国土资源遥感, 2020, 32(2): 170-176 doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.22

技术应用

长江经济带废弃矿山占损土地遥感调查与生态修复对策

殷亚秋, 杨金中, 汪洁, 安娜, 姜赟

中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083

Remote sensing survey of land occupied and damaged by abandoned mines along the Yangtze River Economic Belt and research on ecological remediation countermeasures

YIN Yaqiu, YANG Jinzhong, WANG Jie, AN Na, JIANG Yun

China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083, China

责任编辑: 张仙

收稿日期: 2019-07-12   修回日期: 2019-10-10   网络出版日期: 2020-06-15

基金资助: 中国地质调查项目“全国矿山环境恢复治理状况遥感地质调查与监测”.  DD20190705
“‘高分辨率动态监测相机及应用技术’高速实时数据在国土资源领域的应用研究”和“全国矿产资源开发环境遥感监测项目”.  DD20160075

Received: 2019-07-12   Revised: 2019-10-10   Online: 2020-06-15

作者简介 About authors

殷亚秋(1990-),女,硕士,工程师,主要研究方向为矿产资源遥感监测。Email:yinyaqiu@126.com。 。

摘要

长江经济带是我国的重要矿产资源基地,在矿产资源开发过程中引发的生态环境问题突出。为调查该区域废弃露天矿山占用损毁土地情况和研究生态环境修复对策,以2016—2018年国产高空间分辨率遥感影像为主要数据源,利用遥感解译和信息提取技术,获取长江经济带内距长江干流(包括金沙江四川、云南段,四川宜宾至入海口)及主要支流(包含岷江、沱江、赤水河、嘉陵江、乌江、清江、湘江、汉江、赣江)两岸50 km范围内废弃露天矿山的分布信息和10 km范围内与矿山相关的地质灾害和环境污染信息。调查结果表明,在距长江干流5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内,废弃露天矿山占用损毁土地面积分别为4 655.14 hm2,8 787.57 hm2,12 207.59 hm2,21 040.85 hm2和30 034.47 hm2; 在距长江主要支流5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内废弃露天矿山占用损毁土地面积分别为5 080.04 hm2,8 644.25 hm2,12 345.53 hm2,21 290.29 hm2和33 491.49 hm2。基于遥感调查结果对距长江干流及主要支流两岸各10 km范围内的废弃露天矿山环境进行分析,结果表明,长江上游主要问题是露天开采导致的地质灾害; 长江中下游金属类、化工原料类矿山引发的环境污染比较严重。结合目前矿山环境修复的先进技术,研究并提出了矿山生态环境修复的对策,即采用降坡削坡、加固稳定的方法消除废弃采场的崩塌隐患,根据坡度大小采用相应的复绿技术来防止水土流失; 采用人工隔水层、人工增肥和微生物法进行土壤改良; 引进耐受植物、微生物降解土壤中的有毒重金属; 构建人工湿地进行水生态修复。调查结果和建议可为当地矿政管理部门开展废弃露天矿山生态环境修复工作提供科学依据和重要参考。

关键词： 长江经济带 ; 废弃露天矿山 ; 遥感 ; 生态修复

Abstract

The Yangtze River Economic Belt is an important mineral resource base in China. Ecological and environmental problems caused by mineral resources exploitation are outstanding. In order to survey the situation of the land occupied and damaged by abandoned open-pit mines in this area and study the ecological remediation countermeasures, based on the domestic high spatial resolution remote sensing images acquired in 2016—2018 as the main data source, the authors used the techniques of remote sensing interpretation and information extraction to obtain the distribution information of the land occupied and damaged by abandoned open-pit mines in the range 50 km on the both sides of the main channel of the Yangtze River, which included Jinsha River in Sichuan and Yunnan Province and Yangtze River from Yibin to the estuary and the main tributaries which included Minjiang River, Tuojiang River, Chishui River, Jialing River, Wujiang River, Qingjiang River, Xiangjiang River, Hanjing River and Ganjiang River in the Yangtze River Economic Belt, and the geological hazard and environmental pollution information related to mining in the range of 10 km on the both sides of the river. The results show that in the range of 5 km, 10 km, 30 km, and 50 km from the main stream, the areas of the land occupied and damaged by abandoned open-air mines are 4 655.14 hm2, 8 787.57 hm2, 12 207.59 hm2, 21 040.85 hm2 and 30 034.47 hm2 respectively, and that for tributaries are 5 080.04 hm2, 8 644.25 hm2, 12 345.53 hm2, 21 290.29 hm2 and 33 491.49 hm2 respectively. Based on the results of remote sensing survey, the authors analyzed the environment of the abandoned open-air mines in the range of 10 km on the both sides of the Yangtze River main channel and main tributaries. The results show that the main problem in the upper reaches of the Yangtze River is that geological disasters caused by open mining and environmental pollution caused by metal and chemical raw material mines in the middle and lower reaches of the Yangtze River are quite serious. Combined with the advanced technology of mine environmental restoration, the authors put forward the countermeasures of mine ecological environmental restoration. Methods of slope reduction, slope cutting and slope reinforcement can be adopted to eliminate the hidden danger of collapse. Different green technologies can be used to prevent soil erosion according to the slope size. Artificial barrier layer, artificial fertilizer and microbial methods can be used for soil improvement. Toxic heavy metals in soil can be degraded by tolerant plants and microorganisms. Constructed wetlands can be built for water ecological restoration. The survey results and suggestions presented in this paper would provide the scientific bases and important references for the local mining administration on the ecological environmental remediation of the abandoned open-pit mines.

Keywords： Yangtze River Economic Belt ; abandoned open-air mine ; remote sensing ; ecological remediation

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本文引用格式

殷亚秋, 杨金中, 汪洁, 安娜, 姜赟. 长江经济带废弃矿山占损土地遥感调查与生态修复对策. 国土资源遥感[J], 2020, 32(2): 170-176 doi:10.6046/gtzyyg.2020.02.22

YIN Yaqiu, YANG Jinzhong, WANG Jie, AN Na, JIANG Yun. Remote sensing survey of land occupied and damaged by abandoned mines along the Yangtze River Economic Belt and research on ecological remediation countermeasures. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2020, 32(2): 170-176 doi:10.6046/gtzyyg.2020.02.22

0 引言

中共中央政治局于2016年3月25日审议通过的《长江经济带发展规划纲要》明确提出,长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州11个省市,面积约为205万km2,占全国面积的21%,人口和经济总量超过全国的40%,是具有全球影响力的内河经济带,是我国东中西互动合作的协调发展带,是沿海沿江沿边全面推进的对内对外开放带,是生态文明建设的先行示范带[1,2,3,4]。2018年3月5日,在第十二届全国人民代表大会第五次会议上,李克强总理在《政府工作报告》中指出要推进生态保护和建设,启动长江经济带重大生态修复工程,积累更多生态财富,构筑可持续发展的绿色长城[5,6,7,8,9,10]。

长江经济带是我国的重要矿产资源基地,中上游地区的有色金属、黑金属和非金属矿业在当地经济社会发展中占有较重要的地位,为我国资源保障起到了积极作用[11]。但是,长江经济带区域生态功能区与矿产资源成矿带在空间上的高度重叠,导致了矿产资源开发过程中生态系统遭到严重破坏,矿山开发导致的重金属污染和矿区的地质灾害风险带来的人居安全问题十分突出。据统计,长江经济带矿区废水排放总量占全国排放量的比例达到42%,乌江、清水江、岷江、沱江、湘江、洞庭湖等区域水体总磷污染严重,因矿业开发所带来的土地占用破坏面积,近8 a来在以近8%的速度增长[6,12-14]。

近年来,遥感技术以其长时间、大范围、多时相覆盖的优势成为矿产资源开发状况监测的重要手段[15,16],为我国的矿政管理、绿色发展、生态修复工作提供了有力的技术支撑。国内不少学者采用遥感技术,对矿山的土地占损、环境污染以及生态修复等方面进行了调查和研究。查东平等[17]利用6个时期的遥感影像研究了德兴铜矿生态环境20 a间的变化,结果表明德兴铜矿区域生态系统质量朝差的方向发展,建议防范矿山资源开发过多侵占耕地、林地和草地,对废弃矿区加大植被恢复力度,加强尾矿库管理,降低地质灾害风险,防止污染物扩散入河流; 杨金中等[18]利用全国土地变更调查遥感数据和重点区高分遥感数据完成了2014年全国矿山环境遥感监测,查明了全国(除港、澳、台、沪)陆域废弃矿山开发占地约98.25万hm2,已恢复治理矿山面积约8.69万hm2,全国矿山开发占地面积持续增加,但恢复治理面积较小,废弃矿山的治理力度有待加强; 陈书琳等[19]对遥感技术在微生物复垦中的应用进行了研究,得出利用遥感技术可对复垦后的矿区进行实时、动态监测,2种技术相结合在土地复垦和生态环境修复中有巨大应用潜力。随着国家环境治理资金的加大投入和矿山生态修复技术的不断进步,我国的矿山生态环境修复近年来呈现了较快的发展态势,由被动的恢复型环境治理逐渐向发展型环境保护和开发方向转变。

查清长江经济带亟待修复的矿山数量和面积是进行生态修复的前提。本文以2016—2018年获取的国产高空间分辨率遥感数据为主要数据源,通过数据预处理、建立解译标志、目标解译和人机交互信息提取等步骤,获得长江经济带区域距长江干流及主要支流两岸各5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内的废弃露天矿山的土地占用损毁情况; 针对该区域的露天开采和联合开采的废弃矿山(统称为废弃露天矿山),对其矿山地质环境进行分析,对生态修复治理的对策进行研究,得出最终结论并提出治理建议。

1 研究区及其数据源

长江是中国第一大河流,其干流和主要支流流域是全国重要的水资源补给区和粮食供应地,也是生物多样性的基因库,对长江流域的矿山占地、环境污染情况进行调查和监测具有重要的现实意义。长江经济带呈多级阶梯地形,长江自西向东流经青藏高原、横断山区、云贵高原、四川盆地、武陵山区和长江中下游平原,年平均气温呈东高西低、南高北低的分布趋势,由于地域辽阔、地形复杂,年降水量分布不均。

本文研究区以长江经济带为界,涉及距长江干流(包括金沙江四川、云南段,四川宜宾至入海口)及主要支流(包含岷江、沱江、赤水河、嘉陵江、乌江、清江、湘江、汉江、赣江)两岸各5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围(图1)。

图1

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图1   研究区分布

Fig.1   Distribution of the study area


本文使用的遥感数据为2016—2018年全国土地变更遥感调查数据,对空间分辨率低于2.5 m的数据,利用当年的高分一号、高分二号、资源三号等国产高空间分辨率卫星数据进行替换和补充。对遥感数据进行辐射校正、几何纠正、影像融合等预处理,获得研究区的真彩色遥感影像。2017年江西省九江市内一处废弃露天矿山的高分一号真彩色合成影像如图2所示。

图2

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图2   废弃露天矿山高分一号真彩色遥感影像

Fig.2   GF-1 true color remote sensing image of the abandoned open-air mine


2 信息提取方法

在收集区域地质、矿产资源背景资料和矿业权、矿产开发规划等资料的基础上,建立废弃露天矿山遥感信息提取的技术流程(图3),进行相关信息提取。将废弃露天矿山占损土地类型分类5类,即采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑和塌陷地。进行野外踏勘,根据不同地物的影像特征建立解译标志; 依据建立的解译标志,采用ArcGIS软件平台进行人机交互解译,提取距长江干流及其主要支流两岸各50 km范围内的废弃露天矿山占损土地图斑和10 km范围内与矿山相关的地质灾害、环境污染信息。利用长江经济带内各省的矿权数据,结合2016—2018年的遥感影像变化信息,区分在建、生产矿山图斑和废弃矿山图斑; 通过野外实地调查对室内解译成果进行验证。

图3

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图3   废弃露天矿山信息提取流程

Fig.3   Flow chart of extraction for information of abandoned open-pit mines


3 废弃露天矿山占损土地情况

3.1 长江干流地区

距长江干流两岸各5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内废弃露天矿山占用损毁土地面积分别为4 655.14 hm2,8 787.57 hm2,12 207.59 hm2,21 040.85 hm2和30 034.47 hm2,具体统计数据如表1所示。上海和浙江在距干流50 km范围内没有废弃露天矿山。

表1   长江干流废弃露天矿山占损土地统计

Tab.1  Statistics of land occupied and damaged by abandoned open-pit mines in the main stream of the Yangtze River(hm2)

地区5 km范围10 km范围15 km范围30 km范围50 km范围
江苏291.631 187.992 338.674 177.335 191.20
安徽194.08731.111 306.162 536.474 132.27
江西236.24673.19772.131 190.801 574.38
湖北1 088.191 590.391 940.113 977.355 290.30
湖南98.31146.08214.48563.891 318.31
重庆976.821 696.492 159.043 260.654 679.67
四川893.591 283.771 526.011 966.552 281.69
贵州00012.1818.18
云南876.281 478.551 950.993 355.635 548.47
合计4 655.148 787.5712 207.5921 040.8530 034.47

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统计距长江干流两岸各[0,5] km,(5,10] km,(10,15] km,(15,30] km,(30,50] km范围内的废弃露天矿山占损土地情况,结果如图4所示。

图4

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图4   长江干流废弃露天矿山占用损毁土地分布

Fig.4   Distribution of land occupied and damaged by abandoned open-pit mines in the main stream of the Yangtze River


从图4可以看出,在对长江水环境影响较大的距干流5 km范围内,湖北、重庆、四川和云南内废弃露天矿山面积较大(均在800 hm2以上)。在距干流(5,15] km之间,江苏的废弃露天矿山面积较其他省份更为突出。湖北、江苏、云南、安徽和重庆在距干流(15,50] km范围内废弃露天矿山的占损土地面积明显高于其他省份。湖南、江西和贵州在距干流50 km范围内,需要进行生态修复的废弃露天矿山占损面积相对较小。

3.2 长江支流地区

长江主要支流两岸各5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内废弃露天矿山占用损毁土地面积分别共计5 080.04 hm2,8 644.25 hm2,12 345.53 hm2,21 290.29 hm2和33 491.49 hm2,具体分省统计数据如表2所示。上海、江苏、浙江和安徽4省市在50 km范围内没有废弃露天矿山。

表2   长江主要支流废弃露天矿山占损土地统计

Tab.2  Statistics of land occupied and destroyed by abandoned open-pit mines in the main tributaries of the Yangtze River(hm2)

地区5 km范围10 km范围15 km范围30 km范围50 km范围
江西313.46925.571 472.223 128.475 142.81
湖北619.88895.911 386.062 434.323 815.74
湖南1 127.912 250.973 473.376 147.639 452.11
重庆638.281 057.381 409.962 430.433 724.17
四川1 855.272 474.403 053.944 236.795 543.02
贵州453.87860.891 186.442 287.644 881.63
云南71.37179.13363.54625.01932.01
合计5 080.048 644.2512 345.5321 290.2933 491.49

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统计距长江主要支流两岸各[0,5] km,(5,10] km,(10,15] km,(15,30] km,(30,50] km范围的废弃露天矿山占损土地情况,结果如图5所示。

图5

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图5   长江主要支流废弃露天矿山占用损毁土地分布

Fig.5   Distribution of land occupied and damaged by abandoned open-pit mines in the main tributaries of the Yangtze River


从图5可以看出,距长江主要支流两岸5 km范围内四川和湖南的废弃露天矿山占损土地面积较大(在1 000 hm2以上),其中湖南的废弃露天矿山占损面积在50 km内均较为突出,都在1 000 hm2以上,四川在5 km范围内面积最大,为1 855.27 hm2。江西、贵州在(15,50] km范围内废弃露天矿山占损面积相对较高。云南在各个范围内都处于最低值。

4 废弃露天矿山环境影响和修复对策

4.1 废弃矿山环境影响

针对距长江干流及主要支流两岸各10 km范围内的影响较大的废弃露天矿山环境进行重点分析。废弃露天矿山的地质环境影响主要包括: ①废弃露天矿山开采形成的采坑、采空区极易引发地质灾害,如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等,对周边居民的生命财产安全构成威胁; ②废弃露天矿山以往开采形成的碎石、矿渣、废水未经处理,对地表水、地下水、土壤和大气环境造成不同程度的污染,对生态环境和人体健康造成危害; ③废弃露天矿山占用了土地资源,矿山开采对土地造成了扰动,天然植被遭砍伐,生态平衡受到严重破坏,生态系统已无法随着矿山开采活动的停止而自然恢复。

遥感调查表明,在距长江干流及其主要支流两岸各10 km范围内,长江上游的云南、重庆、贵州和四川的废弃露天矿山主要以铁、铜、铅等金属矿和建材类矿种为主。其中,云南涉及长江干流金沙江段和赤水河支流,废弃露天矿山主要为铜矿、铁矿、建筑石料用灰岩、石灰岩、建筑用砂和砖瓦用页岩。采空塌陷、泥石流、滑坡、崩塌等开矿引起的地质灾害和矿山环境污染问题多分布于昭通和昆明一带。宜宾是化工原料矿山聚集区,以往露天采矿、洗矿过程中产生的废水和废渣持续危害环境和人类健康。重庆的矿产资源开发利用比较集中,渝北和渝西分布有煤成矿带,由此引发的采空塌陷存在较大隐患,其中干流的奉节和巫山是煤矿开采引起的采矿塌陷、滑坡和崩塌的灾害集中区,同时也是煤矿开采、洗煤引起的粉尘污染、水体污染严重区。贵州主要涉及乌江和赤水河流域,距江岸10 km范围内废弃露天矿山以铝土矿、铁矿、建筑石料用灰岩、石灰岩等为主。铝土矿、铁矿主要集中于遵义,该市联合开采引起的采空塌陷、露天开采引起的滑坡和崩塌较多,土壤污染问题较严重。四川水系众多,主要涉及金沙江、岷江和沱江,距江岸10 km范围内废弃露天矿山主要为铁、铜、铅等金属矿种,硫铁矿、磷矿等化工原料矿种,以及砖瓦用页岩、建筑用砂、页岩等建材类矿种。金属类矿山和化工原料矿种多集中于攀枝花和凉山黎族自治州,该区域是四川地质灾害的多发区,也是水体污染、土壤污染、大气污染严重区域。

对于长江中下游区域,江西、湖南分别属于赣江和湘江流域,在距长江干流和支流两岸各10 km的范围内,废弃露天矿山主要以煤、石煤能源矿种,锰、铁、铜、稀土等金属矿种,以及砖瓦用粘土、砖瓦用页岩、建筑石料用灰岩等建材类矿种为主。金属矿产开发导致的重金属污染问题多集中于江西的吉安、九江和湖南的永州、衡阳一带。湖南东南部的衡阳和岳阳还发育有煤炭资源,是采煤造成采空塌陷问题的聚集区。湖北省内水系发达,分布有长江、清江、和汉江,在距两岸10 km范围内废弃露天矿山的重金属铜矿、电石用灰岩和重晶石等化工原料矿种,以及建材类矿种较为集中。黄石是废弃露天铜矿聚集区,不仅是泥石流的多发区,也是污染严重区。长江下游的安徽在距长江干流和支流两岸各10 km范围内以铁、铜等金属废弃矿山和建筑石料用灰岩、砖瓦用粘土等建材废弃露天矿山为主,污染区集中于芜湖和池州。江苏内建筑石料用灰岩和建筑用砂最多,环境污染问题较轻。

4.2 生态修复对策研究

长江上游的云南、重庆、贵州、四川地区的地貌以山地、丘陵和高原为主,广泛发育着喀斯特地貌、河谷地貌和盆地地貌,位于板块交界处,是我国的地质灾害易发区。同时,受大气环流和地形影响,长江上游区域灾害性天气较多,矿业活动会进一步加剧地质灾害发育条件,极易引发崩塌、滑坡、泥石流。该区域的废弃露天矿山治理的重点是消除地灾隐患,防治水土流失,恢复矿区植被。长江中下游的江西、湖南、湖北、安徽、江苏、浙江、上海等7个省市地区,西部分布有山地、丘陵和岗地; 东部多为平原,主要由江汉平原、洞庭湖平原、鄱阳湖平原、皖苏沿江平原、里下河平原及长江三角洲平原组成。该区域整体属于亚热带湿润季风气候区,雨量充沛,水资源丰富,是我国重要的粮、油、棉生产基地。矿山开采的污水和废渣造成的长江中游区域的水体污染严重,影响到中下游区域的农田灌溉,进而影响了粮食生产安全,威胁了沿岸居民的身体健康。此外,下游区域大量建材矿山的开采造成的山体、植被破坏问题也较为严重。对于长江中下游区域,废弃露天矿山治理要以废渣治理、土壤改良、水资源修复为主,恢复矿区的生态系统,修复地形地貌景观。

对长江经济带废弃露天矿山的生态修复需要坚持尊重自然、顺应自然、保护自然的原则,根据不同的区域特点进行因地制宜、分类施策。要将消除地灾隐患、保障居民安全放到首位; 其次,利用先进技术对废弃露天矿山的土壤、水质和植被3个方面进行生态修复; 最后,在具备条件的区域,还要兼顾生态景观的建设。具体措施包括以下几个方面:

1)消除地质灾害隐患。针对存在地灾隐患的采场进行边坡稳定治理,采用降坡削坡、加固稳定的方法消除崩塌隐患; 对稳固处理后的边坡采用先进技术进行复绿,以防止水土流失[20]。对坡度小于30°的土质、卵砾石边坡或软岩质缓坡,可采用覆土绿化、生态草毯绿化的方法; 30°~60°坡度的岩质或土质边坡,适用鱼鳞坑蓄土绿化、挂网喷播绿化和开凿平台绿化; 对60°~90°坡度的岩质边坡,可采用挡墙坡绿化、边坡钻孔绿化、生态袋绿化、开凿平台绿化和植生混凝土绿化方法[21,22],其中开凿平台绿化适用于稳定性较好的岩质边坡,边坡钻孔法则适用于硬土质或风化程度较高的石质边坡。

2)土壤修复。土壤退化是废弃露天矿山普遍存在的问题,因此土壤改良是生态修复的重要环节。可采用建设人工隔水层防止有毒元素下渗,异地取土进行土壤复绿。同时,辅助以土壤理化性质改良,可采用人工增肥改良法和微生物改良法。对于重金属污染的土壤,可采取种植重金属耐性植物、引进抗污染微生物菌种的方法来降解土壤中的有毒物质。

3)水资源修复。对水资源的修复可采取构建人工湿地的方式,种植和引进耐受植物、微生物对水体污染进行去除,增加生物的多样性,实现生物群落的逐步恢复,提高湿地生态系统的生产力和自我维持能力。

研究区废弃露天矿山种类较多,生态环境情况复杂,具体实施中需要因地制宜、多措并举,防止二次污染和破坏,实现矿区生态环境的修复、重建与可持续发展。

5 结论与建议

本文以2016—2018年获取的国产高空间分辨率遥感数据为主要数据源,基于预处理后的遥感数据,通过建立解译标志、进行目标解译和人机交互信息提取,获得长江经济带内距长江干流(包括金沙江四川、云南段,四川宜宾至入海口)及主要支流(包含岷江、沱江、赤水河、嘉陵江、乌江、清江、湘江、汉江、赣江)两岸50 km范围内废弃露天矿山的分布信息和10 km范围内与矿山相关的地质灾害和环境污染信息。

1)通过对废弃露天矿山占用损毁土地面积进行统计分析,得出在距离长江干流5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内,废弃露天矿山占用损毁土地面积分别为4 655.14 hm2,8 787.57 hm2,12 207.59 hm2,21 040.85 hm2和30 034.47 hm2; 在距离长江主要支流5 km,10 km,15 km,30 km和50 km范围内,废弃露天矿山占用损毁的土地面积分别为5 080.04 hm2,8 644.25 hm2,12 345.53 hm2,21 290.29 hm2和33 491.49 hm2。

2)基于遥感调查结果对距长江干流及主要支流两岸各10 km范围内的废弃露天矿山环境进行分析,得出长江上游的云南、贵州、重庆和四川的主要问题是露天开采导致的地质灾害,长江中下游的江西、湖南、湖北和安徽的主要问题是金属类、化工原料类矿山引发的环境污染。因此,长江上游地区极易发生地质灾害,生态修复要把消除地灾隐患放在首位; 而长江中下游区域主要解决环境污染问题。

3)结合目前矿山环境修复的先进技术,提出了矿山生态环境修复的对策: 采用降坡削坡、加固稳定的方法消除废弃采场的崩塌隐患,根据坡度大小采用相应的复绿技术来防治水土流失; 采用人工隔水层、人工增肥和微生物法进行土壤改良; 引进耐受植物、微生物降解土壤中的有毒重金属; 构建人工湿地进行水生态修复。

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付江涛, 李光莹, 虎啸天, 等.

植物固土护坡效应的研究现状及发展趋势

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DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2014.06.018      URL     [本文引用: 1]

近年来由于自然环境变化和人类工程实践活动的影响,水土流失、滑坡等地质灾害发生的概率逐年提高,这些灾害的发生为当地人们的生产、生活带来了一定程度的危害。利用植物固土护坡方法可有效防治上述地质灾害的发生。植物固土护坡效应主要表现在水文效应和力学效应两方面。水文效应包括植物茎叶的降雨截留作用,植物茎叶削弱雨滴溅蚀作用,植物茎叶及其腐殖质抑制地表径流作用; 力学效应包括须状根系的加筋作用、主直根系的锚固作用和水平根系的牵拉作用等。本文着重探讨了植物护坡表现在水文效应和力学效应两方面的研究现状及其发展趋势。其中,在水文效应方面,对植物茎叶降雨截留及削弱溅蚀等进行了着重探讨; 对于力学效应着重探讨了根系增强土体抗剪强度理论模型、根-土相互作用、植物固土护坡力学效应数值模拟等。在上述基础上,指出了植物固土护坡效应发展趋势,即体现在水文效应方面,需开展大气-土体-植物水分迁移对边坡稳定性影响研究; 根-土复合体强度理论模型方面,进一步探讨Wu-Waldron-Model模型和Fiber-Bundle-Model模型所适用的工况条件; 数值模拟方面,需进一步探讨在建立计算模型时应系统考虑植物根型特征、根系强度等诸因素以及这些因素对计算结果的影响; 在工程实践方面,进一步开展植物护坡方法在边坡工程中的应用,探索植物护坡在不同地质、气候和区域环境条件下的应用与维护,使植物固土护坡效应体现出水文效应、力学效应、景观效应的有机结合。

Fu J T, Li G Y, Hu X T, et al.

Research status and development tendency of vegetation effects to soil reinforcement and slope stabilization

[J]. Journal of Engineering Geology, 2014,22(6):1135-1146.

DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2014.06.018      URL     [本文引用: 1]

In recent years, due to the change of natural environment and the influence of human engineering activities, the occurrence probability of geological disasters such as soil erosion and landslides have been increasing. These geological disasters bring some damages to people's living and productive activities. Methods of soil fixation and slope protection by vegetation can prevent and control the geological disasters. The soil fixation and slope protection by vegetation can be mainly reflected in two aspects: hydrological effect by the stems and leaves of plants and the mechanical effect by the root of plants. Hydrological effect includes rainfall interception effect and rainfall reallocation effect by plant stems and leaves, effect of reduction in raindrop splash erosion by foliage, and plant residues and surface runoff retardation effect by plant above-ground residues. The mechanical effect includes reinforcement effect by fibril roots, anchorage effect by taproots, and traction effect by horizontal roots. The paper highlights the research status of hydrological effect and mechanical effect. For hydrological effect, content such as rainfall interception effect and rainfall reallocation effect by plant stems and leaves, effect of reduction in raindrop splash erosion by foliage and so on are the key contents. For mechanical effect, the theoretical models for the additional cohesion force due to the presence of roots, the interaction between plant roots and the surrounding soil matrix and the numerical simulation methods for the mechanical effect of the slope protection by vegetation are emphasized. In addition, the development tendency of soil fixation and slope protection by vegetation has been predicted. For hydrological effect, a further investigation on the influence of water migration among atmosphere-soil-plant on slope stability is desirable. For the theoretical models of root-soil composite system, a further exploration on the working conditions for which the Wu-Waldron-Model and Fiber-Bundle-Model can be suitable, is necessary. For the numerical simulation methods, effort is needed to explore a model that meet the real condition. With the establishment of numerical model, the parameters such as the root architecture features, root length and so on, as well as these parameters influencing on the calculation results should be taken into account systematically. For the engineering practice, a further study on the application of slope protection by vegetation should be performed to explore the application and maintenance of slope protection by vegetation in different geological and climatic conditions to ensure that slope protection by vegetation can play an eminent role in engineering practice as well as embodying the combination of hydrological effect, mechanical effect and landscape effect.

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