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有色金属尾矿库生态封闭复垦治理模式的技术措施研究

有色金属尾矿库生态封闭复垦治理模式的技术措施研究

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作者：刘新政沈阳农业大学

学位级别：硕士

有色金属选矿尾矿库属于重度污染场地,其尾矿往往是危险性废弃物,闭库后应及时进行复垦治理,高危、重污染的特性使其复垦治理措施不同于通常的土地复垦,尾矿库的复垦治理措施及其规划设计就显得尤为重要。由于有色金属尾矿库的复垦治理... 详细信息

有色金属选矿尾矿库属于重度污染场地,其尾矿往往是危险性废弃物,闭库后应及时进行复垦治理,高危、重污染的特性使其复垦治理措施不同于通常的土地复垦,尾矿库的复垦治理措施及其规划设计就显得尤为重要。由于有色金属尾矿库的复垦治理问题较为复杂,涉及多个专业领域的内容考量,至今都没有自己完整的技术标准,其复垦治理往往要借用相关专业领域的标准规范。综合多学科视角,针对现有模式存在的污染物淋滤扩散、污水处理和土地生态修复利用等问题,全面分析污染物扩散对土地生态环境影响途径,从尾矿库源头修复治理理念出发,此前提出了重污染场地的“生态封闭”土地复垦与环境治理的生态封闭模式。此模式包括库区场地土壤层构造、隔离层设置、植被建立、径流调控以及周边坡地截流等,以实现闭库尾矿库的三维空间封闭,不仅彻底阻断了尾矿库尾矿污染物的风蚀与水蚀扩散途径,实现了重金属污染的源头控制与土地的生态利用,而且非常有助于尾矿坝体的安全稳定,从而为尾矿库相关技术标准、规范的系统改进提供了理论依据。本文结合柴河铅锌矿尾矿库现有措施进行分析,多方面检索查找了国内外相关的文献以及技术标准,对研究区现有措施及其效果进行了分析,对不同措施下的土壤重金属元素、土壤水分入渗速率、最大持水量以及土壤容重等参数进行测定,并实地进行了尾矿库遥感影像获取及有关参数的测量,以研究尾矿库生态封闭复垦治理模式下的库区土壤构造及植被建立的方法措施,以及排水系统的方法、措施、设计及其关键技术参数的确定。主要研究结果如下:(1)尾矿库区的土壤层构造,考虑区域覆土获取来源条件,可选择2种土壤构造方式。(1)在干旱半干旱且土源丰富的地区,可采用厚层覆土措施,根据土壤容重、土壤田间持水量以及年降水量等参数确定土壤的覆盖厚度,给出了相应的覆土厚度的计算公式。(2)在土源缺乏或降水量大的地区,采取薄层覆土+隔离层的土层构造措施。覆土厚度30cm以上才能保证灌草生长良好。库区薄层覆土对隔离层要求较高,采用不透水的高密度聚乙烯(HDPE)复合土工膜附加铺覆5cm石灰层或粉碎的石灰石层,可以长久有效地阻止雨水下渗及阻隔尾矿重金属元素向上迁移。(2)尾矿库生态封闭复垦治理模式要求尾矿库建立有效的植被覆盖,尾矿库植被的首要目标是防止库区的风蚀和水蚀,避免重金属等污染物扩散或侵蚀覆土层。考虑尾矿库覆盖土壤、区域气候条件以及适生树种等差异,进行了大量文献检索与资料查找分析,将植被措施与土壤构造措施相结合,根据具体覆土措施选择相应的植被模式:覆盖土壤层厚度≥100 cm,可采取乔-灌-草复层混交植被方式;覆土厚度30-50 cm时,采取灌-草混交种植,混交种植是快速建立植被稳定结构的途径。(3)尾矿库排水系统的规划、分析计算与措施设计。尾矿库的径流量来源包括库区内暴雨积水以及库区周边坡面汇流,利用ArcGIS确定流域范围、汇水区的面积以及各分区平均坡度。根据尾矿库面积大小,其设计暴雨径流选择两类计算方法:对于大中型尾矿库,适合采用水科院推理公式法进行暴雨径流分析计算;对于量大面广的几平方千米以下的小型尾矿库采用提出的适宜的分析计算方法进行计算。按照尾矿库生态封闭模式要求的尾矿库排水系统的布局与设计更为系统化,综合考虑尾矿库库区、周边坡地汇流,更有利于尾矿坝安全。在参照以往相关标准的基础上,根据尾矿库实际情况,其设计标准可采用百年一遇。提出尾矿库库区以及周边产流汇流总量及洪峰流量的计算方法,据此可以进行排水分析及工程措施设计,既能有效排泄暴雨径流,又较以往排水措施设计减少了建设费用和排水系统的占地面积。柴河铅锌尾矿库生态封闭治理模式下的复垦治理措施分析与设计:(1)土壤构造措施:覆土30 cm+复合土工膜+5 cm石灰层,能有效的防止水分下渗,同时阻碍重金属向上迁移,生态恢复效果良好;(2)植被修复措施:灌木以紫穗槐为主,草本播种黑麦草、苜蓿、艾蒿、冷蒿、狗尾草、蒲公英等,在库区内建立灌草结合的生态系统,合理种植密度能够很好地起到防风固沙的作用;(3)结合尾矿库的实际情况,设计的暴雨频率为100年一遇的暴雨,水力断面底宽1 m、设计水深为1.5 m的排水渠,通过的最大流量为5.050 m/s,可以有效地排泄洪水,又节约了占地面积与施工建设成本,并防止溃坝风险的发生。

关键词：有色金属尾矿库生态封闭治理模式土壤构造植被修复暴雨径流计算排水系统设计技术措施设计

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