渭北旱腰带历史遗留废弃矿山生态现状与生态修复模式研究

2023-11-09吕俊娥王书青强建华

中国煤炭地质 2023年9期

吕俊娥，朱刚，王书青，邓锟，强建华

（中国煤炭地质总局航测遥感局，陕西西安，710199）

0 引言

随着国家生态文明建设和黄河流域高质量发展的国家重要战略的不断推进，矿山生态修复已经成为当前国土空间生态保护修复工作的热点和难点［1-4］。陕西是矿产资源大省，矿产资源开发在为陕西省乃至全国经济社会的发展做出了巨大贡献的同时，也造成了较严重的矿山地质环境问题［2］。渭北旱腰带是陕西历史遗留矿山分布最集中、治理难度最大的区域之一。该区地处关中盆地渭河平原北部，历史上采石十分严重，矿山地质环境问题突出［5-6］。渭北旱腰带位于全国“三区四带”中的黄河重点生态区（含黄土高原生态屏障），是黄河流域生态保护“一带五区多点”的重要组成部分，是《陕西省国土空间生态修复规划（2021—2035 年）》中“黄河重点区域矿山生态修复工程”重点实施区域，渭北地区在全省乃至全国生态保护修复格局中有着重要的地位，另外在渭北历史遗留废弃矿山周边分布着大量的历史文化遗迹。探讨和分析陕西渭北旱腰带历史遗留废弃矿山生态现状与修复技术具有十分重要的意义［3］。

1 历史遗留废弃矿山生态修复概况

1.1 历史遗留废弃矿山概况

陕西渭北旱腰带位于黄河流域中游，地处陕北黄土高原与关中平原的过渡地区，西起千河流域，东至黄河干流，北起子午岭、黄龙山一线，南至渭河冲积平原，行政区包括渭南、宝鸡、咸阳、铜川和韩城5 市23 县（区）（图1）。渭北地区早期无规划开采及“去产能”矿井退出关闭等政策实施，导致大量历史遗留废弃矿山的产生，尤其是石灰岩废弃露天矿山。截至2021年底，渭北旱腰带未治理历史遗留废弃矿山图斑589 个，其中露天开采图斑528 个，井工开采图斑46 个，联合开采图斑15 个。历史遗留废弃露天矿山存量明显大于废弃地下开采矿山。

图1 渭北旱腰带历史遗留废弃矿山分布Figure 1 Distribution of abandoned mines from history in drought belt of northern Weihe River

1.2 以往废弃矿山生态修复存在的问题

1）生态、生产和生活用水矛盾突出，矿山生态修复用水面临挑战。渭北地区属资源型缺水地区，水资源总量不足，径流丰枯变化悬殊，时空分布不均，人均占有水资源量251m3，相当于全省和全国平均水平的四分之一和十二分之一。现有水利工程主要是保障区域内大面积的旱作农业生产和居民生活用水，水资源生态赤字较大，生态阈值较低。矿山生态修复工作需大量水资源保障，与生产及居民生活用水存在冲突。因此，水胁迫是矿山生态修复瓶颈［7］。

2）石灰岩矿山陡立面修复仍是难点。渭北地区石灰岩矿山陡立面治理主要方式有危岩刷坡、削坡卸载、锚杆挂网喷砼及植生洞等技术复绿，从修复成效来看，生态效益不理想，植被成活率较低，仍是矿山治理的难点，需结合矿山所在区域自身禀赋条件和周边生态系统状况，因地制宜地选择适宜的修复模式。

3）生态治理修复系统性和整体性不足。矿山生态修复工作多为形态治理，以消除地质灾害、保证环境安全为主，存在治标不治本，甚至无效治理的情况，缺乏从生态服务功能的系统性、整体性考虑，对生态系统质量的提升不足。

2 主要矿山地质环境问题

2.1 崩塌、滑坡等地质安全隐患突出

渭北旱腰带因历史遗留废弃矿山引发的地质安全隐患主要为矿山开采陡立面造成的崩塌隐患和局部的滑坡隐患，对矿山周边房屋、道路、耕地以及过往人员生命财产安全构成不同程度的威胁。渭北旱腰带因历史采矿引起的地质安全隐患共38处，其中：崩塌隐患37 处，滑坡隐患1 处。崩塌隐患以蒲城县最多，其次为泾阳县，再次为富平县，凤翔区、合阳县、耀州区和印台区各1 处；滑坡隐患位于蒲城县。崩塌隐患为渭北石灰岩露天采区地质安全隐患的主要类型，具有突发性、破坏性、普遍性等特点（图2）。

图2 地质安全隐患现场调查照片Figure 2 Scene investigation photos of hidden dangers of geological safety

2.2 地形地貌景观破坏与影响严重

区内有高陡边坡260 处、采坑129 处、渣堆176处，其中位于三区两线范围内的高陡边坡58 处、采坑52 处，渣堆79 处；历史文化遗迹周边3km 范围内的高陡边坡54 处、采坑11 处，渣堆27 处；历史遗留废弃矿山与重要交通、城镇和村庄交错分布，严重影响了人居环境。另外，渭北旱腰带文物资源、红色革命遗址等人文资源丰富，历史遗留废弃矿山周边共有各类历史文化遗迹77处，历史遗留废弃矿山对文物保护、红色旅游开发等造成一定的影响（图3）。

图3 渭北旱腰带历史遗留废弃矿山对文物遗迹影响Figure 3 Impact of abandoned mines on cultural relics in drought belt of northern Weihe River

2.3 土地资源损毁面积大

渭北旱腰带历史遗留废弃矿山土地资源损毁主要为露天采场的挖损损毁、工业场地和废弃渣堆等的压占损毁。其中，采场挖损损毁土地面积921.33hm2，废石渣堆压占损毁土地面积242.45hm2；工业场地压占损毁土地面积81.22hm2（表1）。石灰岩采石损毁面积最大，损毁面积761.29hm2，其次为砖瓦黏土和煤矿，损毁土地面积213.76hm2，煤矿土地损毁面积187.09hm2；砂岩等其他矿种土地损毁面积82.87hm2。

表1 历史遗留废弃矿山土地损毁类型统计Table 1 Statistics of types of land damage in drought belt of northern Weihe River hm2

2.4 植被破坏，加剧区域水土流失

渭北旱腰带地处黄土高原南缘，地形复杂，梁峁相间，冲沟发育，沟谷深切，气候干旱，生态环境脆弱，水土流失严重。渭北旱腰带历史遗留废弃矿山以露天开采为主，矿山在生产过程中，由于剥离表土，损毁地表乔木、灌木、草皮等地表植被，加剧了区域水土流失。

3 渭北旱腰带矿山生态修复水土资源分析

3.1 水资源平衡分析

渭北旱腰带历年年平均降水量在400～700mm，由东向西总体呈递增趋势。关中平原西部地区年降水量最大，平均达到600mm 以上，依靠天然降水即可满足重建植被的生长需求。关中平原区东部依靠周边农田灌溉系统进行修复水源保障。渭北旱塬区成为主要的水源缺水区，管护期林地采用软管浇灌，草地采用喷灌，在采石场地盘修筑一定数量的蓄水池，利用降雨形成的地表径流作为部分管护水源。在蒲白、铜川、韩城等地生态修复用水不足部分可利用周边生产煤矿排出的矿井水进行协同修复。在河流周边的废弃矿山可利用地表水进行水源养护。管护期结束后主要依靠降雨提供植被生长所需水源（图4）。

图4 渭北旱腰带水源分析Figure 4 Water source analysis in the dry belt north of Weihe River

3.2 土资源平衡分析

渭北地区从西部到东部土壤资源差距较大。渭河以北的黄土台塬区土源充足，就地取土可满足复垦覆土条件。西部宝鸡凤翔、岐山和扶风矿区周边黄土赋存量大，黄土覆盖十余米，土壤资源丰富，可满足土地复垦覆土需求量，就地取土或利用周边生产矿山废弃土源进行土地复垦。泾阳以东矿山集中区，矿区山体表层土稀薄，基本无可利用的土壤，所需表土全部外购，土源主要为关中平原及台塬区充足区，就近村庄购买土源（一般运距小于3km），覆土工程所需表土随用随运，不做临时堆放（图5）。

图5 渭北旱腰带土源分析Figure 5 Soil source analysis in drought belt of northern Weihe River

4 渭北旱腰带矿山生态修复模式

渭北旱腰带历史遗留废弃矿山存在的矿山地质环境问题，现有的政策和技术已不能满足矿山修复的要求，应创新生态修复技术模式，提高政府和社会资本的参与度和积极性，树立资源开发和环境保护协调发展的科学发展理念，增强矿山修复治理统筹推进的合力，实现废弃矿山变身绿水青山和金山银山［8-10］。

4.1 黄土丘陵区矿山生态修复的植被功能优化

渭北旱腰带是国家级关中粮食和农业生产基地重要要组成部分，同时也是陕西重要的林果业生产基地。中华人民共和国成立以来，该地区植被建设成效显著，森林覆盖率大幅提升［11-12］。目前，该区植被建设存在的主要问题是，人工林树种组成单一，质量普遍较低［13-14］。渭北旱腰带阳坡的生态修复应以选用耐旱植物或者以保护和恢复草本群落为主，仅在咸阳、宝鸡等水分条件较好，能够满足乔木或灌木生长的小地形内进行适当比例的乔、灌、草复合配置，以丰富群落层次结构。在渭南水土条件较差区，以灌、草植被群落结构为主，优化群落生态功能。

4.2 矿山生态修复与历史人文景观功能融合提升

渭北旱腰带乾县到蒲城段，属唐代帝王陵墓保护区，目前保护现状也不乐观。同时加强和保障文物景区规划和土地利用协同发展，加快矿山生态修复。在生态修复技术的选择上以对文物破坏最小、提升景观最大化为目标的矿山生态修复技术。

4.3 干旱缺水区硬岩边坡修复

石灰岩矿山开采造成的地形地貌破坏严重，尤其是蒲城、富平一带的灰岩矿山与村庄交错分布，对人居环境造成了严重影响，同时，该地区是历史文化遗迹的主要分布地区，对人文景观产生一定影响；开采对象为奥陶系厚层状、块状灰岩、白云质灰岩，岩性单一，完整性及稳定性好，硬度大，对生态修复工作带来了难度。对土源丰富的渭北西部矿山优先采用续坡回填的方法进行坡体再造，覆盖种植土后在坡体上植被重建。对土源有限的区域采用阶梯形削坡的方法，结合矿山开采过程留设或整理成若干级类似梯田式的边坡台阶平台，在保证边坡稳定前提下台阶高差、边坡角根据具体地形条件和岩质确定，沿平台外边缘修筑挡土墙、叠石或土工植生袋围堰挡土构件［15-17］。

4.4 生产与历史遗留废弃矿山协同治理

结合在生产开采中需集中剥离的、暂时不能利用的堆土以及砂岩和矿渣等矿山资源及工业副产品充分利用，统筹用于自身矿区及周边历史遗留废弃矿山的采坑填埋与场地平整，从经济角度降低生产矿山用于排土场和固体废弃物的基建投资，从整体角度把废弃矿山综合治理与周边资源开发作为一个统一体，将矿产资源开发与矿山生态治理相结合统筹考虑，不但达到了资源综合利用的目的，还实现了历史遗留废弃矿山的生态治理综合效益最大化。