（环境科学专业论文）石家庄市西部山前矿山生态地质环境治理研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t m o r et h a n9 5 o fc h i n a sp r i m a r ye n e r g y , 8 0 o fi n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l s ，m o r e t h a n7 0 o ft h ea g r i c u l t u r a lm e a n so fp r o d u c t i o nc o m ef r o mm i n e r a lr e s o u r c e s c h i n a s o r ep r o d u c t i o ni st h ew o r l d sm i r d l a r g e s tm i n i n gc o u n t r ya f t e rr u s s i aa n dt h eu n i t e d s t a t e s w i t ht h ec o n t i n u o u se x p l o i t a t i o no fm i n e s ，r o c ks l o p e ，d u m pa n dt a i l i n g s e x p a n d i n gf i e l d ，a c c o m p a n i e db yal a r g en u m b e ro fb a r r e nl a n d ，n a t u r a lv e g e t a t i o n d e s t r u c t i o n , s e r i o u sd e t e r i o r a t i o ni nt h eq u a l i t yo ft h ee n v i r o n m e n ta tt h es a n l et i m eg i v e t h ep e o p l eah u g el o s so fl i v e sa n dp r o p e r t y , s e r i o u s l yt h r e a t e n st h ev e r ys u r v i v a lo ft h e h u m a ne n v i r o n m e n t t h u s ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fm i n eh a sb e c o m eu r g e n tp r o b l e m so f m a n k i n d t h ep a p e ra n a l y z e st h er e s e a r c ho fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fm i n ea n dt h er e s e a r c ho f d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lt r e n d si ne c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fm i n e t h a tt e c h n o l o g y r o a d m a pc o m e s f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ee c o l o g i c a ls t a t u so ft h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n dg e o g r a p h i cc h a r a c t e r i s t i c si nt h ew e s t e r ns u b m o u n t a i nm i n i n ga r e ao fs h i ji a z h u a n g ， t h es u b m o u n t a i nm i n i n ga r e ai sd i v i d e di n t ot h em a j o rc o n t r o lr e g i o n , t h ee n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nr e g i o na n dt h eg e n e r a lc o n t r o lr e g i o n t h ep a p e r c a r r i e so u td e t a i l e d i n t r o d u c t i o n s e c o n d l y , g e n e r a lc o n s i d e r a t i o n so ft o p o g r a p h y , g e o l o g y , h y d r o g e o l o g y ，s o i l d i s t r i b u t i o n , v e g e t a t i o nt y l s e sa n dd i s t r i b u t i o nc o n d i t i o n s i nt h ew e s t e r ns u b m o u n t a i n m i n i n ga r e ao fs h i j i a z h u a n g ，t h et h es u b m o u n t a i nm i n i n ga r e ai s d i v i d e di n t oh i l l ya r e a s a n ds u b m o u n t a i no fi n c l i n e dp l a i na r e a s t h ep a p e rm a d ee c o l o g i c a la n dg e o l o g i c a l e n v i r o n m e n to fe v a l u a t i o n f i n a l l y , r e s e a r c ho nt h ec u r r e n tv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o ni n a b a n d o n e dm i n i n gt e c h n o l o g y f o rt h es i xt y p e so fa b a n d o n e dm i n e ，t h ep a p e rs e l e c t st h e s u i t a b l ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o nt e c h n i q u e sa n dd e s i g n sp l a n tm o d e l i na c c o r d a n c ew i t ht h eo v e r a l lo b j e c t i v eo ft h ew e s t e r ns u b m o u n t a i nm i n i n g a r e a s o fs h i j i a z h u a n ga n d ”p e o p l e - o r i e n t e d ”，”e c o p r i o r i t i e s ”，”s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o f i d e a s ，w ew i l lc o n s t r u c tt h eh a r m o n yo fh u m a n i t i e sa n dn a t u r eb yg o v e r n a n c em i n e e n v i r o n m e n ta sab r e a k t h r o u g hp o i n tp r o b l e m ，r e s t o r a t i o ng r e e nf o c u s e do nt h ee c o l o g i c a l s y s t e m ，b e a u t i f u le n v i r o n m e n t ，s u i t a b l ef o rl i v i n gs t a n d a r d s b yc o m b i n i n ge c o l o g ya n d e n g i n e e r i n go f t e c h n i c a lm e a n sa n dg e o g r a p h y , t h eh u m a n i t i e sa n dh i s t o r yo fc h a r a c t e r i s t i c ， w ew i l lt r a n s f o r m e di n t om i n i n ga r e a sa n dc o n s t r u c tt h ec i t y w ea r et or i s ee c o l o g i c a l m e t h o d st ob u i l dt h eg r e e nf o r e s t b a s e ds y s t e m ，r e l yo nt h em a n yp l a n to ff u n c t i o n s ，s u c h a sc o n s e r v a t i o nw a t e r , s o i la n dw a t e rs t a b i l i t y t h em i n i n ga r e a sw i l lc o m p l e t et h ep r o c e s s t i 河北科技大学硕士学位论文 o fe c o l o g i c a ls u c c e s s i o ni nas h o r tp e r i o do ft i m ea n dr e a l i z em a na n dn a t u r eh a r m o n i o u s d e v e l o p m e n t k e yw o r d se c o l o g i c a l r e s t o r a t i o no fm i n e ；t h ew e s t e ms u b m o u n m i nm i n eo f s h i j i a z h u a n g ；e c o g e o l o g i c a le v a l u a t i o n ；v e g e t a t i o nr e c o v e r yt e c h n o l o g y ； m a n a g e m e n to fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fm i n ed e s i g n i t l 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本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。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：秘多f 匀 加弓年s 月2 21 9 一纠灰移 年王月y 汨 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 韧不保密。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名：鸹i 倚勺 7 0 09 年f 月2 2 日 指导教师签名： 讪心弓年岁月力乙月 龚扔 7 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 我国9 5 以上的一次能源，8 0 以上的工业原料，7 0 以上的农业生产资料都来 自矿产资源。我国矿石的开采量仅次于俄罗斯和美国，成为世界第三大采矿国裂1 1 。 据第一次全国经济普查主要数据公报，中国现有采矿企业8 8 万多个。矿业生产过程 又是不断产生弃土废渣的过程。随着矿山的不断开采，岩石边坡、排土场和尼矿场 不断扩大，伴随而来的是土地大量荒芜，自然植被破坏，环境质量恶化。如此大规 模的矿山开采对土地和环境的破坏是相当惊人的。据全国环境统计公报，2 0 0 5 年全 国工业固体废物产生量1 3 4 亿吨，比上年增加1 2 0 ；工业固体废物综合利用率为 5 6 1 ，比上年增加0 4 个百分点；工业固体废物排放量1 6 5 4 7 万吨，比上年减少 6 1 1 2 。 矿产资源与地层结构密切相关，矿产资源开采时，不可避免地对地层和地表( 地 形、地貌) 及其依附的生态系统、相关的社会环境带来影响，产生污染和破坏。从环 境结构和生态系统角度分析，矿产资源开采产生的效应，从岩石圈传递、波及到大 气圈、水圈和生物圈，影响整个生态平衡。同时，大量的弃土弃渣堆积形成的矿渣 堆积场和废弃的尾矿，由于是裸露、松散的堆积体，极易被雨水冲刷，一旦发生坝 体泄漏、坍塌，矿砂倾泻而下，将会造成江河淤塞、农田毁坏、交通阻断、污染环 境的严重后果，给人民生命财产带来巨大损失，严重威胁着人类的生存环境。因此， 矿山生态恢复已成为目前人类急需解决的问题。 1 2 国内外矿山生态恢复现状 1 2 1国外矿山生态恢复研究现状 发达国家的矿山生态恢复研究，在上世纪初3 0 年代就开始得到重视，经过几十 年的发展，矿山生态恢复已成为矿山开发中必须开展的内容，并制定严格的开发管 理规定，规定矿山在开发设计和环境影响评价中，必须有生态恢复内容，项目实施 的同时，必须设立专门的生态恢复研究机构，以保证矿山边开采、边恢复被破坏了 的自然生态，使矿山的生态环境保持良好状况。1 9 7 1 年美国矿山土地复地率为7 9 5 ， 西德莱茵褐煤矿区复地率为5 5 ，国外对矿山进行生态恢复多是结合土地复垦来实 施的，且各有特色【3 1 。 1 2 1 1美国的生态恢复 美国的生态恢复工作一直走在世界前列，从2 0 世纪3 0 年代始就在全国2 6 个州， 先后制定了露天采矿有关土地复垦方面的法规，并于1 9 7 7 年8 月3 日正式颁布了露 河北科技大学硕士学位论文 _ _ i = = _ _ 目目目；= l 目目i 目； = j _ _ i = = ；= 目 = = = = = = = 4 ；i = = 目_ 目i o = = l | = i i = j _ 自= 自= = 自； 天采矿管理与恢复( 复垦) 法( s u r f a c em i n i n gc o n t r o la n dr e c l a m a t i o na c t ) ，这是美国 土地复垦史上一个划时代的法规。根据该法规规定的义务，所有的矿山都进行了合 理的开采和复垦。经过2 0 多年的实践，不仅新近采矿破坏的土地能够及时进行复垦， 昔日矿山生产遗留下的工矿废弃地也得到恢复，被污染的水资源得到了改善，如今 土地复垦己成为采矿过程的一部分【4 】。 在美国，一般将矿区恢复治理工作分为法律颁布前后两个阶段，使恢复治理工 作责任明确。对于法律颁布后出现的矿区土地破坏，一律实行“谁破坏、谁复垦”， 即要求复垦率为1 0 0 。而对于法律颁布前已被破坏的废弃矿区，则由国家通过筹集 复垦基金的方式组织恢复治理。对已废弃矿区的复垦采取在国库中设立废弃矿复垦 基金的办法。国家废弃矿复垦基金的收取及款项构成是：对生产矿山按煤炭产量 或售价征收废弃矿山复垦费，对复垦后的土地征收的使用费减去养护该土地的开 支后余下的款项，任何个人、公司、协会、团体、基金会为复垦法所述目的 而提供的捐款，根据复垦法规定重新收回的其他款项。此外，法律还规定： 对弄虚作假、不如数交纳废弃矿复垦基金的，根据情节轻重，处1 万美元以下的罚 金或处1 年以下有期徒刑，可两罚并行。从1 9 7 8 年起到1 9 8 6 年，美国己筹集到1 8 亿美元的废弃矿复垦基金，极大地推动了美国土地复垦工作的开展【5 7 】。 美国土地复垦后并不强调农用，而是强调恢复破坏前的地形地貌，要求农田恢 复到原农田状态，森林恢复到原森林状态，防止破坏生态，把环境保护提到极高的 地位或看作唯一的复垦目的。要求控制水流的侵蚀和有害物质沉积；保持地表原状 和地下水位；注重酸性和有害物的预防和处理i 保持表土仍在原位置；防止矸石和 其他固体废弃物堆放后滑坡；消除采矿形成的高桥，使其恢复到近似等高的状态； 要恢复植被，成为水生植物、陆地野生动物栖息场所。 1 2 1 2 德国的生态恢复 德国十分重视坏境保护工作，保护和治理国土的意识强，时时把为民众创造好 的生产生活环境作为重要的任务。各部门、企业也把保护环境作为自身建设发展的 需要。在采矿过程中十分注意最大限度减少对环境的破坏，采矿后开展复垦工作也 不是简单的种树或平整土地，而是从整体考虑生态的变化和民众对环境的需要。为 了加强对民众的环境教育和普及环境保护的科学知识，联邦政府自然资源部和环境 保护的社团组织，每年确定宣传一个树种、一种动物，并印成图文材料在旅游地区 发放，同时编写到中小学的教材中加强对青少年的环境教育。在各州的一些地方还 设立了环保教育基地，设置岩石标本、栽植一些当年宣传的树木、草本植物等，供 附近民众和游客学习、欣赏。在这里，发展林业、保护环境已成为民众的自觉行动。 德国经过长期努力，复垦工作取得了很大成绩。在矿区及周围，一片片整齐生长良 好的林地，一个个碧绿如毯的牧场，处处风景如画的旅游区，使人赏心悦目。无 2 第1 章绪论 论是城市还是乡村到处是绿色，表现出非常高的环境质量【8 1 。 1 2 1 3 其他国家的生态恢复 法国由于工业发达，人口稠密，所以对土地复垦工作要求保持农林面积，恢复 生态平衡，防止污染。法国十分重视露天排土场覆土植草，活化土壤，经过渡性复 垦后，再复垦为新农田。为使复垦区风景与周围协调，还进行了绿化美化。在进行 林业复垦时，分为三个阶段完成：一为实验阶段，研究多种树木的效果，进行系统 绿化，总结开拓生土、增加土壤肥力的经验：二为综合种植阶段，筛选出生长好的 白杨和赤杨，进行大面积种植试验( 包括增加土壤肥力、追肥和及时管理等内容) ；三 为树种多样化和分阶段种植阶段，并合理安排林业和农业，种植一些生命力强的树 木和作物【9 - lo l 。 澳大利亚是以矿业为主的国家，它将先进技术运用于矿山复垦，所需资金由政 府提供，现在复垦已经成为开采工艺的一部分。它的特点是：采用综合模式，实 现了土地、环境和生态的综合恢复，它克服了单项治理带来的弊端。另一特点是 多专业联合投入，包括地质、矿冶、测量、物理、化学、环境、生态、农艺、经济 学，甚至医学、社会学家等多学科多专业。卫星遥感提供复垦设计的基础参数并选 择各场地位置，计算机完成复垦场地地形地貌的最佳化选择，以及最少工程量的优 化选择和最适宜的经济投入产出选择。同时，借助各种先进设备，可以进行生态恢 复过程中的观测j 。 此外，前苏联也在1 9 5 4 年开始立法，1 9 6 8 年将其具体化，促进了土地复垦的综 合科研、科学论证。其土地复垦过程分为工程技术复垦和生物复垦，它包括一系列 恢复被破坏土地肥力、造林绿化、创立适宜人类生存活动的综合措施。上述国家的 矿山复垦工作开展得较早且比较成功，注意恢复土地生产性能，生物复垦技术先进。 美国和澳大利亚更注意环境效益的改善，矿区生态平衡的恢复，并积极研究应用微 生物复垦。 1 2 2 国内矿山生态恢复研究现状 我国早在古代的采石活动中就注重生态重建。浙江绍兴东湖风景区原先是一处 采石场，从汉代起开始的采石，在隋代扩建绍兴城时，大规模开采，由于长年累月 的开凿，形成千奇百怪的峭壁和深邃的小塘，构成了东湖的雏形。至清代，东湖筑 堤分界，外为河，内为湖，并经长期改造，形成了山水交融、洞窍盘错的风景旅游 胜地。1 9 8 9 年1 月1 日起实施的中华人民共和国土地复垦规定，开辟了我国土 地复垦的新时代。从1 9 8 9 1 9 9 1 年，国家土地部门先后在河北、江苏、山东、山西、 陕西、河南、湖北、湖南、辽宁、安徽等省开展了2 3 个土地复垦点，至1 9 9 2 年底 已复垦土地3 3 力- h m 2 ，1 9 9 4 年国家又在江苏铜山、安徽淮北、河北唐山创建了3 个复垦综合示范工程。各地矿区、当地土地管理部门为取得大面积复垦经验和推广 ， 河北科技大学硕士学位论文 复垦理论、技术成果，也建立了许多复垦示范基地【旺l 。 总体来看，在上| 廿纪8 0 年代初，复垦率在0 7 一1 ，8 0 年代末期，复垦率在 2 左右，9 0 年代初，复垦率为6 6 7 ，到1 9 9 4 年，复垦率达1 3 3 3 ，但与国外相 比还有很大差距。目前，发达国家矿业废弃地复垦率己高达5 0 以上，且复垦的质 量很耐1 3 】。 我国有关废弃地复垦的理论研究起步于上世纪8 0 年代，9 0 年代以后才初步形成 一定规模，研究领域主要集中在煤矿废弃地和有色金属矿尾矿上种植植被覆盖等。 在尾矿场复垦方而，理论研究也取得了一系列成果：提出了尾矿影响植物定居的 主要限制因子及其改良措施；通过生态调查和试验手段，筛选出多种可用于尾矿 生态恢复的植物种类：发展了尾矿酸化的快速、准确的预测方法，并提出相应的 控制酸化措施；深入讨论尾矿植物自然定居的过程和机理，丰富了恢复生态学理 论；应用豆科植物和菌根、引入土壤种子库对尾矿废弃地植被恢复的作用；研 究了重金属在重建植被中的迁移、积累规律；利用人工湿地处理金属矿山废水的 研究也取得了长足的进展。因此，近1 0 年来有关矿业废弃地土地复垦的研究有了突 飞猛进的发展，为废弃地的复垦提供了有价值的理论指导。但总体说来，我国理论 研究的水平还是落后于生态恢复实践的需要，缺乏系统性、长期性和更高理论升华 f 1 3 1 5 】 o 1 2 3国内矿山生态恢复研究与实践中存在的主要问题 总体上我国生态恢复的土地面积只占应恢复土地面积的1 0 ，比国外的矿业大 国5 0 一6 0 以上低很多，存在的主要问题如下： ( 1 ) 生态恢复技术的研究只限于一些基本途径的研究和单一用途的恢复，没有 根据整个矿区的条件，按照生态学、生态经济学原理，进行多业、综合、协调并能 控制水土流失的g ：态恢复研究，致使恢复区生态环境改善不明显，复垦环境效益较 低； ( 2 ) 生态恢复途径研究多为工程复垦技术研究，生物复垦技术研究少，并且农 林复垦土地生产力低，经济效益较差； ( 3 ) 环保意识淡薄，传统的意识落后于形势，矿山长期以来未把土地复垦、生 态恢复列入采掘设计和计划中，生产建设初期就没对剥离表土做利用规划，没有把 可持续发展的思想体现在决策体制上来； ( 4 ) 法制管理未落实到位，1 9 8 8 年国务院制定了( - k 地复垦规定，1 9 9 8 年 国家又重新制定了土地法，但要把法制管理落实到位，还要有一系列的监督管 理保证机制； ( 5 ) 生态恢复资金不到位，已开展恢复工作的矿山，费用多出自维简费，但随 着生产成本的逐年上升，用以恢复的资金也越来越难以到位； 4 第1 章绪论 ( 6 ) 生态恢复科研工作跟不上，对矿山周围植被生态破坏情况没有科学的调研 资料，植被破坏的原因和生态后果也没有完整的资料；对先锋植物的选取和培养缺 乏科学的、系统的资料和规划：对扰动土壤状况及其恢复前景缺乏科学细致的探索 1 6 - 1 7 】 o 1 3 矿山生态恢复发展趋势 1 3 1 恢复生态学理论应用趋势 恢复生态学( r e s t o r a t i o ne c o l o g y ) 是研究因人为的地质活动( 大规模的经济活 动) ，或自然的原因造成的已被破坏了的或已退化的生态系统，进行人为、科学修复 的一门学科。恢复生态学的研究对象涉及自然界所有的退化生态系统，研究范围极 广【1 8 】。恢复生态学的研究涉及理论和实践两方面。理论上主要研究干扰条件下生态 系统的受损过程及其响应机制，包括退化生态系统的结构与功能、退化生态系统内 在的生态学过程相互作用机制、退化生态系统的稳定性、多样性和抗逆性、以及退 化生态系统的生产力和恢复力等。应用技术方面主要包括生态系统结构与功能的优 化配置与重建及其调控技术，环境规划和景观规划技术，物种多样性的恢复与维持 技术等【1 9 之1 1 。 物种多样性和生态系统的稳定性及功能的关系是目前恢复生态学的一个重要研 究内容，目前多数生态学家支持物种多样性对生态系统的稳定和功能行使有着促进 作用，许多研究表明物种多样性能促进退化生态系统的恢复和重建，防止外来物种 的入侵，因此，在退化生态系统植被的起始恢复过程中增加植物的物种多样性，以 加快生态恢复过程。矿山在开发以后，随着物质流、能源流和信息流的输入和大量 非农业人口的涌入，原有的生态系统的结构己发生了变化，矿区生态系统由以绿色 植物为主转变为以人为中心的生态系统，该系统的产生、存在、发展和消亡都是按 着人的意愿进行的。在此生态系统中，生物群落在人力作用下发生改变，物种减少， 生物多样性降低。因此，对于原有的生态系统来讲，已经成为一个退化了的生态系 统，而种类贫乏是退化生态系统的特征之一，对它恢复的主要任务之一是改善系统 的环境，使生物多样性得以恢复 2 2 - 2 5 1 。 矿山在开发以后，随着物质流、能源流和信息流的输入和大量非农业人口的涌 入，原有的生态系统的结构己发生了变化，矿区生态系统由以绿色植物为主转变为 以人为中心的生态系统，该系统的产生、存在、发展和消亡都是按人的意愿进行的。 在此生态系统中，生物群落在人力作用下发生改变，物种减少，生物多样性降低。 因此，对于原有的生态系统来讲，已经成为一个退化的生态系统，而种类贫乏是退 化生态系统的特征之一，对它恢复的主要任务之是改善系统的环境，使生物多样 性得以恢复。 河北科技大学硕士学位论文 因此，在对矿区生态系统进行环境重建时，首先应该运用恢复生态学中的相关 原理和研究成果，恢复生物多样性。但必需清醒地认识到被破坏了的或已退化了的 生态系统是不能原样恢复的，它只能被一种新的( 人工修复或自然修复) 生态系统所代 替。 1 3 2 景观生态学理论应用趋势 矿山的生态恢复从景观的角度来讲，就是景观的生态恢复与重建。生态重建就 是使采矿废弃地具有某种利用方式和一定水平的生产力，维持相对稳定的生态平衡， 且与周围景观价值相仂调，其最终目的在于达到生态整体性。 矿区废弃地隶属各种尺度的景观类型，其生态重建的实现依赖景观生态规划与 设计。只有按照景观生态学原理，在宏观上设计出合理的景观格局，在微观上创造 出合适的生态条件，才一能完成生态重建任务。例如，将整个矿区看做基底，开采 区、排土场、尾矿库以及办公区、残留的原始植被等可以作为斑块，道路则可以看 作连接各斑块间的廊道，在矿区生态系统的能量流、物质流的运动过程中，充分体 现了斑块、廊道和基底的景观镶嵌格局，并实现了各单元之间的相互关联。 矿区废弃地景观的空间异质性要求生态设计遵守因地制宜原则。不同的采矿活 动造成不同的废弃地类型，矿区所在地区的差异性又加强了这种废弃地类型的多样 性。不同废弃地类型采取不同的工程措施，相应要求采用不同的生态设计类型。废 弃地景观的生态整体性还要求规划设计同区域背景及未来发展相协调。对于矿区废 弃土地的生态重建也须与整个矿山的总体发展计划相适应，对以矿业为主的城市， 矿山废弃地的重建还应该纳入到城市土地总体利用规划中。不仅区域尺度上如此， 在更小尺度上也宜与当地的发展计划相适应。创造一个可持续发展的整体区域生态 系统也是废弃地重建景观生态设计的任务之一，可持续发展思想对于废弃地的生态 重建显得尤为重要。因为矿区废弃地的产生正是源于资源开发利用的不可持续性。 采矿活动既破坏了宝贵的土地资源，又污染了矿区环境。对于废弃地的治理。不仅 要变“废弃为可利用，而且要达到永续利用，这正是运用景观生态原理指导矿区 生态恢复的根本原因。废弃地重建的景观生态设计就是将这一可持续发展任务从功 能、结构到单元在内容和空间上逐步落实的过程f 2 6 。硼。 1 3 3 工程绿化技术应用趋势 目前，矿业废弃地根据来源可划分为4 种类型：一是由剥离表土、开采的岩石 碎块和低品位矿石堆积形成的废石堆废弃地；二是随着矿物开采形成的大量的采空 区和塌陷区，即采矿坑废弃地；三是开采出来的矿石经各种分选方法分选出精矿后 的剩余物排放堆积形成的尾矿废弃地：四是采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑 物和道路交通等占用后废弃或者仍然在使用的土地1 2 9 j 。矿业废弃地由于受采矿活动 6 第1 章绪论 的剧烈扰动，不但丧失天然表土特性，还具有众多危及环境的极端理化性质，其中 重金属含量过高问题最为突出，是持久而严重的污染源。因此，矿山废弃地的水、 气、热条件极为恶劣，土壤贫瘠，有机质含量低，石砾含量高，保水保墒能力差， 易受干旱危害，植物生存环境极差。 因此，露采矿山所留下的采迹地，生态系统遭受到毁灭性的破坏，己经不可能 恢复到未破坏前的程度，废弃矿山的生态恢复实质上是恢复生态系统必要的功能， 最终使生态系统能够自我维持，要达到这个基本目的，首先要采取适宜的工程绿化 技术重建土壤和植被生态系统。 对矿业废弃地植被生态系统的重建是矿山生态环境治理中的一项根本性工作， 植被恢复的好坏直接影响到生态环境治理工作的质量、效果和景观。植被生态系统 的重建不是简单的复绿，而是综合考虑治理区的各项生态因子，从而来选择植被， 从生物多样性保护原则、协同共生原理等生态的观点出发进行植物的配置。最终构 建一个稳定的、功能完善的、并能自我维持的植被生态系统。 但是就露采矿山而言，植被生态系统赖以维持的土壤生态系统几乎被彻底迁移， 所以土壤生态系统的重建是植被生态系统重建的基础。目前常用的工程措施是客土 覆盖。对于岩质陡坡，则采用厚层基材喷附或者客土喷附的方法，为植被恢复创造 一定的立地条件。 1 4 课题研究意义 石家庄西部山前矿区位于石家庄市正西方的太行山脉的浅山地带鹿泉市辖段， 是“山野融于城市、城市长入山区”的城乡一体化经济社会发展的首冲地带。它既 是石家庄市自产水源的汇集区、小气候的调节缓冲区，又是城市生活物资、建筑材 料、文化食粮的基地，是城市社会的重要部分。但是，在山区丌发带来繁荣和财富 的同时，也掠夺了大自然恩赐的资源，破坏了社会可持续的环境，尤其是破坏了天 然植被，毁掉了水源涵养条件，并以指数速度洗刷了亿万年才能形成的土壤，失去 了生态系统尤其是天然植物赖以生存的基础。尤其是近2 0 年，钙产业采石机械化更 加速了矿山环境的破坏。到现在，项目区由于采石挖矿、坡地开荒等，造成植被破 坏、岩层裸露、水土流失、区域环境问题突出，如炎热、干燥、风沙以及大气污染 和噪音污染等，加重了城市热岛效应和焚风效应，人与自然失去了和谐。因此，对 石家庄西部山区矿山生态治理进行研究，对于石家庄西部矿山生态恢复和石家庄市 的可持续发展具有重要意义。 1 5 研究内容和技术路线 本文通过对石家庄市西部山前矿区生态地质环境现状的调查与评价及一些具体 生态治理技术措施和植物配置模式的研究，达到对石家庄市西部山前矿区进行整体 河北科技大学硕士学位论文 墨昌昌；昌薯- 置目暑l t = 鲁昌皇昌毫昌_ ；高昌宣= 写昌置号皇= 宣皇暑= = = 昌昌昌昌昌皇宣昌皇奄= 昌葺；= 昌= = = 穹昌昌= 置皇曩皇- 宣宣昌昌= 高口= 昌= ；- _ 昌 =i| 薯昌 的生态地质环境治理的目的。 技术路线如下： 石家庄市西部山前矿 区生态地质现状调查 石家庄市西部山区矿山生态环 境基础资料、数据收集整理 石家庄市西部山前矿区生态地质现状评价 植被生态恢复技术与植物配置模式研究 石家庄市西部山前矿区生态地质环境综合治理 8 第2 章研究区概况 第2 章研究区概况 2 1研究区自然现状概述 2 1 1 气候条件 研究区属北暖温带半湿润易干旱大陆性季风气候。多年平均气温1 3 3 ，全年 无霜期1 9 7 天。年内温差大，极端最高气温为4 0 9 。c ，极端最低气温为零下1 8 4 。 四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季气爽降温快，冬季严寒干燥少雨雪。 区内多年平均降水量5 2 1 毫米( 1 9 6 5 - - 1 9 9 6 年) ，最大为1 1 0 0 5 毫米( 1 9 9 6 年) ， 最小为2 7 6 8 毫米( 1 9 7 2 年) ；降水量年内分配不均，全年7 0 的降水量集中在6 - 9 月，且多以暴雨形式出现。多年平均水面蒸发量高达2 0 0 0 毫米。 2 1 2 地质地貌 研究区为低山丘陵地貌。海拔1 5 0 5 0 0 米，切割深度小于2 0 0 米。最高点为5 8 0 米，最低点铜冶1 0 0 米。按其组成岩性可分为石灰岩丘陵、变质岩丘陵、玄武岩丘 陵、黄土丘陵四类。 石灰岩丘陵各处可见，主要由奥陶系灰岩组成，寒武系灰岩次之。地貌上形成 许多单面山，山坡坡度一般小于3 0 0 ，悬崖峭壁较少见，山岭脉络不清，山顶较圆缓。 岩溶化程度较高，溶洞、溶穴、溶蚀裂隙较发育，山坡、山麓残积、坡积物较薄， 地表水多渗入地下，是个非常缺水的地区。 变质岩丘陵常见，与石灰岩交错出现。主要由各种花岗片麻岩、板岩、变质山 岩、变质砂岩组成，风化程度较深，地形起伏相对比较平缓，丘坡坡度一般1 0 2 5 。， 丘顶呈浑圆形态。地表残坡积物比石灰岩丘陵厚。 玄武岩丘陵面积很小。 黄土丘陵少而零散，主要分布黄土沉积较厚的地方。沟谷发育，地面被流水切 割得支离破碎，形成千沟万壑的景象。 2 1 3 水文特征 发源于研究区的河流自南向北主要有汶河、金河和太平河，特点是支流多而短 小的季节性河流，旱季无流，汛期洪水暴涨暴落，源短流急。现在，太平河在石家 庄市西北角以泄洪河的形式南北分流，已经整治成为市区的生态河一汊河等。流经 石家庄市后，分别汇入滹沱河、滏阳河。项目区的矿山山麓地带有纵贯南北的引岗 渠和源泉渠，分别从岗南水库和黄壁庄水库引水，是山麓农田的灌溉水源，也是全 区的生态景观命脉。 9 河北科技大学硕士学位论文 汶河古称汶水，主流自获鹿县五峰山下宝泉始，流至平同，金河和普莲河水自 北来会，两水相交谓之汶。经栾城县到龙门村入赵县，再经宁晋县小马村与槐河汇 流，汇流后称北沙河。汶河全长8 5 公里，总流域面积1 6 8 5 平方公里。现在城市排 水总干渠和泄洪渠之水排入汶河。 金河发源于铜冶镇岭底村，东流经铜冶、永壁两乡镇汇入汶河。境内河流长1 4 公里，流域面积为2 8 0 5 平方公里，上游已建塘坝7 座，总容量为7 8 5 万立方米。 太平河发源于获鹿县梁庄乡水峪村，向北流经井陉县的岳家庄、头泉等村后， 折回获鹿县境内，向东流经白鹿泉、城关、高庄三个乡镇，在北海山村西汇其北支 石井沟，于北新村东流出市域，纳入滹沱河，全长2 1 2 公里，流域面积9 9 4 平方公 里。上游已建小( 一) 型水库一座，小( 二型) 型水库两座，控制流域面积4 0 9 平 方公里。因其上游有水峪、白鹿泉等泉水汇入，加入渠道渗漏水或弃水，常年有小 股水流。经城关镇纳入工业废水和生活污水，下游变为污水河。 2 1 4 土壤 研究区土壤的成土母质类型主要有残积坡积物母质、黄土状物母质、洪积冲积 物母质、人工堆垫物母质。发育良好的土壤类型主要是褐土( 包括褐土、淋溶褐土、 石灰性褐土、潮褐土、褐土性土五个亚类) 。作为生态修复治理对象的区段土壤基本 类型是褐土性土、粗骨土和石质土，是在土壤严重流失与母质风化共同作用的土壤 残留或发育初期阶段的产物，共同特性是土层薄、砾石含量高、保水保肥能力差， 极不利于植物的生存与生长。各类型的基本特征如下： ( 1 ) 褐土性土 褐土性土无明显的褐土类剖面特征。土层较薄，一般1 0 3 0 厘米。质地粗、砾石 多。表层为含砾轻壤，其下即为风化较弱的母质层，中间缺乏粘化层。分布低山丘 陵地带的山脊和山坡，以阳坡居多。 ( 2 ) 粗骨土 粗骨土土类的特征是土层薄，表层下部为岩石风化层，表层土不混杂，并有基 岩裸露。分布于低山丘陵的阳坡。本研究区主要是钙质粗骨土亚类，分布在低山和 丘陵，成土母质为钙抽岩残坡积物。 ( 3 ) 石质土 石质土土类特征是土层厚度薄，小于1 0 厘米，表层之下为坚硬的基岩，分靠低 山上。本项目区主要是钙质石质土亚类。 总之，研究区的地质环境严重破坏的重点治理区主要是钙质岩发育的土壤，由 于植被破坏、土壤已经流失成褐土性土、粗骨土或石质土，成为公认的“石漠”，造 林绿化极为困难。即使是一般保护区和治理区，也有相当大的面积发生了“了i 漠化”。 l o 第2 章研究区概况 各地经验表明，要治山就要“像耕田那样耕山。( 紫色页岩与钙质岩、石狄岩是世 界公认的造林“三难地”，有“红色沙漠 之称) 。 2 1 5 植被 据考察资料，石家庄地区野生维管束植物种类共计1 0 8 科，3 4 3 属，6 5 2 种。从 史志记载和现存古树来看，松、柏、国槐、榆等为多。项目区的现实植被主要是自 然草类、野生灌木及人工营造的水土保持林( 洋槐、松、椿等) 、经济林( 核桃、柿 子、杏等) ，种类虽多而盖度小，森林覆盖率更低。矿山开采区更导致岩石裸露。 石家庄市处于暖温带，自然地带性植被为松橡为主的针阔混交林，主要建群种 为油松和侧柏，栎属植物以及桦木科、杨柳科、榆科、槭树科等植物。山地丘陵分 布最广的是灌草丛，主要建群种为以荆条、酸枣、野皂荚、黄背草、白羊草。 2 2 研究区矿山概况 根据研究区内矿山生态地质环境现状和地理特征，将治理区划分为重点治理区、 环境保护区和一般治理区三个区域。 2 2 1 重点治理区域 总面积约2 0 平方公里，由南往北分布8 个规模不一的矿区，即岭底矿区、韩庄 南山矿区、秀山矿区、大李庄矿区、牛坡山矿区、石并山矿区、石井北山矿区及九 里山矿区。这些矿区由于无序采矿活动造成地貌破坏、峭壁林立、尾矿废渣堆积、 植被稀疏等矿山地质环境问题，存在山体滑坡、采空塌陷、危岩耸立等地质灾害隐 患，矿山地质环境破坏及影响极为突出。 ( 1 ) 岭底矿区 位于诬部山前开发区西南角，北距衡井公路3 0 0 米，东距岭底村5 0 0 米，面积 约2 平方公里。标高1 8 0 _ 0 0 0 米，最高峰海拔4 1 0 米，相对高差在1 0 卜2 2 0 米之 间。坡度在1 0 _ _ 6 5 。之间，坡度小于2 5 。的面积为o 6 平方公里，2 5 5 0 。的面积 为1 3 平方公里，大于5 0 。的面积为0 1 平方公里。该矿区开采的矿种为滑石和彩色 大理石，开采方式以洞采为主，其次为露天开采。 现有采面8 处，白茬山面积5 0 0 0 平方米，矿洞2 7 处，废渣堆3 0 余处，体积约 3 4 0 0 立方米，地面塌陷7 处，面积1 3 0 0 0 平方米，地裂缝2 处，塌陷隐患点4 处， 需整治面积2 0 0 0 0 平方米。 由于矿山开采历史较长，矿区内峭壁林立，废渣尾矿遍布，植被稀疏。并目大 面积的山体塌陷不仅改变了原有地貌景观，同时也造成植被破坏严重，促进了水土 流失，矿区地质环境条件较差，存在着很大的安全隐患。 矿区生态地质现状见图2 1 。 河北科技大学硕士学位论文 图 1 蛉底矿区生态地质现状 f i g2i t h e o f c c o l o g l lg e o l o g yml i n 口lm i n i n ga m ( 2 ) 韩庄南山矿区 位于西部山前开发区南侧，北距石家庄市南二环西延线约1 公里，西距龙泉寺 景区2 公里，北距韩庄村1 公里，面积约2 平方公里。标高1 4 0 一2 5 0 米，最高峰海 拔2 6 5 5 米，相对高差在5 0 一l l o 米之间。坡度在5 6 5 。之间坡度小于2 5 。的面 积为1 平方公里，2 5 5 0 。的面积为0 9 平方公里，大于5 0 。的面积为0 l 平方公芈。 该矿区开采的矿种为彩色大理石，开采方式以露天开采为主。其次为洞采。 现有采面2 个，白茬山面积约1 0 0 0 0 平方米，废渣堆2 个，体积l5 0 0 立方米， 大的矿坑或采矿洞7 个，采空区2 6 0 0 0 立方米，需整治面积约1 平方公里。 该区矿山开采时间较早，现大多己废弃残留的白茬山、废渣、尾矿卡耍集巾 在山体南侧。山体南北两侧大面积坡面已被承包绿化，植有1 0 万棵毛白杨和3 万棵 枣树。 矿区生态地质现状见图2 - 2 。 图2 - 2 韩庄南山矿医生志地质现状 f i g2 - 2t h es l a t , u so f e e o l o g i c a lg l 0 9 3 i n h a s h m i n i n g a 第2 章研究区概况 ( 3 ) 秀山矿区 位于山前开发区东南角，北距石家庄南二环西延线约l 公里，东距青银高速公 路约3 0 0 米，西距钟家庄村2 0 0 米，面积约05 平方公里。标高l o 卜1 9 0 米，最高 峰海拔1 9 42 米，相对高差在4 0 一9 0 米之削。坡度在1 0 一7 0 。之日j 坡度j l 、于2 5 ” 的面积为0 3 平方公里，2 5 5 0 。的面积为0 2 5 平方公里，大于5 0 。的面积为0 0 5 平方公里。该矿区开采矿种为滑石、滑石化大理石。开采方式以露天开采为主洞 采次之。 现有开采面5 个，白茬山面积3 5 0 0 0 平方米、废渣及尾矿堆4 个体积10 9 3 3 立方米，采坑4 个，体积2 3 5 9 9 立方米，采矿洞6 个，采空塌陷面积约1 0 0 0 0 平方 米需整治面积5 0 0 0 0 0 平方米。 矿区地表破坏严重，仅有少量植被分布，但矿区西南侧与之相连还有三个山丘 未被破坏，现状植被以草灌木为主。 矿区生态地质现状见图2 - 3 。 图2 - 3 秀山矿区生态地质现状 f i g23 t h e o f e c o l o g i e a l g e o l o g y i n x i u s l a a n m i n i n ga m ( 4 ) 大李庄矿区