹石等30余种，其中黄金探明储量80吨，远景储量100余吨，莹石、花岗岩、钼等均有较高的开发价值；采矿业已经成为嵩县的支柱产业之一[2]。

嵩县境内伊河以北为熊耳山，平均海拔1400米，汝河以南为伏牛山地，平均海拔1200米，汝河、伊河之间为伏牛山支脉外方山，平均海拔1200米。

嵩县境内山林面积大、山头多，岩石裸露率高，土层浅薄、水源短缺，造林难度大。

加上人为长期干扰，森林资源遭到严重破坏；另外嵩县属于半干旱气候区，年平均气温14.1℃，年平均降水量为704毫米，全年无霜期216天[2]。

地理因素导致山林立地条件差、植被群落简单，生态系统脆弱，自我修复功能差，生态效益低下。

矿山生态系统是陆地生态系统的一个特殊重要的子系统，由于采矿生产使矿山生态系统结构破坏，生态功能降低或丧失，生态环境恶化，生态平衡受到破坏。

采矿造成地表的挖掘破坏或者塌陷崩落，地下水位下降，露天矿边坡失稳或滑坡，矿山排出的“三废”使地表植被破坏，耕地废弃，河流淤积，形成地下水源污染，土壤沙化，水土流失；采矿过程中排出的粉尘、有毒有害气体也导致附近农业用地减产，土壤被污染。

更为严重的是，矿山开采导致数倍于开采面积的区域地表形态发生根本变化，从而严重影响生态环境[3]。

由于采矿业的蓬勃发展，矿区森林植被遭受了严重破坏，废弃矿山土地由于土层表面被剥离、堆占，土壤结构被破坏、养分流失、杂草丛生，原有的生态景观消失，严重影响着嵩县的整体形象。

加之“高生产、高能耗、高污染”的传统经济发展模式和“先污染、后治理”的发展道路使人与生态环境的不协调状况日益严重，大气污染、水资源锐减等生态和环境问题日益突出，已经成为了制约嵩县经济社会可持续发展的制约因素。

随着经济的飞速发展和社会生活水平的普遍提高，人们对于生态环境的要求也愈来愈高。

但是过传统发展模式下的矿山开采，造成山体植被破坏，既破坏了生态环境和自然地貌景观，又引发了水土流失等一系列生态和环境问题，使人们生存空间急剧缩小[4]。

因此，迫切需要根据嵩县废弃矿山较多的现状，建立完善的生态安全格局，提升嵩县的整体形象。

在获得生态效益的同时兼得经济效益和社会效益，实现人类、资源、环境相协调。

为嵩县社会经济的可持续发展奠定基础。

1、嵩县废弃矿山现状及危害

1.1废弃矿山现状

嵩县地处深山区，工业基础薄弱，而矿产资源丰富，有矿藏的地方多，比如金矿，品位不等但遍及全县11个乡镇20处，大部分矿藏因其开采条件好，加工工艺简单，建设投资小，见效快，上世纪80年代以来，部分群众受利益驱动，纷纷上山乱采、滥挖，形成了有山就开矿,富则采，贫则弃，挖了这山挖那山，造成山林千疮百孔,留下采矿宕口星罗棋布，占用和破坏了大量的土地。

据调查，因采矿破坏森林植被面积达1386.3公顷，其中采矿挖损为217.36公顷，占破坏面积的15.7%，矿渣及尾矿压占为1168.927公顷，占破坏面积的84.3%。

大小不等采矿宕口达3200个，重点分布在旧县、大章、德亭、城关、大坪、何村、车村、白河等乡镇。

而旧县、大章、德亭、城关、何村全部位于陆浑水库上游，洛栾快速通道及白云山、天池山旅游专线两侧也分布。

矿山的乱采乱挖使自然景观、地质遗迹、旅游资源及生态环境遭到严重破坏。

矿区内危岩耸立，诱发滑坡、崩塌等地质灾害。

另外，植被破坏、水土流失、水源破坏、环境污染等给当地和下游群众的生产生活造成一定影响，特别是陆浑水库做为洛阳市的水源的，更应该对位于其上游的采矿宕口及矿渣、尾矿尽快进行生态恢复，以保护洛阳市饮用水安全，树立嵩县生态旅游大县形象。

1.2废弃矿山危害

嵩县废弃矿山所诱发的生态和环境问题主要有下列基本类型：

（1）区域性大面积地表水、地下水严重污染；

（2）矿区低地遭污染水淹没或沼泽化；

（3）地面塌陷及矿区有害气体溢出；

（4）矿井二次沉降或残余变形引起的工程地质灾害；

（5）废弃矿井严重威胁相邻矿井的安全；

（6）矿区废弃地水土流失，导致下游河道淤塞，影响防洪安全，破坏河道生态系统；[5]，[6]

（7）灾害的影响面积大，隐蔽性大，潜伏期长。

2、废弃矿山生态修复的理论基础

2.1矿区生态系统的基本特征

（1）以人为中心的生态系统，并且该系统的产生、存在、发展和消亡都是按照人的意愿进行的；

（2）它是一个开放型系统，它与整个社会的自然-经济-社会复合系统息息相关。

因此，既受自然生态规律的支配，又受社会经济规律的支配；

（3）系统中的生物群落改变，主要表现在生产者数量减少，生物性生产下降；有相当数量的家饲动物和一定数量的野生动物，但是主要的消费者是人；

（4）特殊的物质循环和能量流动，主要表现在物质流动与能量流动是开放式的，需要大量的辅助物质和辅助能源[1]。

2.2生态修复的理论基础

1979年，我国著名生态学家马世骏首次提出了生态系统工程（即生态工程）的概念，这是一种运用生态学中物种共生和物质循环再生等原理以及系统工程的优化方法，实现物质多层次利用的工艺体系[7]。

其基本理论基础包括：

（1）生态位原理

生态位指一种生物种群所要求的全部生活条件，包括生物条件和非生物条件。

种群和生态位是一一对应得，否则将导致剧烈的种内和种间竞争，最终导致生态系统失衡。

（2）生物和环境协同进化原理

生态系统中的生物不是孤立存在的，而是与其环境紧密联系，相互作用。

共存与统一体中。

生物与环境之间存在着复杂的物质和能量交换关系，一方面，生物为了生存和繁衍，必须经常从环境中摄取物质与能量，另一方面，在生物生存、繁衍和活动过程中，也不断通过释放、残体及排泄物归还环境，使环境得到补充。

环境影响生物，生物也影响环境，而受生物影响得到改变的环境反过来又影响生物，使两者处于不断地相互作用，协同进行的过程[8]。

（3）生物之间相互制约原理

生态系统中同时存在多种生物，它们之间通过食物营养关系相互依存、相互制约，形成复杂的食物网。

在生物之间的这种食物链所链锁关系中包含着严格的量比关系，处于相邻两个链节上的生物，无论个体数目、生物量或者能量均有一定的比例，相邻两个营养级之间的能量转换效率一般低于10%。

生态修复需要遵循该基本原理，合理规划和选择修复途径，以挖掘资源潜力[9]。

（4）物质循环与能量流动原理

生态系统中的食物链，既是一条能量转换链，也是一条物质循环链。

食物链越短，结构越简单，生态系统的净生产量越高，但是生态系统越不稳定，在外界干扰下容易发生逆向演替[10]。

（5）结构稳定性与功能协调性原理

在自然生态系统中，生物与环境经过长期的相互作用，在生物与生物、生物与环境之间建立了相对稳定的结构，具有相应的功能。

因此，必须充分运用生物共生、生物相克趋利避害、生物相生相养功能，形成能够发挥预期功能的具有稳定结构的生态系统。

2.3生态修复指导思想

根据嵩县山体破坏严重、废弃矿山较多、生态修复困难的现状，以恢复生态学理论和科学发展观为指导，以改善生态环境为目标，根据嵩县经济社会发展总体规划，运用景观生态设计原理和恢复生态学理论，工程措施和生物措施相结合，整合、组装国内外相关技术，因地制宜的对废弃矿山采取不同的治理模式，使其符合所在地域社会经济可持续发展的需要，彻底改善生态环境。

创造出人与自然和谐共处、经济发展和社会进步完美结合的美好境界。

为嵩县旅游业的发展提供新的资源，拓展人类生存空间，提高人民生活质量。

2.4生态修复原则

（1）生产安全原则

矿山开采后，由于地形地貌变化大、断岩多，因此，在生态修复过程中，要将安全生产问题放在特别重要的位置上，及时清除塌方、泥石流等可能安全隐患，避免地质灾害的发生，在施工过程中要特别注意施工安全。

（2）生态安全原则

充分尊重相关山体独特的自然环境条件、特殊的生物资源特征和自然原始风貌，并以此为基础，贯彻以乡土树种为主、适度引进外来物种的基本要求，开发出与之相适应的、特有的自然景观，控制对外来物种的使用规模，确保不发生外来危险物种入侵等威胁生态安全问题[11]。

（3）不同措施相结合的原则

在废弃矿山生态修复过程中，应因地制宜、因害设防，工程措施、生物技术和生态农艺技术措施相结合，最大限度地减轻废弃矿山的水土流失及其可能引起的生态和环境问题，改善生态环境。

（4）过程与多样性原则

在废弃矿山生态修复过程中，应遵循其发展规律，适当保留该地段断岩宕口的现状，使其成为自然景观的组成部分。

2.5废弃矿山修复目标

通过对嵩县废弃矿山的生态修复，彻底改善山体破坏的现状，使裸露岩石披上绿装，防止生态环境进一步恶化，使区域生态、景观得到明显改善，实现人文环境与自然环境的协调发展，把嵩县建设成为国家级生态示范县，为贯彻科学发展观，促进嵩县经济发展和社会进步提供生态保障。

在“十一五”期间，集中治理对生态环境、城市景观影响大（如沿路、沿湖、沿景观带）的废弃矿山，同时兼顾一般地区的矿山综合整治。

使裸露的岩石和废弃地覆绿，生态环境和景观生态明显改善，提高全县森林覆盖率，显著提升人居环境质量，为招商引资、扩大就业和促进生态旅游业的发展创造优良环境。

全面开展生态环境建设，使环境质量显著改善，区域生态环境和人居环境进一步优化，促进全县生态系统良性循环，实现人与自然、经济与环境高水平的双赢目标，使嵩县步入社会经济可持续发展的轨道。

2.6废弃矿山功能分区

坚持“整体协调发展为基础，以山林保护为重点”的指导思想，以生态城市建设为目标，把嵩县废弃矿山区作为一个完整的生态系统，根据嵩县地形地貌、土地利用、森林资源以及社会经济发展等特点，以森林为依托，在空间上将嵩县废弃矿山区科学划分为不同生态功能区，即人文景观修复区、自然景观修复区、重点生态涵养区和一般自然修复区。

（1）人文景观修复区

人文景观修复区包括靠近县城、城镇及较大的居民区附近的废弃矿山，由于该区人为活动频繁，一旦发生地质灾害，将造成严重的生命财产损失，因此，在生态修复过程中要特别注意断岩坡度大，存在地质灾害隐患的区域，采用综合措施进行山体稳定性治理，在此基础上建设休闲型风景林，并根据需要配置必要的休闲娱乐设施。

（2）自然景观修复区

自然景观修复区主要包括靠近白云山、天池山等森林公园、风景名胜区的废弃矿山。

该区的生态修复在消除地质灾害隐患的基础上，在修复模式和树种、草种选择及其配置方面应该符合所在风景区的整体风格。

（3）重点生态涵养区

重点生态涵养区包括重点河流及其一级支流两岸第一层山脊线内侧、重点水利工程（水库、水电站等）周围第一层山脊线内侧或者周围500m范围内的废弃矿山，该区在对断岩、堆土等作必要的稳定性处理之后，重点恢复为水源涵养林、水土保持林等防护林类型。

（4）一般自然修复区

一般自然修复区主要包括远离居民区、风景名胜区、工矿企业及重点河流和水利工程的废弃矿山，该区生态修复可以采取封禁治理措施，主要依靠自然力恢复，对主要地质灾害隐患可以根据需要适当处理，如果暂时不具备治理条件，可以设立警示标志。

3、废弃矿山的生态修复

3.1矿山治理措施

面对目前矿山环境问题，可以采取如下治理措施：

（1）合理采矿，杜绝乱采、滥采和盲目开采，坚决取缔小矿点；

（2）尽量回填采空区，对剥离土要平整，覆土造田或植树绿化，搞好土地复垦工作，以减少因采矿而造成的生态环境损失；

（3）对采矿引起的地表塌陷，采取预防为主，防治结合的原则，对未塌陷地区进行塌陷危险性评价，圈定危险区域，做好预防工作，对塌陷区应做好搬迁安置工作；

（4）开采设计时应考虑塌陷防治问题，采用减塌，防塌技术和措施，如充填采矿法，条带采矿法和井下支护及岩层加固技术等；

（5）推广新工艺，新技术，改进工艺流程，更新，改造旧设备，提高选矿水平，减少资源浪费，减轻环境污染；

（6）要求现有采矿企业及新申请登记采矿企业依法编制环境影响评价报告，足额缴纳植被恢复保证金。

在采矿结束后由林业、环保、国土资源、地矿部门组成联合验收组，对其环保措施执行情况和植被恢复情况进行验收，验收合格后退还植被恢复保证金，对不合格者责令相关企业重新恢复或者由林业部门统一进行植被恢复，恢复经费从植被恢复保证金中扣除。

3.2废弃矿山的生态修复措施

滑坡是一定地质、地形条件下，斜坡部分岩、土，在重力作用下，受自然因素或人为因素影响失去稳定，沿着内部某一软弱面（或带）产生滑动变形的现象。

在废弃矿山进行生态修复前，首先要根据整治对象的具体现状，滑坡现象严重与否，逐层次的对所要整治的废弃矿山进行矿山环境治理与恢复工作，内容包括断岩稳定性治理、宕口采空区的生态修复、断岩的生态修复三个方面。

3.2.1断岩稳定性治理

为了使植被在断岩能够更好地生长，使之不会滑落，必须采取工程措施，在断岩生态修复前，应首先对潜在、不稳定的断岩进行治理。

主要包括三个方面：

上部削坡减载、下部综合支挡和疏排水措施。

工程条件许可时，应优先考虑采用坡率法。

现场条件不允许、放坡工程量太大或仅采用坡率法和截排水等措施不能有效提高其稳定性的断岩，需进行人工加固。

常用方法有注浆、挡墙、锚杆（索）、格构锚固、抗滑桩及综合支挡结构等加固法。

（1）坡率法

坡率法是一种比较经济、简便的施工方法，包括削坡降低坡度、设置台阶以及清除表层不稳定体，在地下水位不发育、且放坡开挖时不会对拟建或相邻建筑物产生不利影响的条件下使用。

（2）截排水

为了防止滑坡（减小流水对坡面的冲击），防治水力及其引发的重力侵蚀。

对开挖扰动面进行土地整治和恢复利用，以解决坡面冲刷问题。

结合工程地质、水文地质条件及降雨条件，制定地表排水、地下排水或两者相结合的方案。

（3）抗滑桩

抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构，自60年代开始使用以来，抗滑桩得到广泛应用。

主要是因为它具有抗滑力强、用工量小，桩位灵活、施工简便安全等优点。

目前使用最多的有钢筋混凝土桩和钢管桩，日本多采用钢管桩，我国主要采用钢筋混凝土桩，采用抗滑桩对滑坡进行分段阻滑时，每段宜以单排布置为主，若弯矩过大，应采用预应力锚拉桩。

抗滑桩截面形状以矩形为主，宽度一般为1.5～2.5m，长度一般为2.0～4.0m。

当滑坡推力方向难以确定时，应采用圆形桩。

（4）锚杆（索）

锚杆（索）是一种受拉结构体系，适用于岩质边坡，由钢拉杆、外锚头、灌浆体、防腐层、套管和联结器及内锚头等组成。

当断岩变形、控制要求严格和断岩在施工期稳定性很差时，宜采用预应力锚杆。

（5）格构锚固

它是利用浆砌块石、现浇钢筋砼或预制预应力砼进行坡面防护，并利用锚杆或锚索固定的一种综合防护措施。

格构锚固技术应与美化环境相结合，利用框格护坡，并在框格之间种植花草，达到美化环境的目的。

（6）重力式挡墙

目前，对重力式水泥挡墙。

一般按传统的重力式挡墙来设汁，即先设定挡墙的墙高和墙宽，通过倾覆稳定验算、抗滑移稳定验算、墙身强度验算、整体稳定验算来调整设定的墙高和墙宽，以满足重力式挡墙的要求，其具有结构简单、施工方便，止水效果好等优点，重力式挡墙宜采用仰斜式，采用重力式挡墙时，断岩高度不宜大于10m。

对已变形的断岩和开挖土石方危及边坡稳定的边坡不宜采用重力式挡墙，开挖土石方危及相邻建筑物安全的边坡不应采用重力式挡墙。

（7）注浆加固

通过对滑带压力注浆，可提高其抗剪强度及滑体稳定性。

该法适用于以岩石为主的滑坡、崩塌堆积体、岩溶角砾岩堆积体及松动岩体。

滑带改良后，滑坡的安全系数评价应采用抗剪断标准。

注浆前必须进行注浆试验和效果评价，注浆后必须进行开挖或钻孔取样检验。

3.2.2生态修复的植物选择

根据嵩县环境特点和适地适树、目标效益、综合高效、现实可行及重视乡土树种等原则，提出嵩县废弃矿山生态修复的适宜植物种类如下（具体生态习性见附表2）：

（1）乔木树种：

女贞、雪松、栾树、三角枫、五角枫、侧柏、黄连木、银杏、刺槐、油松、麻栎、栓皮栎、桑树、青檀、朴树、皂荚、槲树、榔榆、苦楝、臭椿、楸树、香椿、柿树、山核桃、薄壳山核桃等[12],[13]；

（2）灌木树种：

黄荆、山桃、黄刺玫、黄栌、胡枝子、鼠李、白鹃梅、绣线菊、黄花忍冬、杠柳、柘树、枸杞、酸枣、扁担杆子、花椒、野花椒，夹竹桃、火棘、迎春、木芙蓉、紫穗槐等[12],[13]；

（3）草本植物:

黑麦草、狗牙根、白三叶、诸葛菜、高羊茅、马尼拉、紫花苜蓿、金鸡菊、凤仙花、波斯菊、铺地竹、孝顺竹等[14]；

（4）藤本植物：

扶芳藤、爬山虎、络石、常春藤等。

3.2.3废弃矿山的生态修复

对废弃矿山进行生态修复，必须根据地形特征、经济效益等方面的要求来对废弃矿山的断岩、宕口采空区进行有针对性的生态修复，做到有目的、有效率、充分利用现有资源。

（1）断岩的生态修复

断岩的生态修复方法和植物配置方式如下：

.挂网客土喷播

其原理是利用客土掺混粘结剂和固网技术，使客土物料紧贴石坡面，并通过有机物料的调配，使土壤固相