石灰石礦區水土流失預測及防治措施

季阿蘭

(東港市水土保持局，遼寧 東港 118300)

石灰石礦區水土流失預測及防治措施

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開采導致的堆土場和水土流失造成的生態環境問題，展開對石灰石礦水土流失預測和綜合防治至關重要。結合遼寧省建昌縣石灰石礦區開采情況，通過對本項目區的水土流失現狀進行研究，研究和預測水土流失情況，根據預測結果構建了石灰石礦區水土流失綜合防治體系，提出了其防治措施，對該石灰石礦區的生產建設和水土保持具有重要的指導和借鑒意義。

石灰石礦；水土流失；預測方法；防治體系；防治措施

0 前 言

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

針對于石灰石礦區的生態治理問題，國內外的專家學者提出了自己的看法。早在1996年，郭在揚提出了龍巖地區礦區水土流失的危害典型，依據水土保持法等提出了礦區水土保持的措施，為石灰石礦區的生態建設提供理論指導；閆國杰，劉曉社針對石灰石礦區排土場的不穩定和水土流失等問題，對礦山建設進行了改進和設計，并對礦山地質環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生的水土流失和環境影響，結合礦區的生態環境提出了適宜的保護措施，實現了礦區的可持續健康發展；歐陽偉平，陳金德，謝志國等結合攸縣礦產資源開采情況，對礦區水土保持預防保護措施進行了深入研究，通過對保護的成效可以看出礦區的水土保持工作已經取得了階段性的突破；姜麗通過對石灰石老礦區前期水土保持措施不到位，遺留較嚴重的水土流失問題進行分析和研究，研究了已采和現采礦區的聯系，優化設計了水土保持理念，通過工程措施和植物措施相結合，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環境保護問題進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法律、法規，解決好項目建設與環境保護之間的關系，使項目區生態環境得以改善和恢復，防治開發建設引起的新增水土流失是目前礦區建設的重中之重。文章針對遼寧省建昌縣石灰石礦建設情況，對水土流失進行了分析和預測，構建并提出了其防治體系、防護措施，達到保護項目區的水土資源的目的。

1 項目區概況

項目區位于建昌縣西南部，地處冀北遼西低山丘陵區，地面坡度15°-20°，山勢較緩，地形切割強烈，溝谷發育，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-巨厚層結晶灰巖、巨厚灰鮞狀灰巖構成。礦層走向北東70°，傾向北西，傾角38°。界內礦層長度300m，真厚度60多米。平均含量CaO47.23%，MgO3.30%。

項目區隸屬于灤河水系，區內無常年性河流和泉水，地表水不發育，地下水為大氣降水入滲補給。年均降水量560.1mm，降水量較少，年均蒸發量1871.7mm。因而，礦區地下水補給來源較為匱乏。

2 項目區水土流失現狀

項目區所在地區現有水土流失面積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3150t/km2·a。其中，老大杖子鄉多年來十分注重水土保持生態環境建設工作，作為建昌縣水土流失及其典型區域，其研究現狀具體見表1-表2。

表1 項目區水土流失現狀

表2 項目區水土保持現狀表

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

3 水土流失預測及結果

3.1 水土流失預測

3.1.1 預測項目情況

根據相關規范和標準，確定了5項水土流失預測項目，包括：

1)已被擾動或損壞的地表土、植被等面積。

2)水土保持設施損壞面積及其數量。

3)礦區開采和建設過程中的棄土、渣的數量。

4)潛在的水土流失量。

5)潛在的水土流失威脅。

3.1.2 預測手段

1)已被擾動或損壞的地表土、植被等面積預測：

通過對主體工程的設計、現場資料進行研究和勘測核實，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行預測。

2)水土保持設施損壞面積及其數量預測：

基于不同主體結構工程單元損壞原地表數量、程度、類型，通過采用實地調查、地圖測量和定量計算綜合結合的方法，預測主體結構工程已經損壞或者可能損壞的水土保持面積和設施數量。

3)礦區開采和建設過程中的棄土、渣的數量預測：

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

4)潛在的水土流失量預測：

一般情況下采用經驗公式法對水土流失量進行預測，并按照地貌、地質、地形及其水文等不同選擇相應的經驗公式，確定水土流失量的各參數。

3.2 預測結果

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工程建設和運行過程中，不同程度和形式的對地表原形態、林草植被以及土體結構產生影響的重要方面，不斷地礦產開采、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、土地損壞和植被破壞的總面積達到10.43hm2。

3.2.2 水土保持設施損壞面積及其數量

通過對本工程建設區占地類型進行統計，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進行深入研究，確定研究的功能區包括：露天開采區、石灰生產區、排土場和表土堆放區，其統計情況見表3。

3.2.3 棄土、棄渣量

本項目建設期總挖方9.54m3，填方3.98萬m3，棄方5.56萬m3。生產運行期間，露天開采區排放廢巖為31.43萬m3，即本工程生產運行期間總計排放廢巖31.43萬m3，這部分巖石由汽車統一運到排土場進行排棄。

表3 損壞水土保持設施面積表 hm2

3.2.4 水土流失量預測

采用經驗公式法對水土流失量進行預測，依據地貌條件的不同確定經驗公式或參數的取值。經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于《遼寧省土壤侵蝕定量研究》的研究成果。

土壤侵蝕模數依據地貌條件的不同選擇不同的數學模型法參數的取值，數學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)遼西地區坡耕地坡度(S)與土壤侵蝕模數(E)的關系式：

E=62.59S1.53

(1)

2)遼西地區林草蓋度(C)與土壤侵蝕模數(E)的關系式：

當地面坡度<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(E)的關系式：

E=103.11R+1003.35θ-11008.38d-7384.67

(6)

通過運用以上公式對露天開采區、石灰生產區、排土場和表土堆放區進行預測，本工程水土流失總量為3006.12t，其中在建設期水土流失總量為337.91t，自然恢復期水土流失總量為656.95t，生產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，其中建設期水土流失增量為191.29t，自然恢復期水土流失增量為275.34t，生產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 構建水土流失防治體系

為了構建全面、系統的防治體系，水土流失防治體系的構建主要從辦公生活防治區、生產加工防治區、成品堆放防治區、露天開采防治區、排土場防治區、作業路防治區和表土堆放防治區七大部分進行。

如圖1所示。

4.2 水土流失防治措施

4.2.1 露天開采防治區防治措施

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

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

3)在該區運行期結束后將采坑填平并覆土綠化造林，樹種選用山杏栽植坑規格0.5m×0.5m，山杏造林密度2m×2m，山杏選擇主、側根發達的一年生一級苗，填方來源于排土場。

4.2.2 石灰生產防治區防治措施

設計在有石灰石巖料堆放靠山體一側設置漿砌石擋墻，漿砌石擋墻采用M10漿砌石重力式結構。擋墻高3.0m，頂寬0.5m，底寬1.0m，長15m，基礎埋深0.3m，基礎挖方可用于道路修整。

設計成品堆放區三面栽植刺槐對本區進行綠化，樹種選擇抗塵性較強的刺槐，栽植坑規格0.5m×0.5m，刺槐栽植密度2m×2m。

4.2.3 排土場防治措施

本項目區排巖前采用人工方式對占用的荒地進行表土剝離，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，袋內土方利用本區剝離后的表土進行充填，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的綠化覆土。

5 結 語

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

[1]楊柯敏，丁素玲.露天石灰石礦山開采對水環境影響淺析[J].中國非金屬礦工業導刊，2013(01)：58-60.

[2]曹忠杰，高云彪.遼寧省土壤侵蝕分布特點及其防治對策[J].水利建設與管理，2001(S1)：90-92.

[3]閆國杰，劉曉社.龍門山石灰石礦區生態地質環境的治理保護[J].露天采礦技術，2003(05):19-21.

[4]何洪偉.石灰石礦開采過程中的環境影響及生態保護[J].四川地質學報，2009,29(09)：188-190.

[5]董婷婷.遼寧省市際以上界河信息調查與成果分析[J].中國水能及電氣化,2016(05):30-32.

[6]姜麗.石灰石老礦山水土保持設計理念及防治措施[J].水土保持應用技術，2012(03):36-38.

[7]唐曉蘭,王伯鐸,馬俊杰.石灰石礦山露天開采的生態環境影響分析及保護對策[J].水土保持科學，2002,16(04)：105-107.

[8]張春燕，郝向麟，隋國舜.石灰石礦山開采對生態環境的影響及生態保護措施[J].中國非金屬礦工業導刊，2014(04)：58-59.

S157

B

1007-7596(2017)09-0226-02

2017-08-18

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