張 勇，王亞峰，趙曉光

（1.西安科技大學(xué)，陜西 西安710054；2.陜西省水利廳，陜西 西安710004；3.咸陽市水利局，陜西 咸陽712000）

陜西省地域南北狹長，地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，極易誘發(fā)各類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。全省南北氣候差異顯著，年降水量400～1 200mm，且在時空上分布極不均勻。這些條件使得陜西生態(tài)地質(zhì)災(zāi)害種類繁多，水土流失嚴重。據(jù)陜西省國土資源廳制定的《陜西省2010年地質(zhì)災(zāi)害防治方案》，全省地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂縫，可劃分出23個地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，總面積1.004×105km2，占全省國土面積的48.8%。截至2013年7月底，全省地質(zhì)災(zāi)害隱患點9 305處，其中滑坡5 664處，崩塌2 784處，泥石流溝396條，地面塌陷278處，地裂縫183處，直接威脅人口達50萬人，威脅房屋31.6萬余間。

陜西省渭北地區(qū)黃土深厚，年降雨集中，植被稀疏，生態(tài)脆弱，但該區(qū)域煤礦資源富集，開采歷史較長，區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展對資源開發(fā)的依賴程度相對較高。地處該區(qū)域的彬長礦區(qū)，近年來在大規(guī)模的資源開發(fā)和工程建設(shè)中對地質(zhì)環(huán)境保護重視不夠，人為地誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，進一步加劇了礦區(qū)水土流失。

1 彬長礦區(qū)概況

彬長礦區(qū)位于陜西省西北部的長武、彬縣和旬邑3縣境內(nèi)，礦區(qū)面積約1 270km2，屬黃土丘陵溝壑區(qū)及黃土高原溝壑區(qū)。礦區(qū)除少數(shù)地帶為基巖出露的土石山區(qū)外，基本上被黃土覆蓋，塬區(qū)黃土蓋層厚度多在250m左右，周邊溝壑密集溝坡陡峻，相對高差約達200m［1］。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)為北西緩傾的單斜構(gòu)造，傾角2°～8°，斷層稀少，煤系地層及煤層基本沿區(qū)內(nèi)平緩向斜分布。

礦區(qū)特殊的地貌類型和典型的暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候特征，造成礦區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，植被稀少，加之涇河橫貫礦區(qū)中部，境內(nèi)地表水系發(fā)育，流水侵蝕強烈，水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量脆弱，是黃河中游水土流失重點區(qū)域之一［2］。

近年來礦區(qū)實施以煤炭建設(shè)為主的經(jīng)濟開發(fā)戰(zhàn)略，導(dǎo)致礦區(qū)范圍內(nèi)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害事件頻繁發(fā)生，環(huán)境狀況急劇惡化，水土流失面積占全區(qū)面積的81.4%，侵蝕模數(shù)2 546t／（km2·a），其中黃土溝壑農(nóng)業(yè)區(qū)2 451t／（km2·a），平均沖刷深度1.6mm，黃土溝壑 工 礦 區(qū) 3 367t／（km2·a），平 均 沖 刷 深 度2.3mm，土石山區(qū)地面較為完整或植被較好，水土流失較輕，年侵蝕模數(shù)小于500t／（km2·a），平均沖刷深度小于0.1mm。

根據(jù)《陜西省生態(tài)功能區(qū)劃》，彬長礦區(qū)屬于黃土高原農(nóng)牧生態(tài)區(qū)中的彬長黃土殘塬農(nóng)業(yè)區(qū)，同時也是國家級重點治理區(qū)，陜西省人民政府公告的水土流失重點治理區(qū)和重點監(jiān)督區(qū)。

2 彬長礦區(qū)水土流失強度及特征

煤炭開采過程中對土地的挖損、塌陷和壓占都會造成水土流失，開挖會造成邊坡的失穩(wěn)，形成滑坡；棄土棄渣如果堆放在溝道里為泥石流的發(fā)生提供了大量的松散物質(zhì)；煤礦礦抽和排地下水導(dǎo)致地下水位大幅度下降，土壤濕度減小，植被退化。另外，因煤礦的開發(fā)建設(shè)，相應(yīng)的輔助設(shè)施如公路、建筑物等使礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生較大的改變，導(dǎo)致地表剝離，植被破壞，造成水土流失加劇。

2.1 水土流失程度

在此用土壤侵蝕強度來反映水土流失程度，根據(jù)水利部水土保持監(jiān)測中心制定的《全國土壤侵蝕遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中侵蝕強度分級參考指標，彬長礦區(qū)土壤侵蝕涵蓋了微度、輕度、中度、強度和極強度5個土壤侵蝕強度等級，其土壤侵蝕類型統(tǒng)計面積如表1所示。

表1 土壤侵蝕類型面積統(tǒng)計

通過對礦區(qū)土壤侵蝕的環(huán)境統(tǒng)計分析，本區(qū)為水力侵蝕區(qū)，土壤侵蝕強度較大，以強度為主，西部土壤侵蝕強度大于東部。

2.2 礦區(qū)水土流失特征

（1）水土流失過程的不均衡性。煤礦造成的水土流失不像原生侵蝕那樣按自然侵蝕規(guī)律發(fā)生發(fā)展，而是具有突發(fā)性。因為在煤礦建設(shè)的不同時期，造成水土流失的程度不同，有時強烈有時輕微。一般是開始建設(shè)時有十分嚴重的水土流失，到生產(chǎn)時期則保持一個相對穩(wěn)定的侵蝕量級。

（2）水土流失危害的潛在性。除部分地面擾動外，更長期的是通過對地層、地下水等的影響，間接使地面植被退化，地面塌陷，從而加劇了水土流失，具有潛在危害。

（3）水土流失成因以地質(zhì)災(zāi)害為主。礦區(qū)水土流失主要為滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害類型，其特點明顯，具有顯著的區(qū)域和礦區(qū)疊加特征。

3 彬長礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害形成與水土流失關(guān)系

彬長礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害多，分布廣，危害嚴重，與水土流失密切相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等。

3.1 滑坡與水土流失

滑坡是一定自然條件下的斜坡，由于受自然和人工等因素的影響，部分土體或巖體在重力作用下，沿著一定的軟弱面或帶，整體、間歇地以水平位移為主的變形現(xiàn)象。滑坡是礦區(qū)一種常見的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，對處于黃土丘陵溝壑區(qū)和黃土高原溝壑區(qū)的彬長礦區(qū)來說，滑坡是規(guī)模大，危害重，成因及性質(zhì)又較復(fù)雜的一種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。導(dǎo)致礦區(qū)滑坡的原因主要為：（1）礦區(qū)原地貌生態(tài)環(huán)境惡劣，暴雨匯集形成徑流快，下切力強，致使溝頭發(fā)生滑坡；（2）溝坡比降大，一般都在10%以上；（3）溝崖臨空大，坡體臨空失穩(wěn)易形成滑塌；（4）汛期雨水多，地下水位升高，誘發(fā)滑坡；（5）地下開采引起的地面變形，破壞了斜坡原始應(yīng)力狀態(tài)形成滑坡［3］。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，彬長礦區(qū)滑坡的產(chǎn)生原因除降雨、地下水位的變化、面蝕作用以外，人類采礦及建設(shè)的影響非常明顯。

3.2 崩塌與水土流失

崩塌（又稱崩落、垮塌或塌方）是較陡斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動，堆積在坡腳（或溝谷）的地質(zhì)現(xiàn)象。彬長礦區(qū)基本為黃土覆蓋，由于特殊的地理、氣候條件，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，自然陡坡多，且斜坡多由晚更新世和中更新世黃土層組成，垂直節(jié)理發(fā)育。

據(jù)分析，在不考慮人為因素影響條件下，原生黃土質(zhì)地比較致密堅硬，坡度大于50°，相對高度在30m以上易發(fā)生崩塌；次生黃土結(jié)構(gòu)比較松散，坡度在40°左右即會發(fā)生崩塌。彬長礦區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害的產(chǎn)生于斜坡的邊緣，主要是由于斜坡應(yīng)力的釋放，形成與陡坡平行的卸荷裂隙，隨著物理風(fēng)化而日漸擴大，并受節(jié)理、開采沉降裂縫等，以及切坡、采礦等人類工程活動的影響［4］。經(jīng)研究分析，彬長礦區(qū)崩塌災(zāi)害的孕育與發(fā)生，時間上取決于季節(jié)性降水過程，空間上取決于人類工程活動（采石、采煤、切坡）等外部誘發(fā)擾動因素，但均與嚴重的水土流失有關(guān)。

3.3 泥石流與水土流失

泥石流是發(fā)生在山區(qū)溝谷中或坡地上的一種飽含大量泥沙、石塊的固液兩相混合流體，其往往突然暴發(fā)，渾濁的流體沿著陡峻的山溝前推后擁，奔騰而下，在很短時間內(nèi)將大量泥砂、石塊沖出溝外，在寬闊的堆積區(qū)橫沖直撞、漫流堆積，常常給人類生命財產(chǎn)造成重大危害。嚴重的水土流失，加之傾倒在溝谷中由于采礦產(chǎn)生的大量剝離棄土，為泥石流的產(chǎn)生準備了大量的松散物質(zhì)來源，遇到夏季集中、較強的降雨，疊加造成礦區(qū)泥流的發(fā)生，是礦區(qū)水土流失愈來愈重的主要原因。

3.4 地面塌陷與水土流失

彬長礦區(qū)開采歷史較長，開采區(qū)域不斷擴大，煤炭開采后形成的采空區(qū)逐漸出現(xiàn)不同程度的地面變形，形成地面裂縫和沉陷等，致使房屋毀壞、窯洞變形、破壞道路、耕地或工程設(shè)施，同時誘發(fā)滑坡等斜坡地質(zhì)災(zāi)害，加速了礦區(qū)水土流失。

從實際調(diào)查與觀測資料分析，彬長礦區(qū)地面塌陷有以下特點：（1）下沉系數(shù)大，較非黃土覆蓋區(qū)增大28%，初采下沉系數(shù)可達0.85以上；（2）移動角大，一般沖擊層移動角45°，而礦區(qū)黃土層移動角一般在53°～64°；（3）地表移動變形周期短，傳遞速度快，地表最大下沉主要發(fā)生在活躍期階段；（4）在梁峁溝谷斜坡帶易誘發(fā)山體滑坡等重力型地質(zhì)災(zāi)害，在塬上平坦區(qū)表現(xiàn)為下沉盆地。分析研究表明，地面塌陷災(zāi)變過程，主要是水力作用對地表的沖刷過程，相對于滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害而言是一個緩慢的過程。地面塌陷的發(fā)生，與降雨導(dǎo)致的水土流失密切相關(guān)，但也與斜坡條件、地面植被條件等因素相關(guān)。一般來說，開采深度越淺，坡面越破碎，水土流失越嚴重，發(fā)生地面塌陷的幾率越大。

總之，彬長礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害成因復(fù)雜，分布廣，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的形成過程與水土流失密切相關(guān)。易發(fā)生崩塌、滑坡的區(qū)域，也易發(fā)生泥石流，只不過泥石流的暴發(fā)要多一項必不可少的降雨條件。再者，崩塌、滑坡的物質(zhì)經(jīng)常是泥石流的重要固體物質(zhì)來源。崩塌、滑坡還常常在運動過程中直接轉(zhuǎn)化為泥石流［5］，或者崩塌、滑坡發(fā)生一段時間后，其堆積物在一定的水源條件下生成泥石流［5］，即泥石流是崩塌和滑坡的次生災(zāi)害。泥石流與崩塌、滑坡有著許多相同的促發(fā)因素。在彬長礦區(qū)，由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律性和周期性，災(zāi)害頻繁的區(qū)域也是水土流失最為嚴重的區(qū)域。

4 彬長礦區(qū)水土流失防治思路及對策

4.1 礦區(qū)水土流失防治思路

從彬長煤礦區(qū)水土流失與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系看，水土流失治理必須以防治礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害為核心，從預(yù)防（制度管理）和工程措施防治兩方面入手。

（1）嚴格控制棄土棄渣的堆放，避開水流路線，修建攔擋設(shè)施；邊坡開挖要慎重對待，采取頂部排水及底部支護，如果可能引起失穩(wěn)要及時停止。

（2）針對采空區(qū)、地表塌陷、地裂縫、棄渣場等煤礦區(qū)廢棄地［6］，采用復(fù)墾成套工藝技術(shù)，將其資源化，減少水土流失的場所。復(fù)墾時從水土保持的角度設(shè)計排水系統(tǒng)，采取帶狀分階采掘和分階排土，控制水土流失的松散物質(zhì)來源。適地適時合理利用工程措施、植物措施、臨時攔擋措施，控制流失環(huán)節(jié)。

（3）采取生物及微生物措施，提高復(fù)墾土地的生產(chǎn)力及土壤質(zhì)量，從農(nóng)業(yè)技術(shù)角度防治水土流失。

（4）開展礦水土流失動態(tài)監(jiān)測與分析評價，準確預(yù)測和綜合評價煤礦水土流失的程度、強度、危害及其對周圍區(qū)域的影響，指導(dǎo)礦區(qū)的水土保持工作。

4.2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治對策

（1）強化對采煤活動的全過程管理。主要是做好煤炭資源勘查、煤礦設(shè)計、礦區(qū)基建和生產(chǎn)、煤礦閉坑4個階段全過程的綜合防治，使礦山生態(tài)環(huán)境向良好轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)資源開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）因地制宜，因害設(shè)防，綜合治理。礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。地域不同，地質(zhì)災(zāi)害的成因和規(guī)模也不同。彬長礦區(qū)地貌類型多，氣候復(fù)雜，在制定防治方案時，應(yīng)根據(jù)具體的災(zāi)害現(xiàn)狀及防治目的，因地制宜，采取靈活多樣的防災(zāi)措施，實行綜合治理。對面蝕為主的水土流失防治，生物措施效果顯著，而坡面工程、溝道工程等工程措施對滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蝕效益顯著，因此，要針對彬長礦區(qū)的災(zāi)害發(fā)生實際情況，分類綜合治理。對災(zāi)害嚴重、危害較大的區(qū)域，要優(yōu)先開展工程治理，利用一些骨干工程，盡快控制災(zāi)害的發(fā)展趨勢，然后開展生物措施，使其功能互補，達到最佳治理效果。

（3）采用先進技術(shù)，實施綠色礦山生態(tài)重建工程。從水土保持入手，以改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活條件為目標，做好生物治理的規(guī)劃設(shè)計［7］，根據(jù)具體的地貌和地形特點，合理配置林型、樹種、草類，實行山、水、林、田綜合治理。推行喬、灌、草并舉的治理原則，做到宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，喬灌草合理配置，農(nóng)牧林漁相互結(jié)合。要十分珍惜節(jié)約水資源，引進噴、滴、防滲等節(jié)水灌溉技術(shù)，確?；謴?fù)治理成效。

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［3］ 楊梅忠，巨天乙，馬東民，等.彬長礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的分析預(yù)測［J］.煤礦環(huán)境保護，1999（5）：62-63.

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