某国家级自然保护区地质环境恢复治理方案研究

李文平

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000)

本文研究的某国家级自然保护区是我国首个草地类自然保护区，也是世界生物圈保护区网络成员。保护区内经过多年开采，原始地貌破坏严重，大量植被被破坏，矿渣乱堆乱放现象突出。为有效保护自然环境和自然资源，防止植被退化、土地沙化等问题出现，现以保护区的试验区为研究对象进行地质环境问题分析，并提出相应的治理措施。

1 地质环境现状及地质环境问题

据实地调查，试验区内共14个治理区需要治理恢复，治理区总面积5.68 km2，地表损毁总面积1.12 km2。现场勘测发现，治理区内原有地形地貌景观、土地资源、地表植被已遭到严重破坏，影响了该区的视觉景观；粉尘污染、水土流失问题对生态环境和当地居民生产生活产生严重影响；治理区内部分边坡又高又陡，形成了危岩体，存在碎石滑落、崩塌、滑坡等地灾隐患[1]，威胁着附近农牧民、牲畜等的生命安全。

(1)地貌景观、土地资源及地表植被破坏。据调查，露天矿山开采以前，治理区域地表植被主要为草场。矿山开挖以后，治理区内形成掌子面、采矿平台、渣堆、堆料及浮渣浮石，整个治理区的掌子面基岩裸露，坡面陡峭，几乎没有植被覆盖，破坏了原生的地形地貌。治理区内部与周围地形景观差距较大，整体地貌景观极不协调(图1)。

图1 露天采场

(2)粉尘污染、水土流失。治理区内掌子面、采矿平台内的浮渣及渣堆结构松散，主要为碎石、碎屑，遇到大风天气，其颗粒直径较小的碎石土随风形成沙尘天，使空气质量降低；在雨水冲刷、面流、沟流作用下，容易被冲蚀，造成水土流失。治理区内的地形地貌、原有地表植被破坏严重，加剧了治理区内的水土流失，进一步加剧环境恶化。

(3)地下水资源的影响。矿山开采降低矿区水资源的补给量。在降水量大的时节，降水随着采石场内、矿坑等的裂隙(地表塌陷、裂缝等)进入地下，转化为地下水，导致降水的入渗量加大[2-3]，降低地表径流向矿区外的排准量。同时，矿山开采减小水资源的可利用量。开采区排水造成地下水位降低，水资源的补给量加大；地表径流沿着采石场、矿坑等的裂隙流走，出现河流水流量降低的现象，严重时导致断流。

(4)地面塌陷地质灾害。治理区内采用地下开采的矿井，矿体采出后，造成采空区上方岩层在重力作用下发生弯曲、离层乃至冒落形成地面塌陷坑(图2)。采空塌陷干扰和破坏了保护区生态环境中生物生存依赖的地形地貌、土质养分等，破坏了生态平衡，造成生态系统瓦解，对附近居民的生命安全构成威胁。

图2 采空区塌陷坑

2 矿山地质环境治理措施

自然保护区地质环境恢复治理的原则是因地制宜，任务是消除地灾隐患，减少粉尘污染，恢复生态环境，促进当地经济建设的协调与可持续发展，达到社会、经济发展与生态、环境的和谐统一。治理的目标是露天采场、废石(渣)堆、残山、地下采空区及塌陷坑等。治理工程设计本着安全、经济、综合治理、长效的原则，采取因地制宜、切实可行的技术措施，主要采取表土剥离、残山和废弃渣堆清除、回填(垫坡)、平整及整形、覆土、撒播草籽、地下采空区回填等措施。以治理一区、治理二区为例。

2.1 治理一区

治理一区为采石场及周边采坑，包括露天采场5个、废弃渣堆13个，各采场之间距离较近。根据区内采场、废弃渣堆现状及地形特点，考虑将各采场联合治理。治理措施主要包括：废弃渣堆清运回填和垫坡、平整整形、覆土、撒播草籽。

(1)渣堆清运回填。将废弃渣堆就近回填至所需治理的边坡坡脚，垫坡角为30°，垫坡时实行分层作业。

(2)平整、整形。对该治理区内的破坏区域进行全面平整、整形，对高度较低边坡进行修坡，使其与周围地形相协调。治理一区破坏面积为154 299.68 m2，需平整整形面积为154 299.68 m2，按0.2 m厚土石方平整计算，治理区平整整形推运量为30 859.94 m3。

(3)覆土。对治理区破坏区域及削坡区域进行覆土，覆土厚度0.2 m，覆土面积316 035.40 m2，覆土工程量63 207.08 m3，由取土点取土，运距0.5～1.0 km。

(4)撒播草籽。为达到治理区与周边地貌相协调的景观效果，对覆土区进行植草，撒播草籽，植草面积316 035.40 m2。

2.2 治理二区

治理二区共3个亚区，包括竖井、塌陷坑、渣堆及地下采空区。以K1亚区为例，治理措施主要包括：废弃渣堆清运回填至竖井、塌陷坑回填、地下采空区充填、覆土、撒播草籽。

(1)竖井回填封堵。K1亚区共2口竖井，井口截面均为2 m × 3 m的矩形，深300 m，容积1 800 m3。将渣堆部分方量回填至井筒，共需回填废弃渣堆3 540 m3，距离井口5 m时，采用C20预制混凝土进行封堵。采用符合现行国家标准的水泥，一般使用标号为42.5的硅酸盐水泥。回填2口竖井共需C20混凝土60 m3。

(2)塌陷坑回填。K1亚区共2个塌陷坑，在剖面上均呈锥形。塌陷坑T1长约17 m，宽约12 m，深约4 m，体积约272 m3；塌陷坑T2长约35 m，宽约24 m，深约20 m，体积约5 600 m3。将渣堆部分方量回填至塌陷坑，共需回填废弃渣堆5 872 m3。

(3)采空区充填。采用全尾砂胶结充填，胶凝材料采用标号为42.5的硅酸盐水泥。单次充填厚度为1.5～2.0 m，在滤水结束后进行下一次充填，如此循环。由于每次充填高度为1.5～2.0 m，取1.8 m，若矿体平均厚度大于2 m，按实际厚度计算；若矿体平均厚度小于2 m，按2 m计算，采场长54 m，则一次充填量为194.4 m3，为滤水后成稳定状态的充填体体积，折合为充填料浆体积为213.84 m3。单次尾砂消耗量247 t，折合145.29 m3。K1亚区地下采空区体积为64 143.00 m3，完全充填需尾砂48 272.23 m3。单次充填水泥需要15.44 t，完全充填需水泥5 092.29 t。

(4)拆除临时建筑。经统计治理区内临时建筑面积为2 955.15 m2。

(5)渣堆回填。将渣堆回填至采空区，回填方量130 979.85 m3。

(6)覆土。对治理区破坏区域进行覆土，覆土厚度0.2 m，覆土面积73 901.00 m2，覆土工程量14 780.20 m3。土方全部由取土点取土，运距0.5～1.0 km。

(7)撒播草籽。对覆土后的治理区植草，共需植草面积73 901.00 m2。

3 预期效益

通过对保护区地质环境进行恢复治理，形成了一个较完整的地质环境治理恢复体系，保护治理区内水土资源，尽可能还原治理区内的地形地貌景观，加大废弃土地的利用率，取得了较好的环境效益、社会效益和经济效益。

(1)环境效益方面。①地形地貌上，恢复原有地质地貌或达到与现状地形地貌相协调的景观；②生态系统上，通过恢复治理措施，恢复自然保护区内的草地，提高植被覆盖率，恢复与当地相适应的植被系统，维持生态环境的稳定。环境破坏处于长期状态时，会导致数以千计的植物、动物、微生物等物种的灭绝，维持生态环境的稳定，有利于维持生态系统的稳定；③水土保持上，采石场、矿山等的开挖导致土壤被剥蚀，通过恢复治理手段恢复治理区内土壤状况。土壤资源丰富有利于草地的生长，可以抵御风雨的长期剥蚀，减少水土流失，减少或消除土地沙漠化、土壤贫瘠化等问题。

(2)社会效益方面。通过对治理区进行恢复治理，修复破坏的草地，还自然以生机，还生态以持续，还人类以舒适；消除治理区内二次塌陷、崩塌、滑坡等危害人民生命财产安全的地灾隐患，有效预防地质灾害，消除当地居民不安情绪，稳定人心，达到社会安定、促进社会稳定及和谐发展的目的，对构建和谐社会具有积极的意义。

(3)经济效益方面。习近平总书记指出“绿水青山就是金山银山”，治理区的恢复从长远来看可以带来较大的经济效益。首先，可以提高土壤覆盖量，增加草地、耕地面积，提高土地利用率，有利于促进畜牧业、农业的发展；其次，恢复自然保护区的生态环境，有利于发展生态旅游产业，促进地方经济的发展[4]。