露天矿排土场边坡治理技术

项元和，于晓杰†，魏勇明，2

(1.内蒙古水利科学研究院，010020，呼和浩特;2.内蒙古大学环境与资源学院，010021，呼和浩特)

露天开采过程中，将覆盖于煤层上的岩土全部剥离，形成大型的人工挖损地貌和堆垫地貌，使矿区的土地及生态系统彻底破坏。由于黑岱沟露天煤矿地区水土流失以水蚀为主，加之黄土结构疏松，排土场边坡水蚀发生后，在重力作用下坡面易发生沟蚀、泥石流、崩塌和滑坡，因此对排土场边坡水土流失治理尤为重要。

为寻找适合矿区排土场边坡治理的最佳技术，进行多项边坡治理措施的试验研究，并对排土场边坡治理后的水土流失进行监测、分析，最终确定出露天矿排土场边坡治理的有效措施。

1 研究区概况

黑岱沟露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇。矿区气候属于中温带半干旱大陆性气候，年平均气温5.3～7.6℃，最大冻土深度149 cm。年总降水量231～459.5 mm，平均408 mm，降水多集中在7—9月份，约占全年降水量的80%。年蒸发量1 824.7～2 896.1 mm，日照时间3 119.3 h。

研究区地貌属黄土丘陵区，原生地表沟壑纵横，矿区内地带性土壤不明显，非地带性土壤——黄绵土广泛分布。地带性植被属暖温型草原带，植被稀疏低矮，盖度一般在30%以下，天然森林已全遭破坏。

矿区建设后在排土场和其他废弃地区域开展生态重建工程形成新的人工生态系统，代替了原来的自然和农业生态系统，使生态系统的结构和组成发生了根本变化。原来处于相对稳定的系统结构，被人工生态系统和自然恢复的生态系统代替，生态系统更加趋于多样，保持水土功能得以发挥［1-3］。

2 排土场边坡治理措施

2.1 排土场边坡构筑技术

排土场边坡土壤疏松，保水条件好，栽植植物成活率高，但也极易被水冲刷造成水土流失，可采用鱼鳞坑、客土等整地方法［4］。为了防止水土流失，边坡整治采取如下措施:1)修筑挡水埂，阻止平台径流汇入边坡，杜绝切沟和冲沟的发生;2)坡面不覆厚层黄土，而是春季3月下旬随着剥离物的堆置立即种植;3)坡脚堆放大石块，拦截坡面下移泥沙，该措施的实施在排土过程中完成，不单独修筑;4)对于已覆土的坡面，采用逐坑下移回填法，按一定的行株距种植适宜于本地的乔、灌木，在乔灌木之间种植牧草，逐步形成乔、灌、草立体结构模式，遇到局部砂、页岩的边坡，进行客土种植;5)对于岩土混合边坡，在坡面上沿坡地等高线每隔4～6 m种植一行树木(密植的乔木、灌木或多年草本植物)作为篱笆带，称为“植物活篱笆”或“活篱笆”，起到保护土壤、减少水土流失、提高土壤肥力的作用。

2.2 排土场边坡径流分散措施

排土场大面积汇集的暴雨径流很容易汇集冲刷坡面，导致剧烈的水土流失，并可造成大量径流灌缝，影响排土场稳定，诱发滑坡。在半干旱的黄土区，水是排土场生态恢复的限制性因子，排水不利于排土场植被的建立和恢复。

径流是水蚀的必要条件。如果将排土场整个汇流面积分割成许多小区域，将地表积水限定或拦挡在这些小区域内，则不会出现大流量、高流速、长流程的侵蚀性径流，黄土的孔隙度大，土层有足够大的储水容量，小区域内的地表积水最终会入渗贮存于小区域表层土体内。

黑岱沟露天矿排土场区年降水量仅为400 mm左右，表层又实施黄土覆盖，在蓄排结合问题上，可以打破常规，排土场径流以“蓄”为主，仅在特大暴雨条件下，才考虑排水问题。

鉴于上述分析，在露天矿排土场水蚀控制时采取一系列综合措施将排土场汇流面积分割，形成许多径流分散小区。径流分散所采取的措施包括在边坡采用沿等高线修建鱼鳞坑、水平沟种植等高植物篱，另外还包括填穴、填缝、蓄水等。将排土场道路单独划分为若干单元，与平台和边坡水力分隔。系统的径流分散措施可以大大减少排土场水蚀、水流灌缝和水的大量损失，同时通过分散单元内的径流调节，为水土保持植被快速建立提供更好的水分条件。

出于减少占地面积考虑，排土场整体坡度设计较陡，建成后不宜再采取缓坡措施;但排土场各台阶的边坡坡度太大不利于种植，暴雨条件下还容易产生剥皮和泥流。对于坡度＞35°的台阶边坡，可适当进行缓坡措施，并采取快速植被措施。实地调查表明，草坡上鳞片状面蚀较为严重，覆盖度高的灌木坡侵蚀轻微，水分入渗速率超过0.6 mm/min。可以在边坡水平沟整地基础上建立以柠条(Caragana microphylla(Pall.)Lam)、沙棘(Hippophae rhamnoides L)等耐旱固土灌木为主的等高植物篱。坡面不再设置分散径流小区，边坡径流直接汇入其下方的平台分散小区内，为平台的种植提供更好的水分支持。坡脚水分条件好，栽植速生乔木。

2.3 排土场边坡植被配置模式

由于排土场边坡由排弃过程中排弃物滚落形成，因坡度大、土质疏松极易形成沟蚀;因此，斜坡的水土保持与植被重建技术难度大，应恢复成永久性林草用地［5］。排土场边坡植被配置模式从现状实施效果分析，主要有3种配置模式。

2.3.1 沙棘护坡模式1)树种:沙棘。2)密度:沙棘密植，株行距1.0 m×1.5 m(图1)。3)整地:采用鱼鳞坑整地。4)栽植:沙棘春季或秋季人工植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，分层覆土、踏实。埋土至地径以上2 cm。栽后浇2次水，每次每坑5 kg。

2.3.2 山杏-沙棘-柠条护坡模式 1)树(草)种:山杏(Armeniaca sibirica(L.)Lam)、沙棘、柠条。2)密度:山杏、柠条、沙棘混交，株行距1.0 m×1.5 m(图2)。3)整地:造林前人工穴状整地。山杏穴径为0.8 m、深0.8 m，沙棘、柠条为穴径0.6 m、深0.6 m。4)栽植:春季人工植苗造林。将山杏苗木直立穴中，保持根系舒展，分层覆土、踏实，埋土至地上2 cm，栽后及时灌水。柠条、沙棘的苗木直立穴中，保持根系舒展，分层覆土、踏实。埋土至地径以上2 cm，栽后浇2次水。

图1 沙棘护坡模式Fig．1 Hippophae rhamnoides L protect slope pattern

图2 山杏-沙棘-柠条护坡模式Fig．2 Armeniaca sibirica(L.)Lam-Hippophae rhamnoides L-Caragana microphylla(Pall.)Lam protect slope pattern

2.3.3 紫穗槐(Amorpha fruticosa)-柠条-紫花苜蓿护坡模式 1)树(草)种:紫穗槐、柠条、紫花苜蓿。布置在排土场边坡(阴坡)。2)密度:每2行紫花洋槐中间种1行柠条。紫穗槐株行距1.0 m×1.5 m，柠条株行距1.0 m×0.5 m。林下条播紫花苜蓿，行距30cm(图3)。3)整地:紫穗槐造林前人工穴状整地，穴径为0.8 m、深0.8 m;柠条穴径为0.6 m、深0.6 m;紫花苜蓿采用带状整地。4)栽植:春季人工植苗造林。紫穗槐带土球的树苗入坑、定位后，将包扎材料解开，取出;分层填好土坑，并分层踏实;踏时不得破坏土球，修好灌水埂，及时浇灌、覆土，防止蒸发。柠条苗木直立穴中，保持根系舒展，分层覆土、踏实。埋土至地径以上2 cm。

图3 紫穗槐-柠条-紫花苜蓿护坡模式Fig．3 Amorpha fruticosa L.-Caragana microphylla(Pall.)Lam-Medicago sativa L protect slope pattern

3 结论

1)排土场边坡构筑时修筑挡水埂，阻止平台径流汇入边坡，杜绝切沟和冲沟的发生。坡脚堆放大石块，拦截坡面下移泥沙。

2)排土场边坡径流分散采用沿等高线修建鱼鳞坑、水平沟种植等高植物篱，另外还包括填穴、填缝、蓄水等。将排土场道路单独划分为若干分散单元，与平台和边坡水力分隔。系统的径流分散措施可大大减少排土场水蚀、水流灌缝和水的大量损失。

3)排土场边坡植被配置模式从现状实施效果分析主要有沙棘护坡模式、山杏+沙棘-柠条护坡模式、紫穗槐+柠条-紫花苜蓿护坡模式3种。

［1］ 李青丰，曹江营.准格尔煤田露天矿植被恢复的研究:排土场植被自然恢复的观察研究［J］.中国草地，1997(2):23-25

［2］ 李玉田.矿区废弃地的生态恢复研究［J］.生态学报，1995，15(3):339-343

［3］ 彭得福.我国土地复垦与生态重建的回顾与展望［J］.中国土地科学，2000(1):12-14

［4］ 李东，祖国林，王建国，等.黄土基底排土场边坡稳定的离散元分析［J］.露天采煤技术，1999(4):16-18

［5］ 张树礼，曹江营，薛玲，等.准格尔煤田黑岱沟露天煤矿排土场植被恢复的生态效应研究［J］.内蒙古环境保护，1996，8(1):24-28