季阿蘭

(東港市水土保持局，遼寧 東港 118300)

石灰石礦區(qū)水土流失預(yù)測及防治措施

季阿蘭

(東港市水土保持局，遼寧 東港 118300)

為了解決因石灰石礦產(chǎn)開采導(dǎo)致的堆土場和水土流失造成的生態(tài)環(huán)境問題，展開對石灰石礦水土流失預(yù)測和綜合防治至關(guān)重要。結(jié)合遼寧省建昌縣石灰石礦區(qū)開采情況，通過對本項目區(qū)的水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行研究，研究和預(yù)測水土流失情況，根據(jù)預(yù)測結(jié)果構(gòu)建了石灰石礦區(qū)水土流失綜合防治體系，提出了其防治措施，對該石灰石礦區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)和水土保持具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

石灰石礦；水土流失；預(yù)測方法；防治體系；防治措施

0 前 言

隨著我國國民經(jīng)濟快速持續(xù)發(fā)展，市場上對石灰石的需要量不斷增加，石灰石礦將在國內(nèi)外市場上有廣闊的暢銷空間，發(fā)展前景良好市場潛力巨大[1]。為了預(yù)防和治理本工程在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生新的水土流失，保護和合理利用水土資源，改善生態(tài)環(huán)境，展開對礦區(qū)水土流失的預(yù)測和防治措施，深入研究水土保持工作尤為重要。

針對于石灰石礦區(qū)的生態(tài)治理問題，國內(nèi)外的專家學(xué)者提出了自己的看法。早在1996年，郭在揚提出了龍巖地區(qū)礦區(qū)水土流失的危害典型，依據(jù)水土保持法等提出了礦區(qū)水土保持的措施，為石灰石礦區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供理論指導(dǎo)；閆國杰，劉曉社針對石灰石礦區(qū)排土場的不穩(wěn)定和水土流失等問題，對礦山建設(shè)進(jìn)行了改進(jìn)和設(shè)計，并對礦山地質(zhì)環(huán)境治理提出了重要的對策；何洪偉通過對石灰石礦開采過程產(chǎn)生的水土流失和環(huán)境影響，結(jié)合礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境提出了適宜的保護措施，實現(xiàn)了礦區(qū)的可持續(xù)健康發(fā)展；歐陽偉平，陳金德，謝志國等結(jié)合攸縣礦產(chǎn)資源開采情況，對礦區(qū)水土保持預(yù)防保護措施進(jìn)行了深入研究，通過對保護的成效可以看出礦區(qū)的水土保持工作已經(jīng)取得了階段性的突破；姜麗通過對石灰石老礦區(qū)前期水土保持措施不到位，遺留較嚴(yán)重的水土流失問題進(jìn)行分析和研究，研究了已采和現(xiàn)采礦區(qū)的聯(lián)系，優(yōu)化設(shè)計了水土保持理念，通過工程措施和植物措施相結(jié)合，提高了石灰石礦廢巖的綜合利用率等[2-6]。此外，唐曉蘭，王伯鐸，程金香，張春燕，郝向麟，隋國舜也對石灰石礦山開采中的生態(tài)環(huán)境保護問題進(jìn)行了研究并取得了較為豐碩的研究成果。

全面貫徹國家和地方的有關(guān)法律、法規(guī)，解決好項目建設(shè)與環(huán)境保護之間的關(guān)系，使項目區(qū)生態(tài)環(huán)境得以改善和恢復(fù)，防治開發(fā)建設(shè)引起的新增水土流失是目前礦區(qū)建設(shè)的重中之重。文章針對遼寧省建昌縣石灰石礦建設(shè)情況，對水土流失進(jìn)行了分析和預(yù)測，構(gòu)建并提出了其防治體系、防護措施，達(dá)到保護項目區(qū)的水土資源的目的。

1 項目區(qū)概況

項目區(qū)位于建昌縣西南部，地處冀北遼西低山丘陵區(qū)，地面坡度15°-20°，山勢較緩，地形切割強烈，溝谷發(fā)育，溝壑密度0.8km/km2。巖石裸露面積較大，地表植被覆蓋率低。石灰石礦層主要由寒武系張夏組上部的中-巨厚層結(jié)晶灰?guī)r、巨厚灰鮞狀灰?guī)r構(gòu)成。礦層走向北東70°，傾向北西，傾角38°。界內(nèi)礦層長度300m，真厚度60多米。平均含量CaO47.23%，MgO3.30%。

項目區(qū)隸屬于灤河水系，區(qū)內(nèi)無常年性河流和泉水，地表水不發(fā)育，地下水為大氣降水入滲補給。年均降水量560.1mm，降水量較少，年均蒸發(fā)量1871.7mm。因而，礦區(qū)地下水補給來源較為匱乏。

2 項目區(qū)水土流失現(xiàn)狀

項目區(qū)所在地區(qū)現(xiàn)有水土流失面積105.60km2，占總面積的62.20%。土壤侵蝕形式以水蝕為主，多年平均土壤侵蝕模數(shù)3150t/km2·a。其中，老大杖子鄉(xiāng)多年來十分注重水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作，作為建昌縣水土流失及其典型區(qū)域，其研究現(xiàn)狀具體見表1-表2。

表1 項目區(qū)水土流失現(xiàn)狀

表2 項目區(qū)水土保持現(xiàn)狀表

截止2010年底，該鄉(xiāng)共治理水土流失面積61.90km2。通過多方位的綜合治理，該礦區(qū)的水土流失現(xiàn)狀得到了基本的控制，明顯的改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。因此，借鑒老大杖子鄉(xiāng)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境防護措施對于整個工程建設(shè)的施工安全與生態(tài)安全起到重要突出作用。

3 水土流失預(yù)測及結(jié)果

3.1 水土流失預(yù)測

3.1.1 預(yù)測項目情況

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確定了5項水土流失預(yù)測項目，包括：

1)已被擾動或損壞的地表土、植被等面積。

2)水土保持設(shè)施損壞面積及其數(shù)量。

3)礦區(qū)開采和建設(shè)過程中的棄土、渣的數(shù)量。

4)潛在的水土流失量。

5)潛在的水土流失威脅。

3.1.2 預(yù)測手段

1)已被擾動或損壞的地表土、植被等面積預(yù)測：

通過對主體工程的設(shè)計、現(xiàn)場資料進(jìn)行研究和勘測核實，采用計算法從定量的角度計算各部分的擾動地表土面積、損壞林草植被面積以及占用的土場面積等進(jìn)行預(yù)測。

2)水土保持設(shè)施損壞面積及其數(shù)量預(yù)測：

基于不同主體結(jié)構(gòu)工程單元損壞原地表數(shù)量、程度、類型，通過采用實地調(diào)查、地圖測量和定量計算綜合結(jié)合的方法，預(yù)測主體結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)損壞或者可能損壞的水土保持面積和設(shè)施數(shù)量。

3)礦區(qū)開采和建設(shè)過程中的棄土、渣的數(shù)量預(yù)測：

項目建設(shè)期的棄渣量作為預(yù)測的重點一般用過工程建設(shè)過程中的土石方平衡情況進(jìn)行預(yù)測，運行期的棄石量則一般通過礦山年生產(chǎn)能力和礦山使用年限進(jìn)行預(yù)測。

4)潛在的水土流失量預(yù)測：

一般情況下采用經(jīng)驗公式法對水土流失量進(jìn)行預(yù)測，并按照地貌、地質(zhì)、地形及其水文等不同選擇相應(yīng)的經(jīng)驗公式，確定水土流失量的各參數(shù)。

3.2 預(yù)測結(jié)果

3.2.1 已被擾動或損壞的地表土、植被等面積

人為的活動公式造成礦區(qū)工程建設(shè)和運行過程中，不同程度和形式的對地表原形態(tài)、林草植被以及土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的重要方面，不斷地礦產(chǎn)開采、填筑、棄土渣等排放等造成了水土流失情況的加劇。通過計算，本工程施工和運行期間造成的原地表較大擾動、土地?fù)p壞和植被破壞的總面積達(dá)到10.43hm2。

3.2.2 水土保持設(shè)施損壞面積及其數(shù)量

通過對本工程建設(shè)區(qū)占地類型進(jìn)行統(tǒng)計，本項目占地類型為耕地、林地、疏林地、荒地。為了通過對該項目區(qū)進(jìn)行深入研究，確定研究的功能區(qū)包括：露天開采區(qū)、石灰生產(chǎn)區(qū)、排土場和表土堆放區(qū)，其統(tǒng)計情況見表3。

3.2.3 棄土、棄渣量

本項目建設(shè)期總挖方9.54m3，填方3.98萬m3，棄方5.56萬m3。生產(chǎn)運行期間，露天開采區(qū)排放廢巖為31.43萬m3，即本工程生產(chǎn)運行期間總計排放廢巖31.43萬m3，這部分巖石由汽車統(tǒng)一運到排土場進(jìn)行排棄。

表3 損壞水土保持設(shè)施面積表 hm2

3.2.4 水土流失量預(yù)測

采用經(jīng)驗公式法對水土流失量進(jìn)行預(yù)測，依據(jù)地貌條件的不同確定經(jīng)驗公式或參數(shù)的取值。經(jīng)驗公式來源于遼寧省水土保持局與遼寧省水土保持研究所關(guān)于《遼寧省土壤侵蝕定量研究》的研究成果。

土壤侵蝕模數(shù)依據(jù)地貌條件的不同選擇不同的數(shù)學(xué)模型法參數(shù)的取值，數(shù)學(xué)模型來源于遼寧省水土保持局與遼寧省水土保持研究所的研究成果。即：

1)遼西地區(qū)坡耕地坡度(S)與土壤侵蝕模數(shù)(E)的關(guān)系式：

E=62.59S1.53

(1)

2)遼西地區(qū)林草蓋度(C)與土壤侵蝕模數(shù)(E)的關(guān)系式：

當(dāng)?shù)孛嫫露?5°

E=506.87-5.22C

(2)

5°-10°E=2315.56-24.58C

(3)

10°-15°E=4614.4-51.589C

(4)

15°-25°E=9818.58-115.75C

(5)

3)金屬礦排渣場雨力R、坡度θ、容重d與侵蝕模數(shù)(E)的關(guān)系式：

E=103.11R+1003.35θ-11008.38d-7384.67

(6)

通過運用以上公式對露天開采區(qū)、石灰生產(chǎn)區(qū)、排土場和表土堆放區(qū)進(jìn)行預(yù)測，本工程水土流失總量為3006.12t，其中在建設(shè)期水土流失總量為337.91t，自然恢復(fù)期水土流失總量為656.95t，生產(chǎn)運行期水土流失總量為2011.26t。本工程水土流失總的增量為2458.36t，其中建設(shè)期水土流失增量為191.29t，自然恢復(fù)期水土流失增量為275.34t，生產(chǎn)運行期水土流失增量為1991.73t。水土流失量匯總表見表4。

表4 水土流失量匯總表

4 水土流失防治體系及其防護措施

4.1 構(gòu)建水土流失防治體系

為了構(gòu)建全面、系統(tǒng)的防治體系，水土流失防治體系的構(gòu)建主要從辦公生活防治區(qū)、生產(chǎn)加工防治區(qū)、成品堆放防治區(qū)、露天開采防治區(qū)、排土場防治區(qū)、作業(yè)路防治區(qū)和表土堆放防治區(qū)七大部分進(jìn)行。

如圖1所示。

4.2 水土流失防治措施

4.2.1 露天開采防治區(qū)防治措施

1)露天開采前，主體工程設(shè)計對該采區(qū)占用的林地和荒地進(jìn)行表土剝離，表土全部運至表土堆放區(qū)臨時堆放，待工程運行期結(jié)束后用于本區(qū)綠化。

2)在露天采場東、南兩側(cè)的山坡上設(shè)置漿砌石截洪溝。排水溝攔截的徑流直接排入下游溝道，或先與作業(yè)路排水溝相連，然后導(dǎo)入下游溝道。

3)在該區(qū)運行期結(jié)束后將采坑填平并覆土綠化造林，樹種選用山杏栽植坑規(guī)格0.5m×0.5m，山杏造林密度2m×2m，山杏選擇主、側(cè)根發(fā)達(dá)的一年生一級苗，填方來源于排土場。

4.2.2 石灰生產(chǎn)防治區(qū)防治措施

設(shè)計在有石灰石巖料堆放靠山體一側(cè)設(shè)置漿砌石擋墻，漿砌石擋墻采用M10漿砌石重力式結(jié)構(gòu)。擋墻高3.0m，頂寬0.5m，底寬1.0m，長15m，基礎(chǔ)埋深0.3m，基礎(chǔ)挖方可用于道路修整。

設(shè)計成品堆放區(qū)三面栽植刺槐對本區(qū)進(jìn)行綠化，樹種選擇抗塵性較強的刺槐，栽植坑規(guī)格0.5m×0.5m，刺槐栽植密度2m×2m。

4.2.3 排土場防治措施

本項目區(qū)排巖前采用人工方式對占用的荒地進(jìn)行表土剝離，剝離厚度20cm，剝離面積2.35hm2，剝離表土0.47萬m3。表土運往表土堆放區(qū)臨時存放，用于閉礦后的綠化用土。

圖1 水土流失防治體系

4.2.4 表土堆放區(qū)防治措施

堆土表面采取種草的方式防止水土流失，種草面積為0.30hm2，草種選用沙打旺，播種量按照30.00kg/hm2撒播。

在表土堆放地周邊采用編織袋裝土圍擋，表土堆放場地設(shè)計長100m，寬30m，表土圍擋量為0.63萬m3，平均堆放高度為2.5m，袋內(nèi)土方利用本區(qū)剝離后的表土進(jìn)行充填，編織袋呈品字形堆筑，高50cm，寬50cm。待閉礦后，堆放的剝離表土作為各區(qū)的綠化覆土。

5 結(jié) 語

石灰石礦產(chǎn)作為我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展的重要礦產(chǎn)資源之一具有良好的發(fā)展前景和廣闊的發(fā)展市場。文章基于遼寧省建昌縣石灰石礦區(qū)的建設(shè)情況，通過現(xiàn)場調(diào)查對該礦區(qū)水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，從已被擾動或損壞的地表土、植被等面積，水土保持設(shè)施損壞面積及其數(shù)量，礦區(qū)開采和建設(shè)過程中的棄土、渣的數(shù)量，潛在的水土流失量，潛在的水土流失威脅等五大方面預(yù)測了項目區(qū)的水土流失情況，并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了分析。基于預(yù)測結(jié)果，針對露天開采防治區(qū)、石灰生產(chǎn)防治區(qū)、排土場、表土堆放區(qū)等四大重要防治區(qū)，構(gòu)建了該礦區(qū)的水土流失防治體系和措施，為建昌縣石灰石礦區(qū)的安全生產(chǎn)建設(shè)和水土保持工作的順利開展提供指導(dǎo)和借鑒。

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1007-7596(2017)09-0226-02

2017-08-18

季阿蘭(1980-)，女，遼寧東港人，工程師，從事水土保持規(guī)劃、綜合治理等工作。