陕西省彬长矿区水土流失与地质灾害的关系初探

张 勇，王亚峰，赵晓光

（1.西安科技大学，陕西 西安710054；2.陕西省水利厅，陕西 西安710004；3.咸阳市水利局，陕西 咸阳712000）

陕西省地域南北狭长，地质地貌条件复杂，极易诱发各类地质灾害的发生。全省南北气候差异显著，年降水量400～1 200mm，且在时空上分布极不均匀。这些条件使得陕西生态地质灾害种类繁多，水土流失严重。据陕西省国土资源厅制定的《陕西省2010年地质灾害防治方案》，全省地质灾害类型主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂缝，可划分出23个地质灾害易发区，总面积1.004×105km2，占全省国土面积的48.8%。截至2013年7月底，全省地质灾害隐患点9 305处，其中滑坡5 664处，崩塌2 784处，泥石流沟396条，地面塌陷278处，地裂缝183处，直接威胁人口达50万人，威胁房屋31.6万余间。

陕西省渭北地区黄土深厚，年降雨集中，植被稀疏，生态脆弱，但该区域煤矿资源富集，开采历史较长，区域经济社会发展对资源开发的依赖程度相对较高。地处该区域的彬长矿区，近年来在大规模的资源开发和工程建设中对地质环境保护重视不够，人为地诱发滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害，进一步加剧了矿区水土流失。

1 彬长矿区概况

彬长矿区位于陕西省西北部的长武、彬县和旬邑3县境内，矿区面积约1 270km2，属黄土丘陵沟壑区及黄土高原沟壑区。矿区除少数地带为基岩出露的土石山区外，基本上被黄土覆盖，塬区黄土盖层厚度多在250m左右，周边沟壑密集沟坡陡峻，相对高差约达200m［1］。矿区地质构造形态为北西缓倾的单斜构造，倾角2°～8°，断层稀少，煤系地层及煤层基本沿区内平缓向斜分布。

矿区特殊的地貌类型和典型的暖温带半干旱大陆性季风气候特征，造成矿区内沟壑纵横，植被稀少，加之泾河横贯矿区中部，境内地表水系发育，流水侵蚀强烈，水土流失严重，生态环境质量脆弱，是黄河中游水土流失重点区域之一［2］。

近年来矿区实施以煤炭建设为主的经济开发战略，导致矿区范围内环境地质灾害事件频繁发生，环境状况急剧恶化，水土流失面积占全区面积的81.4%，侵蚀模数2 546t／（km2·a），其中黄土沟壑农业区2 451t／（km2·a），平均冲刷深度1.6mm，黄土沟壑 工 矿 区 3 367t／（km2·a），平 均 冲 刷 深 度2.3mm，土石山区地面较为完整或植被较好，水土流失较轻，年侵蚀模数小于500t／（km2·a），平均冲刷深度小于0.1mm。

根据《陕西省生态功能区划》，彬长矿区属于黄土高原农牧生态区中的彬长黄土残塬农业区，同时也是国家级重点治理区，陕西省人民政府公告的水土流失重点治理区和重点监督区。

2 彬长矿区水土流失强度及特征

煤炭开采过程中对土地的挖损、塌陷和压占都会造成水土流失，开挖会造成边坡的失稳，形成滑坡；弃土弃渣如果堆放在沟道里为泥石流的发生提供了大量的松散物质；煤矿矿抽和排地下水导致地下水位大幅度下降，土壤湿度减小，植被退化。另外，因煤矿的开发建设，相应的辅助设施如公路、建筑物等使矿区的生态环境发生较大的改变，导致地表剥离，植被破坏，造成水土流失加剧。

2.1 水土流失程度

在此用土壤侵蚀强度来反映水土流失程度，根据水利部水土保持监测中心制定的《全国土壤侵蚀遥感调查技术规程》中侵蚀强度分级参考指标，彬长矿区土壤侵蚀涵盖了微度、轻度、中度、强度和极强度5个土壤侵蚀强度等级，其土壤侵蚀类型统计面积如表1所示。

表1 土壤侵蚀类型面积统计

通过对矿区土壤侵蚀的环境统计分析，本区为水力侵蚀区，土壤侵蚀强度较大，以强度为主，西部土壤侵蚀强度大于东部。

2.2 矿区水土流失特征

（1）水土流失过程的不均衡性。煤矿造成的水土流失不像原生侵蚀那样按自然侵蚀规律发生发展，而是具有突发性。因为在煤矿建设的不同时期，造成水土流失的程度不同，有时强烈有时轻微。一般是开始建设时有十分严重的水土流失，到生产时期则保持一个相对稳定的侵蚀量级。

（2）水土流失危害的潜在性。除部分地面扰动外，更长期的是通过对地层、地下水等的影响，间接使地面植被退化，地面塌陷，从而加剧了水土流失，具有潜在危害。

（3）水土流失成因以地质灾害为主。矿区水土流失主要为滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等环境地质灾害类型，其特点明显，具有显著的区域和矿区叠加特征。

3 彬长矿区环境地质灾害形成与水土流失关系

彬长矿区环境地质灾害多，分布广，危害严重，与水土流失密切相关的地质灾害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等。

3.1 滑坡与水土流失

滑坡是一定自然条件下的斜坡，由于受自然和人工等因素的影响，部分土体或岩体在重力作用下，沿着一定的软弱面或带，整体、间歇地以水平位移为主的变形现象。滑坡是矿区一种常见的环境地质灾害，对处于黄土丘陵沟壑区和黄土高原沟壑区的彬长矿区来说，滑坡是规模大，危害重，成因及性质又较复杂的一种环境地质灾害现象。导致矿区滑坡的原因主要为：（1）矿区原地貌生态环境恶劣，暴雨汇集形成径流快，下切力强，致使沟头发生滑坡；（2）沟坡比降大，一般都在10%以上；（3）沟崖临空大，坡体临空失稳易形成滑塌；（4）汛期雨水多，地下水位升高，诱发滑坡；（5）地下开采引起的地面变形，破坏了斜坡原始应力状态形成滑坡［3］。通过分析可以发现，彬长矿区滑坡的产生原因除降雨、地下水位的变化、面蚀作用以外，人类采矿及建设的影响非常明显。

3.2 崩塌与水土流失

崩塌（又称崩落、垮塌或塌方）是较陡斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动，堆积在坡脚（或沟谷）的地质现象。彬长矿区基本为黄土覆盖，由于特殊的地理、气候条件，区内沟壑纵横，自然陡坡多，且斜坡多由晚更新世和中更新世黄土层组成，垂直节理发育。

据分析，在不考虑人为因素影响条件下，原生黄土质地比较致密坚硬，坡度大于50°，相对高度在30m以上易发生崩塌；次生黄土结构比较松散，坡度在40°左右即会发生崩塌。彬长矿区内崩塌灾害的产生于斜坡的边缘，主要是由于斜坡应力的释放，形成与陡坡平行的卸荷裂隙，随着物理风化而日渐扩大，并受节理、开采沉降裂缝等，以及切坡、采矿等人类工程活动的影响［4］。经研究分析，彬长矿区崩塌灾害的孕育与发生，时间上取决于季节性降水过程，空间上取决于人类工程活动（采石、采煤、切坡）等外部诱发扰动因素，但均与严重的水土流失有关。

3.3 泥石流与水土流失

泥石流是发生在山区沟谷中或坡地上的一种饱含大量泥沙、石块的固液两相混合流体，其往往突然暴发，浑浊的流体沿着陡峻的山沟前推后拥，奔腾而下，在很短时间内将大量泥砂、石块冲出沟外，在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积，常常给人类生命财产造成重大危害。严重的水土流失，加之倾倒在沟谷中由于采矿产生的大量剥离弃土，为泥石流的产生准备了大量的松散物质来源，遇到夏季集中、较强的降雨，叠加造成矿区泥流的发生，是矿区水土流失愈来愈重的主要原因。

3.4 地面塌陷与水土流失

彬长矿区开采历史较长，开采区域不断扩大，煤炭开采后形成的采空区逐渐出现不同程度的地面变形，形成地面裂缝和沉陷等，致使房屋毁坏、窑洞变形、破坏道路、耕地或工程设施，同时诱发滑坡等斜坡地质灾害，加速了矿区水土流失。

从实际调查与观测资料分析，彬长矿区地面塌陷有以下特点：（1）下沉系数大，较非黄土覆盖区增大28%，初采下沉系数可达0.85以上；（2）移动角大，一般冲击层移动角45°，而矿区黄土层移动角一般在53°～64°；（3）地表移动变形周期短，传递速度快，地表最大下沉主要发生在活跃期阶段；（4）在梁峁沟谷斜坡带易诱发山体滑坡等重力型地质灾害，在塬上平坦区表现为下沉盆地。分析研究表明，地面塌陷灾变过程，主要是水力作用对地表的冲刷过程，相对于滑坡、泥石流等地质灾害而言是一个缓慢的过程。地面塌陷的发生，与降雨导致的水土流失密切相关，但也与斜坡条件、地面植被条件等因素相关。一般来说，开采深度越浅，坡面越破碎，水土流失越严重，发生地面塌陷的几率越大。

总之，彬长矿区环境地质灾害成因复杂，分布广，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害的形成过程与水土流失密切相关。易发生崩塌、滑坡的区域，也易发生泥石流，只不过泥石流的暴发要多一项必不可少的降雨条件。再者，崩塌、滑坡的物质经常是泥石流的重要固体物质来源。崩塌、滑坡还常常在运动过程中直接转化为泥石流［5］，或者崩塌、滑坡发生一段时间后，其堆积物在一定的水源条件下生成泥石流［5］，即泥石流是崩塌和滑坡的次生灾害。泥石流与崩塌、滑坡有着许多相同的促发因素。在彬长矿区，由于地质灾害发生的规律性和周期性，灾害频繁的区域也是水土流失最为严重的区域。

4 彬长矿区水土流失防治思路及对策

4.1 矿区水土流失防治思路

从彬长煤矿区水土流失与地质灾害关系看，水土流失治理必须以防治矿区地质灾害为核心，从预防（制度管理）和工程措施防治两方面入手。

（1）严格控制弃土弃渣的堆放，避开水流路线，修建拦挡设施；边坡开挖要慎重对待，采取顶部排水及底部支护，如果可能引起失稳要及时停止。

（2）针对采空区、地表塌陷、地裂缝、弃渣场等煤矿区废弃地［6］，采用复垦成套工艺技术，将其资源化，减少水土流失的场所。复垦时从水土保持的角度设计排水系统，采取带状分阶采掘和分阶排土，控制水土流失的松散物质来源。适地适时合理利用工程措施、植物措施、临时拦挡措施，控制流失环节。

（3）采取生物及微生物措施，提高复垦土地的生产力及土壤质量，从农业技术角度防治水土流失。

（4）开展矿水土流失动态监测与分析评价，准确预测和综合评价煤矿水土流失的程度、强度、危害及其对周围区域的影响，指导矿区的水土保持工作。

4.2 矿区地质灾害防治对策

（1）强化对采煤活动的全过程管理。主要是做好煤炭资源勘查、煤矿设计、矿区基建和生产、煤矿闭坑4个阶段全过程的综合防治，使矿山生态环境向良好转化，实现资源开发与环境保护的协调发展。

（2）因地制宜，因害设防，综合治理。矿区地质灾害防治是一个复杂的系统工程。地域不同，地质灾害的成因和规模也不同。彬长矿区地貌类型多，气候复杂，在制定防治方案时，应根据具体的灾害现状及防治目的，因地制宜，采取灵活多样的防灾措施，实行综合治理。对面蚀为主的水土流失防治，生物措施效果显著，而坡面工程、沟道工程等工程措施对滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蚀效益显著，因此，要针对彬长矿区的灾害发生实际情况，分类综合治理。对灾害严重、危害较大的区域，要优先开展工程治理，利用一些骨干工程，尽快控制灾害的发展趋势，然后开展生物措施，使其功能互补，达到最佳治理效果。

（3）采用先进技术，实施绿色矿山生态重建工程。从水土保持入手，以改善矿区生态环境和生产生活条件为目标，做好生物治理的规划设计［7］，根据具体的地貌和地形特点，合理配置林型、树种、草类，实行山、水、林、田综合治理。推行乔、灌、草并举的治理原则，做到宜乔则乔，宜灌则灌，宜草则草，乔灌草合理配置，农牧林渔相互结合。要十分珍惜节约水资源，引进喷、滴、防渗等节水灌溉技术，确保恢复治理成效。

［1］ 张勇，张安虎.彬长矿区水土流失特征分析与水土保持关键问题［J］.陕西水利，2012（4）：163-164.

［2］ 张安虎，张勇.陕西彬长煤矿区水土流失致因分析与水土保持思路及对策［J］.陕西水利，2013（4）：158-159.

［3］ 杨梅忠，巨天乙，马东民，等.彬长矿区环境地质灾害的分析预测［J］.煤矿环境保护，1999（5）：62-63.

［4］ 宋世杰.煤炭开采对煤矿区生态环境损害分析与防治对策［J］.煤炭加工与综合利用，2007（4）：44-48.

［5］ 殷坤龙，张桂荣.地质灾害风险区划与综合防治对策［J］.安全与环境工程，2003，10（1）：32-35.

［6］ Xu Fulin，Tao Shu.Lake ecosystem health assessment：indicators and methods［J］.Water Resource，2001，35（13）：3157-3167.

［7］ Vallentyne J R，Munawar M.From aquatic science to ecosystem health：A philosophical perspective［J］.Journal of Aquatic Ecosystem Health，1993，2（4）：231-235.