基于自然的重金屬污染礦地解決方案

來源:智匯工業

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關鍵詞:礦地生態修復 礦區流域污染 生態修復工程

    廣東省大寶山礦是以鐵銅為主的大型多金屬礦山,其礦床上部為風化淋濾型褐鐵礦床,中部為層狀菱鐵礦床,下部為銅、鉛、鋅、硫鐵礦床以及斑巖型鉬礦床和矽卡巖型鉬多金屬礦床,主要產品為成品鐵礦石、銅精礦、硫精礦。在大寶山礦產開采過程中,形成了采場區、露采邊坡、排土場和尾礦庫,嚴重破壞了當地的地形地貌景觀,造成滑坡、水土流失等問題,還導致了植被消失、生態系統毀壞、土壤污染等生態環境問題?;谧匀坏慕鉀Q方案(NbS)為該礦區的污染源頭控制與生態修復提供了新的技術路徑。



    基于自然的礦區流域污染控制方法


    大寶山礦區露天開采歷史周期長,地形地貌損毀已經影響到了礦區水系的分布。同時,由于多年平均降水量高達1500毫米,土壤酸化更影響植被恢復。水文及水動力是礦區污染元素擴散的核心動力源,也是污染防控的關鍵因素。因此,遵循自然地形地貌特征,因勢利導、利用自然,構建礦區徑流場,可起到事半功倍的效果。


    構建礦區三維徑流場和水系,獲取污染擴散路徑。根據大寶山地區所在的流域范圍,依據礦區植被、地形地貌和水文條件,首先構建大寶山三維立體景觀模型?;谌S地形地理信息等相關要素的拓撲關系,科學劃分礦區降水匯水面,構建三維徑流場和水系。


    實施清污分流,嚴控污染面和污染匯水,從源頭控制污染擴散。根據礦區已形成的現狀徑流水系分布,結合礦區匯水面和降雨量,進行基于三維徑流場及水系的清污分流區、排水溝渠的規劃設計,因勢利導、合理有序地設計導水、排水工程分流水源,在場地內實現清污分流,同時沿水流走向因地制宜地截、排山洪,減緩山洪集中沖刷,減少降雨集中往低處匯集的排洪壓力。其中,截洪溝等排水工程設計根據地形地貌、地質結構合理布設,將地表徑流合理有序地導出;對泥石流的水源進行調節和分流,對形成泥石流的固體物源進行穩固,對泥石流在沖溝中的運動進行控制和消能。據測算,大寶山礦區徑流面積為25平方千米,實施清污分流工程后,通過修建截排水溝可實現攔水面積12平方千米,每年攔水量1836萬立方米,可節約2203萬元的污水處理費用。


    基于自然的礦地生態修復工程設計


    大寶山礦地生態修復設計中遵循“依山就勢重塑地形、因勢利導疏導水流、柔性防護穩定邊坡”的理念開展生態修復工程設計,通過植被修復控制水土面狀侵蝕,利用土壤與植被相結合,原位固化和攔截重金屬的遷移擴散。


    “依山就勢”重塑地形。根據治理區的水文、地質、氣候環境條件,結合地形地貌特點和場地排水的需要,進行地形重塑,保持原有地形地貌及邊坡的固有穩定性,用最少的擾動確保邊坡地形地貌的自然態,依山就勢整形,減少修筑平臺、削坡減載土石方工程帶來的大量的松散堆積物可能引發的新的邊坡不穩定隱患。


    “因勢利導”疏導水流。在治理區重塑地形的同時,因勢利導、合理有序地設計導水、排水工程,分流水源,實現在場地內的清污分流。治水措施充分滿足生態恢復前期控制水土流失的需要。排水溝走向設計堅持因地制宜、根據暴雨期間觀察的水流走向設計,構造坡頂及平臺內側截水、排水及坡面導水的縱橫排水溝網絡系統,逐層有序截水排水,控制邊坡水蝕與水土流失。


    “柔性防護”穩定邊坡。對裸露邊坡以柔性防護為主、工程措施為輔,采用柔性材料進行柔性防護,不構建擋墻、格構梁等鋼筋混凝土構筑物,促進排土場中的溝床穩定。對排土場內松散的堆積物以排導為主,設置生態袋植物堤、生態島停淤區域;利用生態袋能過濾泥沙、生長植被的特性,利用植物樹冠與根系的作用控制侵蝕,增加邊坡的穩定性;利用植物群落作用,固土防蝕,改善松散土質的抗沖性,增強治理區排土場堆積體的穩定性,消除地質災害威脅。


    基于自然的礦地生態修復技術措施


    針對大寶山礦區場地露采場、排土場的現有堆體,根據生態環境評估與預測結果,按照系統工程的思路綜合治理,實施局地“地貌重塑——土壤重構——植被重建”工程,因地制宜、逐步恢復大寶山礦區自然生態系統,營造一個適合植物生長的健康環境,緩解環境重金屬污染,恢復場地生態活力,重塑動植物自然生境,尋找新的生態平衡與景觀生態,強化區域生態系統功能。


    場地平整措施。由于大范圍的露天開采和不規范的排土,大寶山礦區地表造成了強烈的擾動和破壞,形成了比較嚴重的土壤侵蝕問題。場地平整設計基本遵循現有總體地勢。針對區域特殊的地形地貌及現狀,進行地形整理,依現狀地勢設置成緩坡及臺地,并以生態方法治理邊坡環境,堅持植物措施為主,逐步恢復生態系統。其中,在不影響后續的種植和排水等條件下,適當保留原有的臺地,不刻意治理成平緩的坡地,場地平整依山就勢確保邊坡整體穩定,同時使整個地形的坡面曲線保持排水通暢,以消除滑坡或泥石流等地質災害隱患。


    土壤改良措施。土壤改良主要是對礦區土壤進行原位基質改良。據礦區地形地貌、污染分布和工程類型,劃分改良工程分區。土壤改良材料的用量與配方,依照土壤檢測分析的結果,進行適時適地選擇。原位基質土壤改良方案是對整理后的種植條溝、表土采用復合基質,以硫還原菌的微生物菌劑等生物措施為核心進行土壤改良,進而調整土壤pH值,改變土壤酸性條件,增加土壤有機質含量,降低土壤重金屬活性,起到固化、穩定化的目的。同時,實施土壤改良的前期酸化預測與土壤改良的全過程酸化控制,營造有益微生物生長的適宜環境,通過有益微生物的作用持續改良土壤。


    自然植被恢復。經土壤改良后,在生態恢復條件成熟時,及時對修復土地進行植被恢復,構建喬灌草立體植被體系。由于采礦土地損毀后,原植被也遭到損毀,因此應篩選適當的先鋒植物對損毀土地進行先行修復,同時篩選適宜的適生植物作為礦區生態修復的對象。種植品種的選擇應以當地品種優先為原則,修復后生態景觀要與周邊環境容為一體。因此,依據大寶山礦區原有氣象氣候條件、植被類型、地形條件,選擇的造林樹種主要為馬尾松、胡枝子、鹽膚木、紫穗槐;草種主要以豆科草類為主,主要選擇大葉草、狗牙根等草本植物,利用豆科作物的固氮能力改良土壤。在種植模式上,采取種、播相結合,形成先鋒植物、長期定居植物、短期植物、四季植物更替的人工群落系統;實行草灌相結合,盡快形成能夠覆蓋表層土壤的植物群落,實現短期植被與長期植被的自然演替。


    建立監測與優化的機制和措施。在生態系統修復的同時,遵循國際先進的生態修復適應性管理理念,分類建立監測區塊或樣方,進行生態系統修復的長期定位監測,對比分析不同修復模式的成效,不斷對礦地生態修復方案進行優化調整,以保證修復效益的最大化,實現礦區土地的可持續利用。


    相關思考


    大寶山礦區基于自然解決方案的生態修復案例中,通過開展基于徑流場原理的礦區流域污染控制和遵循自然原理的生態修復規劃設計、修復措施以及適應性的生態修復管理,按照地貌重塑、土壤重構和植被修復的系統進程,快速建立了人工介入下的植被群落系統,模擬自然生態系統,實現土壤正?;?、植物鄉土化,并依靠植物自身的抗逆性和植物群落物種的多樣性,提高生態系統的穩定性,逐步形成自我完善、正向演替的自然生態系統,最終實現了人工修復生態系統與所在區域生態環境背景的協調一致,保障了修復后的礦地生態系統的健康穩定和自然資源管理的可持續性。


    在生態系統修復過程中,基于自然的解決方案的核心在于遵循或模仿本地生態系統,從“理念指導——規劃控制——措施實現”的邏輯出發,在修復的全過程中體現整體性、系統性和綜合性。其中,整體性體現在修復方案應涵蓋到一個相對完整的生態流域和生態功能區;系統性體現在生態要素變化的全過程或相互作用的全鏈條;綜合性體現在識別多要素的相互作用,而不是單要素的修復,這也是系統生態修復的本質特征。

    (審核編輯: 智匯婷婷)

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