上榆泉煤矿一期工程水土保持监测成果分析

王征兰

(忻州市水土保持科学研究所)

1 项目及项目区概况

1.1 项目概况

鲁能河曲矿区上榆泉矿井一期工程,井田地处晋、陕、蒙(黑三角)接壤地区河东煤田的北段,煤层浅,易开采,矿区工业场地坐落在巡镇阳面村东北端300 m处黄河二级阶地上。根据山西鲁能河曲矿区勘测与规划,工程包括上榆泉矿井(一期)和黄柏矿井(二期),矿区总面积 110.6 km2,地质储量 33.04亿 t。上榆泉矿井井田面积 28.47 km2,地质储量 8.8亿 t。一期工程生产规模为 3000 kt/a,主要建设内容为主平硐、副平硐、风井硐、地下井巷、动筛排矸工程、洗煤场、矸石场、风井场、弃渣场、工业场地及进场公路等。

2004年 6月,由山西省水土保持科学研究所编制完成《山西省河东煤田鲁能河曲矿区上榆泉矿井一期工程水土保持方案报告书(报批稿)》;2005年2月 2日,水利部水土保持司以水保监便字[2005]第 62号文进行了批复。工程建设期从 2004年 2月至 2005年 7月,为期 18个月。在此阶段,建设方已按照水土保持方案的要求,在该项目水土流失防治责任范围内实施了水土流失防治措施,使整个项目区的水土流失得到了有效的控制。

1.2 项目区概况

项目区交通方便,由宁武县阳方口经五寨县三岔、韩家楼至河曲县的柏油公路在工业场地西侧400 m处通过,距北同蒲铁路阳方口车站 140 km,新建的河曲电厂铁路专用线在工业场地东侧经过。

项目区地处晋陕峡谷东岸的黄土丘陵沟壑区,为黄河中游多沙粗沙区,属国家级水土流失重点治理区。区域属暖温带大陆性季风气候,年平均气温8.2℃,年平均风速 1.0-2.5 m/s,多年平均降水量425.0 mm,年均蒸发量 1804.6 mm,最大冻土深度1.41 m,无霜期 168 d。

2 监测分区与监测点布设

2.1 监测分区

根据工程实际情况,将项目区分为 2个水土保持监测分区,即黄土缓坡丘陵区和黄土丘陵沟壑区。黄土缓坡丘陵区包括工业场地及施工临时占地、进场道路、铁路车站等,占地面积 32.02 hm2;黄土丘陵沟壑区包括风井场地、主副平硐施工区及弃渣场、矸石场等,占地面积 39.3 hm2。

2.2 监测点布设

根据不同工程对地表扰动特点的不同,按照工程类型在不同监测区选择具有代表性的地段或场地,布设定位监测点。具体位置为矸石场、弃渣场、拦渣坝、工业场地绿化区、施工区临时占地。其中,在弃渣场、矸石场主要调查水保工程防护形式、植物措施布局及其防治效果;在场地绿化区主要调查植物成活率、保存率和生长情况;施工区临时占地主要调查生态恢复情况及其效果;进场道路主要调查排水设施完善情况和道路两边绿化情况;拦渣坝主要观察坝体位移及沉降等安全情况以及两侧开挖面水蚀情况;采空塌陷区主要调查塌陷情况。

3 监测内容

3.1 防治责任范围动态监测

项目的水土流失防治责任范围包括项目建设区和直接影响区。根据工程建设的永久、临时占地实际,准确确定水土流失防治责任范围面积。

3.2 运行期矸石场动态监测

主要通过矸石坝的坝体位移、沉降、排放工艺等对矸石场防治措施实施效果和稳定性进行监测。

3.3 水土流失防治动态监测

主要包括水土保持工程措施和植物措施监测,其中,工程措施主要监测实施数量、质量、防护工程稳定性、完好程度、运行情况和措施的拦渣保土效果;植物措施包括林草种植面积、成活率、保存率、生长情况及林草覆盖率(郁闭度)等。

4 监测方法

4.1 调查监测

调查监测是指定期采取全线路调查的方式,通过现场实地勘测,利用 GPS定位仪结合 1∶5000地形图等工具,按标段测定不同工程量、地表扰动类型和面积及水土保持措施实施情况。面积监测首先对大的调查区按扰动类型进行分区,如堆渣、开挖面等,同时记录调查点名称、工程名称、扰动类型等,然后测定形状和面积。对于弃土弃渣的侵蚀量,选取 5-10 m宽的坡面样方,对每条冲沟测定沟长和上、中、下各部位的沟顶宽、底宽、沟深,推算流失量。

4.2 重点调查

重点调查是在全面调查的基础上,选取各类型区代表性的地段进行深入调查,对所选对象比较完整地分析统计图件、施工、验收等方面的资料并进行汇总,同时对工程、植物措施进行实测,判定其防护效果。

5 监测结果

5.1 防治责任范围动态监测结果

工程建设过程中考虑到运煤便利,设运煤车站一处,占地 3.52 hm2,为永久占地;弃土场由于弃土被利用,故弃土场不存在,占地减为零;弃渣场占地由原来的 1.97 hm2增加为 2.34 hm2;矸石场地址发生了变更,面积由原来的 5.02 hm2增加到31.82 hm2。由于以上建设项目内容的调整及变更,上榆泉煤矿一期工程的防治责任范围由原来的227.31 hm2调整为 246.43 hm2,其中,永久占地由原来的 39.16 hm2减少为 29.35 hm2,而临时占地面积则由原来的 15.16 hm2增加为 42.04 hm2,项目建设区增加为 71.39 hm2,直接影响区增加为175.04 hm2。

5.2 弃土弃渣动态监测结果

工程在设计中认定的基建期土石方开挖量为80.04万 m3,回填量为 5.24万 m3,弃渣(土)量为74.80万 m3。运行期年弃矸石 15万 m3。监测结果显示,施工期实际发生弃土弃渣量为 9.09万 m3,比设计弃土弃渣量减少了 65.71万 m3。

5.3 土壤流失量动态监测结果

(1)工业场地永久建筑物及道路、场地已硬化,建筑指数为 0.86;厂区广场已平整、绿化,绿化指数为 14%。其侵蚀量很小,可计为不流失面积。

(2)弃渣场防治区已布设拦渣工程,所有弃渣均堆放在弃渣场内,其流失量很小,可忽略不计,但需要完善排渣工艺,增设植物措施。

(3)土方开挖区,主要侵蚀方式为重力侵蚀和水力侵蚀。据对 1#拦渣坝左侧取土开挖面实地调查,滑坡段长 5 m,最大高度 6.5 m,滑坡体积为211.6 m3。

为了准确反映区域内的土壤流失状况,监测时段内选择工业场地南面土质开挖面和 1#拦渣坝左侧土质开挖面进行面蚀调查。依据忻州市水土保持科学研究所在河曲曲峪试验场多年的观察资料(观测点距项目区 5 km),并根据监测时段内降雨资料分析,推算出调查区域 0.08 hm2面积的侵蚀量为85.32 t,土壤侵蚀模数为 8532.95 t/km2·a。对有野生植被和工程防护的开挖面 0.024 hm2的监测结果,土壤侵蚀模数为 2100.25 t/km2·a。

5.4 水土保持防治措施监测结果

水土保持工程措施包括 2座拦渣坝、1处挡渣墙,均保存完好,正常运行。土地复垦面积共计7.54 hm2,其中 1#拦渣坝 0.68 hm2,2#拦渣坝0.94 hm2,矸石场 4.01 hm2,临时施工场地1.91 hm2。

水土保持植物措施主要是厂区、开挖边坡、公路、弃渣场等分区绿化,绿化方式以铺草皮、栽植乔木、灌木及花卉为主,同时包括自然植被恢复。厂区完工后绿化面积 3.15 hm2,绿化系数 21.04%;防治责任范围内可恢复的植被面积为 15.50 hm2,其中建设区 14.97 hm2,直接影响区 0.53 hm2,实际恢复植被 11.69 hm2。

5.5 水土流失防治效果动态监测结果

据监测资料分析,上榆泉煤矿一期工程扰动土地整治率为 95.74%,土壤流失控制比达到 0.7,拦渣率达到 98.5%,水土流失治理度为 92.68%,植被恢复系数 75.42%,林草覆盖率 22.35%。对照水土保持方案确定的防治目标,基本达到要求。