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基于自然的重金屬污染礦地解決方案

來源:環(huán)保節(jié)能網(wǎng)
時(shí)間:2020-02-06 09:05:20
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基于自然的重金屬污染礦地解決方案環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊: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

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊: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(chǎng)區(qū)、露采邊坡、排土場(chǎng)和尾礦庫,嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛簿坝^,造成滑坡、水土流失等問題,還導(dǎo)致了植被消失、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)的污染源頭控制與生態(tài)修復(fù)提供了新的技術(shù)路徑。

基于自然的礦區(qū)流域污染控制方法

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(shí),由于多年平均降水量高達(dá)1500毫米,土壤酸化更影響植被恢復(fù)。水文及水動(dòng)力是礦區(qū)污染元素?cái)U(kuò)散的核心動(dòng)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(shì)利導(dǎo)、利用自然,構(gòu)建礦區(qū)徑流場(chǎng),可起到事半功倍的效果。

構(gòu)建礦區(qū)三維徑流場(chǎng)和水系,獲取污染擴(kuò)散路徑。根據(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(chǎng)和水系。

實(shí)施清污分流,嚴(yán)控污染面和污染匯水,從源頭控制污染擴(kuò)散。根據(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(jìn)行基于三維徑流場(chǎng)及水系的清污分流區(qū)、排水溝渠的規(guī)劃設(shè)計(jì),因勢(shì)利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計(jì)導(dǎo)水、排水工程分流水源,在場(chǎng)地內(nèi)實(shí)現(xiàn)清污分流,同時(shí)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(shè)計(jì)根據(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(duì)泥石流的水源進(jìn)行調(diào)節(jié)和分流,對(duì)形成泥石流的固體物源進(jìn)行穩(wěn)固,對(duì)泥石流在沖溝中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和消能。據(jù)測(cè)算,大寶山礦區(qū)徑流面積為25平方千米,實(shí)施清污分流工程后,通過修建截排水溝可實(shí)現(xiàn)攔水面積12平方千米,每年攔水量1836萬立方米,可節(jié)約2203萬元的污水處理費(fèi)用。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

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

“依山就勢(shì)”重塑地形。根據(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(diǎn)和場(chǎng)地排水的需要,進(jìn)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(dòng)確保邊坡地形地貌的自然態(tài),依山就勢(shì)整形,減少修筑平臺(tái)、削坡減載土石方工程帶來的大量的松散堆積物可能引發(fā)的新的邊坡不穩(wěn)定隱患。

“因勢(shì)利導(dǎo)”疏導(dǎo)水流。在治理區(qū)重塑地形的同時(shí),因勢(shì)利導(dǎo)、合理有序地設(shè)計(jì)導(dǎo)水、排水工程,分流水源,實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)地內(nèi)的清污分流。治水措施充分滿足生態(tài)恢復(fù)前期控制水土流失的需要。排水溝走向設(shè)計(jì)堅(jiān)持因地制宜、根據(jù)暴雨期間觀察的水流走向設(shè)計(jì),構(gòu)造坡頂及平臺(tái)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,控制邊坡水蝕與水土流失。

“柔性防護(hù)”穩(wěn)定邊坡。對(duì)裸露邊坡以柔性防護(hù)為主、工程措施為輔,采用柔性材料進(jìn)行柔性防護(hù),不構(gòu)建擋墻、格構(gòu)梁等鋼筋混凝土構(gòu)筑物,促進(jìn)排土場(chǎng)中的溝床穩(wěn)定。對(duì)排土場(chǎng)內(nèi)松散的堆積物以排導(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控制侵蝕,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,增強(qiáng)治理區(qū)排土場(chǎng)堆積體的穩(wěn)定性,消除地質(zhì)災(zāi)害威脅。

基于自然的礦地生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施

針對(duì)大寶山礦區(qū)場(chǎng)地露采場(chǎng)、排土場(chǎng)的現(xiàn)有堆體,根據(jù)生態(tài)環(huán)境評(píng)估與預(yù)測(cè)結(jié)果,按照系統(tǒng)工程的思路綜合治理,實(shí)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(gè)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(chǎng)地生態(tài)活力,重塑動(dòng)植物自然生境,尋找新的生態(tài)平衡與景觀生態(tài),強(qiáng)化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能。

場(chǎng)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)地表造成了強(qiáng)烈的擾動(dòng)和破壞,形成了比較嚴(yán)重的土壤侵蝕問題。場(chǎng)地平整設(shè)計(jì)基本遵循現(xiàn)有總體地勢(shì)。針對(duì)區(qū)域特殊的地形地貌及現(xiàn)狀,進(jìn)行地形整理,依現(xiàn)狀地勢(shì)設(shè)置成緩坡及臺(tái)地,并以生態(tài)方法治理邊坡環(huán)境,堅(jiān)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(tái)地,不刻意治理成平緩的坡地,場(chǎng)地平整依山就勢(shì)確保邊坡整體穩(wěn)定,同時(shí)使整個(gè)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(zhì)災(zāi)害隱患。

土壤改良措施。土壤改良主要是對(duì)礦區(qū)土壤進(jìn)行原位基質(zhì)改良。根據(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(cè)分析的結(jié)果,進(jìn)行適時(shí)適地選擇。原位基質(zhì)土壤改良方案是對(duì)整理后的種植條溝、表土采用復(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(jìn)行土壤改良,進(jìn)而調(diào)整土壤pH值,改變土壤酸性條件,增加土壤有機(jī)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(shí),實(shí)施土壤改良的前期酸化預(yù)測(cè)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(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(shí),及時(shí)對(duì)修復(fù)土地進(jìn)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(duì)損毀土地進(jìn)行先行修復(fù),同時(shí)篩選適宜的適生植物作為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的對(duì)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能力改良土壤。在種植模式上,采取種、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(shí)行草灌相結(jié)合,盡快形成能夠覆蓋表層土壤的植物群落,實(shí)現(xiàn)短期植被與長期植被的自然演替。

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

相關(guān)思考

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(chǎng)原理的礦區(qū)流域污染控制和遵循自然原理的生態(tài)修復(fù)規(guī)劃設(shè)計(jì)、修復(fù)措施以及適應(yīng)性的生態(tài)修復(fù)管理,按照地貌重塑、土壤重構(gòu)和植被修復(fù)的系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)土壤正?;?、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(shí)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)一致,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模仿本地生態(tài)系統(tǒng),從“理念指導(dǎo)——規(guī)劃控制——措施實(shí)現(xiàn)”的邏輯出發(fā),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(gè)相對(duì)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(shí)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。

原標(biāo)題:基于自然的重金屬污染礦地解決方案