露天礦山地質環境治理工程土石方量計算方法簡介

張家蓮，劉宇瀟

（華東冶金地質勘查局綜合地質大隊，安徽 馬鞍山 243000）

露天開采作為針對地表礦體和淺層礦體的經濟、高效的開采方式，在中國乃至世界的礦產開發歷史上一直占有舉足輕重的地位。但由于其整個礦產開發過程都始終暴露于地表，因此露天開采造成的地質環境問題也是顯而易見的，且對人類社會的影響深遠而悠久。

近年來，我國逐年加大力度整治露天礦山，《關于依法做好金屬非金屬礦山整頓工作的意見》、《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》等文件相繼出臺，2012年～2018年間，全國各省、市、自治區的礦山數量都大幅度縮減，安徽省的礦山凈減率達到61%。隨之而來是大量的廢棄礦山地質環境治理工作，其中重要一項就是殘留邊坡的清理整平工作。邊坡清理工程設計的要點是計算清理所產生的土石方量。土石方量的計算方法有很多，本文以安徽省和縣某露天礦山為例，對幾種常用的計算方法和相關軟件做簡單介紹。

1 案例概述

安徽省和縣某露天礦山以建筑石料用灰巖為開采礦種，開采歷史近二十年。2016年，采礦權到期后閉坑。根據相關政策規定，礦山閉坑后應開展礦山地質環境治理。其中，區內有一處殘留的開采邊坡需要清理并整平，為該地塊土地復墾打基礎。

該殘留邊坡坡腳圈界面積7858.30m2，坡頂最大標高+73.77m，坡底最低標高+57.82m。設計整平標高+57m，本文對該清理工程的土石方量進行計算。

2 計算方法

2.1 平行斷面法

平行斷面法是較為傳統的計算方法，其在礦產資源儲量計算中的應用尤其廣泛。具體方法就是用剖面線將坡體垂直分割為若干個塊段，再利用幾何公式分別計算各個塊段的體積，再將各塊段的體積相加，即是坡體清理的總土石方量（圖1、表1）。

表1 計算結果表

該方法的原理是將坡體概化為規則的幾何圖形，但實際上邊坡表面往往并不規則，走向、高差等變化很大。因此，需要采用加密剖面線、調整剖面線角度等方法來提高計算精確度。

圖2 三角剖分法計算

2.2 方格網法

方格網法是近年來工程計算中較常用的方法，該方法是將坡體劃分成若干個正方形格網，然后計算每個四棱柱的體積，再將所有四棱柱的體積相加即得到總土石方量。

常用的計算軟件是南方CASS，利用等高線、高程點等數據建立三角網DTM，再利用軟件的方格網法進行計算。

該方法適用于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地。如場地起伏過大，則會影響計算的精確度。另外，軟件擁有多種插值方法來建立三角網DTM，不同方法的插值結果可能會有較大差距，從而影響最終的方量計算。因此，準確掌握場地情況、加密高程數據量、選擇合適的計算方法等可以有效地提高計算精確度。

2.3 三角剖分法

與上文的方格網法類型，同樣是利用高程數據建立三角網DTM，將坡體劃分為若干三角形網格，然后計算每個三角棱柱的體積，再將所有三角棱柱的體積相加即得到總土石方量。

所對應的計算軟件是MapGIS，其空間分析模塊、DTM分析子模塊中擁有三角剖分法計算功能。通過導入等高線或高程點文件、提取高程數據、生成三角剖分網、蓄積量/表面積計算等一系列操作，得到土石方量（圖2）。

該方法同樣適用于地形起伏較小、坡度變化平緩的場地。如場地起伏過大，則需要加密高程數據來提高精度，防止插值異常。另外，MapGIS不同的插值方法、網格化密度等也都影響著計算結果。因此，高程數據量、合適的計算方法等是提高計算精確度的有效手段。

3 結語

從上文各種方法的計算結果上看，方格網法和三角剖分法較為接近，因為兩者雖然剖分方法不同，但原理類似。而傳統的平行剖面法，概化程度較高，對地形變化的細節忽略得較多，這可能是造成計算結果差距較大的原因。通過加密高程點、計算剖面線等手段能夠有效地提高結算結果的精確度。然而，并不能說明方格網法和三角剖分法的計算結果就是準確的土石方量，需要通過熟練掌握計算原理和軟件操作后，嘗試各種不同的插值方法、剖分密度等手段，反復驗證，最終得到相對準確的計算結果。

總之，方量計算方法多種多樣，每種方法都有其獨特的學科背景、理論基礎、概化條件、適用范圍和精度范圍，因而各種方法之間的相關性、可比性和可檢驗性比較復雜。因此，在計算土方量時，可根據治理場地的實際情況，結合各種方法的特點，選取合適的計算方法。