（地质工程专业论文）废弃尾矿渣土地复垦方法研究.pdf

s t u d yo n t h em e t h o do fl a n dr e c l a m a t i o na n d t a i l i n g sc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：k ex l i e s u p e r v i s o r ：p r o f f a nw e n c h a n g a nu n i v e r s i t y ，x i a n ， c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不 包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 年月日 年月日 摘要 近年来，采矿工业发展迅速，排出、堆积尾矿渣的数量也猛增。尾矿渣压占了大量 农田，使附近居民的生活环境恶化。潼关金矿就是一个典型的例子：矿业开发3 0 年后， 导致大量废弃尾矿渣随意堆放，影响了当地人民的生活与生产，严重污染当地环境。故 亟需对尾矿渣及被其压占的土壤进行土地复垦。 本文总结了综合利用尾矿渣的方法：先回收有价组分，再直接利用剩下的尾矿渣， 以实现尾矿渣的整体综合利用，彻底清除尾矿渣；归纳了受重金属污染的被压占土地的 物理修复、化学修复及生物修复方法，这些方法通常适用于单一元素重金属污染的处理， 而治理区受重金属复合污染，比较复杂，需要综合治理。针对治理区实际情况，提出了 合理的土地复垦措施，先综合利用尾矿渣，再重建受污染的土壤系统，进而恢复植被。 另外，从理论上，总结了降雨最大入渗深度的计算方法。然后用g t s 渗流分析模拟了 治理区降雨入渗，分析降雨引起了初始孔隙水压力的改变：湿润锋处渗流流速为零，其 上孔隙水压力与初始状态相比发生变化、渗流流速大于零，其下孔隙水压力不变( 等于 初始孔隙水压力) 、渗流流速为零。从地表到湿润锋的距离即最大入渗深度。在雨水带 动下，尾矿渣中的重金属等有毒有害元素向下迁移，通过计算可得到最大入渗深度( 即 最大污染深度) 。从而确定了土壤受污染的范围，使修复受污染的被压占土地具有可行 性和针对性。降雨入渗使边坡坡面土体的容重增大，下滑力也随之增大，土体强度降低。 由降雨引发的滑坡中，大部分滑动面均在雨水最大入渗深度范围以内。则通过最大入渗 深度可初步估计滑坡的规模。最后治理区采用改土法复垦效果显著。 关键词：尾矿渣、重金属复合污染、降雨入渗、土地复垦 s t a c k e dt a i l i n g si n c r e a s e sr a p i d l y t a i l i n g so c c u p i e dag r e a tq u a n t i t yf a r m l a n da n dp o l u t e dt h e l i v i n gc o n d i t i o no fn e a r b yr e s i d e n t s t h et o n g g u a ng o l d f i e l di sat y p i c a le x a m p l e r r a a y y e a r sl a t e r , am u l t i t u d eo fm i l i n g so p t i o n a l l ys t a c k e d , a n da f f e c t e dt h ep r o d u c t i o na n dl i v eo f r e s i d e n t s t h e s er a i l i n g sp o l l u t e dt h el o c a le n v i r o n m e n t s ol a n dr e c l a m a t i o ni sp r o m p t l y n e e d e d ，t a i l i n g sa n do c c u p i e df a r m l a n dr e q u i r eb em a n a g e dq u i c k l y i nt h i st h e s i s ，s u m m a r i z em e t h o d so fc o m p r e h e n s i v e l yu s i n gr a i l i n g s m e t h o d sa r ea s f o l l o w s ：f i r s t , r e c l a i mv a l u a b l ec o m p o n e n t s e c o n d ，d i r e c t l yu t i l i z er e m a i n i n gt a i l i n g s f i n a l l y , r e a l i z et h eh o l i s t i cc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fr a i l i n g s a n de l i m i n a t er a i l i n g st h o r o u g h l y a f t e rm 矾t h e s i ss u m su pt h r e ek i n d so fr e m e d i a t i o nt e c h n o l o g i e si n c l u d i n gp h y s i c a l ， c h e m i c a la n db i o r e m e d i a t i o n i no r d e rt or e c o n s t r u c to c c u p i e df a r m l a n d ，t h a tw a ss u b j e c t e dt o h e a v ym e t a l sp o l l u t i o n t h e s et e c h n o l o g i e so f t e na p p l yt os i n g l eh e a v ym e t a lp o l l u t i o n r e h a b i l i t a t i o nr e g i o ns u f f e r sf r o mh e a v ym e t a l sc o m b i n e dp o l l u t i o n t h i ss i t u a t i o ni sc o m p l e x s on e e d c o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o na b a t e m e n t c o n t r a p o s i n g t h e p r a t i c a l s i t u a t i o no f r e h a b i l i t a t i o nr e g i o n ，p u tf o r w a r ds o m er e a s o n a b l el a n dr e c l a m a t i o nm e a s u r e sb e l o w f i r s to f a l l s y n t h e t i c a l l yu t i l i z et a i l i n g s n e x t r e e s t a b l i s hc o n t a m i n a t e ds o i ls y s t e m t h e nr e s t o r e v e g e t a t i o n b e s i d e s ，s u m m a r i z em e t h o do fc a l c u l a t i n gt h eb i g g e s tr a i n f a l li n f i l t r a t i o ni nt h e o r y a n du t i l m eg t ss e e p a g ef l o wa n a l y s i st os i m u l a t er a i n f a l li n f i l t r a t i o n a n da n a l y s et h e v a r i a t i o no fi n i t i a lp o r ew a t e rp r e s s u r ec a u s e db yr a i n f a l l a tt h ew e t t i n g 舶吐v e l o c i t yo f s e e p a g ef l o wi sz e r o a b o v et h ew e t t i n gf r o n t ，p o r ew a t e rp r e s s u r ec h a n g ei nc o m p a r i s o nw i t h o r i g i n a ls t a t e ，a n dv e l o c i t yo fs e e p a g ef l o wi sg r e a t e rt h a nz e r o b e l o wt h ew e t t i n gf r o n t ，p o r e w a t e rp r e s s u r ei si n v a r i a n t ( e q u a lt oi n i t i a lp o r ew a t e rp r e s s u r e ) ，a n dv e l o c i t yo fs e e p a g ef l o w i sz e r o t h eb i g g e s ti n f i l t r a t i o nd e p t hi st h ed i s t a n c ef r o me a r t hs u r f a c et ow e t t i n gf r o n t t h e r e i sal o to fp o i s o n o u sa n dh a m f u le l e m e n t ，f o ri n s t a n c eh e a v ym e t a l t h e yt r a n s f e rw i t h r a i n w a t e r s ot h r o u g hn u m e r a t i o nc a ng e tt h eb i g g e s ti n f i l t r a t i o nd e p t h ( t h em a x i m u m p o l l u t i o nd e p t h ) t h e r e b yc o n f i r mt h ep o l l u t i o nr a n g eo fs o i l i ti sg o a l - d i r e c t e da n df e a s i b l e t or e c o n s t r u c tp o l l u t e df a r m l a n d ，w h i c hw a so c c u p i e d b yt a i l i n g s b e c a u s eo fr a i n f a l l i n f i l t r a t i o n ，t h ev o l u m ew e i g h ta n dt h eg l i d ef o r c eo fs o l u mi n c r e a s e d h o w e v e rt h es t r e n g t h o fs o i lb o d yr e d u c e d w h e nl a n d s l i d ew a sc a u s e db yr a i n f a l l ，m o s ts l i ps u r f a c ew a sl e s s e rt h a n t h eb i g g e s tr a i n f a l li n f i l t r a t i o n s ot h eb i g g e s tr a i n f a l li n f i l t r a t i o nc a nb eu s e df o rp r e l i m i n a r i l y e s t i m a t i n gt h es c a l eo fl a n d s l i d e f i n a l l y u t i l i z et h em e t h o do fs o i lr e p l a c e m e n tt or e s t o r e r e h a b i l i t a t i o nr e g i o n t h e nt h ee f f e c ti sn o t a b l e k e yw o r d s ：t a i l i n g s ；h e a v ym e t a l sc o m b i n e dp o l l u t i o n ；r a i n f a l li n f i l t r a t i o n ； l a n dr e c l a m a t i o n 第一章引言 目录 1 1 1 问题的提出1 1 2 国内外矿区土地复垦研究现状。1 1 2 1 国外矿区土地复垦研究现状l 1 2 2 国内矿区土地复垦研究进展及存在的不足3 1 3 论文研究的主要内容4 第二章废弃尾矿渣场土地复垦原则与规划 2 1 土地复垦对象5 2 2 土地复垦原则。5 2 3 土地复垦规划6 第三章废弃尾矿渣场的环境地质灾害类型及评估8 3 1 潼关金矿区自然地理概况8 3 1 1 地理位置8 3 1 2 气候条件8 3 1 3 地形地貌9 3 1 4 土壤状况1 1 3 1 5 植被状况1 1 3 2 大西岔沟地质灾害类型及评估1 1 3 2 1 地质灾害类型1 1 3 2 2 泥石流灾害评估1 3 3 3 治理区地质环境污染现状及评估1 4 3 3 1 地质环境现状调查1 4 3 3 2 重金属的危害1 7 3 3 3 土壤重金属污染评估1 9 3 4 本章小结2 1 第四章矿区废弃地土壤系统恢复2 2 4 1 废弃尾矿渣综合利用2 3 4 1 1 从废弃尾矿渣中进一步回收有价元素2 4 4 1 2 作为二次资源制取新形态物质2 5 4 1 3 生产微量元素肥料2 8 4 1 4 利用尾矿渣作井下采空区的填充材料2 8 4 2 废弃地土壤系统的修复技术2 8 4 2 1 改土法( 换土法) 2 8 v 4 2 2 电动修复技术2 9 4 2 3 热处理法( 热修复) 。31 4 2 4 水洗法31 4 2 5 化学淋洗修复技术3 2 4 2 6 土壤改良技术3 3 4 2 7 固定稳定化修复技术3 5 4 2 8 植物修复技术3 6 4 2 9 微生物修复技术3 8 4 3 废弃地植被修复技术3 8 4 3 1 植被修复的选种原则和不同地区的选种3 8 4 3 2 植被恢复的栽种技术3 9 4 3 3 植被恢复的养护技术4 1 4 4 本章小结4 2 第五章废弃渣场渗流分析 5 1 降雨入渗的理论分析4 3 5 1 1 降雨入渗模型4 3 5 1 2 降雨入渗过程中的最大入渗深度4 6 5 1 3g t s 渗流分析原理4 8 5 2g t s 渗流分析51 5 2 1 尾矿渣场降雨最大入渗深度计算5 1 5 2 2 矿渣边坡降雨最大入渗深度计算5 9 5 3 本章小结6 5 第六章废弃土地治理“ 6 1 综合利用尾矿6 6 6 2 修复破坏的土壤系统6 7 6 3 植被修复7 0 6 4 实例分析7 0 6 5 本章小结7 3 结论 参考文献。 攻读硕士期间取得的研究成果7 8 致谢 长安大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章引言 近年来，采矿工业发迅速，排出、堆积尾矿渣的数量也猛增。采矿过程中严重破坏 了原有的地表层，产生了大量粉尘，引起农田毁坏、植被减少、水土流失，排出的固体 废弃物压占了土地，排放的有毒物质污染了大气和水。而且矿区附近的林地、农田、果 园及居民区都深受其害。采矿引发的尾矿坝塌方、滑坡、泥石流、坝体溃决等不但会毁 坏房屋、田地，更会使居民的生命财产安全受到威胁i l 】。 潼关金矿就是一个典型的例子，3 0 年来的矿业开发，为国家黄金生产和地区社会经 济发展做出了巨大贡献。与此同时，由于这些矿业活动，在2 0 0 k i n 2 的农业区内，分布 着数以百计的小汞碾、小氰化、小浮选提金点，其中尾矿库1 2 4 座、无库尾矿渣堆9 8 8 多处、氰化池5 6 处，共占压土地面积5 1 4 9 亩。还产生了十分典型的矿山环境地质问题， 如矿渣性泥石流地质灾害及其隐患，水土环境重金属污染问题。因矿权更替、企业破产 等因素，导致大量废弃尾矿库的责任主体无处寻觅，尾矿库、尾矿渣堆出现无人治理局 面。矿区土地复垦迫在眉睫，也是社会发展的必然要求。 目前废弃矿渣不经处理便随意排放及压占土地的复垦综合整治，是国内外急需解决 的问题，因此本论文进行这一领域等方面的研究。 1 2 国内外矿区土地复垦研究现状 1 2 1 国外矿区土地复垦研究现状 2 0 世纪5 0 年代开始，国外就已出台了土地复垦方面的条令和法规，防止土地荒废， 重建生态环境，并建立科研机构、学术团体、企业等，进行复垦研究试验。条令明确规 定了复垦时间、质量要求，使复垦技术的不断改进【l 】。2 0 世纪7 0 年代，国外使用生物 改良和治理土壤等复垦技术发展较快，尤其将微生物肥料应用于复垦土地的培肥。微生 物技术培肥地力，效益高、成本低。磷钾细菌肥料、自生固氮菌、复合菌肥技术及菌根 技术成功用于矿区土地复垦【2 】。国外土地复垦中，相关农林科学技术、矿区复垦生物技 术发展快，特别是近2 0 3 0 年来微生物复垦技术逐渐成熟，显著提高了生态恢复掣3 j 【4 j 。 随着电力和采矿业的兴盛，美国矿区环境不断恶化。美国1 9 7 7 年颁布了露天开 采控制和复垦法令以控制污染。美国环境法规定因工业建设破坏的土地必须恢复到原 第一章引言 来可利用的状态，在法令的强制作用下，研究也发展迅速，矿区废弃地生态恢复卓有成 效。美国矿务局调查表明，平均每年采矿占地4 5 0 0 h m 2 ，4 7 的废弃地重建了生态环境， 1 9 7 0 年以来生态恢复率约7 0 。矿区废弃物利用、土壤改良、植物选种栽培等方面美 国均积累了大量的经验【5 1 。美国弗吉利亚当地居民用煤矸石充填采煤造成的沉陷区，再 用机械分层碾压矸石，使其下部底层充分密实，来避免耕种层的水分泄漏；接着覆盖 5 0 c m 较为疏松的细矸石于紧密矸石之上；然后覆盖5 c m 厚的城市污水处理厂的活性污 泥于矸石层上，最后铺上3 - 5 c m 有机质( 如碎草、树皮等) ，此法成效显著。 1 9 6 9 年英国出台了矿山采矿场法，规定了生态恢复的衡量标准，让矿主开矿的 同时提交生态恢复及管理计划。英国政府还为土地生态恢复拨专款，来弥补当地复垦费 用的不足【6 】。1 9 7 0 年，英国矿区废弃地有7 1 万公顷，其中每年煤矿露采占地2 1 0 0 h m 2 。 因政府重视复垦，各种措施作用下，生态恢复成绩明显。1 9 7 4 1 9 8 2 年间因采矿废弃的 土地1 9 x1 0 4 h m 2 ，复垦面积1 7 x1 0 4 h m 2 ，恢复率达8 7 6 ，截止1 9 9 3 年露天采矿占用 地已恢复5 4 1 0 4 h m 2 。英国在露天煤矿采空区及煤矸石的生态恢复方面积累了大量经 验。如阿克顿煤矿直接用井下运来的煤矸石充填附近的露天煤矿采空区，分区开采、同 时进行复垦【刀。 德国鲁尔非和莱茵两个露天煤矿破坏、压占土地严重。德国政府规定：“露天采矿 后必须恢复原有的自然景观、农业和林业经济 。德国复垦资金渠道稳定、管理机构健 全执法严格，生态重建硕果累累。截止1 9 9 6 年，全国煤矿采矿破坏的土地1 5 3 1 0 5 h m 2 ， 已经完成生态重建的土地面积8 2 3 1 0 4 l l n l 2 ，恢复率达5 3 5 嘣5 1 。莱茵矿区露天采矿时， 剥离表土妥善存放，用粉煤灰、砂石等废料回填采煤坑，然后覆盖预先存放的表土，施 肥后种植一些过渡性的先锋植物，等土地熟化之后开始农业耕种。产量甚至超过了采矿 前的水平。 澳大利亚矿区废弃地复垦运用综合模式，复垦工程设计周密，生态重建的同时，严 防矿区废弃物污染地上、地下水系及大气环境。其复垦设计还包含了生态系统的重建、 动植物栖息地，离复垦的最终目的更近了一步。 日本政府在1 9 5 2 年、1 9 6 3 年分别制定了临时煤炭矿害复垦法( 复垦法) 和煤 炭矿害赔偿担保等临时措施法( 担保法) ，并于1 9 6 8 年将担保法修订为煤炭矿害赔偿 等临时措施法( 措施法) ，成立了煤炭矿害事业团。1 9 9 6 年，日本统一规划了矿区废弃 地的生态重建，并成立了新能源产业技术综合开发机构( n e d o ) 专门负责处理矿区废弃 地的生态重建问题用。 2 长安大学硕士学位论文 捷克1 9 5 2 年出台了采矿法，规定了采矿后必需开展土地复垦。1 9 5 6 年的农业 土壤保护法强调了采矿企业开展复垦的责任【】j 。前苏联1 9 7 6 年出台了关于有用矿物 和泥炭开采、地质勘探、建筑和其它工程的土地复垦、肥沃土壤保存及其合理利用的规 定；规定矿山企业复垦因采矿产生的废弃地是一种责任。采矿时把破坏土地上的表土 集中保存，为复垦创造好条件。法国政府1 9 7 9 年出台法令规定：停业的采矿场务必采 用清理工程、土方工程及种植等方法复垦场地，使采矿恢复可利用状态。 1 2 2 国内矿区土地复垦研究进展及存在的不足 ( 一) 土地复垦概况 在古代，我国就已着手复垦土地，如浙江绍兴的东湖最初是一采石场，从汉代开始 开山取石。隋代扩建绍兴城时，更是大规模开采，日积月累开凿出奇形怪状的峭壁和幽 深的小塘，构成了东湖的雏形，到清代，东湖筑堤分界，内为湖外为河，长期改造后， 形成了山水相融、洞窍盘错的风景旅游胜地【8 】【9 1 。 r 一 。 近代土地复垦始于5 0 年代末。如1 9 5 7 年辽宁省桓仁铅锌矿把废弃尾矿地利用工程 措施覆土造田；1 9 5 8 年郑州铝厂小关矿，设计时便考虑了生态重建，利用废石造地1 0 0 0 多亩；从1 9 6 4 年起，广东坂潭锡矿利用剥离废土边开采边回填采空区，实现了当年征 地同年造地补偿；唐山马兰庄铁矿从建矿，利用尾矿砂充填河滩地造田、剥离岩石填沟 平坑以造田等多种措施，生态恢复率达8 5 以上，造田面积甚至超过建矿占地面积【l 】。 长沙黑色冶金矿山设计研究院与1 9 7 9 年研究土地复垦，以解决冶金矿山的土地破坏问 题。 中国许多的法律都对矿区废弃地的生态复垦做出了规定，如中华人民共和国矿产 资源法第三十条规定：“开发矿产资源，应节约用地。耕地、林地、草地因采矿受到 破坏的，矿山企业应该因地制宜的采取复垦技术、种草、种树或者其他利用措施”；中 华人民共和国环境保护法第十二条规定：“开发矿产资源，应采取措施保护生态环境”； 中华人民共和国土地管理法第十八条规定：“采矿、取土后能够复垦的土地，用地 单位和个人应负责复垦，恢复利用 等。此外，国务院1 9 9 8 年1 0 月正式出台了土地 复垦规定。 土地复垦规定是中国较全的第一部土地复垦政策法规。其实施表明中国土地生 态重建进步显著。它明确了“谁破坏，谁恢复”的原则，赋予了土地管理部门依照土 地管理法与土地复垦规定进行监督检查、管理职能；对矿山企业、行业主管部门 3 第一章引言 及个人规定了破坏土地应承担的责任与义务，确定了土地生态重建资金的来源。土地 复垦规定的颁布，使矿区废弃地恢复的质量和速度都有明显提高。1 9 9 0 1 9 9 5 年全国 累计恢复各类废弃土地约5 3 3x1 0 5 h m 2 ，其中1 5 2 6 家大、中型矿区恢复矿区废弃地约 4 6 7 x1 0 4 h m 2 ，占全国累计矿区废弃地面积的1 6 2 【1o 】【1 1 1 。 ( 二) 存在不足 1 9 9 8 年研究人员对3 8 9 座乡镇矿区的调查表明乡镇小型矿区的生态恢复率几乎为 零1 0 1 。中国矿区废弃地生态恢复的任务还十分艰巨阴。近代我国土地生态重建起步晚、 难度大、旧账多，地域间发展不平衡。土地复垦有待于科学化、规范化，组织机构和法 制还不健全，尤其资金渠道不畅，直接影响了生态重建的开展【l 】。 1 3 论文研究的主要内容 以环境土壤学、土地经济学、矿山生态学、土壤环境学、环境科学、测量学、地质 工程学、土壤学、污染生态学及区域规划管理等理论，明确潼关金矿区废弃尾矿渣场复 垦土地的利用方向。具体研究内容如下：( 1 ) 总结了目前综合利用尾矿渣的方法。( 2 ) 归 纳了当前废弃地土壤系统的修复技术。( 3 ) 采用数值计算方法，确定了污染范围。( 4 ) 针 对治理区的矿山环境地质问题，提出合理的土地复垦措施。 技术路线如下： 图1 1 研究技术路线图 4 长安大学硕士学位论文 第二章废弃尾矿渣场土地复垦原则与规划 2 1 土地复垦对象 弃置不用的土地即废弃地( w a s t el a n d ) 。人们熟知的有以下三种：垃圾处置场地、矿 区废弃地和城市工业废弃地。矿区废弃地可细分为：采场、排土区和尾矿区。采场直接 破坏土地，启动和运输采掘设备污染环境。排土区排出的废物压占了大量土地，有毒的 废渣、矸石等将原来的土壤特性改变。危害性最大的是尾矿区，往往尾矿中含有许多有 毒有害元素，其扩散将使矿区及其周围均受威胁【7 】【1 2 1 1 3 】。上述废弃地即为复垦的对象。 2 2 土地复垦原则 ( 1 ) 自然原则 当地环境及各种自然因素都是复垦需要考虑的，因地制宜非常重要。 ( 2 ) 系统原则 根据生态系统的规律、方法和原则建立科学的格局( 生态系统成分的水平安排) 、结 构( 土壤和植被的垂直结构) 、内容组成( 种类丰富度及多度) 、异质性( 各组分由多个变量 组成) 、功能( 诸如能量、水、物质流动等基本生态过程的表现) 【1 4 】f 1 5 】。而且土地复垦的对 象是自然、经济、社会等子系统相互制约、相互耦合、相互促进的动态系统。各子系统 均需考虑结构特点、构成要素及相互关系，系统间的信息、物质、能量的传递为统一的 整体【1 6 1 。 ( 3 ) 无害化原则 土地复垦不能建立在破坏其他生态系统的基础上，要采用无害的生态的手段。 ( 4 ) 经济原则 查清区域社会经济特征，依据区域资源的适宜性，确定生态恢复的重点和内容，选 用合理的生态重建方案，并作出规划。 ( 5 ) 管理和监督原则 在已复垦土地的生态系统功能和结构完全恢复之前，需严格地对之管理和监督。通 过法律提出风险评价模式，规定开采矿产资源应承担的相对应的法律责任，及复垦达标 标准。依法评价资源的储存情况、开采对生态环境的破坏程度和类型、开矿技术水平及 复垦土地的经济能力等【7 1 。 5 第二章废弃尾矿渣场土地复垦原则与规划 2 3 土地复垦规划 矿区土地复垦不但与社会科学( 经济、人口学等) 、技术科学( 水利、生态工程、水土 保持、采矿等) 、自然科学( 生态学、林学、农学、生物学、地质工程学、土力学、环境 科学等) 等学科相关，还和国民经济的很多部门( 水利、林业、农业、土地管理、采矿业 等) 有密切联系，是一项综合的复杂的系统工程【1 6 】f 1 7 】【1 8 】。所以矿区复垦前的规划和设计 是必要的p j 。 土地规划的意义有：确保矿区生态系统结构、土地利用结构及复垦工程时空分布的 合理性，以便土地部门宏观调控生态重建( 复垦) 工作【1 1 。本文提出矿区废弃地生态恢复 规划阶段的内容和目标见表2 1 。 表2 1 矿区土地复垦规划阶段的目标和内容 阶段内容目标 治理区地形图测量 交通状况调查( 关系到工程施工方法的选择) 勘查 人文与经济情况调查 积累前期基础资料 工程地质与水文地质条件调查 地质灾害调查 明确治理区范围 确定复垦方向( 具体可分为耕地、果园和林地) 复垦工程设计的 总体规划 选用合理的工程和生物复垦措施 理论指导 进行方案比选 经济效益预测 提出具体的工程措施及选择适宜的复垦植物品种 工程布局设计及工程图的绘制 复垦设计作为施工的依据 明确施工要求及注意事项 投资预算及效益分析 矿区土地复垦规划的基本设计内容如下： ( 1 ) 勘测、现状调查与分析 收集编制规划所需的基础资料( 如图纸、数据等) ，把握复垦的重点。 ( 2 ) 总体规划 确定规划时间及范围，编写复垦任务和目标，对复垦对象进行分区、分类且作详细 的实施计划，预算总体规划方案的经济效益，制定出可行的规划办法。规划报告和图纸 即最后成果。 ( 3 ) 复垦工程设计 依据总体规划，详细设计即将实施的复垦项目。确保施工部门可按照设计说明书和 6 长安大学硕士学位论文 图纸施工，及设计必须具有可操作性。 ( 4 ) 审批实施、工程验收及评估 复垦完成后，需要土地管理部门验收，复垦土地的动态监测管理由土地使用者来实 施【2 】【4 】。 7 第三章废弃尾矿渣场的环境地质灾害类型及评估 第三章废弃尾矿渣场的环境地质灾害类型及评估 以潼关县主要矿区为例，介绍矿渣可能引发的地质灾害类型、特点、成灾模式及危 险性评估。矿渣分为两种：第一种是采矿矿渣，其特点是粒径较大，大多数粒径 1 0 c m ， 它堆放在山区峪道中可诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，下文以桐峪矿区大西岔沟 为例分析其灾害类型并进行评估；第二种是冶炼矿渣，其特点是粒径小，常为中砂或粉 砂，它往往堆放在居民区附近，主要的地质环境灾害是矿渣中有毒有害重金属元素对环 境的污染，下面以南头村六组、马吉村二组和四组三个治理区为例对其污染现状作出评 价。 3 1 潼关金矿区自然地理概况 3 1 1 地理位置 潼关县地处秦、晋、豫三省交界处，是陕西省的东大门，西连陕西华阴市，南以秦 岭分水岭与陕西洛南县接壤，东接河南省灵宝市，北隔黄河与山西省芮城县相望，面积 5 2 6 k m 2 ，人口1 5 万，其中，农业人口1 1 4 万。陇海铁路、3 1 0 国道西安太原、西安 洛阳高速公路途经该县，东西向穿越，以县城为中心的县乡镇公路网已经形成。 潼关县历史悠久，黄金产量居中国前列，尚有大理石、蛭石、石墨、铁等矿产。农 业主要种植小麦、玉米、棉花、油菜等。有潼关玉、酱笋、八宝小菜等土特产。有潼关 古城、渡口、十二连城、秦王寨、马趵泉、泗洲城、汉城、隋城、明城遗址、张家湾仰 韶文化遗址等很多名胜古迹。潼关县7 0 的财政收入来源于黄金产业，因而该区为潼关 县的主要经济支柱区。 3 1 2 气候条件 潼关县属暖温带大陆性雨热同季的季风性干旱气候区，冬季干冷少雪，春季少雨多 风、气候干燥，夏季高温燥热暴雨多，秋季降温迅速且连阴多雨。据潼关县气象局资料 ( 图3 1 ) ，潼关县多年平均降水量5 8 7 4 m m ，年最大降雨量1 0 0 0 o m m ( 2 0 0 3 年) ，年最小 降雨量3 1 9 1 m m ( 1 9 9 7 年) ，日最大降水量1 1 3 4 m m ( 1 9 8 5 年7 月2 4 日) ，1 小时最大降雨 量6 0 0 m m ( 1 9 8 7 年7 月9 日1 9 时1 4 分) ，1 0 分钟最大降雨量2 3 2 m m ( 1 9 8 8 年7 月3 0 日5 时1 7 分) 。南北差异明显，由北向南递减。日最大降雨量在l o o m m 以上为十年一 遇，日最大降水量出现在7 、8 、9 三个月的年分占7 6 1 9 ( 图3 2 ) 。 8 图3 1 潼关县多年年降雨量图 图3 2 潼关县多年月平均降水量亘方图 年平均气温1 3 o c ；一月最冷，平均气温一1 6 c ，极端低温一1 8 2 c ；七月最热，平 均气温2 6 1 ，极端最高温4 2 7 ，东西差异不明显，昼夜温差大。区内塬高沟深，风 大且多，年平均蒸发强烈，年蒸发量11 9 3 6 m m 。降水量是蒸发量的5 2 4 1 ，四季多风， 8 级以上大风1 5 1 2 次。 3 1 3 地形地貌 潼关县地貌自南而北，依次划分为秦岭中一低山区、山前冲洪积斜塬区、黄土残塬 沟壑区、黄一渭河冲积平原区四个地貌单元分区( 图3 3 ) 。 ( 一) 秦岭中一低山区 分布于小秦岭山脉北坡，东西走向，由东而西发育七条峪道，多呈“v 型谷，坡 降比8 - 2 5 ，海拔高程7 0 0 。2 1 0 0 m ，相对高差达1 4 0 0 r n ，岩石裸露，土层浅薄，植被覆 盖率8 0 2 e 右，以乔灌木为主。面积1 6 2 k r n 2 ，占全县国土面积3 0 8 。是该地区主要金 9 第三章废弃尾矿渣场的环境地质灾害类型及评估 矿开采区。 图3 3 地形地貌分区 ( 二) 山前冲洪积斜塬区 分布于山前断裂以北各峪道出口附近，由多个不同规模的古老洪积扇、泥石流堆积 扇连接而成。塬面地形南高北低，地形坡度5 8 。，海拔高程5 0 0 9 0 0 m ，受山区沟谷 的冲蚀，塬面丘状起伏。河谷多呈“u 型谷，纵坡降比为3 - 5 。 ( 三) 黄土残塬沟壑区 分布于代子营至县城以北广大地区，南北宽6 l o k m ，塬面较为平坦，坡角1 3 。， 高程5 0 0 7 0 0 m ，受地表径流长期侵蚀影响，形成黄土沟壑残塬地貌景观，主要为农业 生产区。一些县办选矿厂及家庭式黄金选厂分布此区。 ( 四) 黄河渭河冲积平原区 分布于潼关县北部黄河、渭河两岸。由多级阶地组成，地面较平坦，海拔高程 3 31 3 5 0 m ，流程18 k i n ，平均河宽2 k m ，水域面积11 7 k m 2 。双桥河、潼河两大水系在 此区汇入黄河。 ( 五) 双桥河冲洪积阶地区 主要分布于双桥河中、下游河床两岸1 2 级阶地及河漫滩，两岸为黄土残塬，坡角 陡立，沟谷较开阔平坦，呈“u 型。阶地及河漫滩地层具二元结构，下部为“漂”砾、 卵砾石、砂砾石层；上部为次生黄土、砂质粘土和亚粘土，项部为耕作土。 1 0 长安大学硕士学位论文 潼关县金矿区地处小秦岭太华台拱与汾渭断陷盆地的接合部。在新构造运动作用 下，古老基底太华群的长期隆起与渭河断凹的不断下降，形成高差悬殊的地貌景观。 桐峪矿区大西岔沟位于潼关县南部山区东桐峪镇的六公里处。地貌上属于秦岭中一 低山区，地势由南向北渐缓，大西岔沟沟谷呈v 字型，两侧坡度较陡，一般坡度超过 3 5 0 ，海拔1 1 1 4 2 1 8 3 5 5 m ，大西岔沟总体流向北偏东2 4 0 ；地势南高北低，平均坡度1 3 0 。 马吉村二组、四组治理区属于山前冲洪积斜塬区，南头村六组治理区属于黄土残塬 沟壑区。 3 1 4 土壤状况 桐峪矿区大西岔沟下伏地层为太古界太华群花岗片麻岩，结构较破碎，节理发育。 上覆地层( 土壤) 为第四系冲洪积物为主，由北向南逐渐增厚，由山顶向沟底逐渐增厚。 南头村六组、马吉村二组和四组三个治理区主要为第四纪风积黄土地层，抗风化作 用差，在富水的情况下工程性能较差。土壤为黄土性土，即在黄土母质上直接耕种熟化 而形成的土壤。主要分布于沟坡、塬梁缓坡、壕底和洪积扇上。土层深厚，质地均一， 轻到中壤，色黄棕，疏松软绵，通体强石灰反应，无明显的发育层次，耕层下即为黄土 母质。由于局部的堆积和长期强烈的侵蚀作用，土壤发育很弱，基本性状接近于黄土母 质，有机质缺乏，养分含量低。但在人们的耕种、施肥和自然因素的综合影响下，尤其 在控制了水土流失之后，土壤肥力不断提高。黄土性土按其母质质地和地形部位分为黄 增土和黄绵土两个亚类【2 2 】。 3 1 5 植被状况 桐峪矿区大西岔沟森林茂密，植被发育，覆盖率高达8 0 以上，除了矿渣在沟内乱 堆乱放外，很少见土石裸露的情景。 南头村六组、马吉村二组和四组三个治理区与居民地相邻，多为居民所种的庄稼， 植被覆盖度也可达8 0 以上，总体上呈农业耕作景观。治理区野生条件下均以1 年生草 本和多年生酸枣为主，臭椿、泡桐也较为常见。矿区农田栽培植被大多属一年一熟制， 主要栽植的农作物品种有小麦、玉米、花生、豆类、马铃薯、花椒等。 3 2 大西岔沟地质灾害类型及评估 3 2 1 地质灾害类型 潼关县桐峪镇南部山区桐峪矿区东桐峪河道六公里的大西岔沟，据潼关县城约 第三章废弃尾矿渣场的环境地质灾害类型及评估 1 6 o k m ，有简易公路相通，交通较为便利。大西岔沟沟谷微地貌是矿山开挖弃渣和河流 冲洪积混合堆积物，大西岔沟沟谷呈v 字型( 图3 4 3 6 ) 图3 4 大西岔沟全貌( 镜向南)图3 5 大西岔全貌( 镜向北)图3 6 大西岔沟平面图 大西岔沟中矿渣随意堆放，在雨季很可能引发滑坡、崩塌等地质灾害( 3 7 3 8 ) 。 图3 7 可诱发滑坡的矿渣 图3 8 可导致崩塌的矿渣 大西岔沟地势南高北低，总体坡度1 3 0 ，沟内起伏不平，原有河道上堆积有体积不 等、形状各异、高低有别的采矿矿渣堆以及第四系冲洪积物、坡积物，因此河道淤积严 重、河流受阻、流水不畅。沟中废弃矿渣随意堆放，形成高2 0 多米，坡角近4 0 0 的高、 陡矿渣堆。这些矿渣堆分布点多面广，在很多地方填满整个沟谷，直接堵塞沟底水道， 在大的强降雨条件下已成为泥石流的直接物源( 如图3 9 , - - 3 1 0 ) 。 图3 9 废弃矿渣填满沟谷图3 1 0 废弃矿渣堵塞沟底水道 1 2 长安大学硕士学位论文 经实测，沟中已堆积废弃矿渣3 5 9 万方，根据地形条件及降雨情况，已具备泥石流 发生的条件。大西岔沟为季节性流水沟谷，汇水成流带动废弃矿渣易形成水石流。据实 地访问