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（府谷縣水土保持中心，陜西 府谷 719499）

府谷縣大路峁礦井位于風(fēng)積沙地貌區(qū)。工程建設(shè)不可避免地對(duì)當(dāng)?shù)赝寥篮椭脖辉斐善茐模觿≡孛娴乃亮魇Вo周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成不良的影響。因此，科學(xué)合理地預(yù)測(cè)項(xiàng)目建設(shè)過程中的水土流失類型、強(qiáng)度和空間分布，客觀評(píng)價(jià)其造成的危害及其對(duì)周邊生態(tài)的影響，對(duì)防治項(xiàng)目水土流失具有重要作用。

1 概況

府谷縣大路峁礦井及選煤廠位于府谷縣廟溝門鎮(zhèn)，礦井及選煤廠建設(shè)規(guī)模均為15.0 Mt/a，工程總占地面積85.74 hm2，其中永久占地63.48 hm2、臨時(shí)占地22.26 hm2，占地類型全部為草地。根據(jù)水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007）[1]，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的下墊面情況分析，原地貌土壤侵蝕形式以風(fēng)力侵蝕為主，屬中度強(qiáng)烈風(fēng)力侵蝕區(qū)，水力侵蝕微弱。

2 水土流失影響因素分析

礦井開發(fā)建設(shè)，人為擾動(dòng)地面造成水土資源的破壞和土地生產(chǎn)力的下降，同時(shí)在降雨和大風(fēng)的作用下，誘發(fā)、加劇了新的水土流失，造成礦區(qū)水土流失既有自然因素，又有人為因素。自然因素是潛在的[2]，人為因素引起的地表抗蝕力降低是造成新增水土流失的主導(dǎo)因素。

2.1 自然因素

自然因素主要包括風(fēng)力、水力等侵蝕外營(yíng)力和地形地貌、土壤物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)及植被蓋度等下墊面條件，是產(chǎn)生新增水土流失的潛在因素[3]。

（1）風(fēng)力。項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)僦袦貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候。年平均風(fēng)速為3.4 m/s。連續(xù)性大風(fēng)主要集中于春季及秋冬季，3—6月大風(fēng)日數(shù)占全年大部分，春季是全年最大風(fēng)速季節(jié)，極端最大風(fēng)速可達(dá)30 m/s。強(qiáng)勁的大風(fēng)構(gòu)成了風(fēng)力侵蝕的動(dòng)力源。

（2）降水。本項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)俑珊瞪儆甑貐^(qū)，多年平均降水量為360.4 mm，降雨多集中于夏季，占全年80%左右，特征為降雨集中、強(qiáng)度大，且常以暴雨形式出現(xiàn)。強(qiáng)降雨給地表提供了強(qiáng)大的雨滴擊濺動(dòng)能和徑流沖刷能量，易發(fā)生土壤水力侵蝕和重力侵蝕。

（3）土壤。項(xiàng)目區(qū)土壤以風(fēng)沙土為主，地貌類型為風(fēng)積沙地貌，在風(fēng)雨作用下，易產(chǎn)生水土流失。

2.2 人為因素

礦井建設(shè)期，各施工單位平整場(chǎng)地，開挖、回填建筑物基礎(chǔ)，修筑道路，埋設(shè)管道，表土剝離等施工活動(dòng)，開挖、擾動(dòng)地表，使原地貌、地表植被及土體結(jié)構(gòu)受到破壞失去固土防沖能力，降低或喪失了原有水土保持功能，改變了外營(yíng)力與土體抵抗力之間的自然相對(duì)平衡，最終導(dǎo)致加速侵蝕。

自然恢復(fù)期，擾動(dòng)地表的各項(xiàng)施工活動(dòng)已經(jīng)停止，水土流失量較施工期明顯減少，并逐漸趨于原地貌水平，但在植被逐年恢復(fù)的過程中仍有一定的水土流失。

3 擾動(dòng)面積調(diào)查與預(yù)測(cè)

根據(jù)工程性質(zhì)、分布、施工活動(dòng)特點(diǎn)以及不同功能區(qū)水土流失的特點(diǎn)，分為工業(yè)場(chǎng)地及周邊、施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時(shí)排矸場(chǎng)及周邊、場(chǎng)外道路和供電線路各水土流失預(yù)測(cè)單元[4，5]。本工程已擾動(dòng)面積31.53 hm2，建設(shè)期擾動(dòng)地表、損毀植被面積54.21 hm2，詳見表1。

表1 擾動(dòng)地表、損毀植被面積 hm2

本礦井工程建設(shè)期共動(dòng)用土方216.92 萬m3，其中挖方108.46 萬m3、填方108.46 萬m3，挖填平衡無棄方。

4 水土流失量預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)時(shí)段

本礦井于2012 年9 月開工，由于礦區(qū)總體規(guī)劃遲遲不能批復(fù)，于2015 年2 月停工，2020 年6 月復(fù)工，計(jì)劃于2023 年12 月底建成達(dá)產(chǎn)，總工期73 個(gè)月。水土流失預(yù)測(cè)分為施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期2 個(gè)時(shí)段，預(yù)測(cè)時(shí)段確定為施工期6 a、自然恢復(fù)期5 a。其中，施工期調(diào)查時(shí)段2.5 a，預(yù)測(cè)時(shí)段3.5 a。

4.2 土壤侵蝕模數(shù)

本工程所處區(qū)域地貌類型為風(fēng)積沙地貌，區(qū)域水文單元屬內(nèi)陸水系。項(xiàng)目區(qū)土地利用主要為草地，土壤類型以風(fēng)沙土為主，擾動(dòng)前風(fēng)蝕模數(shù)約為4 000 t/（km2·a），水蝕模數(shù)約為500 t/（km2·a），區(qū)域容許土壤流失量為1 000 t/（km2·a）。

擾動(dòng)地貌土壤侵蝕模數(shù)采用引用監(jiān)測(cè)資料法進(jìn)行確定。風(fēng)蝕模數(shù)采用中國(guó)科學(xué)院大氣物理所在毛烏素進(jìn)行的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)成果資料，廠區(qū)風(fēng)蝕模數(shù)12 000 t/（km2·a），施工生產(chǎn)生活區(qū)風(fēng)蝕模數(shù)10 000 t/（km2·a），凈水廠施工區(qū)風(fēng)蝕模數(shù)12 000 t/（km2·a）。水蝕模數(shù)采用燃?xì)怆姀S的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，即場(chǎng)外道路水蝕模數(shù)為1 500 t/（km2·a）、施工生產(chǎn)生活區(qū)水蝕模數(shù)為1 200 t/（km2·a）、廠區(qū)施工區(qū)水蝕模數(shù)為2 000 t/（km2·a）、供水管線水蝕模數(shù)為1 800 t/（km2·a）。本工程與類比資料屬同一地區(qū)，其地形地貌、氣象、土壤、植被、水土流失類型等基本相同，因此本工程的風(fēng)蝕和水蝕模數(shù)直接采用引用資料監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不再作修正。自然恢復(fù)期土壤侵蝕模數(shù)將逐漸降低，最終達(dá)到原地貌水平。開發(fā)建設(shè)活動(dòng)停止后，沒有了人為活動(dòng)的影響，施工擾動(dòng)區(qū)域在植被恢復(fù)的情況下，其土壤侵蝕模數(shù)要低于施工活動(dòng)存在的情況，也就是說第一年中隨著土壤的自然沉降、變形、植被生長(zhǎng)等，水土流失強(qiáng)度將逐步降低，而第二年的情況就弱于第一年，以此類推。根據(jù)調(diào)查情況，本工程建設(shè)擾動(dòng)區(qū)在無人擾動(dòng)時(shí)第五年基本可以達(dá)到原地貌水平。

4.3 水土流失量計(jì)算

經(jīng)過調(diào)查，工程建設(shè)已造成水土流失量0.674 2萬t，施工期可能造成新增流失量采用下式計(jì)算：

式中：Ws1為施工期水土流失總量（t）；Fi為第i個(gè)單元預(yù)測(cè)面積（km2）；MSi為風(fēng)蝕模數(shù)[t/（km2·a）]；MOi為水蝕模數(shù)[t/（km2·a）]；TSi為風(fēng)蝕預(yù)測(cè)時(shí)段（a）；Toi為水蝕預(yù)測(cè)時(shí)段（a）。

施工期末發(fā)生水土流失量預(yù)測(cè)，詳見表2。

表2 施工期末發(fā)生水土流失量預(yù)測(cè)

同理，自然恢復(fù)期水土流失量計(jì)算結(jié)果詳見表3。

表3 自然恢復(fù)期水土流失量預(yù)測(cè)

本工程可能造成的水土流失總量為2.812 3萬t，其中施工期新增水土流失量2.099 4 萬t、自然恢復(fù)期造成新增水土流失量0.712 9萬t。

4.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

通過預(yù)測(cè)分析，本工程水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果如下。

（1）水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段確定施工期為6 a，自然恢復(fù)期為5 a。

（2）根據(jù)工程建設(shè)特點(diǎn)，確定工程建設(shè)水土流失類型為中度強(qiáng)烈風(fēng)力侵蝕區(qū)，水力侵蝕微弱。

（3）預(yù)測(cè)工程建設(shè)在水土流失預(yù)測(cè)期內(nèi)擾動(dòng)地表、損毀植被面積為85.74 hm2。

（4）本工程建設(shè)期共動(dòng)用土方工程量216.92萬m3，其中挖方108.46 萬m3、填方108.46 萬m3，挖填平衡無棄方。

（5）預(yù)測(cè)本工程建設(shè)可能造成的水土流失總量為3.82萬t，其中新增水土流失量為2.37萬t。

4.5 水土流失危害分析

由于工程建設(shè)導(dǎo)致地表原生地形地貌與植被被破壞、擾動(dòng)，新增水土流失量顯著提高，進(jìn)而使一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境迅速惡化，其危害主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）破壞土地資源。工程建設(shè)使大量表土層擾動(dòng)，若不采取措施，表層土將被大風(fēng)吹走或被地表徑流沖走，土壤中的氮、磷、鉀等有效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)也隨之喪失，施工區(qū)土壤趨于貧瘠化，土地生產(chǎn)力降低，可利用土地減少。

（2）為沙塵暴、揚(yáng)沙天氣提供物質(zhì)源。工程施工過程中形成大范圍的裸露面，在強(qiáng)風(fēng)的吹蝕下表土隨風(fēng)搬運(yùn)，增加了空氣中的沙塵量，促進(jìn)了揚(yáng)沙天氣的形成。該區(qū)域處于生態(tài)脆弱區(qū)，植被與地表結(jié)皮遭到破壞后很難恢復(fù)，易成為局部風(fēng)沙源地。

（3）增加水土流失量。煤礦建設(shè)采挖活動(dòng)，擾動(dòng)區(qū)地表植被與結(jié)皮遭到完全破壞，土壤的結(jié)構(gòu)、組成等發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤的抗侵蝕能力，加上施工過程中產(chǎn)生的疏松堆土，造成新增水土流失，加劇水土流失量。

4.6 預(yù)測(cè)結(jié)果綜合分析

不同預(yù)測(cè)時(shí)段新增水土流失量分析如圖1 所示，由此可知產(chǎn)生水土流失的重點(diǎn)時(shí)期為施工期。工程建設(shè)過程中因各項(xiàng)施工活動(dòng)將擾動(dòng)、占?jí)骸⑵茐脑孛布爸脖?，形成裸露的挖損、堆積等再塑地貌，在外營(yíng)力作用下產(chǎn)生加速侵蝕。因此，工程建設(shè)期間，應(yīng)采取工程、植物、臨時(shí)措施相結(jié)合的方法，做好水土流失防治工作；并在工程建設(shè)完成后對(duì)可能造成水土流失的面積內(nèi)各項(xiàng)水保措施加強(qiáng)管護(hù)，以便有效控制水土流失的發(fā)生和發(fā)展，改善工程建設(shè)區(qū)及周邊地區(qū)的生產(chǎn)、生活、生態(tài)環(huán)境。

圖1 不同預(yù)測(cè)時(shí)段新增水土流失量分析

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

通過探討分析，本工程水土流失預(yù)測(cè)可以得出以下結(jié)論。

（1）水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段確定施工期為6 a，自然恢復(fù)期為5 a。

（2）根據(jù)工程建設(shè)特點(diǎn)，確定工程建設(shè)水土流失類型為中度強(qiáng)烈風(fēng)力侵蝕區(qū)，水力侵蝕微弱。

（3）預(yù)測(cè)工程建設(shè)在水土流失預(yù)測(cè)期內(nèi)擾動(dòng)地表、損毀植被面積為54.21 hm2，自然恢復(fù)期水土流失面積為20.09 hm2。工程可能造成的水土流失總量為2.812 3萬t。

（4）本工程建設(shè)期共動(dòng)用土方216.92萬m3，其中挖方108.46萬m3、填方108.46萬m3，挖填平衡無棄方。

5.2 建議

（1）水土流失防治的指導(dǎo)性意見。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，工業(yè)場(chǎng)地及周邊、臨時(shí)排矸場(chǎng)及周邊是產(chǎn)生新增水土流失量較大的區(qū)域，因此在布設(shè)防護(hù)措施時(shí)應(yīng)以這幾個(gè)區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)。從以往的經(jīng)驗(yàn)看，防治風(fēng)蝕最有效的手段是植物措施，防治水蝕以工程措施為基礎(chǔ)，結(jié)合植物措施。在具體實(shí)施時(shí)，針對(duì)不同工程的施工與生產(chǎn)區(qū)域、地段，不同的施工工藝、施工特點(diǎn)與施工季節(jié)，因地制宜，因害設(shè)防，制定行之有效的防治方案。對(duì)于其他水土流失相對(duì)不突出的侵蝕區(qū)域，也應(yīng)制定有針對(duì)性的防治措施，以減少施工過程中的水土流失量。

根據(jù)氣候特點(diǎn)，本項(xiàng)目區(qū)侵蝕類型以風(fēng)力侵蝕為主，水蝕程度相對(duì)較輕。水土保持防護(hù)措施的設(shè)計(jì)及布設(shè)應(yīng)以風(fēng)力侵蝕為主，兼顧水蝕，結(jié)合施工特點(diǎn)和工程性質(zhì)，合理布設(shè)。

（2）對(duì)施工進(jìn)度安排的意見。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，施工期是新增水土流失較嚴(yán)重的時(shí)期，建議在施工中加強(qiáng)主體工程施工進(jìn)度的緊湊安排，有效縮短強(qiáng)流失時(shí)段。合理安排各施工區(qū)施工進(jìn)度，在各工程區(qū)，植物措施結(jié)合主體工程施工進(jìn)度的安排分期、分批地實(shí)施。

（3）對(duì)水土保持監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)性意見。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，工程施工期新增水土流失較為突出，建設(shè)期水土保持監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位應(yīng)包括工業(yè)場(chǎng)地及周邊、施工生產(chǎn)生活區(qū)、臨時(shí)排矸場(chǎng)及周邊等。