第一章 绪论
1.1 选题背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
湘江流域位于湖南省的东部和南部，人口密集，经济发达，是湖南省的核心区域。
流域内涉重金属产业历史悠久，长期以来，由于产业结构不合理，发展模式粗放以及监督管理不到位等原因，造成了严重的重金属污染。近年来污染纠纷及事故频发，成为影响流域人民群众身体健康和社会和谐稳定的突出问题。湘江流域重金属污染问题引起党中央、国务院高度重视，中央领导同志多次作出重要批示。根据《中华人民共和国环境保护法》、《国务院办公厅转发环境保护部等部门关于加强重金属污染防治工作指导意见的通知》（国办发[2009]61 号）以及《重金属污染综合防治"十二五"规划》，湖南省委、省政府组织编制了《湖南省湘江流域重金属污染治理实施方案》和《湘江流域水污染综合整治实施方案》。
郴州是湘江流域重金属污染的主要源头，是我国着名的有色金属之乡，采选矿历史悠久，大小有色金属采选冶企业几乎遍布郴州全境。2011 年 4 月，郴州市人民政府组织编制了《郴州三十六湾及周边地区重金属污染"十二五"综合防治实施方案》和《湘江流域（郴州）水污染综合整治实施方案》，结合郴州三十六湾及周边地区重金属污染实际情况，确定三十六湾及周边地区重金属污染重点防控区范围为：临武县三十六湾、香花岭矿区及东山矿区；桂阳县黄沙坪、宝山及雷坪矿区；苏仙区东西河流域；永兴县柏林工业区及循环经济园等。
苏仙区西河流域矿产资源十分丰富，上世纪八十年代以来，矿产采选行为发展迅猛，在最鼎盛时期，西河流域共有采矿企业 162 家，选矿企业 89 家。这些选矿企业主要为铅锌锡精矿，基本属于规模小、技术落后、浪费资源的企业，采选含重金属尾砂、废水、废矿石未经处理直接排入西河，致使河道受到了严重污染，土地植被破坏严重，同时淤积河道，部分河段的尾砂已经占据了 80%以上的河床。一到暴雨季节，山洪爆发，洪水不仅冲毁两岸农田、农作物，更为严重的是大部分尾砂堆场的坝堤被冲毁、大量尾砂涌入河道，致使河水中含有大量的砷、铅、锌、镉等重金属，两岸农田受到有毒水质的污染，使农田减产，已严重影响了当地人民的生产、生活。
玛瑙山矿区位于苏仙区西河流域范围内，总治理面积约 9.25km2,矿区范围内由于人类长期活动，露天开采及采矿秩序混乱造成的长期乱采乱挖，尾矿、废石大面积堆置场地将导致对土地的大量占用和对堆置场原有生态系统的破坏（杨修等 1999），矿山废弃物中的毒性成分，可通过径流和大气飘尘，影响周围的土地、水域和大气质量（王文和桂祥友 2003）。导致原始植被破坏，演替为零星的次生乔木、灌木和草本群落，水土流失严重。矿区尾砂堆场星罗密布，大多数的尾砂堆场和废石场建设不规范，个别矿山生产过程中废石、尾砂无序排放，冲入下游地表水体，淤塞河道，污染周边环境。
为改善苏仙区西河流域生态环境、治理西河流域重金属污染，根据产业政策和环境保护要求，按照"统一规划，因地制宜，综合治理，标本兼治，以人为本，科技创新"的原则，对西河流域重金属污染进行综合治理并编制了《湖南省郴州市苏仙区西河流域综合治理规划》。苏仙区玛瑙山重金属污染综合治理是西河流域综合治理的源头治理和重要组成部分；研究苏仙区玛瑙山矿区的重金属污染综合治理措施对西河流域乃至湘江流域的重金属污染治理具有重要意义。
1.1.2 研究目的及意义
1.1.2.1 是减少重金属污染、改善湘江流域水质的需要
湘江是湖南的母亲河，是湘江流域近 4000 万人的饮用水源。目前郴州有色金属采选冶工矿区已是湘江流域 4 大主要工矿污染源之一。西河是湘江的三级支流，玛瑙山矿区是西河上游最大的工业污染源。目前该矿区的非法采选活动已基本停止，但历史遗留的环境污染问题还比较严重。长期的采、选活动遗留下来的废石、尾砂未得到有效处置，同时长期的采选活动使矿区植被破坏和土壤严重，导致暴雨时大量含重金属的废石、尾砂及土壤进入西河。
为了解决历史遗留问题，保障湘江流域人民群众的饮水安全，实现湘江流域水环境质量目标，必须从源头上对该矿区进行综合治理，切实解决矿区历史遗留的环境问题。
1.1.2.2 是减少水土流失、保护和恢复生态环境的需要
上世纪八十年代以来，在"有水快流"、"先上车、后补票"思想的影响下，矿产采选行业迅猛发展。玛瑙山矿区由于露天开采及采矿秩序混乱造成的长期乱采乱挖，导致原始植被破坏，演替为零星的次生乔木、灌木和草本群落，改变了矿区原有的生态系统结构，使水土流失严重、区域地质灾害频发，面临的土地复垦与生态恢复问题十分严重（孙健等 2006）。同时采矿过程中废石、尾砂乱堆严重，暴雨时被冲入下游西河，不仅造成了严重的水体污染，还使河道严重淤塞。
通过对玛瑙山矿区的综合治理，采取对矿区历史遗留尾砂、废石的整治、对开采破坏区进行生态修复等措施，从西河源头上减少尾砂下河、区域水土流失现状，保护和恢复西河流域的生态环境，促进区域的和谐发展。
1.1.2.3 是保障区域民生安全、防洪减灾的需要
玛瑙山矿区长期无序开采，矿区生态植被破坏严重。大多数的废石场和尾砂堆场建设不规范，缺乏有效的防护措施，在暴雨山洪作用下，还极易形成滑坡、泥石流等灾害，使大量含重金属废石、尾砂冲入西河，直接威胁到下游居民的生产、生活。同时河道中的尾砂还不断向水体析出重金属，导致西河流域的地表水和地下水污染，不仅使中下游区域居民的生活和生产用水得不到保障，还威胁到居民的生命安全，引起社会矛盾。
因此，通过对玛瑙山矿区尾砂堆场、废石场、开采破坏区等进行综合治理，减少含重金属尾砂、废石对农田、村庄的破坏，改善西河流域的水环境质量，有效地保护地方生产、生活设施，为人民群众提供良好的生存环境和发展环境。
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 重金属污染理论研究
自从 20 世纪 20 年代以来，由于工业的迅速发展，许多国家都面临着重金属污染问题日益严重的情况，因而已引起人们的广泛关注。重金属污染是指由于重金属或其化合物造成的环境污染，因人为活动使环境中的重金属含量明显增加，超出正常范围，直接对人体健康产生危害，并导致环境质量恶化。
土壤污染有较长的潜伏期，具有隐蔽性、不可逆性、普遍性、表聚性等特征（张乃明 1999），有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土地退化、作物产量和品质下降，而且会通过径流淋失作用污染地表水和地下水，恶化水体环境，亦可能直接毒害植物或通过食物链危害人体健康，还可能转化为毒性更大的甲基化合物，带来更大危害。
国内外现已发展起来的土壤修复技术有很多，按照其修复方式可分为两大类：即原位修复和异位修复。原位修复技术主要包括化学稳定剂修复、生物修复、气相抽取、电磁波加热、土壤淋洗、玻璃化技术等等；异位修复是将受污染的土壤挖出来进行集中处理，此类方法涉及挖土和运土，深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则用于重污染区（祖艳群和李元 2003），该处理成本较高、不能处理深度污染土壤、亦不能处理位于建筑物下面的土壤、具有破坏土壤结构及生态环境等缺点。
按照修复机理，土壤修复技术又可分为三类，第一类：采用化学法、物理法或者物理化学方法将重金属从土壤中移除，如客土法、冲洗法、热修复、气相抽取技术等；第二类，利用植物、微生物或动物对重金属的富集的能力，将重金属污染物从土壤中吸收去除；第三类：将土壤中的重金属形态改变，从而降低其生物毒性，Tessier et al.（1979）将土壤中重金属形态分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态等五步形态，重金属在自然界的循环、重金属的毒性及迁移性均会受其直接影响（钱进 1995）。
按修复的基本原理又可分以下几类措施：物理措施、物理化学措施、化学措施、生物措施以及农业生态措施。
1.2.2 国内外重金属污染综合治理实践
随着人们对环境保护的日益重视，现在国内外土壤重金属污染修复技术已经得到了广泛应用，大家开始寻找既能不破坏土壤生态环境，又能保持微生物活性和土壤结构的状况下治理重金属污染的新途径。植物修复则为开辟这一新途径提供了希望。植物修复法是指利用植物通过吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。植物修复是一门新兴的环境污染治理应用技术，用来进行修复的植物可以包括高等植物界的一切植物，如野生的草、蕨以及栽培的树木、草皮和作物（Kumar P BAN et al.1995;Raskin I et al.1997;Robinson B H et al.2000）。利用植物处理重金属，主要由三部分组成，一是从土壤中吸取、沉淀或富集有毒金属；二是降低有毒金属活性，减少重金属被雨水淋滤到地下或通过空气载体扩散；三是将土壤中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分，通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤中的重金属浓度。在土壤植物修复技术中能利用的植物有草本植物和木本植物等（马前和张小龙 2007）。
Brooks et al.（1977）等人最早提出了"超积累植物"这一概念，超累积植物是指能够超量吸收和积累重金属的植物。在美国、澳大利亚、新西兰等国，到目前为止已发现能富集重金属的超积累植物 500 多种（Cunningbam and Ow 1989），其中有 360 多种是富集 Ni的植物。Baker 在欧洲中西部发现了能富集 Cd 超累积植物十字花科植物天蓝褐蓝菜（Baker 1989）；在中国很早就有关于铜的富集植物海州香薷的记载，并将之应用于生物找矿（谢学锦和徐邦梁 1952）；蒋先军等（2000）的研究结果表明，印度芥菜在含铜250mg/kg、铅 500mg/kg 的污染土壤上都能够忍耐；安志装等（2003）对蜈蚣草耐铅铜锌的毒性研究结果表明蜈蚣草有极强的耐铅、锌毒性能力，能在较高有效态铅或锌污染土壤上正常生长；韦朝阳等（2002）在湖南石门发现砷超级富集植物-大叶井边草，其生物富集系数可达 113~418;杨肖娥等（2002）在浙江衢州发现锌超富集植物-东南景天；J.L.Gardea et al.（2004）研究表明，天璇花是一种 Cr 的超富集植物。
植物修复技术的处理费用很低，尤其适合于发展中国家应用；植物修复技术属于原位修复技术，具有保护表层土壤、减少土壤侵蚀和水土流失等功效，对环境影响小，可广泛应用于矿山迹地的复垦、重金属污染土壤的改良等，是目前最清洁的污染处理技术；与其它处理方法相比，植物修复技术产生的废物量较少，并且可以回收重金属（万云兵等 2002）。
1.2.3 湖南省重金属污染治理进展情况
湘江流域涉重金属产业历史悠久，在长期的开采和冶炼中累积形成的重金属污染问题非常突出。近年来，由于布局和产业结构不合理，发展模式粗放及监督管理不到位等原因，重金属污染仍未有效缓解，成为影响人民群众身体健康和社会和谐稳定的突出问题。
湖南省委、省政府高度重视湘江流域重金属污染问题，2009 年湖南省国际工程咨询中心编制了《湖南省湘江流域生态环境综合治理规划》，该规划指出 2015 年的规划主要目标：湘江流域受重金属污染河段水生态得到初步修复。轻度污染耕地得到修复改良，中重度污染耕地修复试点示范取得重大进展，干流底泥重金属污染得到有效监控，治理研究取得重要进展。
2011 年，国家发改委、环境保护部、湖南省政府会同国务院有关部门组织制定了《湘江流域重金属污染治理实施方案》，这是全国第一个由国务院批复的区域性重金属污染治理试点方案。全面开展湘江流域重金属污染治理，是贯彻落实科学发展观，维护湘江流域人群身体健康的重要民生工程，是实现湖南省经济社会发展转型的客观需要和长株潭城市群"两型社会"综合改革配套试验区建设的重要内容，对全国重金属污染治理具有重大的示范意义。方案的总体目标：通过治理，流域内重金属污染对人体健康和社会经济可持续发展的威胁得以消除，涉重金属产业结构进一步优化，增长方式明显转变，技术创新能力显着提高，基本实现涉重金属产业的可持续发展；工业污染源得到有效治理和控制，重金属排放量大幅减少，历史遗留污染问题逐步解决，水体、土壤重金属环境质量持续改善。
2011 年，郴州市人民政府组织编制了《郴州三十六湾及周边地区重金属污染"十二五"综合防治实施方案》和《湘江流域（郴州）水污染综合整治实施方案》，结合郴州三十六湾及周边地区重金属污染实际情况，确定本矿区所属的苏仙区东西河流域为三十六湾及周边地区重金属污染重点防控区范围之一。
为改善郴州市苏仙区西河流域生态环境、治理西河流域重金属污染，苏仙区组织对西河流域重金属污染进行综合治理并编制了《湖南省郴州市苏仙区西河流域综合治理规划》。从 2008 年开始，郴州市对西河上游矿区采取标本兼治措施，规范一批、控制一批、整合一批，有效控制污染源头。按照"源头控管、控制数量、统一招标、规范开采、消除污染"原则，在两年时间内，郴州市将 423 家采矿企业整合成 27 家，245 家选矿企业整合成 28 家，107 座尾矿库整合为 28 座。2009 年 3 月 17 日上午，西河综合治理工程开工，标志着西河流域的治理已经进入了实质性阶段。自 2009 年以来，苏仙区在西河流流域内，先后实施治理项目 14 个，其中有 12 个纳入了省湘江流域重金属污染治理实施方案和重金属污染综合防治"十二五"规划。同时，苏仙区大力实施山体保护复绿工程和工矿废弃地恢复工程。先后投入 1500 万元，覆土还绿 48 万亩，封山育林 6.5 万亩，使西河流域森林覆盖率提高了 4 个百分点。该区还整合林业、水利等项目资金 2200 万元，实施柿竹园矿区、某矿区退耕还林、长防林绿化工程 7.8 万亩，规划建设生态公益林 4.6 万亩，绿化西河沿岸 12 公里，种植柳树、夹竹桃等苗木 3 万株，绿化面积比"十一五"扩大了 2 倍。
体育公园是湘江流域（西河）重金属污染治理项目的组成部分，原址是尾矿库区，该区域的尾矿库清运并集中处理，迹地覆土后修建体育公园。
西河沙滩公园是郴州城东新区重要的基础设施项目，是湘江流域（西河）重金属污染治理项目的组成部分，基地原为采选矿企业尾砂库区域，公园建设前关闭选矿企业并清运及集中处理尾砂 80 万 m3,覆土 100 万 m3,该项目于 2011 年 3 月动工，2012 年 2月 11 日正式建成，3 月底正式开放。主要分为沙滩区域、竹林区域、休闲健身广场区域及科普植物园林区域。
1.3 展望
苏仙区玛瑙山矿区重金属污染综合治理是西河流域综合治理的源头治理和重要组成部分，通过该矿区重金属的综合治理，可以有效地调整工矿企业产业结构，合理安置遗留的废石和尾砂，控制重金属污染源，遏制其输移途径，从而改善西河和湘江流域的水环境。
通过对尾砂库的治理和水土保持措施，减少因水土流失引发的面源污染，可以大大削减矿区的重金属进入西河，从而保障湘江水环境质量，保障居民健康安全，为西河流域经济建设和社会发展营造良好的自然生态环境。
通过重金属治理，可以改善当地生态环境和农业生产条件，增加粮食、木材、果品、蔬菜等农产品的产量，而且极大地推动了农村经济的可持续发展。
通过矿区的源头治理和西河流域尾砂库改造，可将西河流域打造成集文化、健身、休闲、娱乐于一体的沿河风光带，为广大市民提供了理想的休闲娱乐场所和生态宜居环境。一定程度上可以推动沿线经济的发展，主要体现在因水质改善、环境质量提高而引起的房产增值以及经济林种植、餐饮休闲、旅游光观等产业收入显着增加。
