牛艷秋

(海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

一般地，礦區(qū)周圍地質(zhì)條件良好，礦巖穩(wěn)固，不易形成地質(zhì)災(zāi)害。然而，從水土保持的角度上，采礦形成的邊坡若不實(shí)行防護(hù)，不僅影響礦山的正常生產(chǎn)，而且會(huì)出現(xiàn)滑坡等危險(xiǎn)，排巖場(chǎng)排巖的堆放和表土堆放若攔擋不當(dāng)，將會(huì)引起水土流失，對(duì)周邊環(huán)境造成影響。此外，作業(yè)路徑流若不能及時(shí)導(dǎo)走，也會(huì)造成水土流失，影響礦石的運(yùn)輸。因此，為保證工程建設(shè)完全滿足水土保持的要求，有必要對(duì)采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)、對(duì)排巖場(chǎng)設(shè)計(jì)攔擋、對(duì)作業(yè)路補(bǔ)充補(bǔ)充種植和臨時(shí)排水措施，并輔以植物措施等[1-3]。

1 工程背景

采石場(chǎng)位于海城市南西19km處，礦區(qū)范圍13.07hm2，地質(zhì)儲(chǔ)量：建筑石礦(白云石大理巖)1709.894萬(wàn)t(633.294萬(wàn)m3)，綠泥石礦82.393萬(wàn)t(34.33萬(wàn)m3)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力白云石大理巖2萬(wàn)m3/a，綠泥石4萬(wàn)t/a；預(yù)計(jì)服務(wù)年限1號(hào)露采區(qū)8a，2號(hào)露采區(qū)為14a，地下采區(qū)8a，開(kāi)采標(biāo)高195-110m。

按照礦石儲(chǔ)量規(guī)模，該礦是一個(gè)小型礦山，露天開(kāi)采服務(wù)年限為8-14a，地下礦山服務(wù)年限為8a，露天和地下開(kāi)采綜合，礦山服務(wù)年限取14a。工程占地9.12hm2，其中采場(chǎng)占地4.02hm2，排巖場(chǎng)占地0.66hm2，作業(yè)路占地0.78hm2，洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)占地1.92hm2，料場(chǎng)占地1.74hm2。水土保持防治責(zé)任范圍共9.26hm2，其中項(xiàng)目建設(shè)區(qū)9.12hm2，直接影響區(qū)0.14hm2。

項(xiàng)目所在地屬于國(guó)家級(jí)和省級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)，根據(jù)相關(guān)要求在此區(qū)域內(nèi)一切生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目必須編報(bào)、實(shí)施水土保持方案，并對(duì)局部原生水土流失較嚴(yán)重的地方要加強(qiáng)治理[4-5]。

2 水土流失預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)范圍、單元、內(nèi)容與時(shí)段

1)預(yù)測(cè)范圍。根據(jù)地表受擾動(dòng)程度、工程特點(diǎn)、施工進(jìn)度、水土流失現(xiàn)狀以及項(xiàng)目區(qū)環(huán)境，確定 預(yù)測(cè)范圍為整個(gè)項(xiàng)目占用區(qū)域。工程占地共9.12hm2，因此水土流失預(yù)測(cè)面積為9.12hm2。

2)預(yù)測(cè)單元。依據(jù)工程組成、施工擾動(dòng)特點(diǎn)、水土流失影響程度及地貌特征，將水土流失區(qū)劃分為采場(chǎng)、排巖場(chǎng)、作業(yè)路、洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)、料場(chǎng)5個(gè)預(yù)測(cè)單元。

3)預(yù)測(cè)內(nèi)容。依據(jù)技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，確定水土流失預(yù)測(cè)內(nèi)容如下：①土地?fù)p壞、原地貌和植被擾動(dòng)面積；②水保設(shè)施損壞面積、數(shù)量；③建設(shè)中棄土、棄渣量；④項(xiàng)目造成的水土流失量。

4)預(yù)測(cè)時(shí)段。該項(xiàng)目為改擴(kuò)建建設(shè)生產(chǎn)類項(xiàng)目，基建工程只有2號(hào)采場(chǎng)與2號(hào)排巖場(chǎng)，基建工程量小且時(shí)間短，故預(yù)測(cè)時(shí)段分為運(yùn)行期和自然恢復(fù)期2個(gè)時(shí)段，詳見(jiàn)表1。

表1 水土流失預(yù)測(cè)時(shí)段

2.2 預(yù)測(cè)方法

1)土地?fù)p壞、原地貌、植被擾動(dòng)面積預(yù)測(cè)。根據(jù)主體工程的設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查勘測(cè)，對(duì)工程建設(shè)地表擾動(dòng)、林草植被損壞、土地亞展面積利用計(jì)算法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2)水保設(shè)施損壞面積、數(shù)量預(yù)測(cè)。將圖上測(cè)量與實(shí)地調(diào)查法相結(jié)合，以地貌損壞程度、數(shù)量和各單元占地類型為基礎(chǔ)，根據(jù)遼寧省關(guān)于水土保持設(shè)施的界定預(yù)測(cè)工程可能損壞的水土保持設(shè)施的情況。

3)棄渣量預(yù)測(cè)。根據(jù)主體工程土石方平衡情況預(yù)測(cè)項(xiàng)目建設(shè)期的棄土量，結(jié)合主體工程開(kāi)采工藝中提供的剝采情況、采場(chǎng)年生產(chǎn)能力和采場(chǎng)使用年限預(yù)測(cè)廢石量[6]。

4)水土流失量預(yù)測(cè)。項(xiàng)目運(yùn)行期和自然恢復(fù)期采用《遼寧省第三次土壤侵蝕遙感調(diào)查報(bào)告》中的經(jīng)驗(yàn)公式、遼寧省水土保持研究所關(guān)于采石排渣場(chǎng)土壤侵蝕試驗(yàn)研究得出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)不同的地貌條件選擇相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式或參數(shù)取值，工程建設(shè)擾動(dòng)地表前后土壤流失量可利用下述公式計(jì)算：

(1)

式中：Wsi為土壤侵蝕量，t；Fi、Mi、Ti為預(yù)測(cè)區(qū)i的侵蝕模數(shù)，t/km2·a、面積km2和預(yù)測(cè)時(shí)間a；n為預(yù)測(cè)區(qū)個(gè)數(shù)。

2.2 預(yù)測(cè)成果

1)土地?fù)p壞、原地貌和植擾動(dòng)面積。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和主體工程分析，建設(shè)期和運(yùn)行期共土地?fù)p壞、原地貌和植被擾動(dòng)面積共9.12hm2，詳見(jiàn)表2。

表2 工程擾動(dòng)地表面積

2)水保設(shè)施損壞面積、數(shù)量。依據(jù)有關(guān)規(guī)定要求，對(duì)工程建設(shè)區(qū)占地類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目占地類型為疏林地、跡地和荒地，其中地下采區(qū)采用井采方式，不會(huì)損壞原地貌，故項(xiàng)目水保設(shè)施損壞面積9.12hm2。

3)棄渣量。根據(jù)主體設(shè)計(jì)礦山開(kāi)采境界內(nèi)露采區(qū)開(kāi)拓巖土總量為2.4萬(wàn)m3，洞采區(qū)運(yùn)行期后因市場(chǎng)需要及企業(yè)自用基本上無(wú)排巖，綜上運(yùn)行期共產(chǎn)生永久棄渣2.4萬(wàn)m3。項(xiàng)目料場(chǎng)、作業(yè)路、洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)為原有設(shè)施，基本建設(shè)已完成，無(wú)棄渣。2號(hào)露天采場(chǎng)區(qū)共剝離表土0.5萬(wàn)m3，1號(hào)采場(chǎng)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、2號(hào)排巖場(chǎng)區(qū)、洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)、作業(yè)路區(qū)剝離表土已經(jīng)完成，故臨時(shí)堆放表土計(jì)0.5萬(wàn)m3。剝離的表土臨時(shí)堆存于礦區(qū)內(nèi)的2號(hào)排巖場(chǎng)內(nèi)，礦區(qū)綠化時(shí)用于覆土。

4)水土流失量。該項(xiàng)目為礦山已建項(xiàng)目，生產(chǎn)建設(shè)期已過(guò)，因此只對(duì)運(yùn)行期、自然恢復(fù)期進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)，即預(yù)測(cè)采場(chǎng)區(qū)、排巖場(chǎng)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、洞采區(qū)及辦公生活區(qū)、作業(yè)路區(qū)均可能產(chǎn)生水土流失，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 運(yùn)行期新增水土流失量

在自然恢復(fù)期，各項(xiàng)水保措施特別是植物措施尚不能完全發(fā)揮水保功能，水土流失雖然較建設(shè)期有一定程度的緩解，但是仍然有一定量的發(fā)生。植物措施由于要兩年時(shí)間才能完全發(fā)揮其水保功能，故自然恢復(fù)期預(yù)測(cè)時(shí)間以2a計(jì)算。礦山開(kāi)采終止后，辦公生產(chǎn)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)以及部分作業(yè)路仍將長(zhǎng)期存在下去，故上述不能恢復(fù)的區(qū)域不作預(yù)測(cè)，各功能區(qū)在自然恢復(fù)期水土流失量見(jiàn)表4。

表4 自然恢復(fù)期水土流失量

因此，運(yùn)行期水土流失增量為2544.95t，自然恢復(fù)期水土流失增量為-258.68t，該項(xiàng)目水土流失增量合計(jì)2286.27t。

3 水土保持方案設(shè)計(jì)

3.1 防治目標(biāo)

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)自然條件和水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)，該工程為一級(jí)防治標(biāo)準(zhǔn)。由于礦區(qū)不同功能區(qū)域的建設(shè)、運(yùn)行性質(zhì)差別很大，所以礦區(qū)不同功能區(qū)域分別制定防治標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)定量指標(biāo)如表5。

表5 生產(chǎn)運(yùn)行期水土流失防治目標(biāo)

3.2 整體布局

根據(jù)水土流失預(yù)測(cè)結(jié)論和分區(qū)防治特點(diǎn)，結(jié)合施工區(qū)自然環(huán)境狀況，確定各區(qū)的措施布置，措施配置中以臨時(shí)防護(hù)措施控制集中的水土流失，同時(shí)為植物措施的實(shí)施創(chuàng)造條件[7]。

3.2.1 采場(chǎng)防治措施

露天采場(chǎng)區(qū)占地面積4.02hm2，占地類型為荒地，水土保持防治措施如下：

1)運(yùn)行期防治措施。①截水溝工程：在采場(chǎng)邊緣應(yīng)修筑漿砌石截水溝，以攔截徑流，避免徑流沖刷加劇侵蝕，并保證場(chǎng)內(nèi)徑流順暢排走，使采場(chǎng)下游不致造成沖刷侵蝕。截水溝選用矩形斷面，通過(guò)水力演算，截水溝寬b=0.5m，水深h=0.6m時(shí)，過(guò)流量為0.67m3/s>0.57m3/s，截水溝斷面滿足設(shè)計(jì)要求。采場(chǎng)截水溝長(zhǎng)360m，漿砌厚度20cm，挖方260m3，漿砌石152m3，漿砌石截水溝典型設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 截水溝設(shè)計(jì)圖

2)表土剝離：2號(hào)采場(chǎng)在開(kāi)采前，一次性剝離表土，剝離面積1.8hm2，平均剝離厚度30cm，運(yùn)行期間共剝離表土5000m3。剝離的表土臨時(shí)堆存于排巖場(chǎng)內(nèi)，用于自然恢復(fù)期覆土綠化，平均運(yùn)距500m。

3)邊坡噴固化劑：隨著采礦場(chǎng)臺(tái)階的形成，為有效防止揚(yáng)塵及水土流失，在固定邊坡處采取噴固化劑的方法，噴灑面積1.1hm2。

4)削坡設(shè)平臺(tái)：針對(duì)1號(hào)露天采場(chǎng)形成的近30m的高陡邊坡，原方案設(shè)計(jì)進(jìn)行緩坡處理，方式如下：按10m一個(gè)臺(tái)階，60°坡面角進(jìn)行處理，形成3個(gè)臺(tái)階，3個(gè)平臺(tái)高程為140m、150m、160m，面積3200m2。

5)自然恢復(fù)期防治措施。恢復(fù)植被：采場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束后，在采礦場(chǎng)平臺(tái)上及采場(chǎng)底部進(jìn)行土地平整，然后覆土，植苗栽植刺槐，有效防治水土流失。先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，平整場(chǎng)地2.92hm2，平整后覆土，厚度40cm，覆土面積2.92hm2，共需覆土11680m3，平均運(yùn)距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復(fù)植被，整地規(guī)格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需2.92萬(wàn)株。

3.2.2 排巖場(chǎng)防治措施

設(shè)置排巖場(chǎng)2個(gè)，每采場(chǎng)設(shè)1個(gè)排巖場(chǎng)，面積0.66hm2，標(biāo)高160m，可容納巖石3萬(wàn)m3。運(yùn)行期產(chǎn)生永久棄渣2.9萬(wàn)m3，因此排巖場(chǎng)可滿足礦山的排巖要求。排巖場(chǎng)占地類型為荒地，地勢(shì)較平緩。

1)運(yùn)行期排巖場(chǎng)防治措施。

a)臨時(shí)防護(hù)編織袋擋土墻：運(yùn)行期間對(duì)于排巖場(chǎng)臨時(shí)形成的邊坡在堆體底部用裝土編織袋臨時(shí)擋護(hù)(見(jiàn)圖2)，以減少水土流失，長(zhǎng)度200m，高1.2m，共需編織袋8000個(gè)，裝土240m3。

圖2 排巖場(chǎng)運(yùn)行期編織袋擋墻措施圖

b)2號(hào)排巖場(chǎng)種草：因2號(hào)排巖堆放有剝離的表土近5000 m3，為了減少降雨擊激引起堆放過(guò)程中的水土流失，進(jìn)一步提高防治效果和植被覆蓋度，可在堆體表面撒播草籽。撒播草籽量為15kg/hm2，草種應(yīng)為無(wú)病蟲(chóng)害、生活力強(qiáng)、籽粒飽滿、成熟好和無(wú)霉變的新種子，設(shè)計(jì)以選擇紫花苜蓿，共撒播草籽1.5kg。

2)自然恢復(fù)期防治措施。排巖結(jié)束后，在排巖場(chǎng)平臺(tái)和邊坡上進(jìn)行場(chǎng)地平整覆土種植刺槐，有效防治水土流失。場(chǎng)地平整0.66hm2，覆土厚度40cm，覆土面積0.66hm2，共需覆土2640m3，平均運(yùn)距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復(fù)植被，規(guī)格50×50×50cm，刺槐株行距1×1，共需6600株。

3)排棄過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。排棄前將山坡上的雜草清除，并挖成內(nèi)傾2%-3%的臺(tái)階形式；遇坡度較大地段或者光滑體時(shí)，采取棋盤布點(diǎn)爆破增強(qiáng)基地粗糙度；在排棄過(guò)程中，除留有巖土自然沉降量外，使各排棄平臺(tái)形成2%-3%內(nèi)向坡度，以防止地表水匯流沖刷邊坡而引起細(xì)溝侵蝕及瀉溜等[8]。

3.2.3 作業(yè)路防治措施

1)運(yùn)行期防治措施。

a)臨時(shí)排水溝：在作業(yè)路靠山一側(cè)修建土質(zhì)排水溝，根據(jù)礦區(qū)以往經(jīng)驗(yàn)，選擇排水溝為梯形斷面，底寬30cm，深30cm，邊坡1:1，上口寬90cm。經(jīng)校核完全符合排水要求，總長(zhǎng)660m，挖方396m3。挖出的土方就地整平。

圖3 排水溝設(shè)計(jì)斷面

b)行道樹(shù)：在采場(chǎng)外、礦區(qū)內(nèi)的作業(yè)路單側(cè)栽植行道樹(shù)，樹(shù)種選擇抗塵性能強(qiáng)的刺槐，株距1m，共需刺槐500株。

2)自然恢復(fù)期防治措施：在采場(chǎng)開(kāi)采完畢后，覆土栽植刺槐以恢復(fù)植被。先進(jìn)行土地平整，面積0.12hm2，覆土厚度40cm，共需覆土480m3，平均運(yùn)距500m；穴狀整地種植刺槐以恢復(fù)植被，規(guī)格50cm×50cm×50cm，刺槐株行距1×1，共需1200株。

3.2.4 料場(chǎng)區(qū)防治措施

運(yùn)行期間對(duì)于料場(chǎng)臨時(shí)形成的邊坡在堆體底部用裝土編織袋臨時(shí)擋護(hù)，以減少水土流失，長(zhǎng)度50m，高1.2m，共需編織袋2000個(gè)，裝土60m3。同時(shí)，為了減少料場(chǎng)中的粉質(zhì)性原料發(fā)生風(fēng)蝕的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)利用苫布2000 m2覆蓋料粉，防止風(fēng)蝕水蝕(主體工程已有)，另外，為盡可能的減少水土流失，對(duì)場(chǎng)面實(shí)施硬化措施，面積9000 m2。

3.2.5 洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)防治措施

該區(qū)的主要措施是對(duì)不穩(wěn)定的坡面修建漿砌石擋土墻，長(zhǎng)度為80m；同時(shí)，實(shí)施場(chǎng)面硬化措施2600 m2。

3.2.6 直接影響區(qū)防治措施

礦山車輛運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵或是掉落碎石，從而對(duì)道路正常運(yùn)輸和周邊環(huán)境造成影響。因此，建議在作業(yè)路影響區(qū)內(nèi)安排專人定期清理區(qū)內(nèi)散落的碎石，定期灑水以減少塵土污染。

4 結(jié) 論

文章以海城市英落鎮(zhèn)采石場(chǎng)為例，通過(guò)劃分項(xiàng)目區(qū)水土流失預(yù)測(cè)范圍、單元、內(nèi)容以及時(shí)段，預(yù)測(cè)分析了各分區(qū)可能產(chǎn)生的水土流失量，在此基礎(chǔ)上提出采場(chǎng)場(chǎng)、排巖場(chǎng)、作業(yè)路面、料場(chǎng)區(qū)、洞采及辦公生產(chǎn)區(qū)、直接影響區(qū)的水土保持措施。研究成果有利于降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞效應(yīng)，提高水土保持的穩(wěn)定性，可為其他類似工程水土保持治理和環(huán)境保護(hù)提供參考。