我国矿产资源丰富, 是世界矿业大国。矿产资源的开采与利用有效地促进了我国社会经济的快速发展, 但同时也不可避免地带来了自然资源耗竭、生态系统退化、环境污染及地质灾害等矿区资源环境问题, 直接威胁到区域生态安全与可持续发展。受矿藏位置不可选择性的影响, 矿区生态环境保护及生态风险规避显得尤为重要。生态风险评估和防范在欧美等国家(地区) 矿区土地复垦与环境管理中地位突出, 是矿业开采区域解决资源环境问题的决策基础, 并已在法律层面得到认可。开展矿区生态风险评估与防范研究, 既是生态风险研究的重要趋势, 也是符合我国矿区生态环境保护与可持续发展的实践需求。
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矿区生态风险是由矿业生产活动引发的直接或间接引发该区域内生态系统发生不利变化的可能性, 它与矿区自然地理条件、矿业生产/ 工艺特点密切相关。综合目前国内外矿区生态风险研究热点领域, 本研究围绕矿区生态风险中的首要风险源——土地损毁, 面向土地利用及风险管理, 开展矿区生态风险评估与防范研究。针对我国矿区凸显的土地损毁问题, 面向土地管理构建矿区生态风险评估与防范研究体系, 旨在识别我国矿区生态风险源, 进行矿区生态风险综合评估, 并据此明确矿区生态风险防范技术, 进而保障矿区生态安全, 促进矿区社会经济与生态可持续发展, 为推进矿区生态文明建设奠定基础。
面向土地管理的矿区生态风险评估与防范研究体系
矿区生态风险评估与防范研究技术路线
基于采矿造成的生态环境问题, 结合国内外生态风险识别研究现状, 综合各种信息源、技术与管理手段, 针对矿业生产中的土地损毁过程, 提出矿区生态风险的识别理论方法与技术手段; 针对典型煤炭矿区, 确定威胁矿区生态安全的风险来源、风险产生条件, 分析风险特征, 并确定风险影响范围与作用方式, 进而提出典型矿区土地损毁生态风险的识别流程与分类方法。
矿区生态风险识别与分类研究思路
矿区土地损毁生态风险识别流程
针对矿区土地损毁的主要生态风险类型, 特别是涉及区域可持续发展的关键生态风险因素, 辨识生态风险的主要评价指标, 进行评价指标筛选, 建立典型矿区生态风险评价的指标体系; 基于典型煤炭矿区, 围绕生态脆弱性、景观生态风险、综合生态风险, 建立多层次、多指标的生态风险评估模型与技术方法, 为矿区土地复垦及区域可持续发展提供技术支撑。
矿区生态风险评估视角
综合生态风险值空间分布图
在生态风险防范研究进展与特征剖析的基础之上, 系统提出矿区生态风险防范的理论框架, 整合了包括区域生态风险防范和矿区生态环境保护与治理等技术在内的防范技术集。构建了针对矿区生态风险防范的过程防范与分级防范, 并在内蒙古胜利露天煤矿和辽源矿区进行案例研究。
矿区生态风险防范框架
矿区土地破坏生态风险防范的层次
生态风险分级防范
我国矿产资源分布范围较广, 由于矿产资源的地质成因特点、开采方式和所处自然环境条件不同, 矿业开发与管理水平也存在差异, 因而造成生态风险也复杂多样。因此, 开展矿区生态风险防范, 协调矿业开发与生态环境保护, 从而促进矿区可持续发展, 必须深入分析我国矿区的生态风险类型与程度。本章以我国的主要矿区为研究对象, 结合区域生态脆弱性分析与矿业生产的压力格局开展我国矿区生态风险分析, 作为风险防范策略制定的基础。
矿业开发生态风险分区示意图
平朔露天矿区地处黄土高原东部、山西省北部的朔州市平鲁区境内, 与晋陕蒙接壤区、号称黄土高原“黑三角” 的世界特大型煤田相连接, 对环境改变反应敏感、维持自身稳定的可塑性较小、水土流失严重, 属黄土丘陵强烈侵蚀生态脆弱系统。
山东济宁兖州煤矿位于黄淮平原区, 是典型的矿粮复合区。本区的特征是位于平原高潜水位区, 水资源丰富。地下煤炭资源开采后, 采空区上覆岩层的原始应力平衡状态受到破坏,依次发生冒落、断裂、弯曲等移动变形, 最终设计地表, 形成一个比采空区面积大得多的近似椭圆形的下沉盆地, 地表产生坡地、积水、凹凸不平、裂缝等。在雨水、风力等因素的综合作用下, 使得地表产生破坏、推移、变形、沉积等情况, 并产生坡地、积水、凹凸不平、裂缝等现象, 由于地下水埋藏较浅, 容易形成深浅不等、大小不一的封闭式塌陷水面, 成为常年和季节性积水塌陷地。采煤塌陷同时也造成地下水位的抬升, 在土壤毛细管及蒸发作用下, 盐分积聚于表土导致土地盐渍化、土壤沼泽化现象严重等一系列问题。
重庆松藻矿区位于西南山地喀斯特地貌区内, 降水丰富, 地形复杂, 土层较薄。由于地下采空, 地面及边坡开挖影响了山体、斜坡的稳定, 往往导致地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡等频繁发生。矿区的建设和生产改变了土地养分的初始条件, 使土壤坚硬、板结, 有机质、养分与水分缺乏。土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流失, 造成许多地方土地贫瘠、土壤养分短缺、土壤承载力下降、植物难以生存, 最终导致矿区大面积人工裸地的形成, 极易被雨水冲刷, 加速了水土流失的程度。
金属矿业开发所造成的土壤污染, 量大面广。江西德兴铜矿是一个世界级的大型斑岩露天铜矿, 位于江西省东北部德兴县境内.德兴铜矿属于黄铁矿岩体, 开采过程中剥离的废石露天堆存于采矿场周围的三个废石场, 在雨水淋溶情况下, 新鲜废石初期不会形成酸性矿山废水(AMD), 随时间延长, 会逐渐形成AMD。德兴铜矿矿山废水主要由采矿场产生的酸性废水和选矿厂产生的碱性废水组成。在中性条件, 微生物作用下, 黄铁矿和其他的含硫矿物被氧化, 产生大量的酸, 并释放出硫酸根离子 、亚铁离子、金属离子和微量元素进入到地表或地下水中。江西德兴铜矿的开采历史悠久遗留下大量的老窿及废石堆场, 产生的酸性废水严重污染了流径矿区的大坞河。
千灵山位于北京市丰台区, 由于交通设施建设形成了硬质高陡岩石边坡, 难以进行生态恢复与绿化。千灵山边坡为过去采石留下的石灰岩高陡硬质边坡, 边坡呈东西走向, 整个坡底长为70m, 最低处为2.7m。最高处为16.5m; 工作面坡度两侧稍缓, 大致在65°左右, 中间较陡, 近乎直立, 大约为85°。根据调查及研究, 北京山区边坡以岩质边坡为主, 其失稳破坏模式较为典型, 主要为剥落、落石、崩塌、滑坡等, 具有严重的地质灾害隐患。
