范余敏，李向陽，李 夢，王秀全，余 洋

（1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省自然資源廳，河南 鄭州 450018；3.中國地質(zhì)災害防治工程行業(yè)協(xié)會，北京 100043；4.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081；5.自然資源部礦山生態(tài)效應與系統(tǒng)修復重點實驗室，北京 100081）

承載力是指物體在不被破壞的情況下，可以承受的最大負荷的能力，其概念源于工程地質(zhì)領(lǐng)域，向資源、環(huán)境、生態(tài)、災害和社會承載力等多方向演化[1-4]，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力是其中的一個演化方向。以往研究礦山承載力多從地質(zhì)環(huán)境的角度進行，認為地質(zhì)環(huán)境承載力是區(qū)域地質(zhì)所能承受的人類活動規(guī)模與強度[5-7]。礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價方法有單因子遙感評價[8-11]、礦山生態(tài)環(huán)境的三維定量模型[12]、綜合評價法—層次分析法[13-15]、承載力指數(shù)法[16]、空間統(tǒng)計分析法[17-21]等；礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價因子的選取，則根據(jù)工作手段、評價目標、區(qū)域生態(tài)環(huán)境背景等不同，選取側(cè)重點也有所不同。礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的研究多側(cè)重于生態(tài)環(huán)境[22]、抗擾能力[23]、地質(zhì)災害、地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)[24-26]、開采壓力[27-28]等。本文從生態(tài)保護修復受礦山生態(tài)環(huán)境承載力影響方面進行研究，分析礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境承載力之間的關(guān)系，掌握研究區(qū)承載力高低的空間分布特征，為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境保護修復和礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考[29-35]。

1 研究區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

研究區(qū)位于黃河中游三門峽市，是黃河入豫的第一個地級市，轄6個縣（市、區(qū)），除盧氏縣北部區(qū)域外，其余皆處于黃河流域內(nèi)，黃河流域面積約占國土總面積的89.06%。研究區(qū)是我國重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，也是黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的重點區(qū)域。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，采礦活動對生態(tài)環(huán)境影響較大，受自然環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境演變及以礦產(chǎn)資源開采為主的人類活動影響，礦山生態(tài)環(huán)境遭遇不同程度的破壞，當?shù)V山生態(tài)環(huán)境受損程度超過其承載能力時，將破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，影響生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，嚴重威脅區(qū)域生態(tài)安全[24-26]。

1.1 自然生態(tài)環(huán)境

研究區(qū)位于豫西山區(qū)，地勢西南高，東北低，海拔多為300～500 m。地貌類型主要有構(gòu)造剝蝕的中低山丘陵，侵蝕堆積的黃土區(qū)、流水侵蝕－堆積的河漫灘及河谷階地、沖積平原，以及其他獨特的地貌[25]。區(qū)內(nèi)坡度大于25°的面積有1462.08 km2，約占國土面積的14.71%，多分布在研究區(qū)中南部和東北部山區(qū)。

研究區(qū)內(nèi)有小秦嶺和黃河濕地2個國家級自然保護區(qū)、盧氏大鯢省級自然保護區(qū)，自然景觀豐富，有高等植物2000多種。區(qū)內(nèi)林地資源豐富，除湖濱區(qū)外，其余5個縣（市、區(qū)）森林覆蓋率均在30%以上，主要集中在盧氏縣、靈寶市兩個山區(qū)縣（市），其中盧氏縣森林覆蓋率最高，達80%以上。

研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風型半干旱氣候，盧氏南部屬亞熱帶氣候，四季分明，年平均氣溫14.2 ℃，年降雨量一般為400～700 mm，無霜期215 d，全年日照時間約2051.6 h。春秋短，冬夏長，春季干燥且多大風，夏季炎熱且雨水多，秋季溫和、濕潤，冬季雨雪少且冷，光熱和降水量集中，季節(jié)分配不均勻。

研究區(qū)內(nèi)河流眾多，共分布大小河流3107條，以熊耳山為界，境內(nèi)河流分屬黃河、長江兩大流域，洛河、黃河干流、丹江三個水系。其中黃河流域面積為8849.69 km2，約占全市總面積的89.06%。位于盧氏南部的老鸛河、淇河屬長江流域，流域面積1086.44 km2，占全市總面積的10.94%。流域面積在100 km2以上的河流共有34條。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)內(nèi)地層出露齊全，從太古宇至新生界均有分布。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造特征有地臺型和地槽型兩大類，其中，主要為地臺型，地槽區(qū)占的面積較小。

區(qū)內(nèi)斷裂帶極其發(fā)育，代表性斷裂有欒川斷裂、瓦穴子斷裂、馬超營斷裂等，斷裂構(gòu)造方向多為東西向、北北東向、北西向及北東向。

1.3 人類工程活動

研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，礦種較多。對不同礦種的開采方式?jīng)Q定其破壞程度，有色金屬和能源礦產(chǎn)以地下開采為主，非金屬礦產(chǎn)以露天開采為主。區(qū)內(nèi)歷史遺留礦山生態(tài)環(huán)境問題及現(xiàn)有采礦引起的生態(tài)環(huán)境破壞問題較為突出[25]。其中，地下開采礦山對地表生態(tài)環(huán)境破壞相對較小，露天開采礦山對地表生態(tài)環(huán)境破壞較大。以黃河南岸鋁土礦與石灰?guī)r礦開采最為嚴重，多形成高陡巖質(zhì)邊坡，造成無序開采及廢渣亂堆放導致的生態(tài)環(huán)境破壞與揚塵突出問題。根據(jù)遙感解譯結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)地表生態(tài)環(huán)境破壞面積約81 km2，主要分布在研究區(qū)東北部和西北部。

1.4 礦山治理規(guī)劃

隨著山水林田湖草生命共同體的系統(tǒng)思想逐漸應用到生態(tài)環(huán)境保護修復實踐當中，地方政府和企業(yè)也逐漸加強生態(tài)環(huán)境建設(shè)，圍繞礦山生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的北部及東部地區(qū)開展礦山生態(tài)環(huán)境治理工作。

2 礦山生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系

2.1 指標選取

礦山生態(tài)環(huán)境具有自然性、社會性、綜合性、復雜性及開放性等特點[26]，承載力大小能體現(xiàn)區(qū)域人—地之間的關(guān)系[16]。本研究綜合考慮研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能，分析構(gòu)成礦山地質(zhì)環(huán)境的多個要素，地質(zhì)環(huán)境背景與經(jīng)濟社會發(fā)展狀況，遵循科學性、系統(tǒng)性、差異性、適用性原則[15]，結(jié)合區(qū)域礦山生態(tài)環(huán)境實際情況，采用綜合指數(shù)法[13-14]對礦山生態(tài)環(huán)境承載力進行分析研究；選取自然環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境和人類工程活動作為一級指標，高程、坡度、礦山開采規(guī)劃、礦山開采破壞等12項指標作為二級指標，評價體系如圖1所示。

圖1 礦山生態(tài)環(huán)境承載力評價體系圖

2.1.1 自然環(huán)境評價指標

2.1.1.1 高程

研究區(qū)西部為秦嶺東延伏牛山、熊耳山、小秦嶺、崤山中低山地貌，海拔較高；北部及東南部地區(qū)多為沖積平原和谷地、黃土低山丘陵地貌，海拔較低。礦業(yè)開發(fā)活動受高程的影響，高海拔地區(qū)地質(zhì)環(huán)境相對脆弱。本文采取比例尺1:50000的地形圖為底圖，提取離散數(shù)據(jù)并生成DEM。

2.1.1.2 坡度

研究區(qū)內(nèi)坡度多為0°～70°，礦山開采活動受坡度影響較大，露天開采產(chǎn)生的采石場高陡邊坡，可引發(fā)崩塌地質(zhì)災害；礦山開采產(chǎn)生的廢棄礦渣堆放在斜坡體上，易引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災害。

2.1.1.3 植被覆蓋度

研究區(qū)西部伏牛山、熊耳山、小秦嶺、崤山中低山區(qū)以及西北部中低山區(qū)植被覆蓋度較高（圖2）。

圖2 研究區(qū)林地資源面積統(tǒng)計圖

2.1.1.4 降雨量

本文根據(jù)河南省年平均降雨量分布數(shù)據(jù)，將研究區(qū)降雨量分為＜600 mm、600～700 mm、＞700 mm三個級別，并將其進行歸一化處理。

2.1.1.5 水系

研究區(qū)位于黃河中游右岸，入黃一級短支流發(fā)育，流域面積較大的入黃干流有宏農(nóng)澗河、青龍澗河、雙橋河、沙河、好陽河等，洛河從盧氏縣境內(nèi)穿過，在偃師楊村與伊河交匯，最終在鞏義市注入黃河。本文利用ArcGIS軟件對河流水系進行緩沖區(qū)分析，根據(jù)距離河流的遠近，分為＜500 m、500～1000 m、1000～1500 m、＞1500 m四個級別，并將其進行歸一化處理。

2.1.2 地質(zhì)環(huán)境評價指標

2.1.2.1 地質(zhì)構(gòu)造

總之，高原反應很難避免。高原反應給患兒帶來強烈的惡心、嘔吐等癥狀。對于急診高原反應入院的患兒應正確診斷，并且要與家屬和患兒進行溝通，采用溫和的語言，良好的護理態(tài)度，機智的護理方法，使家屬認同治療。使患兒家屬正確對待病情，也使患兒保持安靜，積極配合治療，以提高治療成功率。

研究區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育、斷層眾多，本文利用ArcGIS軟件，對斷層進行緩沖區(qū)分析，根據(jù)距離斷層的遠近，劃分為＜500 m、500～1000 m、1000～1500 m、＞1500 m四個級別，并將其進行歸一化處理。

2.1.2.2 工程巖組

研究區(qū)內(nèi)巖土體類型分為5大類，分別為松散巖類、碎屑巖類、碳酸鹽巖類、變質(zhì)巖類及巖漿巖類，不同類型的巖土體堅硬程度和抗侵蝕能力不同，堅硬且抗侵蝕能力強的巖土體，礦山生態(tài)環(huán)境承載力較高，反之較低。

2.1.3 人類工程活動評價指標

2.1.3.1 礦山開采規(guī)劃

研究區(qū)內(nèi)礦業(yè)權(quán)較多，礦山開采方式、開采礦種、開采規(guī)模等對礦山生態(tài)環(huán)境的影響很大。研究區(qū)內(nèi)金屬礦種和能源礦種多為地下開采，部分能源礦種為露天開采，建材礦種等非金屬礦山多為露天開采，露天開采對礦山生態(tài)環(huán)境承載力的影響最大。其次，礦山開采規(guī)模越大，產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題越嚴重，相應區(qū)域的礦山生態(tài)環(huán)境承載力也越低。

2.1.3.2 礦山開采破壞

研究區(qū)內(nèi)礦山開采造成土地壓占與損毀、景觀破壞、地質(zhì)災害等一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，且分布較廣。礦山開采活動越強烈，受損面積越大的區(qū)域，礦山自然恢復能力越弱，礦山生態(tài)環(huán)境承載力也越弱。研究區(qū)內(nèi)礦山開采破壞對黃河中游生態(tài)環(huán)境及汾渭平原空氣質(zhì)量影響較大。

2.1.3.3 地質(zhì)災害

研究區(qū)內(nèi)共有地質(zhì)災害及其隱患點437處，其中有崩塌129處，地面塌陷及地裂縫71處，滑坡219處，泥石流18處。地面塌陷及地裂縫主要分布在西北部及東部低山丘陵區(qū)，泥石流主要分布在西部及東北部中低山區(qū)，滑坡和崩塌地質(zhì)災害及其隱患在全區(qū)均有分布。在地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)，礦山生態(tài)環(huán)境承載力也較低，根據(jù)城鎮(zhèn)居民點、交通、水系等分布情況，將地質(zhì)災害點影響范圍確定為1 km。

2.1.3.4 礦山環(huán)境治理

研究區(qū)位于黃河中游，近年來，在對歷史遺留礦山生態(tài)環(huán)境的治理中，地方政府與企業(yè)加大了礦山生態(tài)環(huán)境治理力度，大大提高了礦山生態(tài)環(huán)境承載力。

2.1.3.5 人類工程建設(shè)

研究區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)利用、堤壩、道路交通、城鎮(zhèn)建設(shè)等人類工程建設(shè)活動產(chǎn)生的地質(zhì)災害、植被破壞等生態(tài)環(huán)境問題，大大降低了礦山生態(tài)環(huán)境承載力。

2.1.4 數(shù)據(jù)處理

通過數(shù)學轉(zhuǎn)換方法對12項評價指標進行歸一化處理，公式如下：

式中：y為歸一化后的指標值，無量綱；x為原指標值，xmin為原指標值中的最小值，xmax為原指標值中的最大值。

2.2 指標權(quán)重

評價指標權(quán)重的計算方法有很多，如專家打分法[13]、層次分析法[14]、熵值法[15]等。本研究考慮到研究區(qū)實際情況，采用層次分析法計算指標權(quán)重。根據(jù)評價指標體系構(gòu)建判斷矩陣，計算特征向量并完成一致性檢驗，最終得到各評價指標權(quán)重。

通過比較兩項指標的重要性，構(gòu)建一級指標和二級指標的判斷矩陣（表1～表4）。通過計算得到各項評價指標權(quán)重（表5）。

表1 礦山生態(tài)環(huán)境承載力評價判斷矩陣

表2 自然環(huán)境指標判斷矩陣

表3 地質(zhì)環(huán)境指標判斷矩陣

表4 人類工程活動指標判斷矩陣

表5 研究區(qū)評價指標權(quán)重統(tǒng)計

3 礦山生態(tài)環(huán)境承載力分區(qū)

根據(jù)表5，采用ArcGIS軟件柵格計算功能，對12項評價指標權(quán)重進行疊加計算，得出綜合指數(shù)值，結(jié)合研究區(qū)實際情況和綜合指數(shù)值進行礦山生態(tài)環(huán)境承載力分區(qū)，繪制礦山生態(tài)環(huán)境承載力分區(qū)圖。綜合指數(shù)值計算方法如下：

公式中：P為礦山生態(tài)環(huán)境承載力綜合指數(shù)值，Xi為第i項評價指標值，Yi為第i項評價指標的權(quán)重。

3.1 礦山生態(tài)環(huán)境承載力分區(qū)

通過柵格疊加計算，礦山生態(tài)環(huán)境承載力綜合指數(shù)值為0.196～0.985。綜合考慮研究區(qū)實際情況，本文采用自然間斷點分級法進行分級，得到5級分區(qū)結(jié)果。將研究區(qū)劃分為高承載力區(qū)、較高承載力區(qū)、中承載力區(qū)、較低承載力區(qū)、低承載力區(qū)。其中高承載力區(qū)面積1318.70 km2，占比13.27%；較高承載力區(qū)面積4527.28 km2，占比45.57%；中承載力區(qū)面積2912.54 km2，占比29.31%；較低承載力區(qū)面積954.18 km2，占比9.60%；低承載力區(qū)面積223.45 km2，占比2.25%。

3.2 礦山生態(tài)環(huán)境承載力影響因素分析

通過分析可以得出礦山生態(tài)環(huán)境承載力有明顯的空間分布特征。研究區(qū)內(nèi)存在多家采礦企業(yè)，開采礦種有金礦、煤礦、鋁土礦、石灰?guī)r礦等，其中露天開采破壞土地資源、水資源等，對生態(tài)環(huán)境影響較大。同時區(qū)域內(nèi)存在多處歷史遺留礦山生態(tài)環(huán)境問題，受自然地理及社會環(huán)境影響，自然恢復能力弱，在此區(qū)域內(nèi)的礦山生態(tài)環(huán)境承載力多為低—較低級別。在靈寶市中東部和盧氏縣中東部地區(qū)，人類工程建設(shè)與生產(chǎn)生活對生態(tài)環(huán)境的影響較大，礦山生態(tài)環(huán)境承載力較低。在植被覆蓋度較高，降雨量相對較多，人類活動相對較少的自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、森林公園等，礦山生態(tài)環(huán)境承載力為較高—高級別。

4 礦山生態(tài)環(huán)境保護修復建議

礦山生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，在時間和空間上不斷變化[36-40]，礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理方法和措施比較復雜，技術(shù)難度較大。本研究根據(jù)承載力分區(qū)結(jié)果及礦山生態(tài)環(huán)境承載力影響因素分析，提出礦山生態(tài)環(huán)境保護修復建議。

（1）礦山生態(tài)環(huán)境低—較低承載力區(qū)。露天開采礦山較多，開采過程產(chǎn)生的景觀生態(tài)、城鎮(zhèn)化、廊道及區(qū)域生態(tài)等生態(tài)學效應對生態(tài)環(huán)境的影響較大。鋁土礦開采引起的水土流失問題是區(qū)域內(nèi)典型的生態(tài)環(huán)境問題，傳統(tǒng)覆土復綠方式很難取得良好效果，可根據(jù)露天開采邊坡坡度及高度、巖體破碎程度等，采取相應治理措施后再選擇適宜的生態(tài)恢復技術(shù)。在本區(qū)內(nèi)可采用生態(tài)重建與輔助再生相結(jié)合的措施進行礦山生態(tài)保護修復，通過削坡、廢棄渣清運、覆土回填等工程措施，結(jié)合生物綠化與生態(tài)技術(shù)方法，圍繞消除地質(zhì)災害隱患、修復生境、恢復植被，使生態(tài)系統(tǒng)進入良性循環(huán)[26]。

（2）礦山生態(tài)環(huán)境中承載力區(qū)。采用輔助再生與自然恢復相結(jié)合的方式進行礦山生態(tài)保護修復。在局部礦山破壞或人類活動頻繁區(qū)域，輔以人工促進措施，逐漸恢復受損退化的生態(tài)系統(tǒng)。同時，還應加強生態(tài)環(huán)境監(jiān)督工作，減輕其負荷壓力，使其向有序的方向自然演替和更新恢復。

（3）礦山生態(tài)環(huán)境較高—高承載力區(qū)。區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況相對較好，采取以自然恢復為主的生態(tài)修復措施，并對局部存在的廢棄礦渣進行穩(wěn)固或清理，選取附近同譜帶植物進行生態(tài)綠化。同時，加強生態(tài)環(huán)境保護及礦產(chǎn)資源開采的監(jiān)管工作。

礦山生態(tài)環(huán)境修復是研究區(qū)內(nèi)生態(tài)保護修復的一項十分重要的工作，保護和修復礦山生態(tài)環(huán)境可促進礦山自然景觀恢復及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。應加強綠色礦山建設(shè)力度，走可持續(xù)發(fā)展的礦產(chǎn)資源開發(fā)道路。在生態(tài)環(huán)境影響較大的中—低承載力區(qū)率先開展礦山保護與修復，逐步恢復區(qū)域生態(tài)環(huán)境，同時應建立長效的礦山生態(tài)環(huán)境評價、保護修復及監(jiān)測預警機制。

5 結(jié)語

本文利用ArcGIS軟件，綜合考慮研究區(qū)內(nèi)自然環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、人類工程活動等因素，選取12項評價指標進行礦山生態(tài)環(huán)境承載力研究，將研究區(qū)劃分為高承載力區(qū)、較高承載力區(qū)、中承載力區(qū)、較低承載力區(qū)、低承載力區(qū)5個區(qū)，面積分別為1318.70 km2、4527.28 km2、2912.54 km2、954.18 km2、223.45 km2。

提出分區(qū)保護修復建議。在礦山生態(tài)環(huán)境低—較低承載力區(qū)采用生態(tài)重建與輔助再生相結(jié)合的措施進行礦山生態(tài)保護修復；在礦山生態(tài)環(huán)境中承載力區(qū)，采用輔助再生與自然恢復相結(jié)合的方式進行礦山生態(tài)保護修復，在局部區(qū)域輔以人工促進措施；在礦山生態(tài)環(huán)境較高—高承載力區(qū)，生態(tài)修復措施以自然恢復為主，同時加強生態(tài)環(huán)境保護及礦產(chǎn)資源開采的監(jiān)管工作。