大田縣東埔尾廢棄礦山水土流失及治理對策分析

陳景燦

（福建省197 地質大隊 福建泉州 362011）

大田縣東埔尾廢棄礦山位于大田縣建設鎮人民政府南西方，方位230°，直距約0.5 km 處，行政區劃隸屬大田縣建設鎮建強村管轄，地理坐標為北緯25°58＇24.58″～25°58＇33.56″，東經117°46＇58.67″～117°47＇13.77″。礦山距省道S217 最近距離 僅285 m，且已有礦山公路與省道相連，可直達礦山，交通方便。

原礦山為露天開采磚瓦用粘土，原始邊坡高60 m，坡度35°。因礦山采場無序開采，露天采場形成多個不規則形狀的開采平臺，各平臺邊坡較陡，坡度平均約50°。礦山現狀地表裸露，水土流失嚴重，建設鎮人民政府采取直接在平臺及邊坡上植樹、撒草籽等措施對礦山進行復綠，但復綠效果較差。本文通過對東埔尾廢棄礦山現狀分析，提出有效防止水土流失的治理方案，通過對比東埔尾廢棄礦山治理前后的土壤侵蝕模數及水土流失量的變化，為治理方案提供數據上的支持，并為今后廢棄礦山水土流失治理及生態環境地質恢復提供參考依據。

1 礦山水土流失現狀及研究方法

1.1 礦山水土流失現狀

建設鎮人民政府針對東埔尾廢棄礦山情況，積極開展推進廢棄礦山生態恢復工作。具體為邊坡治理采用撒播草籽并覆蓋可降解土工膜，平臺治理采用挖穴種植喬木，但因廢棄礦山治理前未進行削坡分級及修筑截排水溝等措施，致使該廢棄礦山在治理管護期水土流失嚴重，植被成活率低。

1.2 研究方法

為深入了解東埔尾廢棄礦山水土流失具體情況，本文采用美國通用水土流失方程式進行水土流失分析，計算公式如式（1）：

式中：A 為侵蝕模數，是指單位面積單位時間的平均水土流失量，t/（hm2·a）；R 為降雨侵蝕力指數，反映了降雨侵蝕力的大小，MJ·mm/（hm2·h·a）；K 為土壤可蝕性因子，反映土壤易遭受侵蝕的程度，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；L 為坡長因子，是水土流失量與特定長度（22.13 m）的地塊的水土量的比率；S 為坡度因子，是水土流失量與特定坡度（9%）的地塊的水土流失量的比率；C 為作物（植被）經營管理因子，是水土流失量與標準處理地塊（順坡犁翻而無遮蔽的休閑地）的流失量的比率；P 為水土保持措施因子，是水土流失量同沒有水土保持措施的地塊（順坡犁耕的最陡的坡地）的流失量的比率。

2 現狀土壤侵蝕模數(A)計算

2.1 降雨侵蝕力指數(R)

降雨侵蝕力指數計算采用我國著名水土保持專家周伏建等［1］應用于福建地區的計算，如公式（2）：

式中：R 為年降雨侵蝕力指數；Pi為第i 個月降雨量，mm［1-2］。

選取大田縣建設鎮建設站點（經度117.78°，緯度25.98°）2017—2019 年降雨量數據（表1）進行計算。

表1 大田縣建設鎮建設站點2017—2019 年度降水量數據資料 單位：mm

將平均降雨量數據代入公式（2）求得：年降雨侵蝕力指數R=211 MJ·mm/（hm2·h·a）。

2.2 土壤可蝕性因子(K)

土壤可蝕性因子與土壤中的粘粒、有機質有關。根據卜兆宏等［3］的研究成果，依據土壤質地采用查圖表法求K 值。大田縣東埔尾廢棄礦山土壤質地為粘壤土，查表可得K 值應為0.32 t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）。

2.3 坡度-坡長因子(LS)

坡長因子L 與坡度因子S 合并成坡度-坡長因子LS，采用水土流失通用公式（3）計算：

式中：L 為侵蝕坡面的坡長，m；S 為侵蝕坡面的坡度，（°）；m 為指數：sinS＞5%，m=0.5；3.5%＜sinS＜5%，m=0.4；1%＜sinS＜5%，m=0.3；sinS＜1%，m=0.2。

大田縣東埔尾廢棄礦山坡長78 m，坡度50°，所以m=0.5。代入公式（3）求得LS=77.49。

2.4 作物(植被)經營管理因子(C)

根據蔡崇法等［4］專家學者的研究成果，作物（植被）經營管理因子C 值大小與植被種類覆蓋率有關，大田縣東埔尾廢棄礦山屬無植被覆蓋的裸露地，取C=1。

2.5 水土保持措施因子(P)

包含于這一因子中的侵蝕控制措施有：等高耕作、等高帶狀種植、修梯田、土壤保持耕作、輪作等。大田縣東埔尾廢棄礦山未采取任何侵蝕控制措施，取水土保持措施因子P=1。

2.6 現狀土壤侵蝕模數估算

根據公式（1）及坡長因子L 與坡度因子S 合并成坡度-坡長因子LS，計算土壤侵蝕模數（A）如式（4）：

將各項數值代入求得：

根據《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007）東埔尾廢棄礦山現狀土壤侵蝕強度為劇烈級。數據表明當前現狀下極易發生水土流失。

3 治理措施分析

為減輕、消除東埔尾廢棄礦山水土流失，恢復礦山生態地質環境，針對廢棄礦山現狀提出以下治理措施：

（1）削坡分級，具體為將原有邊坡后退，降低邊坡坡度，并按15 m 高度對邊坡進行削坡留設平臺分級。該治理措施既可有效減緩坡面徑流速度，又能為坡面植草提供有利的地形條件。

東埔尾廢棄礦山現狀坡高60 m，坡度50°。預想削坡后，邊坡坡度為45°，坡長85 m，削坡后邊坡分4 級臺階，每級臺階高15 m。

（2）修筑截排水溝，可以有效減少坡面徑流量。預計治理措施為在東埔尾廢棄礦山坡頂修筑截水溝，在各個平臺內側及坡腳修筑排水溝，截水溝排水的一端與平臺及坡腳排水溝相接，向附近溝谷或公路排水溝排泄。

截排水溝設計要素為梯形斷面，溝底寬0.5 m，溝深0.4 m，內坡比1∶1，外坡比1∶1.5。

（3）植被復綠，主要為坡面噴播植草，平臺及坡腳挖穴種植喬木。噴播植草步驟為：清理坡面石塊及雜物→自上而下坡面平鋪掛網并固定→坡面填土→噴播草籽→無紡布覆蓋→植被養護。

4 治理后侵蝕模數估算

4.1 參數變化情況

經過治理后坡度-坡長因子（LS）、作物（植被）經營管理因子（C）、水土保持措施因子（P）將發生顯著變化，降雨侵蝕力指數（R）和土壤可蝕性因子（K）將保持不變。

4.2 變化參數值

（1）坡度-坡長因子（LS）。經過削坡分級后，大田縣東埔尾廢棄礦山坡長85 m，坡度45°，所以m=0.5。代入公式（3）求得LS=68.73。

（2）作物（植被）經營管理因子（C）。采用江忠善等［5］研究的C 因子與植被蓋度V（%）關系式：

預計東埔尾廢棄礦山治理后邊坡植被蓋度可達80%以上，代入公式（5）計算得出：C=0.043。

（3）水土保持措施因子（P）。采用朱紅等［6］、牟金澤等［7］依據黃河中游水土保持實驗站的實測資料，研究結果表明種草的P 值為0.18，即東埔尾廢棄礦山治理后P=0.18。

（4）降雨侵蝕力指數（R）。根據公式（2）降雨侵蝕力指數僅與月降雨量相關，廢棄礦山治理后并不會改變月降雨量，因此降雨侵蝕力指數將保持不變。

（5）土壤可蝕性因子（K）。利用查表法求土壤可蝕性因子（K），其影響因子主要為土壤質地，本復綠方案并未涉及改變土壤質地的措施，因此土壤可蝕性因子（K）保持不變。

4.3 治理后侵蝕模數估算

根據公式（4）將各項數值代入求得：

根據《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007）東埔尾廢棄礦山治理后土壤侵蝕強度為中度級。

5 結論

通過對東埔尾廢棄礦山現狀及治理后土壤侵蝕度模數估算可知，現狀土壤侵蝕模數為523 212 t/（km2·a），土壤侵蝕強度為劇烈級；治理后土壤侵蝕模數為3 592 t/（km2·a），土壤侵蝕強度為中度級；治理后土壤侵蝕模數顯著下降，治理后單位面積每年的水土流失量僅為現狀的1/145。

東埔尾廢棄礦山治理措施主要有削坡分級、修筑截排水溝及植被復綠，預計治理后邊坡植被蓋度可達80%以上。

治理后東埔尾廢棄礦山土壤侵蝕強度為中度級，若想降低土壤侵蝕強度為低度級甚至微度級，應加強治理后植被的養護等工作，提升植被的蓋度及預防水土流失的能力。