張 勇，王亞峰，趙曉光

（1.西安科技大學(xué)，陜西 西安710054；2.陜西省水利廳，陜西 西安710004；3.咸陽(yáng)市水利局，陜西 咸陽(yáng)712000）

陜西省地域南北狹長(zhǎng)，地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，極易誘發(fā)各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。全省南北氣候差異顯著，年降水量400～1 200mm，且在時(shí)空上分布極不均勻。這些條件使得陜西生態(tài)地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)繁多，水土流失嚴(yán)重。據(jù)陜西省國(guó)土資源廳制定的《陜西省2010年地質(zhì)災(zāi)害防治方案》，全省地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂縫，可劃分出23個(gè)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，總面積1.004×105km2，占全省國(guó)土面積的48.8%。截至2013年7月底，全省地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)9 305處，其中滑坡5 664處，崩塌2 784處，泥石流溝396條，地面塌陷278處，地裂縫183處，直接威脅人口達(dá)50萬(wàn)人，威脅房屋31.6萬(wàn)余間。

陜西省渭北地區(qū)黃土深厚，年降雨集中，植被稀疏，生態(tài)脆弱，但該區(qū)域煤礦資源富集，開(kāi)采歷史較長(zhǎng)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)資源開(kāi)發(fā)的依賴程度相對(duì)較高。地處該區(qū)域的彬長(zhǎng)礦區(qū)，近年來(lái)在大規(guī)模的資源開(kāi)發(fā)和工程建設(shè)中對(duì)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重視不夠，人為地誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步加劇了礦區(qū)水土流失。

1 彬長(zhǎng)礦區(qū)概況

彬長(zhǎng)礦區(qū)位于陜西省西北部的長(zhǎng)武、彬縣和旬邑3縣境內(nèi)，礦區(qū)面積約1 270km2，屬黃土丘陵溝壑區(qū)及黃土高原溝壑區(qū)。礦區(qū)除少數(shù)地帶為基巖出露的土石山區(qū)外，基本上被黃土覆蓋，塬區(qū)黃土蓋層厚度多在250m左右，周邊溝壑密集溝坡陡峻，相對(duì)高差約達(dá)200m［1］。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)為北西緩傾的單斜構(gòu)造，傾角2°～8°，斷層稀少，煤系地層及煤層基本沿區(qū)內(nèi)平緩向斜分布。

礦區(qū)特殊的地貌類(lèi)型和典型的暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候特征，造成礦區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，植被稀少，加之涇河橫貫礦區(qū)中部，境內(nèi)地表水系發(fā)育，流水侵蝕強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量脆弱，是黃河中游水土流失重點(diǎn)區(qū)域之一［2］。

近年來(lái)礦區(qū)實(shí)施以煤炭建設(shè)為主的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，導(dǎo)致礦區(qū)范圍內(nèi)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害事件頻繁發(fā)生，環(huán)境狀況急劇惡化，水土流失面積占全區(qū)面積的81.4%，侵蝕模數(shù)2 546t／（km2·a），其中黃土溝壑農(nóng)業(yè)區(qū)2 451t／（km2·a），平均沖刷深度1.6mm，黃土溝壑 工 礦 區(qū) 3 367t／（km2·a），平 均 沖 刷 深 度2.3mm，土石山區(qū)地面較為完整或植被較好，水土流失較輕，年侵蝕模數(shù)小于500t／（km2·a），平均沖刷深度小于0.1mm。

根據(jù)《陜西省生態(tài)功能區(qū)劃》，彬長(zhǎng)礦區(qū)屬于黃土高原農(nóng)牧生態(tài)區(qū)中的彬長(zhǎng)黃土殘塬農(nóng)業(yè)區(qū)，同時(shí)也是國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)，陜西省人民政府公告的水土流失重點(diǎn)治理區(qū)和重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)。

2 彬長(zhǎng)礦區(qū)水土流失強(qiáng)度及特征

煤炭開(kāi)采過(guò)程中對(duì)土地的挖損、塌陷和壓占都會(huì)造成水土流失，開(kāi)挖會(huì)造成邊坡的失穩(wěn)，形成滑坡；棄土棄渣如果堆放在溝道里為泥石流的發(fā)生提供了大量的松散物質(zhì)；煤礦礦抽和排地下水導(dǎo)致地下水位大幅度下降，土壤濕度減小，植被退化。另外，因煤礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)，相應(yīng)的輔助設(shè)施如公路、建筑物等使礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生較大的改變，導(dǎo)致地表剝離，植被破壞，造成水土流失加劇。

2.1 水土流失程度

在此用土壤侵蝕強(qiáng)度來(lái)反映水土流失程度，根據(jù)水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心制定的《全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中侵蝕強(qiáng)度分級(jí)參考指標(biāo)，彬長(zhǎng)礦區(qū)土壤侵蝕涵蓋了微度、輕度、中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度5個(gè)土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)，其土壤侵蝕類(lèi)型統(tǒng)計(jì)面積如表1所示。

表1 土壤侵蝕類(lèi)型面積統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)礦區(qū)土壤侵蝕的環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析，本區(qū)為水力侵蝕區(qū)，土壤侵蝕強(qiáng)度較大，以強(qiáng)度為主，西部土壤侵蝕強(qiáng)度大于東部。

2.2 礦區(qū)水土流失特征

（1）水土流失過(guò)程的不均衡性。煤礦造成的水土流失不像原生侵蝕那樣按自然侵蝕規(guī)律發(fā)生發(fā)展，而是具有突發(fā)性。因?yàn)樵诿旱V建設(shè)的不同時(shí)期，造成水土流失的程度不同，有時(shí)強(qiáng)烈有時(shí)輕微。一般是開(kāi)始建設(shè)時(shí)有十分嚴(yán)重的水土流失，到生產(chǎn)時(shí)期則保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的侵蝕量級(jí)。

（2）水土流失危害的潛在性。除部分地面擾動(dòng)外，更長(zhǎng)期的是通過(guò)對(duì)地層、地下水等的影響，間接使地面植被退化，地面塌陷，從而加劇了水土流失，具有潛在危害。

（3）水土流失成因以地質(zhì)災(zāi)害為主。礦區(qū)水土流失主要為滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，其特點(diǎn)明顯，具有顯著的區(qū)域和礦區(qū)疊加特征。

3 彬長(zhǎng)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害形成與水土流失關(guān)系

彬長(zhǎng)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害多，分布廣，危害嚴(yán)重，與水土流失密切相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等。

3.1 滑坡與水土流失

滑坡是一定自然條件下的斜坡，由于受自然和人工等因素的影響，部分土體或巖體在重力作用下，沿著一定的軟弱面或帶，整體、間歇地以水平位移為主的變形現(xiàn)象?；率堑V區(qū)一種常見(jiàn)的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)處于黃土丘陵溝壑區(qū)和黃土高原溝壑區(qū)的彬長(zhǎng)礦區(qū)來(lái)說(shuō)，滑坡是規(guī)模大，危害重，成因及性質(zhì)又較復(fù)雜的一種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。導(dǎo)致礦區(qū)滑坡的原因主要為：（1）礦區(qū)原地貌生態(tài)環(huán)境惡劣，暴雨匯集形成徑流快，下切力強(qiáng)，致使溝頭發(fā)生滑坡；（2）溝坡比降大，一般都在10%以上；（3）溝崖臨空大，坡體臨空失穩(wěn)易形成滑塌；（4）汛期雨水多，地下水位升高，誘發(fā)滑坡；（5）地下開(kāi)采引起的地面變形，破壞了斜坡原始應(yīng)力狀態(tài)形成滑坡［3］。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，彬長(zhǎng)礦區(qū)滑坡的產(chǎn)生原因除降雨、地下水位的變化、面蝕作用以外，人類(lèi)采礦及建設(shè)的影響非常明顯。

3.2 崩塌與水土流失

崩塌（又稱崩落、垮塌或塌方）是較陡斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動(dòng)，堆積在坡腳（或溝谷）的地質(zhì)現(xiàn)象。彬長(zhǎng)礦區(qū)基本為黃土覆蓋，由于特殊的地理、氣候條件，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，自然陡坡多，且斜坡多由晚更新世和中更新世黃土層組成，垂直節(jié)理發(fā)育。

據(jù)分析，在不考慮人為因素影響條件下，原生黃土質(zhì)地比較致密堅(jiān)硬，坡度大于50°，相對(duì)高度在30m以上易發(fā)生崩塌；次生黃土結(jié)構(gòu)比較松散，坡度在40°左右即會(huì)發(fā)生崩塌。彬長(zhǎng)礦區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害的產(chǎn)生于斜坡的邊緣，主要是由于斜坡應(yīng)力的釋放，形成與陡坡平行的卸荷裂隙，隨著物理風(fēng)化而日漸擴(kuò)大，并受節(jié)理、開(kāi)采沉降裂縫等，以及切坡、采礦等人類(lèi)工程活動(dòng)的影響［4］。經(jīng)研究分析，彬長(zhǎng)礦區(qū)崩塌災(zāi)害的孕育與發(fā)生，時(shí)間上取決于季節(jié)性降水過(guò)程，空間上取決于人類(lèi)工程活動(dòng)（采石、采煤、切坡）等外部誘發(fā)擾動(dòng)因素，但均與嚴(yán)重的水土流失有關(guān)。

3.3 泥石流與水土流失

泥石流是發(fā)生在山區(qū)溝谷中或坡地上的一種飽含大量泥沙、石塊的固液兩相混合流體，其往往突然暴發(fā)，渾濁的流體沿著陡峻的山溝前推后擁，奔騰而下，在很短時(shí)間內(nèi)將大量泥砂、石塊沖出溝外，在寬闊的堆積區(qū)橫沖直撞、漫流堆積，常常給人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)造成重大危害。嚴(yán)重的水土流失，加之傾倒在溝谷中由于采礦產(chǎn)生的大量剝離棄土，為泥石流的產(chǎn)生準(zhǔn)備了大量的松散物質(zhì)來(lái)源，遇到夏季集中、較強(qiáng)的降雨，疊加造成礦區(qū)泥流的發(fā)生，是礦區(qū)水土流失愈來(lái)愈重的主要原因。

3.4 地面塌陷與水土流失

彬長(zhǎng)礦區(qū)開(kāi)采歷史較長(zhǎng)，開(kāi)采區(qū)域不斷擴(kuò)大，煤炭開(kāi)采后形成的采空區(qū)逐漸出現(xiàn)不同程度的地面變形，形成地面裂縫和沉陷等，致使房屋毀壞、窯洞變形、破壞道路、耕地或工程設(shè)施，同時(shí)誘發(fā)滑坡等斜坡地質(zhì)災(zāi)害，加速了礦區(qū)水土流失。

從實(shí)際調(diào)查與觀測(cè)資料分析，彬長(zhǎng)礦區(qū)地面塌陷有以下特點(diǎn)：（1）下沉系數(shù)大，較非黃土覆蓋區(qū)增大28%，初采下沉系數(shù)可達(dá)0.85以上；（2）移動(dòng)角大，一般沖擊層移動(dòng)角45°，而礦區(qū)黃土層移動(dòng)角一般在53°～64°；（3）地表移動(dòng)變形周期短，傳遞速度快，地表最大下沉主要發(fā)生在活躍期階段；（4）在梁峁溝谷斜坡帶易誘發(fā)山體滑坡等重力型地質(zhì)災(zāi)害，在塬上平坦區(qū)表現(xiàn)為下沉盆地。分析研究表明，地面塌陷災(zāi)變過(guò)程，主要是水力作用對(duì)地表的沖刷過(guò)程，相對(duì)于滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害而言是一個(gè)緩慢的過(guò)程。地面塌陷的發(fā)生，與降雨導(dǎo)致的水土流失密切相關(guān)，但也與斜坡條件、地面植被條件等因素相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)采深度越淺，坡面越破碎，水土流失越嚴(yán)重，發(fā)生地面塌陷的幾率越大。

總之，彬長(zhǎng)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害成因復(fù)雜，分布廣，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的形成過(guò)程與水土流失密切相關(guān)。易發(fā)生崩塌、滑坡的區(qū)域，也易發(fā)生泥石流，只不過(guò)泥石流的暴發(fā)要多一項(xiàng)必不可少的降雨條件。再者，崩塌、滑坡的物質(zhì)經(jīng)常是泥石流的重要固體物質(zhì)來(lái)源。崩塌、滑坡還常常在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中直接轉(zhuǎn)化為泥石流［5］，或者崩塌、滑坡發(fā)生一段時(shí)間后，其堆積物在一定的水源條件下生成泥石流［5］，即泥石流是崩塌和滑坡的次生災(zāi)害。泥石流與崩塌、滑坡有著許多相同的促發(fā)因素。在彬長(zhǎng)礦區(qū)，由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律性和周期性，災(zāi)害頻繁的區(qū)域也是水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域。

4 彬長(zhǎng)礦區(qū)水土流失防治思路及對(duì)策

4.1 礦區(qū)水土流失防治思路

從彬長(zhǎng)煤礦區(qū)水土流失與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系看，水土流失治理必須以防治礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害為核心，從預(yù)防（制度管理）和工程措施防治兩方面入手。

（1）嚴(yán)格控制棄土棄渣的堆放，避開(kāi)水流路線，修建攔擋設(shè)施；邊坡開(kāi)挖要慎重對(duì)待，采取頂部排水及底部支護(hù)，如果可能引起失穩(wěn)要及時(shí)停止。

（2）針對(duì)采空區(qū)、地表塌陷、地裂縫、棄渣場(chǎng)等煤礦區(qū)廢棄地［6］，采用復(fù)墾成套工藝技術(shù)，將其資源化，減少水土流失的場(chǎng)所。復(fù)墾時(shí)從水土保持的角度設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，采取帶狀分階采掘和分階排土，控制水土流失的松散物質(zhì)來(lái)源。適地適時(shí)合理利用工程措施、植物措施、臨時(shí)攔擋措施，控制流失環(huán)節(jié)。

（3）采取生物及微生物措施，提高復(fù)墾土地的生產(chǎn)力及土壤質(zhì)量，從農(nóng)業(yè)技術(shù)角度防治水土流失。

（4）開(kāi)展礦水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和綜合評(píng)價(jià)煤礦水土流失的程度、強(qiáng)度、危害及其對(duì)周?chē)鷧^(qū)域的影響，指導(dǎo)礦區(qū)的水土保持工作。

4.2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治對(duì)策

（1）強(qiáng)化對(duì)采煤活動(dòng)的全過(guò)程管理。主要是做好煤炭資源勘查、煤礦設(shè)計(jì)、礦區(qū)基建和生產(chǎn)、煤礦閉坑4個(gè)階段全過(guò)程的綜合防治，使礦山生態(tài)環(huán)境向良好轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）因地制宜，因害設(shè)防，綜合治理。礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。地域不同，地質(zhì)災(zāi)害的成因和規(guī)模也不同。彬長(zhǎng)礦區(qū)地貌類(lèi)型多，氣候復(fù)雜，在制定防治方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的災(zāi)害現(xiàn)狀及防治目的，因地制宜，采取靈活多樣的防災(zāi)措施，實(shí)行綜合治理。對(duì)面蝕為主的水土流失防治，生物措施效果顯著，而坡面工程、溝道工程等工程措施對(duì)滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蝕效益顯著，因此，要針對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)的災(zāi)害發(fā)生實(shí)際情況，分類(lèi)綜合治理。對(duì)災(zāi)害嚴(yán)重、危害較大的區(qū)域，要優(yōu)先開(kāi)展工程治理，利用一些骨干工程，盡快控制災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)，然后開(kāi)展生物措施，使其功能互補(bǔ)，達(dá)到最佳治理效果。

（3）采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)施綠色礦山生態(tài)重建工程。從水土保持入手，以改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活條件為目標(biāo)，做好生物治理的規(guī)劃設(shè)計(jì)［7］，根據(jù)具體的地貌和地形特點(diǎn)，合理配置林型、樹(shù)種、草類(lèi)，實(shí)行山、水、林、田綜合治理。推行喬、灌、草并舉的治理原則，做到宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，喬灌草合理配置，農(nóng)牧林漁相互結(jié)合。要十分珍惜節(jié)約水資源，引進(jìn)噴、滴、防滲等節(jié)水灌溉技術(shù)，確?；謴?fù)治理成效。

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