大型花崗巖礦水土保持分區治理實踐

牛文鵬，吳 丹，楊 敏，高 俊

(珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510000)

隨著經濟的發展和工程建設的需求急劇增大，珠江三角洲地區花崗石市場需求旺盛。在大型花崗巖礦開采過程中，人為施工因素已經成為水土流失的主導因素[1]，防治開發建設項目導致的水土流失是區域水土保持的關鍵[2]。

廣東省珠海市斗門區斗門鎮竹仔嶺礦區建筑用花崗巖礦為新建生產建筑用花崗巖石場建設項目，為采礦破碎聯合工程，各防治分區均存在不同程度的水土流失隱患，剝離風化土和風化巖規模114萬m3/a。水土流失主要存在于場地內裸露地表、尚未綠化的裸露邊坡、臨時堆土等區域，擾動地表面積144.30hm2，損毀植被面積129.29hm2，嚴重加大了水土流失發生的可能性和危害程度。

本文以花崗巖石場建設項目施工預期造成水土流失破壞為研究背景，在水土流失防治分區的基礎上進行水土流失預測，并采取工程與植物措施相結合的綜合防治措施，以期使由工程建設引起的水土流失降到最低程度，達到保水固土的目的。

1 項目區流失現狀和危害分析

1.1 工程建設區水土流失現狀

竹仔嶺礦區項目位于珠海斗門區斗門鎮，不屬于國家級及廣東省水土流失重點預防區和重點治理區，但屬于珠海市水土流失重點治理區，區域水土流失主要為受水力侵蝕的南方紅壤丘陵區，植被覆蓋密度較高，水土流失輕微[3]。項目區土壤侵蝕類型區屬南方紅壤丘陵區，以微度水力侵蝕為主，容許土壤流失量500t/(km2·a)，目前設計階段施工擾動較小。

1.2 水土流失危害分析

分析周邊的環境現狀和施工開采計劃，發現本項目占地面積大，開挖土石方量大，施工時間較長，施工工藝比較復雜，將對地表擾動破壞的程度也相應較大。具體表現如下。

(1)影響附近林地和基本農田，礦區周邊主要為林地，皮帶廊兩側為基本農田，如防護不當，松散堆土可能會壓占及破壞植被[4]，進而對周邊植物的正常生長和當地生態環境造成一定的危害和不良影響。

(2)影響周邊溪溝行洪和防洪，礦區北側和東側有山塘、魚塘和小溪流，礦山生產過程中松散土方以及排土場堆放的松散剝離覆土在降雨的沖刷以及徑流的作用下易進入山塘和小溪流中[5]，進而造成溪流堵塞而影響行洪能力。

(3)影響周邊村民的正常生活。礦山地表大面積裸露，形成人為的高陡邊坡，將使土壤下滲、涵養水分的能力降低，植被難以生長，若不注重水土流失的全面防治，勢必對附近村民的正常生產生活帶來負面影響。

2 水土流失分析與預測

科學預測工程建設過程中造成的水土流失及其影響，可為重建和恢復區域生態防護體系提供依據，從而保證項目建設的安全施工以及生態環境的良性循環。

2.1 預測單元及預測時段

根據項目區環境和水土流失現狀，確定本工程水土流失預測范圍為地表被擾動、損毀地表植被的面積。預測單元確定應按地形地貌、擾動方式、擾動后地表的物質組成、氣象特征等相近的原則劃分。

根據以上分析，本項目土壤流失量按露天采礦區、工業場地區、排土場區、辦公生活區、礦山道路區、皮帶廊區等6個預測單元進行測算。

工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建設期、自然恢復期和生產期3個階段。各預測單元預測時段根據施工所處時段占整個雨季時段的比例計算，超過雨季長度而不足1a的按1a計算，自然恢復期按2a計算，礦山生產期按18a計算。

2.2 土壤流失預測

本地區容許土壤流失量為500t/(km2·a)。通過對在建項目實地調查或觀測，經必要修正后得出預測單元和時段的土壤侵蝕模數，采用以下公式計算土壤流失量：

(1)

式中，W—土壤流失量，t；j—預測時段，j=1，2，3，即指基建期、生產期和自然恢復期3個時段；i—預測單元，i=1，2，3…(n-1)，n；Fji—第j預測時段，第i預測單元面積，km2；Mji—第j預測時段，第i預測單元土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Tji—第j預測時段，第i預測單元的預測時段長，a[6]。

經對現場進行水土流失調查，同時根據項目區周邊植被覆蓋狀況、降雨以及氣候條件等因素，工程占地范圍土壤侵蝕模數背景值取值500t/(km2·a)。項目區自然恢復期采用土壤侵蝕模數值1000t/(km2·a)。

通過預測，在不采取任何水土保持措施的情況下，礦山基建期、自然恢復期以及生產期可能造成的土壤流失量總量為107452t，新增土壤流失100238t。從預測結果來看，水土流失主要發生在露天采礦區及工業場地區。分區預測結果見表1。

表1 水土流失量預測結果

3 水土保持措施

3.1 防治區劃分

根據各區之間具有顯著差異性，相同區內造成水土流失的主導因子相近或相似，一級分區應具有控制性、整體性、全局性，各級分區應層次分明，具有關聯性和系統性的分區原則[7]，工程建設的施工特點及工程類型，考慮到本項目施工過程中主體工程產生的水土流失類型、強度的差異，本項目劃分為露天采礦區、工業場地區、排土場區、辦公生活區、礦山道路區、皮帶廊區等6個水土流失分區。

3.2 水土流失防治措施體系

本項目水土流失防治措施總體布局遵循“因地制宜、因害設防”的原則。根據工程特點，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結合的防治方案。

工程建設期以臨時排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時措施為主，工程建設后期則以工程措施與植物措施相結合，排水工程和綠地建設為主。本工程形成一個完整的水土流失防治體系。

3.3 水土保持典型措施

本項目各項措施在保障主體工程正常運行的同時，亦有部分措施具有水土保持功能，主要包括綠化工程、邊坡生態防護、排水工程及路面硬化等[7]，詳見表2。

表2 對主體工程設計中具有水保功能的措施

3.3.1 臨時排水溝和沉沙池

本項目區外匯水面積較大，單個匯水區均有多個排水出口，根據主體工程設計排水溝尺寸，在匯水區內布設臨時排水溝，在各獨立匯水分區設置多種類型的臨時排水溝，可根據現場實際情況調整臨時排水溝尺寸。主要有磚砌和土質2種，如圖1所示。

沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸壓灰砂磚襯砌，并用1∶2水泥砂漿抹面，底部為現澆C15混凝土底板。如圖2所示。

圖1 臨時排水溝平面示意圖

圖2 多級沉沙池剖面圖

3.3.2 臨時攔擋典型布設

施工過程中，為防止水土流失，在臨時堆土的邊坡坡腳處設置土袋擋墻，采用編織袋裝土進行臨時攔擋，采用梯形斷面。

3.3.3 臨時覆蓋布設

在土方臨時堆放過程中，如遇暴雨、大暴雨等惡劣天氣，在降雨來臨前對場地內堆放土方及還未夯實的松散裸露地表采用土工布進行臨時覆蓋，防止施工期間松散泥沙直接隨雨水沖刷進入周邊排水通道，對雨水管道造成淤積或堵塞，影響周邊雨水的排放。

3.3.4 擋水埂

為了使路基地表徑流能夠集中到坡面截排水溝，在路基與邊坡交接處設置一道土質擋水埂擋水。擋水埂就地采用筑路土方填筑，每隔200m預留缺口與坡面急流槽連接。擋水埂斷面為梯形，頂寬20cm，底寬40cm，高20cm。

3.3.5 表土剝離

項目占地為耕地、林草地，林草地表層土所含表土的腐質較高，耕地土壤肥力較高，都是比較寶貴的土壤資源，需進行表土剝離保留，用于后期綠化覆土。表土采用機械配合人工剝離的方式，剝離厚度20～30cm，直接運輸至東段路基工程區回填。

3.3.6 植物措施布設

本項目所在地土壤類型主要為赤紅壤，赤紅壤往往侵蝕嚴重，土體薄，林木立地條件差，生物積累量較少，肥力較低，富含鈣質，但生物積累量比較弱，速效磷含量低。因此，在布設植物措施時，應選擇耐瘠薄耐干旱、固土能力強、適應性強的植物。

按照“適地適樹、適地適草”的原則選擇狗牙草、百喜草等為主要草種，施工時因地制宜擇優選種。草本采用撒播的方法，將草籽均勻撒在整好的地上，然后用耙或耱等方法覆土埋壓，覆土厚度一般為0.5～1.0cm，草籽撒播一般在雨季較好。

4 礦區水土保持監測與評價

4.1 水土保持監測

水土保持監測是從保護水土資源和維護生態環境的角度出發，運用多種手段和方法，及時掌握主體工程建設引發水土流失的影響因子、擾動范圍和土壤侵蝕強度及其動態變化，對水土保持措施的防治效果作出科學的評價[8]。

本項目監測內容主要為擾動地表情況，取土(石、料)，棄土(石、渣)情況，水土流失情況和水土保持措施實施情況及效果等。監測方法主要采用地面觀測、實地量測、無人機監測、資料分析相結合的方法。水土保持監測點布設應遵循代表性、方便性、少受干擾的原則，選擇水土流失較大的位置，水土流失造成危害較大的區域，本項目共布設6個水土保持重點監測點。

4.2 水土保持評價

本項目總占地面積為144.30hm2，項目建設將擾動地表、破壞土地，擾動地表類型主要為其他土地、草地、水域及水利設施用地和交通運輸用地。通過實施本方案，至基建期設計水平年，預計可以達到以下幾個方面的效果。

(1)水土流失治理度方面，基建期施工造成水土流失的總面積為70.09hm2，水土流失治理達標面積69.74hm2，治理度達到99.79%。

(2)土壤流失控制比方面，水土保持措施效益顯著。基建期末的水土流失侵蝕模數目標值為500t/(km2·a)，實際控制值為500t/(km2·a)，方案水土流失控制比達1.0。

(3)渣土防護率方面，基建期內共產生棄方總量118.97萬m3，其中111.69萬m3礦泥被壓濾成泥餅，提供給其他企業制磚；廠區建設產生棄方7.28萬m3，將其運至排土場堆放，攔渣率達99%。

(4)表土保護率方面，根據工程征占地情況，防治責任范圍內表土剝離總量約18.72萬m3，表土剝離后堆放于排土場用于后期綠化覆土，表土保護率可達到99%。

(5)林草植被恢復率方面，基建期末可恢復植被面積2.76hm2，至設計水平年末，植被恢復面積2.76hm2，林草植被恢復率可達到100%，減少了工程建設對項目建設區的影響。

(6)林草覆蓋率方面，建設區面積為39.64hm2，植被恢復面積為2.76hm2，林草覆蓋率為6.96%。

通過以上的定量分析，基建期末水土保持措施實施后礦區內水土保持基礎效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護率、林草植被恢復率、林草覆蓋率等各項防治指標均可達到或超過方案確定的目標值。具體見表3。

表3 防治效果分析值與防治目標值對比分析表

5 結論

本文以花崗巖石場建設項目施工期和植被恢復期造成水土流失破壞為研究背景，從水土流失分析與預測、水土保持措施體系以及水土保持監測與評價多方面進行分析論證，工程共劃分6個水土流失防治分區，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結合的防治方案，工程建設期以臨時排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時措施為主，工程建設后期則以工程措施與植物措施相結合，排水工程和綠地建設為主。本方案實施后，礦區各項防治指標均可達到或超過方案確定的目標值。

本文重點研究花崗巖石場建設項目施工期和植被恢復期水土流失預測與水土保持措施體系，工程實施后具有顯著的生態效益，本文僅簡單定量分析，今后仍將加強對水土保持效益科學評價體系的研究。