石灰岩矿山绿化规划

石灰岩矿山绿化规划

 

石灰岩矿山的开发利用对我国的经济发展作出了巨大的贡献。但由于多年的过度开采产生了一系列生态环境问题和次生地质灾害,如土壤结构破坏、养分流失、植被丧失、景观破坏、地面塌陷、沉降、山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流等[1]。石灰岩矿山生态环境的破坏严重制约了社会经济的发展,对人类社会的可持续发展构成潜在威胁。矿山生态环境保护和恢复工作已成为世界各国急需解决的问题之一[2-3]。近年来,人们从不同角度探讨矿山环境治理的方法,其中以通过景观绿化手段来解决矿山环境问题的思路最为突出[4-5],不仅克服了以前单一农业、林业复垦模式,同时加强了生态学、景观学和植被绿化技术的研究,逐渐形成了不同矿种、不同立地条件的矿山生态恢复技术流程。但目前我国矿山生态环境恢复治理率仍不足12%,远远落后于先进国家70%的复垦率[6]。加强矿山地质环境恢复治理工作,积极建设绿色矿山,对促进矿业经济持续健康稳定发展具有重要意义[7]。本文以唐山三友石灰岩矿山为例研究,以期对矿山环境恢复与治理提供参考。   1 研究区概况   三友石灰岩矿山位于唐山市东20km的古冶区,西邻陡河水库、南靠开滦煤矿,东连一家水泥厂。地处燕山沉降带东南部,沙陡河洪冲击扇上,地层属奥陶系(灰岩),地表为第四纪覆盖物,由北向南逐渐加厚,海拔在200m左右。该区气候属于暖温带半湿润季风型大陆性气候,具有冬干、夏湿、降水集中、季风显著、四季分明等特点。年平均气温11.2℃,年平均降雨量648.1mm,主要集中于7~8月份,年平均风速2.1m•s-1。此外,矿区地理位置优越,毗邻铁路京山线和205国道,距京沈、唐津、唐港高速公路20km,距曹妃甸90km,交通极为便利。三友石灰岩矿山于1990年建成投产,占地面积约200万m2,矿体沿山体东西展布,长1.5km,从西向东分为采矿2区、采矿1区、矿石加工区、管理区、住宅区。主要开采奥陶系马家沟组石灰岩,以生产碱石、水泥石、熔剂灰石和建材石为主。CaCO3含量90%~96%,是华北地区唯一的低碱水泥石矿区。   2 矿区资源开发利用现状和生态环境   作为全国最大的石灰石矿山的国有大型企业,三友建设投资20 040万元,现有员工1 072名,采剥总量1 080万t•a-1,产碱石270万t•a-1,低碱水泥石220万t•a-1,炼钢用熔剂灰石60万t•a-1。资源储量丰富,石灰石可采储量达5 100万t,远景储量1亿t。由于人们长期以来只重视开采而忽视对生态环境的保护和恢复治理,导致矿区内原有地形地貌遭受破坏,原先在自然状态下坡度为30~40°的稳定边坡,开采后的总体坡度达到70°左右,坡度变陡,过高,形成陡壁,使山体的应力平衡发生变化,影响了山坡的稳定性。植被资源破坏严重,土壤贫瘠,矿物元素含量单一,其中主矿体的CaCO3含量占92%~94%。土地退化,地下水短缺,地表水流失加剧,据水保部门观测,该矿区每年水土流失面积约110万m2。矿山产生的废石土、弃渣随地堆放,不仅占用大量土地而且在遭遇暴雨等情况下极易诱发滑坡、塌陷、泥石流等地质灾害;据不完全统计该矿区每年因开采而排弃的废石高达75万t左右,形成的矿坑深达海平面以下40m,发生泥石流、崩塌等地质灾害十余次,破坏土地面积达180万m2,矿山修路、建房占用耕地、林地约36万m2。采场、废石场裸露的地表岩土和矿石运输造成的扬沙、扬尘大大影响周边地区的空气质量,给当地居民的生产生活构成严重威胁,甚至影响社会稳定。因此,石灰岩矿山生态环境绿化治理工作势在必行,其中矿区内的植被重建是矿山植被恢复的重要组成部分,也是难点所在[8]。   3 绿化治理要达到的目标   首先基本恢复原山体的地质地貌特征,减少水土流失,使滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害的发生频率降到最低;其次因开采产生的大量废石土、废渣得到有效处理,还原部分耕地;第三,闭坑后的采石场复垦绿化率要达到40%以上,边坡乔、灌木覆盖率不小于40%;第四,矿石运输产生的粉尘对空气质量的污染得到有效控制;第五,采用先进技术提高矿区资源的综合利用水平,减少因矿石开采排放的固体废弃物数量。最后,还应加强矿区内重要地质遗迹的保护,结合现有的地形地貌建设矿山地质公园,促进旅游业的发展。   4 绿化治理方案   按照河北省建设“绿色矿山”示范区的有关要求,结合本矿山地质环境特征、可持续发展和资源利用率不断提高的的实际需要[9],提出将矿山环境恢复治理与资源充分利用结合起来,采取工程措施与生物措施相结合,以生物措施为主的绿化生态治理方案[10]。根据实地考察结果,按矿区的开采现状和使用功能可划分出需要治理的区域有:管理区、采矿区、生产加工区、排渣土场(图1)。   4.1 管理区   管理区位于生产区的东部,占地面积约2万m2,是矿区行政、技术中心。该区地势平坦,土壤质地较好,保水、保墒能力强,因此可以选择种植一些观花观果的园林景观树种,如海棠(Malus spectabi-lis)、樱花(Cerasus serrulata)、玉兰(Magnolia den-udata)、石榴(Punica granatum)、月季(Rosachinensis)、牡丹(Paeonia suffruticosa)等。种植形式根据栽植位置和功能的不同可选择孤植、对植、列植、群植、丛植(图2)。   4.2 采矿区   采矿区位于矿石加工区的西侧,该区坡度陡峭,基岩裸露,难以攀登,几乎没有土壤存在,复绿难度较大,主要以生态复绿为主。对于开采后已关闭的矿坑可以采取废石回填的措施处理,填充材料可以选择在开采过程中挖去的大量土石方。回填后覆盖一层表土,厚度在30cm以上,表土材料可选择腐殖土或黄土、企业建设工程土、处理后的河道淤泥和矿山排弃的建材石废料等。这样不仅可以使废石场排弃的废石重新得到有效利用,减少占用土地,而且能够基本恢复原本的地形地貌,还原自然景观的完整性。大型矿坑也可采取空置的措施恢复生态环境,处理时需进行简单的表土覆盖,使其雨季积水形成一个池塘,同时在矿坑上部的台阶上和四周进行植树、种草,栽植易成活的树种,如刺槐(Robiniapseudoacacia)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、火炬树(Rhus typhina),形成一个小型的生态环境[11]。为确保较好的绿化效果应采取多树种混交、密植的方式进行栽植,3种植物以1∶1∶1的方式进行混交,菱形排列,株行距以1m×1m为宜。这样一方面可以给周围的居民提供一个休闲娱乐的场所,另一方面可以改善周边生态环境,起到良好的社会、环境和经济效益作用。#p#分页标题#e#   4.3 生产区   生产区内的石子加工车间和水泥厂,是粉尘的主要产生区域,也是矿山环境恢复治理的主要对象之一。生产区绿化的目的首先是降尘、防噪、不影响生产人员和车辆的活动;其次是绿化美化环境。根据生产区土壤质地差,保水保墒能力弱,植物生存条件恶劣等特点,适宜选择乔、灌、草相结合的植物配置模式(图3)。绿化植物选择要遵循:①具有适应能力强、耐干旱、耐瘠薄、生长快的特点;②优先选择当地的乡土树种和先锋树种;③选择具有改良土壤能力的固氮植物;④选择具有降尘、防噪能力、易成活的树种。适宜本区种植的树种有毛泡桐(Pau-lownia tomentosa)、毛白杨(Populus tomentosa)、臭椿(Ailanthus altissima)、合欢(Albizzia julibris-sin)、栾树(Koelreuteria paniculata)、桧柏(Sabinachinensis)等。要求毛泡桐为胸径4cm,2a生苗;臭椿胸径3cm,2a生苗;合欢胸径4cm,5~6a生苗;栾树胸径5cm,6~7a生苗;桧柏苗高2m,4~5a生苗;栽植株行距3m×3m,呈梅花状排列。草本植物应选择多年生种类。   4.4 排渣土场   排渣土场由于经过多年排弃废石、废渣,形成了高低不平的地势条件,故应先进行整地,用大型机械设备,对渣土山进行削坡减载,将边坡角度放到小于35°,覆土30cm,顶部平整时挖种植沟深0.7m,行距3m,然后沟内覆土1m,沟外覆土0.3m,形成平地,靠近岩石山体处挖排水沟,在渣土山平地边部堆积边沿挡洪小坝,控制雨水流失。渣土山自上而下水平分层形成的边坡,由于存在坡陡、坡面含泥量少、排渣石堆漏水等问题,故采取平台法护坡,设置分级挡土墙,在中间形成的平台上覆盖1.2~1.5m厚的风化岩土后栽植不同种类的乔灌木,设置每个台阶高10~12m,宽2~4m,分别为上沿、中部和坡脚。在平台和边坡交接处挖种植沟,坑内覆土0.5m,种植爬山虎(Parthenocissus tricuspidata)等攀爬藤本植物。上沿呈片状密植灌木,株行距0.5m×0.5m,起到保护顶部平地边角的作用;中部覆土较薄乔木难以固定生长,采用灌草相结合的种植形式;坡脚平台可以挖坑覆0.8m的厚土,采用乔、灌、草混合栽植形式构成立体结构(图4),栽植方式选择混交、密植的绿化形式,乔木密度3m×3m,灌木0.5m×0.5m。   由于排土场石砾含量高,水土流失严重,故树种选择应以乡土树种为主,引进树种为辅,通过调查发现在当地生长较好的乔木树种有:刺槐、泡桐、火炬树;灌木:紫穗槐、胡枝子(Lespedeza bicolor);草本:草地早熟禾(Poa pratensis)、黑麦草(Loliumperenne)、狗牙根(Cynodon dactylon)、紫苜蓿(Medicago sativa)等(图5)。另外,增加藤本植物的种植,如野蔷薇(Rosa multiflora)、爬山虎等将有助于提高边坡的景观效果及稳定性[12]。边坡绿化后第一年要求乔木覆盖率≥10%,灌木覆盖率≥30%,藤木悬垂、攀援植物不少于1株/m2。排渣土场顶部地势平坦,需采取客土造林的方法。在平整覆土后,选择栽植李子(Prunus salicina)、核桃(Juglans regia)、柿树(Diospyros kaki)等果树。此外,在渣土场顶部可以用排弃的渣石铺成道路或砌成低矮景墙,既可以恢复生态环境,取得一定的经济效益,又可以营造出优美的景观环境。   4.5 原地貌、植物保护   矿区内部分奥陶系地层和开采形成的掌子面,是地质环境保护的重点,自然生长的优势树种是珍贵的种植资源,应进行人为管理,使其避免进一步遭受破坏和退化;对于通过植被恢复和重建后形成的人工林草植被应逐渐纳入植被保护范畴[13]。尊重自然、表现自然也是矿山环境绿化治理的重要组成部分[14]。   5 结语   三友石灰岩矿山绿化是在解决地质环境问题的前提下开展的,通过植被、景观恢复,废石场土地平整,覆土绿化和营造经济林木等方式,不仅起到保持养分,减少水土流失,恢复退化的自然生态环境,还原生态地貌景观的作用,而且能有效降低地质灾害的发生,创造出一个良好的矿山生态环境。该项目已通过专家评审,得到了河北省国土资源厅矿山地质灾害治理专项资金的支持,目前已在逐步实施当中,此次矿山绿化治理将有利于促进绿色矿山的建设,实现经济效益、社会效益和生态效益的有机统一[15],同时对周边地区矿山环境生态恢复治理起到良好的示范作用。