府谷縣大路峁礦井水土流失分析與預測

高佳佳

（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積沙地貌區。工程建設不可避免地對當地土壤和植被造成破壞，加劇原地面的水土流失，給周邊地區的生態環境造成不良的影響。因此，科學合理地預測項目建設過程中的水土流失類型、強度和空間分布，客觀評價其造成的危害及其對周邊生態的影響，對防治項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，礦井及選煤廠建設規模均為15.0 Mt/a，工程總占地面積85.74 hm2，其中永久占地63.48 hm2、臨時占地22.26 hm2，占地類型全部為草地。根據水利部行業標準《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007）[1]，結合項目區的下墊面情況分析，原地貌土壤侵蝕形式以風力侵蝕為主，屬中度強烈風力侵蝕區，水力侵蝕微弱。

2 水土流失影響因素分析

礦井開發建設，人為擾動地面造成水土資源的破壞和土地生產力的下降，同時在降雨和大風的作用下，誘發、加劇了新的水土流失，造成礦區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因素。

2.1 自然因素

自然因素主要包括風力、水力等侵蝕外營力和地形地貌、土壤物質組成與結構及植被蓋度等下墊面條件，是產生新增水土流失的潛在因素[3]。

（1）風力。項目所在區域屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候。年平均風速為3.4 m/s。連續性大風主要集中于春季及秋冬季，3—6月大風日數占全年大部分，春季是全年最大風速季節，極端最大風速可達30 m/s。強勁的大風構成了風力侵蝕的動力源。

（2）降水。本項目所在區域屬干旱少雨地區，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、強度大，且常以暴雨形式出現。強降雨給地表提供了強大的雨滴擊濺動能和徑流沖刷能量，易發生土壤水力侵蝕和重力侵蝕。

（3）土壤。項目區土壤以風沙土為主，地貌類型為風積沙地貌，在風雨作用下，易產生水土流失。

2.2 人為因素

礦井建設期，各施工單位平整場地，開挖、回填建筑物基礎，修筑道路，埋設管道，表土剝離等施工活動，開挖、擾動地表，使原地貌、地表植被及土體結構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，改變了外營力與土體抵抗力之間的自然相對平衡，最終導致加速侵蝕。

自然恢復期，擾動地表的各項施工活動已經停止，水土流失量較施工期明顯減少，并逐漸趨于原地貌水平，但在植被逐年恢復的過程中仍有一定的水土流失。

3 擾動面積調查與預測

根據工程性質、分布、施工活動特點以及不同功能區水土流失的特點，分為工業場地及周邊、施工生產生活區、臨時排矸場及周邊、場外道路和供電線路各水土流失預測單元[4，5]。本工程已擾動面積31.53 hm2，建設期擾動地表、損毀植被面積54.21 hm2，詳見表1。

表1 擾動地表、損毀植被面積 hm2

本礦井工程建設期共動用土方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 水土流失量預測

4.1 預測時段

本礦井于2012 年9 月開工，由于礦區總體規劃遲遲不能批復，于2015 年2 月停工，2020 年6 月復工，計劃于2023 年12 月底建成達產，總工期73 個月。水土流失預測分為施工期（含施工準備期）和自然恢復期2 個時段，預測時段確定為施工期6 a、自然恢復期5 a。其中，施工期調查時段2.5 a，預測時段3.5 a。

4.2 土壤侵蝕模數

本工程所處區域地貌類型為風積沙地貌，區域水文單元屬內陸水系。項目區土地利用主要為草地，土壤類型以風沙土為主，擾動前風蝕模數約為4 000 t/（km2·a），水蝕模數約為500 t/（km2·a），區域容許土壤流失量為1 000 t/（km2·a）。

擾動地貌土壤侵蝕模數采用引用監測資料法進行確定。風蝕模數采用中國科學院大氣物理所在毛烏素進行的風洞實驗成果資料，廠區風蝕模數12 000 t/（km2·a），施工生產生活區風蝕模數10 000 t/（km2·a），凈水廠施工區風蝕模數12 000 t/（km2·a）。水蝕模數采用燃氣電廠的監測數據，即場外道路水蝕模數為1 500 t/（km2·a）、施工生產生活區水蝕模數為1 200 t/（km2·a）、廠區施工區水蝕模數為2 000 t/（km2·a）、供水管線水蝕模數為1 800 t/（km2·a）。本工程與類比資料屬同一地區，其地形地貌、氣象、土壤、植被、水土流失類型等基本相同，因此本工程的風蝕和水蝕模數直接采用引用資料監測數據，不再作修正。自然恢復期土壤侵蝕模數將逐漸降低，最終達到原地貌水平。開發建設活動停止后，沒有了人為活動的影響，施工擾動區域在植被恢復的情況下，其土壤侵蝕模數要低于施工活動存在的情況，也就是說第一年中隨著土壤的自然沉降、變形、植被生長等，水土流失強度將逐步降低，而第二年的情況就弱于第一年，以此類推。根據調查情況，本工程建設擾動區在無人擾動時第五年基本可以達到原地貌水平。

4.3 水土流失量計算

經過調查，工程建設已造成水土流失量0.674 2萬t，施工期可能造成新增流失量采用下式計算：

式中：Ws1為施工期水土流失總量（t）；Fi為第i個單元預測面積（km2）；MSi為風蝕模數[t/（km2·a）]；MOi為水蝕模數[t/（km2·a）]；TSi為風蝕預測時段（a）；Toi為水蝕預測時段（a）。

施工期末發生水土流失量預測，詳見表2。

表2 施工期末發生水土流失量預測

同理，自然恢復期水土流失量計算結果詳見表3。

表3 自然恢復期水土流失量預測

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、自然恢復期造成新增水土流失量0.712 9萬t。

4.4 預測結果

通過預測分析，本工程水土流失預測結果如下。

（1）水土流失預測時段確定施工期為6 a，自然恢復期為5 a。

（2）根據工程建設特點，確定工程建設水土流失類型為中度強烈風力侵蝕區，水力侵蝕微弱。

（3）預測工程建設在水土流失預測期內擾動地表、損毀植被面積為85.74 hm2。

（4）本工程建設期共動用土方工程量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）預測本工程建設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

由于工程建設導致地表原生地形地貌與植被被破壞、擾動，新增水土流失量顯著提高，進而使一定區域內的生態環境迅速惡化，其危害主要表現在以下幾方面。

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

（2）為沙塵暴、揚沙天氣提供物質源。工程施工過程中形成大范圍的裸露面，在強風的吹蝕下表土隨風搬運，增加了空氣中的沙塵量，促進了揚沙天氣的形成。該區域處于生態脆弱區，植被與地表結皮遭到破壞后很難恢復，易成為局部風沙源地。

（3）增加水土流失量。煤礦建設采挖活動，擾動區地表植被與結皮遭到完全破壞，土壤的結構、組成等發生變化，進而影響土壤的抗侵蝕能力，加上施工過程中產生的疏松堆土，造成新增水土流失，加劇水土流失量。

4.6 預測結果綜合分析

不同預測時段新增水土流失量分析如圖1 所示，由此可知產生水土流失的重點時期為施工期。工程建設過程中因各項施工活動將擾動、占壓、破壞原地貌及植被，形成裸露的挖損、堆積等再塑地貌，在外營力作用下產生加速侵蝕。因此，工程建設期間，應采取工程、植物、臨時措施相結合的方法，做好水土流失防治工作；并在工程建設完成后對可能造成水土流失的面積內各項水保措施加強管護，以便有效控制水土流失的發生和發展，改善工程建設區及周邊地區的生產、生活、生態環境。

圖1 不同預測時段新增水土流失量分析

5 結論及建議

5.1 結論

通過探討分析，本工程水土流失預測可以得出以下結論。

（1）水土流失預測時段確定施工期為6 a，自然恢復期為5 a。

（2）根據工程建設特點，確定工程建設水土流失類型為中度強烈風力侵蝕區，水力侵蝕微弱。

（3）預測工程建設在水土流失預測期內擾動地表、損毀植被面積為54.21 hm2，自然恢復期水土流失面積為20.09 hm2。工程可能造成的水土流失總量為2.812 3萬t。

（4）本工程建設期共動用土方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性意見。根據預測結果，工業場地及周邊、臨時排矸場及周邊是產生新增水土流失量較大的區域，因此在布設防護措施時應以這幾個區域為重點。從以往的經驗看，防治風蝕最有效的手段是植物措施，防治水蝕以工程措施為基礎，結合植物措施。在具體實施時，針對不同工程的施工與生產區域、地段，不同的施工工藝、施工特點與施工季節，因地制宜，因害設防，制定行之有效的防治方案。對于其他水土流失相對不突出的侵蝕區域，也應制定有針對性的防治措施，以減少施工過程中的水土流失量。

根據氣候特點，本項目區侵蝕類型以風力侵蝕為主，水蝕程度相對較輕。水土保持防護措施的設計及布設應以風力侵蝕為主，兼顧水蝕，結合施工特點和工程性質，合理布設。

（2）對施工進度安排的意見。根據預測結果，施工期是新增水土流失較嚴重的時期，建議在施工中加強主體工程施工進度的緊湊安排，有效縮短強流失時段。合理安排各施工區施工進度，在各工程區，植物措施結合主體工程施工進度的安排分期、分批地實施。

（3）對水土保持監測的指導性意見。根據預測結果，工程施工期新增水土流失較為突出，建設期水土保持監測的點位應包括工業場地及周邊、施工生產生活區、臨時排矸場及周邊等。