基于自然的重金屬污染礦地解決方案

———基于自然的重金屬污染礦地解決方案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(fēng)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(chǎn)品為成品鐵礦石、銅精礦、硫精礦。在大寶山礦產(chǎn)開采過程中，形成了采場區(qū)、露采邊坡、排土場和尾礦庫，嚴(yán)峻破壞了當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛簿坝^，造成滑坡、水土流失等問題，還導(dǎo)致了植被消逝、生態(tài)系統(tǒng)毀壞、土壤污染等生態(tài)環(huán)境問題?；谧匀坏慕鉀Q方案（NbS）為該礦區(qū)的污染源頭掌握與生態(tài)修復(fù)供應(yīng)了新的技術(shù)路徑。

基于自然的礦區(qū)流域污染掌握方法

大寶山礦區(qū)露天開采歷史周期長，地形地貌損毀已經(jīng)影響到了礦區(qū)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(fù)。水文及水動力是礦區(qū)污染元素集中的核心動力源，也是污染防控的關(guān)鍵因素。因此，遵循自然地形地貌特征，因勢利導(dǎo)、利用自然，構(gòu)建礦區(qū)徑流場，可起到事半功倍的效果。

構(gòu)建礦區(qū)三維徑流場和水系，獵取污染集中路徑。依據(jù)大寶山地區(qū)所在的流域范圍，依據(jù)礦區(qū)植被、地形地貌和水文條件，首先構(gòu)建大寶山三維立體景觀模型。基于三維地形地理信息等相關(guān)要素的拓?fù)潢P(guān)系，科學(xué)劃分礦區(qū)降水匯水面，構(gòu)建三維徑流場和水系。

實施清污分流，嚴(yán)控污染面和污染匯水，從源頭掌握污染集中。依據(jù)礦區(qū)已形成的現(xiàn)狀徑流水系分布，結(jié)合礦區(qū)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(qū)、排水溝渠的規(guī)劃設(shè)計，因勢利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計導(dǎo)水、排水工程分流水源，在場地內(nèi)實現(xiàn)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，削減降雨集中往低處匯合的排洪壓力。其中，截洪溝等排水工程設(shè)計依據(jù)地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理布設(shè)，將地表徑流合理有序地導(dǎo)出；對泥石流的水源進行調(diào)整和分流，對形成泥石流的固體物源進行穩(wěn)固，對泥石流在沖溝中的運動進行掌握和消能。據(jù)測算，大寶山礦區(qū)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(xiàn)攔水面積12平方千米，每年攔水量1836萬立方米，可節(jié)省2203萬元的污水處理費用。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計

大寶山礦地生態(tài)修復(fù)設(shè)計中遵循“依山就勢重塑地形、因勢利導(dǎo)疏導(dǎo)水流、柔性防護穩(wěn)定邊坡”的理念開展生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計，通過植被修復(fù)掌握水土面狀侵蝕，利用土壤與植被相結(jié)合，原位固化和攔截重金屬的遷移集中。

“依山就勢”重塑地形。依據(jù)治理區(qū)的水文、地質(zhì)、氣候環(huán)境條件，結(jié)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(wěn)定性，用最少的擾動確保邊坡地形地貌的自然態(tài)，依山就勢整形，削減修筑平臺、削坡減載土石方工程帶來的大量的松散積累物可能引發(fā)的新的邊坡不穩(wěn)定隱患。

“因勢利導(dǎo)”疏導(dǎo)水流。在治理區(qū)重塑地形的同時，因勢利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計導(dǎo)水、排水工程，分流水源，實現(xiàn)在場地內(nèi)的清污分流。治水措施充分滿意生態(tài)恢復(fù)前期掌握水土流失的需要。排水溝走向設(shè)計堅持因地制宜、依據(jù)暴雨期間觀看的水流走向設(shè)計，構(gòu)造坡頂及平臺內(nèi)側(cè)截水、排水及坡面導(dǎo)水的縱橫排水溝網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，逐層有序截水排水，掌握邊坡水蝕與水土流失。

“柔性防護”穩(wěn)定邊坡。對暴露邊坡以柔性防護為主、工程措施為輔，采納柔性材料進行柔性防護，不構(gòu)建擋墻、格構(gòu)梁等鋼筋混凝土構(gòu)筑物，促進排土場中的溝床穩(wěn)定。對排土場內(nèi)松散的積累物以排導(dǎo)為主，設(shè)置生態(tài)袋植物堤、生態(tài)島停淤區(qū)域；利用生態(tài)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掌握侵蝕，增加邊坡的穩(wěn)定性；利用植物群落作用，固土防蝕，改善松散土質(zhì)的抗沖性，增加治理區(qū)排土場積累體的穩(wěn)定性，消退地質(zhì)災(zāi)難威逼。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施

針對大寶山礦區(qū)場地露采場、排土場的現(xiàn)有堆體，依據(jù)生態(tài)環(huán)境評估與猜測結(jié)果，根據(jù)系統(tǒng)工程的思路綜合治理，實施局地“地貌重塑——土壤重構(gòu)——植被重建”工程，因地制宜、逐步恢復(fù)大寶山礦區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)，營造一個適合植物生長的健康環(huán)境，緩解環(huán)境重金屬污染，恢復(fù)場地生態(tài)活力，重塑動植物自然生境，查找新的生態(tài)平衡與景觀生態(tài)，強化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能。

場地平整措施。由于大范圍的露天開采和不規(guī)范的排土，大寶山礦區(qū)地表造成了劇烈的擾動和破壞，形成了比較嚴(yán)峻的土壤侵蝕問題。場地平整設(shè)計基本遵循現(xiàn)有總體地勢。針對區(qū)域特別的地形地貌及現(xiàn)狀，進行地形整理，依現(xiàn)狀地勢設(shè)置成緩坡及臺地，并以生態(tài)方法治理邊坡環(huán)境，堅持植物措施為主，逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。其中，在不影響后續(xù)的種植和排水等條件下，適當(dāng)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(wěn)定，同時使整個地形的坡面曲線保持排水通暢，以消退滑坡或泥石流等地質(zhì)災(zāi)難隱患。

土壤改良措施。土壤改良主要是對礦區(qū)土壤進行原位基質(zhì)改良。依據(jù)礦區(qū)地形地貌、污染分布和工程類型，劃分改良工程分區(qū)。土壤改良材料的用量與配方，依照土壤檢測分析的結(jié)果，進行適時適地選擇。原位基質(zhì)土壤改良方案是對整理后的種植條溝、表土采納復(fù)合基質(zhì)，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(diào)整土壤pH值，轉(zhuǎn)變土壤酸性條件，增加土壤有機質(zhì)含量，降低土壤重金屬活性，起到固化、穩(wěn)定化的目的。同時，實施土壤改良的前期酸化猜測與土壤改良的全過程酸化掌握，營造有益微生物生長的相宜環(huán)境，通過有益微生物的作用持續(xù)改良土壤。

自然植被恢復(fù)。經(jīng)土壤改良后，在生態(tài)恢復(fù)條件成熟時，準(zhǔn)時對修復(fù)土地進行植被恢復(fù)，構(gòu)建喬灌草立體植被體系。由于采礦土地?fù)p毀后，原植被也遭到損毀，因此應(yīng)篩選適當(dāng)?shù)南蠕h植物對損毀土地進行先行修復(fù)，同時篩選相宜的適生植物作為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的對象。種植品種的選擇應(yīng)以當(dāng)?shù)仄贩N優(yōu)先為原則，修復(fù)后生態(tài)景觀要與周邊環(huán)境容為一體。因此，依據(jù)大寶山礦區(qū)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力量改良土壤。在種植模式上，實行種、播相結(jié)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(tǒng)；實行草灌相結(jié)合，盡快形成能夠掩蓋表層土壤的植物群落，實現(xiàn)短期植被與長期植被的自然演替。

建立監(jiān)測與優(yōu)化的機制和措施。在生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的同時，遵循國際先進的生態(tài)修復(fù)適應(yīng)性管理理念，分類建立監(jiān)測區(qū)塊或樣方，進行生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的長期定位監(jiān)測，對比分析不同修復(fù)模式的成效，不斷對礦地生態(tài)修復(fù)方案進行優(yōu)化調(diào)整，以保證修復(fù)效益的最大化，實現(xiàn)礦區(qū)土地的可持續(xù)利用。

相關(guān)思索

大寶山礦區(qū)基于自然解決方案的生態(tài)修復(fù)案例中，通過開展基于徑流場原理的礦區(qū)流域污染掌握和遵循自然原理的生態(tài)修復(fù)規(guī)劃設(shè)計、修復(fù)措施以及適應(yīng)性的生態(tài)修復(fù)管理，根據(jù)地貌重塑、土壤重構(gòu)和植被修復(fù)的系統(tǒng)進程，快速建立了人工介入下的植被群落系統(tǒng)，模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)土壤正常化、植物鄉(xiāng)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(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，逐步形成自我完善、正向演替的自然生態(tài)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)了人工修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)與所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境背景的協(xié)調(diào)全都，保障了修復(fù)后的礦地生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定和自然資源管理的可持續(xù)性。

在生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程中，基于自然的解決方案的核心在于遵循或仿照本地生態(tài)系統(tǒng)，從“理念指導(dǎo)——規(guī)劃掌握——措施實現(xiàn)”的規(guī)律動身，在修復(fù)的全過程中體現(xiàn)整體性、系統(tǒng)性和綜合性。其中，整體性體現(xiàn)在修復(fù)方案應(yīng)涵蓋到一個相對完整的生態(tài)流域和生態(tài)功能區(qū)；系統(tǒng)性體現(xiàn)在生態(tài)要素變化的全過程或相互作用的全鏈條；綜合性體現(xiàn)在識別多要素的相互作用，而不是單要素的修復(fù)，這也是系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)的本質(zhì)特征。

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(fēng)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(chǎn)品為成品鐵礦石、銅精礦、硫精礦。在大寶山礦產(chǎn)開采過程中，形成了采場區(qū)、露采邊坡、排土場和尾礦庫，嚴(yán)峻破壞了當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛簿坝^，造成滑坡、水土流失等問題，還導(dǎo)致了植被消逝、生態(tài)系統(tǒng)毀壞、土壤污染等生態(tài)環(huán)境問題?；谧匀坏慕鉀Q方案（NbS）為該礦區(qū)的污染源頭掌握與生態(tài)修復(fù)供應(yīng)了新的技術(shù)路徑。

基于自然的礦區(qū)流域污染掌握方法

大寶山礦區(qū)露天開采歷史周期長，地形地貌損毀已經(jīng)影響到了礦區(qū)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(fù)。水文及水動力是礦區(qū)污染元素集中的核心動力源，也是污染防控的關(guān)鍵因素。因此，遵循自然地形地貌特征，因勢利導(dǎo)、利用自然，構(gòu)建礦區(qū)徑流場，可起到事半功倍的效果。

構(gòu)建礦區(qū)三維徑流場和水系，獵取污染集中路徑。依據(jù)大寶山地區(qū)所在的流域范圍，依據(jù)礦區(qū)植被、地形地貌和水文條件，首先構(gòu)建大寶山三維立體景觀模型?；谌S地形地理信息等相關(guān)要素的拓?fù)潢P(guān)系，科學(xué)劃分礦區(qū)降水匯水面，構(gòu)建三維徑流場和水系。

實施清污分流，嚴(yán)控污染面和污染匯水，從源頭掌握污染集中。依據(jù)礦區(qū)已形成的現(xiàn)狀徑流水系分布，結(jié)合礦區(qū)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(qū)、排水溝渠的規(guī)劃設(shè)計，因勢利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計導(dǎo)水、排水工程分流水源，在場地內(nèi)實現(xiàn)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，削減降雨集中往低處匯合的排洪壓力。其中，截洪溝等排水工程設(shè)計依據(jù)地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理布設(shè)，將地表徑流合理有序地導(dǎo)出；對泥石流的水源進行調(diào)整和分流，對形成泥石流的固體物源進行穩(wěn)固，對泥石流在沖溝中的運動進行掌握和消能。據(jù)測算，大寶山礦區(qū)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(xiàn)攔水面積12平方千米，每年攔水量1836萬立方米，可節(jié)省2203萬元的污水處理費用。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計

大寶山礦地生態(tài)修復(fù)設(shè)計中遵循“依山就勢重塑地形、因勢利導(dǎo)疏導(dǎo)水流、柔性防護穩(wěn)定邊坡”的理念開展生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計，通過植被修復(fù)掌握水土面狀侵蝕，利用土壤與植被相結(jié)合，原位固化和攔截重金屬的遷移集中。

“依山就勢”重塑地形。依據(jù)治理區(qū)的水文、地質(zhì)、氣候環(huán)境條件，結(jié)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(wěn)定性，用最少的擾動確保邊坡地形地貌的自然態(tài)，依山就勢整形，削減修筑平臺、削坡減載土石方工程帶來的大量的松散積累物可能引發(fā)的新的邊坡不穩(wěn)定隱患。

“因勢利導(dǎo)”疏導(dǎo)水流。在治理區(qū)重塑地形的同時，因勢利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計導(dǎo)水、排水工程，分流水源，實現(xiàn)在場地內(nèi)的清污分流。治水措施充分滿意生態(tài)恢復(fù)前期掌握水土流失的需要。排水溝走向設(shè)計堅持因地制宜、依據(jù)暴雨期間觀看的水流走向設(shè)計，構(gòu)造坡頂及平臺內(nèi)側(cè)截水、排水及坡面導(dǎo)水的縱橫排水溝網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，逐層有序截水排水，掌握邊坡水蝕與水土流失。

“柔性防護”穩(wěn)定邊坡。對暴露邊坡以柔性防護為主、工程措施為輔，采納柔性材料進行柔性防護，不構(gòu)建擋墻、格構(gòu)梁等鋼筋混凝土構(gòu)筑物，促進排土場中的溝床穩(wěn)定。對排土場內(nèi)松散的積累物以排導(dǎo)為主，設(shè)置生態(tài)袋植物堤、生態(tài)島停淤區(qū)域；利用生態(tài)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掌握侵蝕，增加邊坡的穩(wěn)定性；利用植物群落作用，固土防蝕，改善松散土質(zhì)的抗沖性，增加治理區(qū)排土場積累體的穩(wěn)定性，消退地質(zhì)災(zāi)難威逼。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施

針對大寶山礦區(qū)場地露采場、排土場的現(xiàn)有堆體，依據(jù)生態(tài)環(huán)境評估與猜測結(jié)果，根據(jù)系統(tǒng)工程的思路綜合治理，實施局地“地貌重塑——土壤重構(gòu)——植被重建”工程，因地制宜、逐步恢復(fù)大寶山礦區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)，營造一個適合植物生長的健康環(huán)境，緩解環(huán)境重金屬污染，恢復(fù)場地生態(tài)活力，重塑動植物自然生境，查找新的生態(tài)平衡與景觀生態(tài)，強化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能。

場地平整措施。由于大范圍的露天開采和不規(guī)范的排土，大寶山礦區(qū)地表造成了劇烈的擾動和破壞，形成了比較嚴(yán)峻的土壤侵蝕問題。場地平整設(shè)計基本遵循現(xiàn)有總體地勢。針對區(qū)域特別的地形地貌及現(xiàn)狀，進行地形整理，依現(xiàn)狀地勢設(shè)置成緩坡及臺地，并以生態(tài)方法治理邊坡環(huán)境，堅持植物措施為主，逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。其中，在不影響后續(xù)的種植和排水等條件下，適當(dāng)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(wěn)定，同時使整個地形的坡面曲線保持排水通暢，以消退滑坡或泥石流等地質(zhì)災(zāi)難隱患。

土壤改良措施。土壤改良主要是對礦區(qū)土壤進行原位基質(zhì)改良。依據(jù)礦區(qū)地形地貌、污染分布和工程類型，劃分改良工程分區(qū)。土壤改良材料的用量與配方，依照土壤檢測分析的結(jié)果，進行適時適地選擇。原位基質(zhì)土壤改良方案是對整理后的種植條溝、表土采納復(fù)合基質(zhì)，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(diào)整土壤pH值，轉(zhuǎn)變土壤酸性條件，增加土壤有機質(zhì)含量，降低土壤重金屬活性，起到固化、穩(wěn)定化的目的。同時，實施土壤改良的前期酸化猜測與土壤改良的全過程酸化掌握，營造有益微生物生長的相宜環(huán)境，通過有益微生物的作用持續(xù)改良土壤。

自然植被恢復(fù)。經(jīng)土壤改良后，在生態(tài)恢復(fù)條件成熟時，準(zhǔn)時對修復(fù)土地進行植被恢復(fù)，構(gòu)建喬灌草立體植被體系。由于采礦土地?fù)p毀后，原植被也遭到損毀，因此應(yīng)篩選適當(dāng)?shù)南蠕h植物對損毀土地進行先行修復(fù)，同時篩選相宜的適生植物作為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的對象。種植品種的選擇應(yīng)以當(dāng)?shù)仄贩N優(yōu)先為原則，修復(fù)后生態(tài)景觀要與周邊環(huán)境容為一體。因此，依據(jù)大寶山礦區(qū)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力量改良土壤。在種植模式上，實行種、播相結(jié)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(tǒng)；實行草灌相結(jié)合，