矿山塌陷区生态环境恢复与治理研究

许福兴

关键词：矿山塌陷区；生态环境；恢复与治理；层次分析法；模糊数学

中图分类号：X171.4 文献标志码：B

前言

中国矿产资源丰富，大量开采之后，地下空间形成大量采空区域，导致矿区地质结构较为脆弱，生态环境遭受严重破坏。数据统计显示，超过九成煤矿资源分布在荒漠化、植被覆盖率低、自然灾害频发的干旱、半干旱的内陆区域，这些区域在矿物质开采过程中由于开采方式落后、开采位置不合理等因素造成当地地质结构、自然环境遭受严重破坏。为了有效地进行生态保护工作，文章研究矿山塌陷区生态环境污染的详细情况，并针对现状提出有针对性的治理措施。

1矿山塌陷区生态环境恢复方法与治理策略

1.1研究区域概况

文章所研究区域位于北方某城市的郊区，该地区处于内陆，常年受到大陆气候影响，且周围存在山脉，冬春两季干燥多风，夏秋两季高温多雨。2022年勘察显示，该矿山塌陷区的错动总面积达到1.25 km²，南北宽度为862m东西长度为1263 m，塌陷区的总体容积超过287万m³。西部出现整体下沉，形成明显盆地，但没有出现较为严重的塌陷坑。

1.2基于模糊层次分析法的塌陷区生态环境评价

1.2.1生态环境评价指标体系构建

该地区的生态环境包含土地资源、生物资源、水资源与气候资源。由于矿材开采导致的生态环境破坏也覆盖各个资源，经过实际勘察与专家总结确定生态环境评价指标体系。选取水资源污染、固体污染、空气污染、噪声污染、土壤污染、植被污染、地质破坏为一级指标，其二级指标包括地下水污染、矿井废水污染、工业水污染、矿渣污染、输空气污染、作业空气污染、机器噪声污染、土地沉陷、土壤污染、农田污染、可种植面积缩小、植被覆盖率降低、生物多样性破坏、生态环境污染、地形破坏、建筑受影响等。从该指标出发，利用模糊层次分析法分析所有污染指标之中对于当地影响最严重的指标，有针对性地开展修复、治理。

1.2.2基于模糊层次分析法的生态环境污染评价

1.2.2.2模糊综合评价

模糊数学作为基础，总体评价研究区域的生态环境污染情况，结合隶属度，将定性评价向定量评价转换。V与U分别为环境污染可能会出现的评价结果集合以及三级指标中各个指标的集合。按照相关规定，确定评价集：V={无污染，少量污染，一般污染，污染，严重污染}，对应的评分标淮为S={≥90，89～80，79～70，69～60，59～50，≤40}。使用隶属度函数描述矿山塌陷区环境污染指标得分和指标之间的隶属程度，文章的隶属度函数为三角形分布函数。使用U（x）描述隶属度函数，x为指标得分。

使用模糊综合评价结合隶属度函数，评价矿山塌陷区生态环境。构建指标集的评价矩阵R，指标集之中第i个指标与评价集中第j个元素之间的隶属度为r_ij，评价指标数量表示为n。使用式（8）表示评价矩阵：

将对比结果与评价集对比，确定影响研究区域生态环境最严重的指标。

1.3恢复与治理措施

1.3.1矿山塌陷回填恢复治理

先使用机械设备对矿山塌陷区开挖踏实，帮助塌陷区周围土体实现均匀沉降，剥离塌陷区周围的高陡边坡，再将合适的土体回填至塌陷区域，使得塌陷区域周围土体保持平行，以便于进一步绿化与治理。

1.3.2水系连通恢复治理

矿山开挖之后会导致河流改道、湿地断流等情况出现，水系连通恢复治理就是截流改道的河流，重现连通断流湿地，重新修复被破坏的水文环境，使得原有水源输送功能得到恢复。该方法需要整理矿渣残留的形状，还要把阻断水系的物质清除，连通地表水系，重塑地形结构，建构排水沟网，加快植物根系相互连接固水。

1.3.3基于无人机播种的植被恢复治理

通过农植机向土壤和水系修护之后的研究区域播撒草种。考虑土壤特征与降水、气候情况，选择柠条、草木犀、高羊茅等多种适合当地生长的植物种子，播种密度控制在30g/m²，可达到绿化目的。

2试验结果

2.1塌陷区生态环境污染评价结果

使用文章方法计算影响塌陷区生态环境的各个指标权重，计算结果见表1。

从表1中能够看出，水资源污染、土壤污染、植被污染权重较高，分别为0.325 4、0.2191、0.2401。水资源污染又分为地下水污染、矿井废水污染和工业水污染，地下水污染权重最高为0.1241；土壤污染又分为土地沉陷、土壤污染、农田污染和可种植面积缩小，其中，可种植面积缩小权重最高为0.1736；植被污染分为植被覆盖率降低、生物多样性破坏和植被破坏率，植被覆盖率降低权重为高为0.1647。说明研究区三方面污染较为严重，可种植面积缩小、植被覆盖率降低，地下水污染严重。将表2中的权重结果代入文章方法中，计算各指标得分，计算结果见表2。

从表2能够看出，研究区域水污染、土壤污染、植被污染评分均较低，分别为48、52、55。水污染中地下水污染评分最低为51；土壤污染中可种植面积缩小评分最低为52；植被污染中植被覆盖率降低的评分最低为49。说明该研究区域出现严重土壤污染、水污染以及植被破坏污染，这些污染问题严重威胁矿山塌陷区的生态环境可持续发展，需要有针对性地治理、恢复研究区域的水资源、土壤资源、植被绿化。

2.2矿山塌陷区生态环境污染治理与恢复

明确研究区域最严重的污染问题以后，开始对该地区的生态环境进行治理并恢复塌陷区、植被与水资源，修复前后对比见图1。

图1（a）与图1（b）分别为使用文章方法修复前后塌陷区的土层结构示意图，试验结果显示，该区域的矿山塌陷区除了矿藏层以外，由下至上分别为泥岩层、黏土层、含水层、杂土层、母质层与心土层，恢复治理以后，使用黏土取代原有的矿藏空间与泥岩层，含水层与部分杂土层由人造含水层填补，剩余土层由基底层填补，渣土回收改造回填心土层与母质层，地表种植植被。对比图1（c）和图1（d），文章采用无人机播种恢复治理研究区域植被，降低人力成本消耗，控制植被恢复的面积与密度，获得较为满意的治理修复效果。图1（e）和图1（f）是水系连通恢复治理前后效果。未恢复治理前，矿山塌陷区阻断水系连通，没有水系滋养的区域出现大量植被退化区。图1（f）为恢复治理后的效果，水系连通以后植被退化区域消除，在无人机播种配合下，植被得到恢复，实现研究区域生态环境整体性恢复治理。

3结束语

大量机械开采活动导致矿山塌陷现象严重，对周围地区的生态环境造成负面影响。为解决这一问题，文章研究了矿山塌陷区生态环境的恢复与治理。首先，评价研究区域中对矿山塌陷区生态环境影响最严重的指标。通过调查和监测，确定污染物浓度、土壤质量、水体状况等多个指标，并进行综合评估。根据评估结果，制定有针对性的恢复治理策略。针对影响最严重的指标，制定恢复治理策略。例如，回填塌陷区域；利用无人机播种技术，对塌陷区域进行植被恢复，以加强土壤保持和水源涵养能力。还可以建立连通水系的措施，确保植被的水源供给，促进生态系统的恢复。