龙门县采石场水土流失治理技术

满小军，杨玉泉，张红英

(1.龙门县水务局，广东 龙门 516800;2.龙门县水利水电勘测设计室，广东龙门 516800)

采矿业的发展给国民经济带来了显著效益，但由于诸多矿区早期无序开采，乱采滥挖现象严重，直接破坏了地表植被、改变了微地貌;排出的弃渣侵占了大量的土地，致使矿区周围耕地、林地面积减少。同时，由于矿区开采、弃渣堆积引起的水土流失日益严重，甚至引起崩塌、滑坡、泥石流等灾害，使矿区生态环境及下游水环境遭到破坏，尤其是将弃渣直接倒入河道，不仅影响河道正常行洪，增加了水体的含沙量，而且使下游居民的生产生活用水受到不同程度的影响。

为此，龙门县近年来在采石场生态恢复过程中，根据立地条件、开采规模、治理资金而采取了一系列水土流失防治技术，本文对此进行了总结，以期能为同仁提供参考和借鉴。

1 龙门县概况

龙门县位于广东省中部，珠江三角洲边缘，地处九连山和罗浮山之间，土地总面积2 269.5 km2，山地、丘陵面积占总面积的73%。年均气温20.8℃，极端最高气温39.3℃，极端最低气温－4.4℃。年均降水量2 142 mm，但时空分布不均，4—9月的降水量占全年的80%以上。年均相对湿度82%，年均蒸发量1 220.9 mm，平均风力1～2级，最大风力8级。土壤以厚有机质层厚层花岗岩赤红壤为主，呈酸性，pH值4.5～6.5。

据调查，龙门县有水土流失面积160.69 km2，其中极强烈侵蚀 17.47 km2、强烈侵蚀 72.18 km2、中度侵蚀 56.61 km2，分别占水土流失面积的10.87%、44.92%、35.23%，人为造成的水土流失面积为133.04 km2，占总流失面积的82.79%。采石取土造成的水土流失面积占总流失面积的2.04%，虽然总量不大，但是平均侵蚀模数高达1.37万t/(km2·a)，如不治理，会严重破坏区域生态环境。

2 龙门县采石场水土流失特点及危害

(1)地表植被和土壤破坏严重，岩土扰动程度大。龙门县采石场均为露天开采，开采前要剥离表土，这个过程会毁坏地表植被，形成大量的裸地。随着矿体开采从地表深入地下几十甚至数百米，再塑地貌将取代原有地貌。

(2)产生的大量弃土、弃渣，倾倒至河道或堆置在流域内，诱发地质灾害，影响河道行洪。矿山开采产生的弃土(渣)往往被随意堆放，堆积体在雨水渗透后极易造成滑坡和泥石流，危及下游居民的生命财产安全。大量的弃土(渣)堆置在河道，不仅影响行洪，增加河流输沙量，而且加大了山洪灾害发生的几率和威胁。

(3)破坏景观。一般情况下，采石场生产破坏的植被面积是采坑坑口面积的3～5倍［1］。据统计，龙门县因采石取土造成的水土流失面积有3.27 km2，数量众多的露天采石场严重影响了区域生态环境的质量和自然景观。

(4)恢复困难。采石场闭矿后，开挖形成的高陡石质、土质坡面和弃土(渣)场堆垫形成的再塑地貌等的大量存在，使得区域的生态很难恢复到开采前的状况。

3 龙门县采石场水土流失防治技术

不同的矿区，地理位置不同，植被恢复的立地条件就不同，水土流失特点亦不尽相同，按照“因地制宜、适地适树”的原则［2］，龙门县采取了多种措施相结合的方式对矿区进行治理。

3.1 排水工程

龙门县充沛的降水对采石场开挖、堆垫坡面造成严重的水力侵蚀。为快速疏导矿区地表径流，在设计采石场排水工程时要因地制宜，并充分利用有利地形和自然水系，做到及时将水流疏散，就近分流。龙门县属丘陵区，山地、丘陵面积所占比例较大，矿山生产经常会受到洪水的威胁，特别是在植物护坡实施前，对包括土建作业在内的排水工程进行设计是非常必要的。根据矿区地形地貌及径流量大小，分别在采区外围、道路边坡布设截、排水沟，并注意与下游排洪渠(明渠)配合，严格按照《防洪标准》(GB 50201—94)的规定进行设计;若边坡汇水面积、坡面径流的流速和流量较大，则可在坡面外缘设置多条排水沟，以满足排水需要。除此之外，尽可能地利用原有地形确定排洪渠线，并将渠线布设在矿区一侧，当地形坡度较大时，尽量将排洪渠布置在地势较低处;弯道、跌水经过重要建筑物时，选择适当材料进行护砌。

在弃渣场平台采用U形槽、浆砌石排水沟，砂浆抹面［3］;设置坡面排水沟时，采用黏土或石粉等不透水材料进行内垫，如金磊石场弃渣场经削坡开级后，碾压土质平台，形成不透水层，再利用采石场加工形成的石粉配合一定水泥和砂，对土质排水沟进行砂浆抹面，并沿排水沟上下游适当延伸，既满足了排水的需求，又达到了保护平台的目的。平台排水沟必须与弃渣场周围排水边沟相连接。陡坡地段(坡度达45°时)排水边沟下泄水流的流速快、冲刷力大，应采用消力池消能后再进入下游排水沟或自然沟道，消力池进水口和出水口接急流槽，以减少水流对消力池的损坏。

3.2 边坡治理技术

露天采石场在人工再塑作用下形成的各种坡面，如采区矿体覆盖层土质边坡、弃渣场堆垫边坡、路基边坡等，在重力、水力和人为因素等外营力作用下，易发生块体移动，特别是滑坡、崩塌，常常对矿区生产安全构成威胁。为防止边坡岩石、土体运动，保证边坡稳定，必须对边坡进行治理。

根据龙门县气象、水文条件及矿区施工条件等因素进行坡率校正，确定岩质、土质挖方边坡及填方边坡容许坡度［4］，详见表1—3。

表1 挖方石质边坡容许坡度

根据边坡的特征确定对挖方边坡应采用的防护类型，尤其是在道路可视范围内，要以植物护坡为主，兼顾景观协调［5］。矿区运输道路挖方边坡高度一般小于5 m，土质边坡采用植草护坡，不良地段采用变截面贴坡式浆砌石挡墙拦挡。采区覆盖层开挖边坡高度在5～10 m之间的，质地为黏土、砂土的坡面易受径流冲刷，坡率控制在1∶1～1∶1.5，多采用浆砌石挡墙和人字形(方格形)截水浆砌片石骨架植草护坡相结合的方式进行防护;边坡高度大于10 m的按照8～10 m分级，分级平台宽1～2 m，在平台坡趾设砖砌(或浆砌石)排水沟，平台上部坡面采用草皮护坡，下部5 m范围内采用植草护坡。

表2 挖方土质边坡容许坡度

表3 填方边坡容许坡度

填方边坡按照边坡高度、岩土类型采用不同的边坡坡率。弃渣场堆垫坡面控制在容许范围内，高度小于10 m的，采用植草护坡;大于10 m的按照8～10 m分级，分级平台宽1～2 m，在平台坡趾设砖砌(或浆砌石)排水沟，均采用植草护坡。受地形或征地限制，放坡坡率达不到容许值时，坡率在1∶1～1∶1.5之间、填方土质边坡高度在5～10 m之间的，坡肩以下5 m范围内采用植草护坡，再以下采用浆砌石挡墙和浆砌片石骨架植草护坡相结合的方式防护;边坡高度大于10 m的按照8～10 m分级，分级平台宽1～2 m，采用浆砌片石骨架植草护坡，填方坡趾处根据堆垫面上游径流量、库容量、土壤含水量等实际情况，就地取材，多采用透水拦渣坝或浆砌石挡墙进行拦挡，当堆垫坡率超过1∶1时，严禁使用浆砌片石骨架植草护坡。

3.3 植被恢复技术

3.3.1 植物种的选择

植物种的选择主要根据气象、土壤、水文条件以及预期恢复目标来确定［6］。龙门县属于亚热带季风气候区，区域多雨且雨量不均，4—9月降水量大，为雨季;10月至翌年3月降水量小，为旱季。考虑到露天采石场边坡土壤贫瘠，结合对县内矿区及周边自然生长植被和各矿区水土流失区已恢复植被种类的调查，以“适地适树”为原则，采石场植被恢复多选择耐炎热、耐干旱、耐瘠薄、速生的水土保持植物种(乡土树、草种为主)，见表4。

表4 主要采用的植物种

3.3.2 坡面绿化

坡面覆绿需要因地制宜，以景观自然化、植物乡土化为基本理念，把握经济、实用、美观的原则，合理选择植物种类。根据采石场生态恢复治理技术条件和治理能力，龙门县在坡面治理过程中，除结合坡面情况采取工程措施外，还特别注意保护山顶和周边的原生植被，尤其是具有水源涵养功能的植物，从而极大地减轻了坡面受水流冲刷的程度。

(1)石质坡(台)面绿化。治理时主要考虑开采台阶的坡度、高度、岩性和立地条件。据调查，龙门县矿山开采台阶高度多为12～25 m，台阶坡面角65°～80°，局部达到 90°，终了平台宽4～6 m。按照采区开挖状态和种植方式，石质坡(台)面绿化模式主要有两种:①终了平台带状种植。在平台外缘修建挡土墙，挡土墙高度略高于覆土厚度，覆土厚度与所选乔、灌、草种的生态学特性相适应，通常覆土厚度0.8～1.2 m。绿化采取乔灌、乔藤、灌草等混交种植方式，选择的乔木有湿地松、大叶相思、大叶合欢、木荷，灌木有油茶、云实等;在平台外缘挡土墙内侧及平台坡趾处，种植葛藤、爬山虎等攀缘能力强的藤本植物。②石壁植生槽绿化。对坡度不大于45°的边坡，在坡面上按一定行距人工开挖楔形沟槽(植生槽)［7］，槽内回填客土和施加有机肥，选择爬山虎、葛藤等藤本植物和油茶、云实等灌木;坡度大于45°的边坡，在石缝中添加客土，栽种袋装苗，或在石壁上开凿植生槽，加填客土，栽植藤本植物［8］。在采坑坡脚处覆土，种植速生高大乔木，以遮挡裸露石壁。

(2)土质坡面绿化。根据坡面的坡度、坡向及土壤质地，将种草与造林有机结合起来。开挖面采用挖沟植草防护，按照边坡坡度容许值确定边坡坡率后，在坡面上按照一定的行距人工开挖楔形沟槽。施工工序为:平整坡面—排水设施施工—楔形沟施工—回填客土—撒播—前期养护。挖沟植草必须注意边坡排水系统的设置，坡顶、坡脚及分级平台须设置排水沟，根据坡面水量的大小设置坡面纵向排水沟，横向间距一般为30～40 m，沟槽横向须设置5%的反坡以保证回填客土的稳定，回填土体要压实，草种撒播后要及时浇水。坡面绿化后根据植被后期生长情况及时追肥，并对稀疏区(造林成活率在41% ～81%之间)进行补植［9］。

龙门县的矿区弃渣场和工业场地一般为堆垫地貌，生态恢复按照原有地类进行恢复［10］。弃渣场坡率按照规范要求和造林、种草植物生长的生物学特性，坡率要小于1∶1.5。土层较薄的砂质或土质坡面适于种草护坡［11］，目前选用对土壤要求不严、生长快、耐干旱的低矮匍匐型草种，如百喜草、狗牙根、糖蜜草、画眉草、香茅等。

3.4 土地整治

根据采石场不同的人工地貌类型，土地整治亦采取不同的整治方式和施工方法。土地整治一般按照挖填方—土地平整—土地整形—覆土的程序实施。对于采区挖损地貌的整治主要采用回填推平或形成适合坡度，使整体达到平面和立面的要求，如采石场开采终了石质坡面实施的修帮及放缓坡度工程，最终的帮坡角和台阶坡面角根据岩石稳定情况确定(如花岗岩最终帮坡角45°～48°，台阶坡面角65°～73°);对弃渣场、运输道路路基等堆垫地貌采取整形、放坡及加固等方法，弃渣场一般为从上至下堆垫，整平宜采取拉台阶落推法，主要是整坡和拉台阶，即按照堆填高度和岩土类型放缓坡度，自上而下整成台阶状。覆土厚度按种植植被生长特性进行确定，乔、灌木0.8 ～1.0 m，草0.3 m。

3.5 农业耕作技术

龙门县人多地少，人地矛盾十分突出。为解决县内不断升级的人地矛盾，矿山采区、弃渣场按照批复的水土保持方案通过土地整治后，根据当地土地利用规划和群众的实际需要，依坡向、坡位及坡度确定是恢复为耕地还是林业生态用地［12］。对于坡度15°以下的平缓土地，表土回覆后，修筑梯田恢复为农业用地;15°以上修建水平台、水平阶，恢复为林业用地。这些措施的实施不仅能有效防治水土流失，而且还提高了治理区域的土地生产力，基本能满足农、林业的要求。

针对矿区土地整治结束后存在的土壤肥力低、结构不良、排水能力差等问题，通常采用适当的农业耕作措施来提高土地生产力，如增施有机肥(沤肥、厩肥、人粪尿等)，改良土壤结构及其理化性质、提高土壤保肥能力;在土地整治后直接种植豆科植物(大豆);结合本地耕作制度，实行轮作、间作等多种耕作方式，在一个轮作周期内安排一段时间适当种植豆科植物，为土壤提供大量的有机质和氮素，改良土壤结构。

4 结语

采石场受损生态恢复治理是一项复杂而又系统的工作，应在调查生态本底的基础上，以保护观念为指导，因地制宜，以科学合理、经济实用为原则，分析整体环境与局部受损环境的差异，选择生态防护与经济投入产生综合效益最佳的措施进行规划设计。因此，需要更进一步地深入研究，并在实践中不断探索新的治理方法与措施。同时，项目业主必须根据水土保持方案的内容，按照水土保持法的要求落实“三同时”制度，防治水土流失，以减少采石场生产对周边生态环境的影响。

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