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【专家视角】什么是矿山地质环境生态修复?

作者出处:生态环境网        发布时间:2020-05-28

Part 1  矿山地质环境问题

矿山地质环境是指曾经开采、正在开采或准备开采的矿山及其邻近地区的岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈组分之间不断进行物质交换和能量流动的一个相对独立的环境系统。这个系统是以岩石圈为依托,矿产资源开发为主导,不断改变着地球表面岩石圈自然环境平衡的地质环境(国土资源部地质环境司,2002)。

矿产资源开发引发、产生和加剧了矿山地质环境问题,其类型、表现形式、严重程度等,与开发的矿产资源种类(石油天然气、煤矿、金属矿产、石材类、水泥灰岩类、卤水盐矿类等)、开发方式(露天、井工开采)、区域地质环境条件(山地型、黄土高原型、戈壁沙漠型、平原盆地型)、开采规模等因素密切相关(徐友宁,2008)。在此背景下,出现了“矿山环境地质”这样一门切题的学科,主要研究矿产资源开发过程中,自然地质作用、人为地质作用同地质环境之间的相互影响与制约关系,以及由此产生、引发和加剧的矿山环境地质问题,其研究目的旨在合理开发利用矿产资源的同时,采取积极措施,保护、减轻和减少矿业活动对地质环境负面影响,促进矿业可持续发展(国土资源部地质环境司,2002)。

实质上,矿山地质环境与矿山环境地质互有区别又大有联系,在两者混用问题上,不乏学者认为矿山地质环境应专指原生地质环境,而矿山环境地质应特指矿业活动产生的环境问题。关于两者差异在此不再详细阐述,可详见文献(徐友宁,2005a,2005b;徐友宁等,2003)。本书仅在矿山地质生态环境生态修复层面做特定语境的讨论,书中矿山地质环境问题或矿山环境地质问题并不做区分,仅表示为矿山地质生态环境生态修复问题中的地质类问题,作为与常见矿山生态环境问题在实践中的区别一同出现。在这种层面上,作者仍然希望沿用矿山环境地质研究中的矿山环境地质问题概念,为与本书定义更为匹配,后文统一用矿山地质环境问题的说法做论述。

矿山地质环境问题按照不同分类原则与分类目的,存在不同的分类体系。由于产生源是采矿活动,其特点鲜明,发生发展均是有规律可循的。从时间上说,矿山地质环境问题是频发的,如不加修复,持续时间超过采矿及稳沉的时长。从类型上讲,矿山地质环境问题是多样的,包括泥石流、崩塌、滑坡等常见地质环境问题,及采矿塌陷、尾矿库溃坝、矿山水土环境污染等矿山特有地质环境问题。从管控上讲,矿山地质环境问题是可控的,其勘探、建设、开采、复垦活动是有选择性的,均受国家法律法规严格规范。

主流的矿山地质环境问题分类以矿山地质环境对象的异同为依据,其目的是公益性矿山地质环境调查研究,遵循实用性、科学性的原则,以矿业活动导致的结果将矿山环境地质问题划分为资源破坏、地质灾害和环境污染三大类型及众多的表现形式(表3-1)(徐友宁,2008)。显而易见,该种表述在地质灾害的基础上囊括了资源破坏与环境污染问题,但并不包括井下灾害如矿井热害、瓦斯及煤尘爆炸、片帮冒顶、矿井透水等,修复的矿山地质环境问题分类有必要根据修复目的重新组织,我们对其进行如下划分:

(一)矿山资源问题

主要指地表建设资源或地下开采资源因采矿活动的压占、破坏问题,包括矿山闭井问题、矿山建设压占、煤矸石排放等问题。该类型问题关注采矿活动中的资源问题,在地质对象上做的区分较少,主要考虑其整体的体量变化、存放与管理规划,在生态修复思路及生态修复目的上是近似的。

(二)矿山水文地质问题

主要指矿山采矿活动影响的地表水系结构、水质、水量变化,及地下水结构、水质、水量变化问题,同时包括矿山开采井下透水、突水影响。该类型问题为矿山水文环境的相关问题,考虑的是采矿影响范围内的水体变化情况及其对包括人、资源、环境在内的矿山生态系统的影响,是相对独立、生态修复措施特别的类型。

(三)矿山地表地质灾害问题

主要指崩塌、滑坡、泥石流等采矿诱发地质灾害,及采矿塌陷、尾矿库溃坝、煤矸石山自燃等采矿特异地质灾害。该类型问题指矿山地表地质灾害问题,较少涉及井下瓦斯煤尘爆炸或片帮冒顶等采矿过程中的采矿、安全细化问题,主要类型为地表常见地质灾害。

Part 2  矿山生态环境问题

生态环境是指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量的总称,是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统。在矿区,矿山生态环境问题作为“矿山环境”“矿山生态”“矿山生态系统”等词的延伸出现,在常见的使用中并不区分这种名词上的差异,使用者在谈矿山环境的不同问题时均使用了矿山生态环境或相似名词的概念。从概念上讲,矿山生态环境问题更像是对整个矿山生态系统的考虑。然而,这种囊括性的名词并不利于阐明矿山生态环境的细分及内涵。

在本书中,矿山生态环境问题与矿山地质环境问题是互为对照的关系,我们缩小了矿山地质环境问题的框架,将广泛的矿山地质环境问题或矿山环境地质问题中的某部分问题放到矿山生态环境问题中谈论,是因为该部分问题在关注对象、生态修复上均是特异的,是在纯粹的生态层面谈论的问题,它与常识意义上谈论的“生态”是吻合的。在学术研究或实践中,这些问题也更多地被归纳到“生态”框架下,被放在“生态”领域中探讨解决方案,从某种角度来说,这些问题甚至不仅是矿区环境中所特有的例子,它们所能抽象出的“核心问题”是有助于其他生态问题的解决,而非仅是地质环境问题的解决。这种划分的目的在于强调矿山地质环境生态修复中修复理念与方法的差异,明确各类型问题在矿山地质环境生态修复目的的区别。因此,我们对矿山生态环境问题做两类分划:

(一)矿山土壤环境问题

主要指采矿活动影响下的矿区土壤理化性质受影响的问题。该类型问题针对矿山采矿活动持续时间及闭矿后可能造成的土壤理化性质破坏及生长于其上的矿区都无对象的损伤,是一类需要长时期关注的问题,虽然污染对象繁多,包括耕地作物、林草地等多种地类,但诱发源均为采矿活动,理论上讲在可控方式上是相同的。矿山土壤环境问题是矿山生态环境监测与污染治理的热点问题。

(二)矿山地形地貌景观破坏问题

主要指矿山开采活动造成的地表塌陷对地形地貌、人文景观、历史遗迹的破坏,包括该类型问题关注地表自然景观破坏,关注对象为演变中的地表自然景观本身,认为外部介入导致的自然景观变化是某种程度上对生态对象自然形态的破坏。值得注意的是,在矿山地质环境问题中,更多关注的是采矿塌陷引发的地质灾害对邻近对象(人、人的资产)的影响,这也是在此对矿山生态环境与矿山地质环境做出划分的原因。

Part 3  矿山地质环境生态修复的概念内涵

(一)土地复垦与矿山地质环境保护的概念发展

对于矿山开采导致的生态破坏问题,较早的关注点是土地问题。民众较早有自发进行土地整理与恢复的意识,然而并不成体系。在国外,美国和德国是最早开展土地复垦工作的国家。土地复垦与修复工程的实施与监管离不开法律法规的约束和监督,20世纪50年代和60年代,许多工业发达国家加速建立和完善本国的土地复垦法规,比较自觉地进入了科学复垦的时代。

美国的土地复垦治理工作一直处于世界先进水平,无论是复垦法律法规的制定,还是修复工程的实践活动,均走在世界前列。美国矿区复垦的研究重点为露天矿。德国采矿的历史非常悠久,土地复垦工作开展较早,早在1954年修订的《基本矿业法》中就要求矿山企业在采矿过程中和采矿工作结束后,应注意保护和复垦地表,使生态环境得到快速恢复。土地复垦从最初单纯的对采矿迹地进行植树造林,到以经济利益作为复垦指标,再到混合型复垦模式的提出,无不体现着生态意识的增强。澳大利亚被认为是世界上成功处置扰动土地的国家之一,拥有绿色的复垦理念、完善的复垦管理制度及先进的复垦技术方法,取得了令世界瞩目的成果。波兰的煤矿开采方法与土地破坏形式与我国最为相似,井工煤矿开采比例高达68%,但是由于波兰的人地矛盾并不突出,所以土地复垦主要集中在矸石山的治理上,对于形成的采煤沉陷地,多是根据实际沉陷情况就势复垦利用。印度露天开采占所有煤炭资源开采的81%,只有19%的煤产自井工开采,且井工开采的主要采取房柱式开采,所以露天煤矿是其土地复垦的主要研究对象。故而,国外的土地复垦主要以露天矿为主,并且十分注重矿区生态环境的保护,在矿山开采之初就将复垦工作视为采矿活动不可或缺的一部分。

对于我国来说,国外的露天矿经验对于以井工开采的中国而言无法直接移植。其真正萌芽阶段在20世纪80~90年代,期间如1982年马恩霖等编译的《露天开采复田》,煤炭工业部组织实施的“六五”科技攻关项目———塌陷区造地复田综合治理的研究,1987年中国土地学会复垦研究会成立等,标准土地复垦开始在我国有组织地展开。1988年11月8日颁布、1989年1月1日生效的《土地复垦规定》(国务院令第19号),标志着我国土地复垦开始时走上法制化道路。随着土地复垦问题的成形,其学科的基本概念与基本问题界定开始成为重要问题。研究者的关注热点、对学科的概念定义、实际应用等均表现出土地复垦并不只是恢复土地资源,而是关于生态系统的修复和重建,起到保护环境的作用。

这种关于清晰概念的探讨持续多年,时正值矿区“绿色开采”理念的兴起,且全球均提高了生态保护意识,并且随着土地复垦的研究重点逐渐转向土壤重构、矿区生态修复、植被重建,关于土地复垦的目的不断得到明确,即矿区土地复垦的目的从来就应当是矿区生态系统修复,土地复垦与生态修复的名词也首次进入大众视野。此后,研究者开始关注从静态的土地复垦,转向动态的土地复垦与生态重建。动态预复垦、边采边复、采复一体化等概念被不断申明与讨论,胡振琪等(2013a,2013b)对边采边复与采复一体化的论文详细论述了采矿与复垦、生态重建的关系与结合,这种定义将土地复垦与生态重建与矿区开采本身更加紧密地联系在一起。同时,研究者不约而同地发现关于土地复垦、关于矿区地质环境保护、关于矿区生态系统保护等研究领域实质是在同一层面与同一内容上探讨矿区开采与生态环境破坏、重建的问题。2016年,国土资源部关于《矿山地质环境保护与治理恢复方案》与《矿山土地复垦方案》两案合一的文件发布,意味着这种矿区地质环境的修复问题正式被整合。

从某种角度来说,本书讨论的矿山地质环境生态修复正是对土地复垦与生态修复、矿山地质环境保护与恢复治理的整合,其整合在生态修复实践与理论定义上是一种必然。

(二)矿山地质环境生态修复的内涵与作用

在明确的定义上,矿山地质环境生态修复应该指,通过多种生态环境修复手段,对矿山开采导致的矿山生态系统破坏,进行修复与重建。矿产开采必然导致矿山环境的生态系统破坏,故而矿山地质环境生态修复针对的是矿山开采引发的问题,其内涵是平衡矿山开采与生态保护。事实上,这是一种平衡人类发展破坏生态系统与生态系统保护的手段,其作用包括:

1. 恢复土地资源,解决人地矛盾

土地是人类日常生活的保障,土地问题是我国的重要问题。矿山开采导致了大量土地资源的损失,没有矿山地质环境生态修复,就无法再次利用这些土地资源,其对土地资源的恢复,对土地资源质量的提升,可以有效缓解人地矛盾。

2. 保护生态环境,提高生活质量

矿山地质环境生态修复是与生态环境重建密切结合的大型工程,进行矿山地质环境生态修复,对矿山开采造成的土地损毁进行治理,其生态环境意义极其巨大。不仅可以使大规模煤炭开采造成的环境损毁在一定程度上得到恢复,还使开采前就脆弱的生态系统得到提升。通过植被重建营造绿色防护林,可防止周边生态系统退化与土地的风蚀沙化。其对生物多样性的影响,植物生态系统的多样性与稳定性,吸引周边动物群落的回迁,增加动物群落多样性,达到植物动物群落的动态平衡,对空气质量和局部小气候的影响,这些均对提高矿区居民的生活质量有显著作用。

3. 缓解社会矛盾,解决大众就业

矿山地质环境生态修复可以改善矿山工人的作业环境,减少矿山开采工程带来的土地损毁,减轻所造成的损失和危害,能够确保矿山的安全生产;通过建设旱地、林地和草地,恢复地表植被,能够减少生态环境损毁,对改善矿山环境和周边地区的土地利用结构起到了良好的促进作用,从而促进当地协调发展;修复完成后,治理区域的土地经营需要较多的工作人员,因此,能够为治理区域人员提供更多的就业机会。所以,矿山地质环境生态修复是关乎国计民生的大事,不仅对发展生产有重要意义,而且对全社会的安定团结和稳定发展也有重要意义。

4. 实现国土区域与矿区可持续发展

矿业活动是造成环境破坏的重要因素之一,矿业活动使国土区域内、矿区范围内的生态系统遭受严重破坏,其后续开发利用、人民的持续生活等均得不到保障。只有进行矿山地质环境生态修复,才能使被破坏的土地、河流,被侵占和污染的资源恢复到其可供利用的状态,只有成功实现矿山地质环境生态修复,才能让矿区内的人民作为国土区域生活的一分子,得到有持续保障的生活质量。它将是保证煤矿周边区域可持续发展的重要组成部分,因而具有重要的社会效益。

(三)矿山地质环境生态修复的主要框架

矿山地质环境生态修复针对的是矿山地质环境问题与矿山生态环境问题。在每个细分的问题上,矿山地质环境生态修复具有不同的处理态度,持有不同的修复思路,并因此发展成不同的生态修复技术,以下简要概述处理不同问题的思路。

1. 矿山资源问题

矿山资源问题的本质是矿山开采带来的资源相关问题。这些资源问题包括煤矸石的利用与存储、矿区建筑用地的规划及矿区人工建构筑物的损毁与重建问题。从某种角度上讲,这类问题更偏向于规划问题,试图通过规划手段来更好地实现矿山资源利用。例如,通过煤矸石的井下充填来避免煤矸石山堆积,矿区建筑用地在闭坑后的持续利用,按照科学规划的方法对每片重建后的田地配套修筑灌溉设施与道路配置,生态重建时植被种植数量的合理决策等。它们更像是同一类问题,需要依靠科学的运筹学与土地规划知识来完成。

2. 矿山水文地质环境问题

矿山水文地质环境问题是指矿区的水文环境变化、水资源结构、水质等的变化问题。水资源是矿区环境极重要的组成部分,有必要把其特殊地抽出来独立谈论。水文地质环境问题的解决主要依靠实时探测,必须配备足够的水文监测点,与此同时需要及时弥补与解决已有的水文问题。例如,井工开采导致的含水层破坏、塌陷区积水、地表水系水质水量监测等问题,事实上,采空区积水问题也被更多地放在生态重建与土地复垦问题中谈论(裴文明等,2018)。矿山水文地质环境问题需要高效的监测与健全的评价体制,除此之外,保水开采、注浆堵漏等方法也常应用于此。在地表水文地质环境变化中,研究者更多希望因地制宜地完成生态修复,例如,塌陷导致的积水区更多使用挖深垫浅技术将其直接修复为鱼塘。

3. 矿山地表地质灾害问题

矿山地表地质灾害问题是矿山开采导致的极为严重的问题。除了在土地规划与管理、矿山建设过程中提前规避地质灾害高发区外,主要依靠时效性与精度高的对地监测技术。例如,矿山地质灾害可通过InSAR实现较高精度的监测,以此来及时进行人群疏散、土地规划与管理。

4. 矿山土壤环境问题

矿山土壤环境问题是矿山生态环境监测与污染治理的热点问题。前已述及,矿山土壤环境问题主要指采矿活动影响下的矿区土壤理化性质受损的问题。该类型问题针对矿山采矿活动持续时间及闭矿后可能造成的土壤受损及作用于其上的矿区对象损伤。其首要关注对象是土壤本身,由于土壤作为地物基质带来的巨大影响,研究者更多需要特别考虑其带来的衍生污染问题。

首先需要考虑的是矿区土壤环境包括其生态交互的对象的监测与评价,与地面塌陷监测不同的是,研究者多通过对地观测,通过光谱波段实时监测矿区地物在某些指标(叶面积、生物量等)的受损情况。除此之外,土壤受损的防护与修复重建问题,包括其影响对象的防护与治理问题也是其关注的重点。

5. 矿山地形地貌与自然景观破坏问题

矿山地形地貌与自然景观破坏问题是一个重要的问题,矿区地形地貌受露天或井工开采产生的破坏需要通过修复手段完成,土壤重构、水系修复等问题是其中的核心问题。此外,最近兴起的对矿区损毁的景观评价与景观重建问题也是其中的重要问题,研究者开始关注如何让矿区生态修复与重建后的生态系统更接近自然形态的生态系统,保持其抗逆性。

本文选自由地质出版社刚刚出版的 《国土空间生态修复 ,由吴次芳、肖武、曹宇、方恺著;转载自:自然资源之声