石灰石矿区水土流失预测及防治措施

季阿兰

(东港市水土保持局，辽宁 东港 118300)

石灰石矿区水土流失预测及防治措施

季阿兰

(东港市水土保持局，辽宁 东港 118300)

为了解决因石灰石矿产开采导致的堆土场和水土流失造成的生态环境问题，展开对石灰石矿水土流失预测和综合防治至关重要。结合辽宁省建昌县石灰石矿区开采情况，通过对本项目区的水土流失现状进行研究，研究和预测水土流失情况，根据预测结果构建了石灰石矿区水土流失综合防治体系，提出了其防治措施，对该石灰石矿区的生产建设和水土保持具有重要的指导和借鉴意义。

石灰石矿；水土流失；预测方法；防治体系；防治措施

0 前 言

随着我国国民经济快速持续发展，市场上对石灰石的需要量不断增加，石灰石矿将在国内外市场上有广阔的畅销空间，发展前景良好市场潜力巨大[1]。为了预防和治理本工程在生产过程中产生新的水土流失，保护和合理利用水土资源，改善生态环境，展开对矿区水土流失的预测和防治措施，深入研究水土保持工作尤为重要。

针对于石灰石矿区的生态治理问题，国内外的专家学者提出了自己的看法。早在1996年，郭在扬提出了龙岩地区矿区水土流失的危害典型，依据水土保持法等提出了矿区水土保持的措施，为石灰石矿区的生态建设提供理论指导；闫国杰，刘晓社针对石灰石矿区排土场的不稳定和水土流失等问题，对矿山建设进行了改进和设计，并对矿山地质环境治理提出了重要的对策；何洪伟通过对石灰石矿开采过程产生的水土流失和环境影响，结合矿区的生态环境提出了适宜的保护措施，实现了矿区的可持续健康发展；欧阳伟平，陈金德，谢志国等结合攸县矿产资源开采情况，对矿区水土保持预防保护措施进行了深入研究，通过对保护的成效可以看出矿区的水土保持工作已经取得了阶段性的突破；姜丽通过对石灰石老矿区前期水土保持措施不到位，遗留较严重的水土流失问题进行分析和研究，研究了已采和现采矿区的联系，优化设计了水土保持理念，通过工程措施和植物措施相结合，提高了石灰石矿废岩的综合利用率等[2-6]。此外，唐晓兰，王伯铎，程金香，张春燕，郝向麟，隋国舜也对石灰石矿山开采中的生态环境保护问题进行了研究并取得了较为丰硕的研究成果。

全面贯彻国家和地方的有关法律、法规，解决好项目建设与环境保护之间的关系，使项目区生态环境得以改善和恢复，防治开发建设引起的新增水土流失是目前矿区建设的重中之重。文章针对辽宁省建昌县石灰石矿建设情况，对水土流失进行了分析和预测，构建并提出了其防治体系、防护措施，达到保护项目区的水土资源的目的。

1 项目区概况

项目区位于建昌县西南部，地处冀北辽西低山丘陵区，地面坡度15°-20°，山势较缓，地形切割强烈，沟谷发育，沟壑密度0.8km/km2。岩石裸露面积较大，地表植被覆盖率低。石灰石矿层主要由寒武系张夏组上部的中-巨厚层结晶灰岩、巨厚灰鲕状灰岩构成。矿层走向北东70°，倾向北西，倾角38°。界内矿层长度300m，真厚度60多米。平均含量CaO47.23%，MgO3.30%。

项目区隶属于滦河水系，区内无常年性河流和泉水，地表水不发育，地下水为大气降水入渗补给。年均降水量560.1mm，降水量较少，年均蒸发量1871.7mm。因而，矿区地下水补给来源较为匮乏。

2 项目区水土流失现状

项目区所在地区现有水土流失面积105.60km2，占总面积的62.20%。土壤侵蚀形式以水蚀为主，多年平均土壤侵蚀模数3150t/km2·a。其中，老大杖子乡多年来十分注重水土保持生态环境建设工作，作为建昌县水土流失及其典型区域，其研究现状具体见表1-表2。

表1 项目区水土流失现状

表2 项目区水土保持现状表

截止2010年底，该乡共治理水土流失面积61.90km2。通过多方位的综合治理，该矿区的水土流失现状得到了基本的控制，明显的改善了矿区的生态环境。因此，借鉴老大杖子乡矿区的生态环境防护措施对于整个工程建设的施工安全与生态安全起到重要突出作用。

3 水土流失预测及结果

3.1 水土流失预测

3.1.1 预测项目情况

根据相关规范和标准，确定了5项水土流失预测项目，包括：

1)已被扰动或损坏的地表土、植被等面积。

2)水土保持设施损坏面积及其数量。

3)矿区开采和建设过程中的弃土、渣的数量。

4)潜在的水土流失量。

5)潜在的水土流失威胁。

3.1.2 预测手段

1)已被扰动或损坏的地表土、植被等面积预测：

通过对主体工程的设计、现场资料进行研究和勘测核实，采用计算法从定量的角度计算各部分的扰动地表土面积、损坏林草植被面积以及占用的土场面积等进行预测。

2)水土保持设施损坏面积及其数量预测：

基于不同主体结构工程单元损坏原地表数量、程度、类型，通过采用实地调查、地图测量和定量计算综合结合的方法，预测主体结构工程已经损坏或者可能损坏的水土保持面积和设施数量。

3)矿区开采和建设过程中的弃土、渣的数量预测：

项目建设期的弃渣量作为预测的重点一般用过工程建设过程中的土石方平衡情况进行预测，运行期的弃石量则一般通过矿山年生产能力和矿山使用年限进行预测。

4)潜在的水土流失量预测：

一般情况下采用经验公式法对水土流失量进行预测，并按照地貌、地质、地形及其水文等不同选择相应的经验公式，确定水土流失量的各参数。

3.2 预测结果

3.2.1 已被扰动或损坏的地表土、植被等面积

人为的活动公式造成矿区工程建设和运行过程中，不同程度和形式的对地表原形态、林草植被以及土体结构产生影响的重要方面，不断地矿产开采、填筑、弃土渣等排放等造成了水土流失情况的加剧。通过计算，本工程施工和运行期间造成的原地表较大扰动、土地损坏和植被破坏的总面积达到10.43hm2。

3.2.2 水土保持设施损坏面积及其数量

通过对本工程建设区占地类型进行统计，本项目占地类型为耕地、林地、疏林地、荒地。为了通过对该项目区进行深入研究，确定研究的功能区包括：露天开采区、石灰生产区、排土场和表土堆放区，其统计情况见表3。

3.2.3 弃土、弃渣量

本项目建设期总挖方9.54m3，填方3.98万m3，弃方5.56万m3。生产运行期间，露天开采区排放废岩为31.43万m3，即本工程生产运行期间总计排放废岩31.43万m3，这部分岩石由汽车统一运到排土场进行排弃。

表3 损坏水土保持设施面积表 hm2

3.2.4 水土流失量预测

采用经验公式法对水土流失量进行预测，依据地貌条件的不同确定经验公式或参数的取值。经验公式来源于辽宁省水土保持局与辽宁省水土保持研究所关于《辽宁省土壤侵蚀定量研究》的研究成果。

土壤侵蚀模数依据地貌条件的不同选择不同的数学模型法参数的取值，数学模型来源于辽宁省水土保持局与辽宁省水土保持研究所的研究成果。即：

1)辽西地区坡耕地坡度(S)与土壤侵蚀模数(E)的关系式：

E=62.59S1.53

(1)

2)辽西地区林草盖度(C)与土壤侵蚀模数(E)的关系式：

当地面坡度<5°

E=506.87-5.22C

(2)

5°-10°E=2315.56-24.58C

(3)

10°-15°E=4614.4-51.589C

(4)

15°-25°E=9818.58-115.75C

(5)

3)金属矿排渣场雨力R、坡度θ、容重d与侵蚀模数(E)的关系式：

E=103.11R+1003.35θ-11008.38d-7384.67

(6)

通过运用以上公式对露天开采区、石灰生产区、排土场和表土堆放区进行预测，本工程水土流失总量为3006.12t，其中在建设期水土流失总量为337.91t，自然恢复期水土流失总量为656.95t，生产运行期水土流失总量为2011.26t。本工程水土流失总的增量为2458.36t，其中建设期水土流失增量为191.29t，自然恢复期水土流失增量为275.34t，生产运行期水土流失增量为1991.73t。水土流失量汇总表见表4。

表4 水土流失量汇总表

4 水土流失防治体系及其防护措施

4.1 构建水土流失防治体系

为了构建全面、系统的防治体系，水土流失防治体系的构建主要从办公生活防治区、生产加工防治区、成品堆放防治区、露天开采防治区、排土场防治区、作业路防治区和表土堆放防治区七大部分进行。

如图1所示。

4.2 水土流失防治措施

4.2.1 露天开采防治区防治措施

1)露天开采前，主体工程设计对该采区占用的林地和荒地进行表土剥离，表土全部运至表土堆放区临时堆放，待工程运行期结束后用于本区绿化。

2)在露天采场东、南两侧的山坡上设置浆砌石截洪沟。排水沟拦截的径流直接排入下游沟道，或先与作业路排水沟相连，然后导入下游沟道。

3)在该区运行期结束后将采坑填平并覆土绿化造林，树种选用山杏栽植坑规格0.5m×0.5m，山杏造林密度2m×2m，山杏选择主、侧根发达的一年生一级苗，填方来源于排土场。

4.2.2 石灰生产防治区防治措施

设计在有石灰石岩料堆放靠山体一侧设置浆砌石挡墙，浆砌石挡墙采用M10浆砌石重力式结构。挡墙高3.0m，顶宽0.5m，底宽1.0m，长15m，基础埋深0.3m，基础挖方可用于道路修整。

设计成品堆放区三面栽植刺槐对本区进行绿化，树种选择抗尘性较强的刺槐，栽植坑规格0.5m×0.5m，刺槐栽植密度2m×2m。

4.2.3 排土场防治措施

本项目区排岩前采用人工方式对占用的荒地进行表土剥离，剥离厚度20cm，剥离面积2.35hm2，剥离表土0.47万m3。表土运往表土堆放区临时存放，用于闭矿后的绿化用土。

图1 水土流失防治体系

4.2.4 表土堆放区防治措施

堆土表面采取种草的方式防止水土流失，种草面积为0.30hm2，草种选用沙打旺，播种量按照30.00kg/hm2撒播。

在表土堆放地周边采用编织袋装土围挡，表土堆放场地设计长100m，宽30m，表土围挡量为0.63万m3，平均堆放高度为2.5m，袋内土方利用本区剥离后的表土进行充填，编织袋呈品字形堆筑，高50cm，宽50cm。待闭矿后，堆放的剥离表土作为各区的绿化覆土。

5 结 语

石灰石矿产作为我国国民经济高速发展的重要矿产资源之一具有良好的发展前景和广阔的发展市场。文章基于辽宁省建昌县石灰石矿区的建设情况，通过现场调查对该矿区水土流失现状进行了研究，从已被扰动或损坏的地表土、植被等面积，水土保持设施损坏面积及其数量，矿区开采和建设过程中的弃土、渣的数量，潜在的水土流失量，潜在的水土流失威胁等五大方面预测了项目区的水土流失情况，并对预测结果进行了分析。基于预测结果，针对露天开采防治区、石灰生产防治区、排土场、表土堆放区等四大重要防治区，构建了该矿区的水土流失防治体系和措施，为建昌县石灰石矿区的安全生产建设和水土保持工作的顺利开展提供指导和借鉴。

[1]杨柯敏，丁素玲.露天石灰石矿山开采对水环境影响浅析[J].中国非金属矿工业导刊，2013(01)：58-60.

[2]曹忠杰，高云彪.辽宁省土壤侵蚀分布特点及其防治对策[J].水利建设与管理，2001(S1)：90-92.

[3]闫国杰，刘晓社.龙门山石灰石矿区生态地质环境的治理保护[J].露天采矿技术，2003(05):19-21.

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[5]董婷婷.辽宁省市际以上界河信息调查与成果分析[J].中国水能及电气化,2016(05):30-32.

[6]姜丽.石灰石老矿山水土保持设计理念及防治措施[J].水土保持应用技术，2012(03):36-38.

[7]唐晓兰,王伯铎,马俊杰.石灰石矿山露天开采的生态环境影响分析及保护对策[J].水土保持科学，2002,16(04)：105-107.

[8]张春燕，郝向麟，隋国舜.石灰石矿山开采对生态环境的影响及生态保护措施[J].中国非金属矿工业导刊，2014(04)：58-59.

S157

B

1007-7596(2017)09-0226-02

2017-08-18

季阿兰(1980-)，女，辽宁东港人，工程师，从事水土保持规划、综合治理等工作。