基于模糊數(shù)學(xué)法的四川省礦山地質(zhì)環(huán)境分區(qū)及保護(hù)治理研究

陳舜，孟銘杰，梁明

(四川省國土空間生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治研究院，成都 610081)

礦山地質(zhì)環(huán)境是生態(tài)環(huán)境重要的組成部分[1]，礦山企業(yè)在開采過程中經(jīng)常會(huì)引起土地壓占與損毀、地形地貌景觀破壞、含水層破壞、地質(zhì)災(zāi)害等系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題[2]，嚴(yán)重違背了生態(tài)文明建設(shè)宗旨，制約了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。四川省高度重視礦山地質(zhì)環(huán)境問題，2004年四川省開展了全省1∶5萬專項(xiàng)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查，編制了相關(guān)評價(jià)報(bào)告，建立了全省礦山地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)。2013～2014年又完成了四川省礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，編寫了四川省礦山地質(zhì)環(huán)境問題調(diào)查報(bào)告，補(bǔ)充和完善了四川省礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫。根據(jù)以上相關(guān)調(diào)查成果，四川省積極采取有效措施，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，取得了顯著成效。

2016～2017年，四川省再次開展了全省礦山地質(zhì)環(huán)境詳細(xì)調(diào)查工作，旨在進(jìn)一步詳細(xì)查明全省所有在建、生產(chǎn)、廢棄及政策性關(guān)閉等礦山存在的地質(zhì)環(huán)境問題，對地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)和影響分區(qū)，更新四川省礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫，為下一步全面實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理提供一定的參考。

1 礦山開發(fā)利用現(xiàn)狀

四川省已發(fā)現(xiàn)礦種136種(圖1)，特大型、大型礦床分布集中，多分布在盆地和盆周地區(qū)、攀西地區(qū)、川西高原地區(qū)三大資源集中區(qū)。優(yōu)勢礦產(chǎn)常集中在一個(gè)或幾個(gè)地區(qū)，這就有利于建立較大規(guī)模的工業(yè)基地，并使礦產(chǎn)資源得以合理利用，如釩鈦磁鐵礦集中在攀西地區(qū)；鈣芒硝集中在成都平原，磷礦集中在綿竹、什邡、漢源、馬邊、雷波一帶；巖鹽集中在自貢、威遠(yuǎn)、南充、鹽源等地區(qū)；煤和硫鐵礦主要集中在川南地區(qū)；汞礦集中在酉陽、秀山地區(qū)；銅、鉛、鋅集中地分布在會(huì)理、會(huì)東一帶。攀枝花作為我省礦業(yè)集中區(qū)，共發(fā)現(xiàn)了88種礦產(chǎn)資源，探明儲(chǔ)量的有39種，已開發(fā)利用了45種，各類礦產(chǎn)資源潛在儲(chǔ)量在300×108t以上，以黑色金屬和非金屬礦為主。

圖1 四川省礦山類型分類餅圖

按照《四川省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價(jià)技術(shù)要求(征求意見稿)》、《四川省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價(jià)總體設(shè)計(jì)》要求，本次調(diào)查采用資料收集、遙感影像解譯、地面調(diào)查、巖土樣采集測試、數(shù)據(jù)庫建設(shè)等手段與方法，調(diào)查我省生產(chǎn)、在建、閉坑、關(guān)閉、歷史遺留及政策性關(guān)閉礦山9 343個(gè)，包括金屬礦產(chǎn)、能源礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)和水氣礦產(chǎn)4種[3]。

據(jù)調(diào)查，非金屬礦產(chǎn)占全省礦山總量的78.90%，數(shù)量最多；其次為能源礦產(chǎn)，占全省礦山總量的15.86%，以煤礦為主；金屬礦產(chǎn)在省內(nèi)相對匱乏，部分金屬礦山因開采規(guī)模、交通條件、開采成本等原因未進(jìn)行開采，占全省礦山總量的4.25%；還有少量的水氣礦產(chǎn)，占全省礦山總量的0.98%。從生產(chǎn)狀態(tài)來看，在建礦山共有224個(gè)，占全省礦山總量的2.40%，生產(chǎn)礦山共有4 262個(gè)，占全省礦山總量的45.64%，關(guān)閉礦山共有761個(gè)，占全省礦山總量的8.15%，閉坑礦山共有806個(gè)，占全省礦山總量的8.63%，廢棄礦山共有1 561個(gè)，占全省礦山總量的16.71%，政策性關(guān)閉礦山共有1 727個(gè)，占全省礦山總量的18.48%(圖2)。

圖2 四川省礦山生產(chǎn)狀態(tài)分類柱狀圖

2 礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題

四川省存在的主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題有：土地資源壓占與損毀、地形地貌景觀改變、含水層結(jié)構(gòu)破壞、地質(zhì)災(zāi)害、水土污染等5種類型[4]。

2.1 土地壓占與毀損

是指礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)導(dǎo)致土地類型改變、數(shù)量減少、土壤質(zhì)量下降的現(xiàn)象。主要包括采礦廢渣、選礦尾礦渣、煤矸石等固體廢棄物壓占土地，露天開采剝離挖損土地，形成的崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷損毀土地。根據(jù)調(diào)查成果，截止2017年底，全省因礦山開采造成的土地壓占與毀損面積達(dá)226.92 km2，壓占與毀損的土地類型包括林地、草地、園地、部分耕地、建筑用地等。

2.2 地形地貌景觀改變

是指礦山建設(shè)與采礦活動(dòng)改變原地形地貌條件及特征，形成采坑、塌陷區(qū)、廢渣或矸石堆，以及次生裸地和疏林地；影響林地、灌叢地、草地、牧草地景觀功能的現(xiàn)象。我省礦山景觀環(huán)境問題主要表現(xiàn)為剝土伐樹損傷自然風(fēng)景，采石燒灰破壞地質(zhì)遺跡等。露天開采開挖山體，強(qiáng)烈改變了原有的地形地貌，大小不同的采坑和采礦廢石堆使自然景觀遭到嚴(yán)重破壞。

2.3 含水層結(jié)構(gòu)破壞

是指因礦山開采活動(dòng)引發(fā)的含水層結(jié)構(gòu)改變、地下水位下降、水量減少與疏干。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年度全省工業(yè)廢水排放量23 499×104t，礦坑排水量達(dá)17 237×104t，因礦山開采導(dǎo)致地下水位下降面積為1 096.96 km2，一方面廢水廢液對地下含水層進(jìn)行疏干形成地下漏斗，另一方面外排的廢水廢液給環(huán)境造成直接或間接污染。

2.4 礦山地質(zhì)災(zāi)害

是指由礦山開發(fā)引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面裂縫等對礦區(qū)生產(chǎn)生活構(gòu)成危害[5-6]。通過本次詳查，對全省存在的礦山地質(zhì)災(zāi)害問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的排查，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全省共存在礦山地質(zhì)災(zāi)害313處，其中崩塌65處，滑坡134處，泥石流59處，地面塌陷55處。發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害71次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失23 651萬元。

2.5 礦區(qū)水土污染

是指礦產(chǎn)資源在整個(gè)開發(fā)過程中未處理外排和積存的廢水廢液固體廢棄物都對環(huán)境構(gòu)成潛在的威脅，部分礦區(qū)長期廢水廢液固廢偷排導(dǎo)致礦區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，造成大面積水體、土體因嚴(yán)重污染而失去原有的功能，造成重大的生態(tài)環(huán)境問題[7]。截止2017年，全省廢石渣累計(jì)存量94 206×104t，年產(chǎn)出廢水廢液23 499×104t。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價(jià)分區(qū)

根據(jù)《四川省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價(jià)技術(shù)要求(征求意見稿)》，本次調(diào)查采用模糊綜合評判法對礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)分區(qū)[8-9]。

3.1 模糊綜合評判法

(1) 評價(jià)因素集及權(quán)系數(shù)

由礦山恢復(fù)治理四項(xiàng)分項(xiàng)工程“土地資源、地形地貌景觀、含水層及地表水體、地質(zhì)災(zāi)害”，增加與規(guī)劃和實(shí)施相關(guān)的“治理難易程度、政府治理意向與民眾要求”等二要素，構(gòu)成評價(jià)因素集。

評價(jià)因素集中的單個(gè)因子，在評價(jià)其治理的重要性是有差異的，以權(quán)重值區(qū)分。權(quán)重值由征求部分專家意見提出，評價(jià)集的權(quán)重值，構(gòu)成如下行列式:

A=[0.2 0.15 0.15 0.2 0.1 0.2]

(2) 評價(jià)集

對礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)集中每項(xiàng)因子影響程度評價(jià)，劃分為嚴(yán)重(90～100)、較嚴(yán)重(89～75)、較輕(74～60)、已恢復(fù)(≤59)4級，構(gòu)成評價(jià)集。采用插值法賦定值，對B11…B14，…，B61…B64賦值，單項(xiàng)未賦值時(shí)為0，并構(gòu)成行列式B：

(3) 模糊綜合評判評價(jià)

與權(quán)系數(shù)矩陣構(gòu)成如下模糊綜合評判計(jì)算式：

K=A·B

進(jìn)行“取小”法則進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算：

K=[k1k2k3k4]

歸一化后，取k1、k2、k3、k4中的最大值作為K值，并按以下規(guī)則評判，當(dāng)隸屬度值(K)：

K≥0.9，影響嚴(yán)重區(qū)；

K=0.79～0.89，影響較嚴(yán)重區(qū)；

K=0.79～0.60，影響較輕區(qū)。

3.2 分區(qū)結(jié)果

根據(jù)詳細(xì)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用模糊綜合評判法得到如下分區(qū)結(jié)果(表1、圖3)。

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評價(jià)分區(qū)

1.礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)；2.礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重區(qū)；3.礦山地質(zhì)環(huán)境影響較輕區(qū)；4.省界；5.市(州)界；6.省政府駐地及名稱；7.市(州)政府駐地及名稱；8.縣(區(qū))政府駐地及名稱;9.影響評價(jià)分區(qū)界線圖3 四川省礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價(jià)圖

全省礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)共11個(gè)，分布面積約95 689.45 km2，占全省總面積的19.7%；礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重區(qū)共3個(gè)，分布面積約19 139.02 km2，占全省面積的3.9%；礦山地質(zhì)環(huán)境影響較輕區(qū)共2個(gè)，分布面積約371 171.53 km2，占全省面積的76.4%。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理建議

4.1 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)建議

礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)在于礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)生之前的預(yù)防，加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境管理應(yīng)從源頭開始，加強(qiáng)礦山企業(yè)準(zhǔn)入控制，建立完善礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題[10-11]。

(1) 加強(qiáng)市場準(zhǔn)入控制。

在保護(hù)區(qū)內(nèi)除國家基礎(chǔ)性、公益性地質(zhì)勘查及符合政策要求的項(xiàng)目外，不得規(guī)劃設(shè)置新礦業(yè)權(quán)，已經(jīng)設(shè)立的礦業(yè)權(quán)要按政府統(tǒng)一安排有序退出，已建礦山要限期關(guān)閉。

(2) 完善礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測體系，加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

圍繞著落實(shí)監(jiān)測責(zé)任、實(shí)施監(jiān)督管理、制定監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、發(fā)布權(quán)威信息等方面建立健全礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測機(jī)制；選擇工作基礎(chǔ)較好，監(jiān)測條件較成熟的地區(qū)進(jìn)行示范，積累經(jīng)驗(yàn)后在全省逐漸推廣；收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立全省礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理建議

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制相關(guān)規(guī)范和要求，參照以往的礦山地質(zhì)環(huán)境治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我省實(shí)際，提出以下分區(qū)治理建議[12-13]。

(1) 川東北煤炭治理區(qū)

對該區(qū)歷史遺留231個(gè)礦山進(jìn)行治理，其中主要礦區(qū)為渠縣煤礦區(qū)、大竹縣煤礦區(qū)等14個(gè)礦區(qū)，治理面積約為765.1 km2，治理措施為土地恢復(fù)、地貌景觀恢復(fù)，實(shí)施含水層、地面塌陷和滑坡治理與礦山復(fù)綠等。

(2) 龍門山煤炭、非金屬礦治理區(qū)

對該區(qū)歷史遺留45個(gè)礦山進(jìn)行治理，其中主要礦區(qū)為江油市石灰石礦區(qū)、北川縣石灰石煤礦區(qū)等6個(gè)礦區(qū)，治理面積約為1 053.4 km2，治理措施為土地恢復(fù)、地貌景觀恢復(fù)，實(shí)施含水層、泥石流治理與專項(xiàng)污染調(diào)查與整治等。

(3) 攀西煤炭、金屬礦治理區(qū)

對該區(qū)歷史遺留44個(gè)礦山進(jìn)行治理，其中主要礦區(qū)為西昌市鐵礦礦區(qū)、寧南縣鉛鋅礦銅礦區(qū)等9個(gè)礦區(qū)，治理面積約為186.7 km2，治理措施為土地恢復(fù)、地貌景觀恢復(fù)，實(shí)施含水層、滑坡、泥石流、地面塌陷治理與專項(xiàng)污染調(diào)查與整治等。

(4) 川南煤炭、硫礦、鹽巖開采區(qū)

對該區(qū)歷史遺留334個(gè)礦山進(jìn)行治理，其中主要礦區(qū)為古藺縣煤礦石灰石礦區(qū)、瀘縣煤礦區(qū)等11個(gè)礦區(qū)，治理面積約為321.1 km2，治理措施為土地恢復(fù)、地貌景觀恢復(fù)，實(shí)施含水層、滑坡、泥石流、地面塌陷治理與專項(xiàng)污染調(diào)查與整治等。

(5) 川西北有色貴金屬、非金屬礦開采區(qū)

對該區(qū)歷史遺留53個(gè)礦山進(jìn)行治理，其中主要礦區(qū)為寶興縣大理石礦區(qū)、滎經(jīng)縣煤礦花崗石礦區(qū)等8個(gè)礦區(qū)，治理面積約為138.7 km2，治理措施為土地恢復(fù)、地貌景觀恢復(fù)，實(shí)施含水層、滑坡、泥石流、地面塌陷治理與專項(xiàng)污染調(diào)查與整治等。

5 結(jié)論

四川省礦山地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，存在的礦山地質(zhì)環(huán)境問題種類多數(shù)量大，通過本次詳細(xì)調(diào)查與保護(hù)研究，得到以下結(jié)論：

(1) 本次調(diào)查共查明我省生產(chǎn)、在建、閉坑、關(guān)閉、歷史遺留及政策性關(guān)閉礦山共9 343個(gè)，存在的主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題包括土地資源壓占與損毀、地形地貌景觀改變、含水層結(jié)構(gòu)破壞、地質(zhì)災(zāi)害、水土污染等。

(2) 采用模糊綜合評判法對全省礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)及分區(qū)，其中影響嚴(yán)重區(qū)共11個(gè)，影響較嚴(yán)重區(qū)共3個(gè)，影響較輕區(qū)共2個(gè)。

(3) 基于本次調(diào)查評價(jià)，提出了礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理建議，一是加強(qiáng)市場準(zhǔn)入控制，完善礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測體系，二是對川東北煤炭等5個(gè)治理區(qū)提出有針對性的治理措施建議。

(4) 建議在下一步工作中，立即開展礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與調(diào)查，選取典型礦區(qū)開展監(jiān)測示范工作，積累經(jīng)驗(yàn)并在全省推廣，有利于政府部門制定更加切合實(shí)際的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與防治對策，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)行業(yè)真正的可持續(xù)發(fā)展。