膨润土矿山开采造成的水土流失危害及防御对策研究

李若水

（昆明市第一中学，云南昆明 650000）

0.引言

膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土膨润土矿物，蒙脱石是由二层共顶连接的硅氧四面体片夹一层共棱连接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物。按膨润土形成的成因类型，我国膨润土矿床可分为火山沉积型、风化残积型及热液型三大类型。

云南省文山壮族苗族自治州砚山县膨润土矿于1985年由省地质科研所发现，位于砚山县城郊，东北起火石山、下芦柴冲，西南至子马、狮子山、新民水库，属露天矿床，分1、2、3矿区：一矿区属沸石，居全国之首，位于盘龙乡火石山；二矿区属优质膨润土矿，矿品位居西部之首，位于新民水库至狮子山；三矿区属膨润土矿，蕴量丰富，位于芦柴冲、布革。为陆相火山一沉积矿床，主要埋藏在砚山盆地第三系砚山组酸性、中性火山岩中，按质量可分为优质、一般和表外3种类型。

膨润土矿的开采有效促进了当地经济发展，在帮助地方脱贫攻坚方面发挥了重要作用。然而，近年来矿业的快速发展也对砚山县及周边地区的生态环境造成了极大的危害和污染。在此背景下，亟待结合当地环境和经济发展情况，对膨润土矿山的开发以及由此导致的水土流失问题展开分析，并提出合理化的对策。

1.砚山县膨润土矿水土流失现状

根据近年来砚山县水土流失治理情况统计，截至2021年，砚山县国土面积3822km2，其中水土流失面积2061.45km2，占总面积的53.3%，有坡耕地面积66404.9hm2，占全县水土流失面积的32.21%。由此可见，砚山县的水土流失情况是较为严峻的。

从侵蚀的强度来看，以轻度、中度侵蚀为主，轻、中度侵蚀面积各占35%左右，此外，重度侵蚀约占21%，极重度侵蚀约占8%，剧烈侵蚀约占1%。从水土流失侵蚀类型来看，以地表和沟壑侵蚀为主，侵蚀区域主要为黄土丘陵区。整体而言，砚山县膨润土矿山水土流失的特征可归纳为面积分布大、地域分布广以及侵蚀强度较高、侵蚀造成的威胁和危害较大。统计数据显示，水土流失导致沟头推进，沟岸崩塌，全县侵蚀沟数量达16947条，平均沟壑密度为3.2km/km2～4.7km/km2。长期以来的水土流失问题严重破坏了土地结构和土地资源，不仅给当地粮食生产带来了极大危害，也对砚山县经济社会可持续发展造成了极大危害。

2.砚山县膨润土矿水土流失原因及危害

2.1 水土流失原因

砚山县膨润土矿山的水土流失问题是人为因素和自然因素共同导致的，当地独特的地理气候条件是导致水土流失的客观条件，人类违反自然规律的活动则是造成水土流失的主导因素。

2.1.1 自然因素

（1）地形因素：砚山县以山丘为主，易受水土流失影响。（2）气候因素：砚山县年平均降水量679.3mm，主要集中在7～9月，占年降水量的60%。频繁的大雨、暴雨和高降雨强度往往会导致水土流失。（3）土壤因素：城市土壤以肉桂土和棕褐色土为主，地表植被被破坏后肥力低、黏度低、耐腐蚀性差。（4）水文因素：内河防洪标准低，蓄水能力不足，内河小，调节和蓄水能力不足，加剧洪涝灾害[1]。

2.1.2 人为因素

（1）乱堆弃土：部分施工单位在进行采矿、采石等生产建设活动时，由于缺乏足够的水土保持意识，在作业过程中未对山地植被进行有效保护，造成山地植被被破坏，给水土流失问题的出现埋下隐患[2]。（2）坡耕地复垦：当地部分农民习惯于沿坡种植各种农作物，但在种植过程中几乎没有采取相应的水土流失防治措施，尤其是在坡度较大、易发生水土流失的地区，大量的坡耕地复垦，将直接诱发水土流失。（3）造林不当：在坡度大于25°的地区植树，在树木生根前十分容易诱发水土流失。此外，过于稀疏的造林也可能造成水土流失。

2.2 水土流失危害

2.2.1 破坏土壤结构，引发地质灾害

对于部分所处区域水文地质条件较为恶劣的膨润土矿区，在开采作业之前必须要排干地下水，部分矿区甚至需要通过强排、深降作业后才能达到开采条件，而上述操作必然会破坏土壤结构，继而引发各类地质灾害[3]。其中最常见的是沉降，在砚山县膨润土矿的开采中，大部分矿床的下覆层由石灰岩组成，含水量丰富，同时，其下面的岩石也由大量的奥陶纪石灰岩组成。

在上述地质条件下进行采矿作业时，就需要借助于强大的排水技术，而一旦采取排水措施，必然会导致地层结构的压力下降，继而造成沉积物下方石灰岩带中的水压增加，受此影响，部分含水层和结构薄弱的区域会出现突水情况。此外，排水作业的开展还将导致矿区地表坍塌，直接破坏地表上方的农田、交通以及建筑物。也有部分矿山排水工程破坏了附近的地表水，无法恢复和补充浅水资源，使地表植被无法生存。在一些严重的地区，土地荒漠化也因此发生，降低了土地的生存条件[4]。

2.2.2 破坏土地资源，影响农业生产

目前，砚山县膨润土矿山的开采方式较为落后，开采前没有全面评估矿区及其周围地区的地理环境因素，没有充分考虑开采后可能造成的不良影响，导致多数矿区的土壤结构因为开采作业而被严重破坏。同时，开采作业造成的土壤侵蚀、养分流失，也给周围的农业生产活动带来了不良影响，由于土壤肥力大幅度下降、荒漠化和石漠化加剧，作物生长在一定程度上放缓，导致当地的作物产量和质量急剧下降，农村贫困人口因此急剧增加[5]。由此可见，水土流失和贫困之间有着紧密联系，水土流失问题将加剧贫困问题，而贫困问题又将导致当地居民加大矿山开采力度又加剧水土流失，形成恶性循环。

2.2.3 破坏局部气候，增加自然灾害发生频率

膨润土矿山的堆场倾倒量大，雨季水土流失加剧，容易造成一定区域局部洪涝。此外，膨润土矿山周边全部为可破坏性黄土，在浸水条件下，土壤结构受到破坏变形，危害建筑物的安全使用，开挖形成沟渠后水土流失加剧下游河流淤塞严重，影响河流安全。

2.2.4 造成泥沙淤积堆积，影响防洪安全

矿山尾矿乱堆乱放导致泥沙堆积，堵塞河流。7月～8月是砚山县的强降雨期间，该期间的降雨量约占全年总降雨量的60%左右，部分地区可能发生局部或全线洪水。然而，在相对干旱的季节，由于土地的水供应急剧下降，干旱加剧。此外，由于河流渠道和水库中沉积物和淤泥的形成，在降雨集中季节发生洪涝灾害的可能性急剧增加。

2.3 开采对周边的有利因素

砚山县膨润土矿区在水资源较少的山地，开采后形成的蓄区有效地缓减了当地生产、生活用水的困难，只要合理加以保护和利用，对改善周边的农业生产和环境有很大的益处。

3.砚山县膨润土矿开采后的有利环境因素

3.1 因地制宜，科学利用开采后形成的蓄水区

不能简单地进行复垦和恢复，应合理利用建设成为小型的水利设施，改善矿区周边土地的灌溉条件，促进当地的农业发展。

砚山县膨润土矿区的开采深度均超过20m，开采过程中形成了蓄水区域。而大部分矿山开采的区域都在水资源缺乏的山地中，靠天吃饭、等天下雨成为严重制约当地农业发展的瓶颈。因此，在矿区闭坑后，应组织相关部门进行实地勘验，对采矿形成的蓄水区予以保留，加强对蓄水区域的维护，保障蓄水区域的蓄水量和坝体安全，扩大蓄水区的蓄水和供水能力，满足农业灌溉的需要。这样，周边的农田和旱地用水不再由降雨决定，农户可以选择跟地块相适应的经济作物，如烤烟、黄姜、三七、水产养殖等农业经济，这将极大改善当地农业生产条件，提高农业生产水平，增加当地农户的收入。

3.2 开采后露出的火山喷发形成的龟背岩地质景观应加以合理的保护、开发和利用

砚山县膨润土矿的形成，是火山喷发过程中的一系列化学反应和物理反应所致。在砚山县芦柴冲膨润土矿山的开采中，发现了极具科学研究和观赏价值的龟背岩地带。这一发现，引起了当地政府和有关部门的高度重视，现在已经在向上级有关部门申报龟背岩地质公园保护区的设置事宜。神奇的地质景观和周边开采形成的一潭绿水，对于地质公园核心区域的景观形成强有力的支撑，加上膨润土矿层中夹有绚丽多彩的玛瑙石，都是支撑地质公园观赏性、吸引力的坚强基础。

4.砚山县膨润土水土流失防御对策

4.1 加强综合治理，建立多部门联合治理监测体系

4.1.1 采取综合治理措施

在堆积废土的场地应修建相应的排水工程，并尽可能进行防漏堵漏。对可能影响膨润土矿山安全的边坡，应根据边坡长度分别设置排洪沟和截水沟，并相应地配置防护林，增加植被面积，以降低地表径流，保证膨润土矿场地安全运行。开采过程中产生的边坡会对周围植物产生影响，因此，根据其稳定性和可能对环境的影响采取适当的保护措施[6]。

此外，有关部门亦应继续研究关注膨润土矿山的生态环境。在治理膨润土山地生态系统过程中，应开展针对性研究，确保在进行采矿作业时不会发生重大地质灾害[7]。同时，应及时记录有关膨润土矿床的地质环境和数据，专业技术人员应向开采者提供更广泛的专业指导，协助他们采取更科学的开采措施，以消除安全隐患，确保采矿作业的安全。

在砚山县膨润土矿山开采工作不断深入的背景下，也要与时俱进地对矿山及其周边环境的地质数据进行更新，为采矿工作的进行提供依据，保证开采的效率和效益。相关部门要动态梳理、总结膨润土矿山资源数据，研究采矿工作给周边环境带来的影响，发现问题，及时停止、调整作业方式。

4.1.2 建立多部门联合治理监测体系

为了确保利益相关者利益的有效协调和平衡，必须加强对膨润土整个开采过程的控制。政府有关部门可联合组织不同部门（包括自然资源、林业、环境保护、应急管理等）加强对膨润土矿区的监测，建立专业的膨润土矿区地质环境管理恢复机构，赋予其相应的执法权力，确保从膨润土矿区开采到矿区关闭，对膨润土矿床地质生态管理进行监督，进一步提高工作的针对性和有效性[8]。此外，应不断监测膨润土周边地质环境的相关指标（如土壤、地下水等），污染物监测采用先进技术和设备，一旦发现超标问题，对膨润土矿山进行调整，加强地质生态管理。

4.2 因地制宜选择土地整治技术

土地复垦是指采取措施，恢复被破坏和占用的土地的原有用途或预期用途。在治理墨砚山县膨润土矿区水土流失过程中，土地复垦是指保护、平整、改造和恢复因开采而侵占、破坏的土地，恢复其原有的水资源保护和恢复功能及其生态系统。

土地复垦技术可分为土地利用技术和土地平整技术。有关措施主要包括土壤剥落、土壤平整、土壤表层修复等。土地整治是治理土壤侵蚀、提高土壤生产力、恢复地表植被的基础性工作[9]。在开始土地整治前，必须确定土地用途的方向，并根据土地用途的方向采取收回土地的措施。土地使用的方向应根据土地的性质和来源地的土地使用类型，通过遵守法律和条例以及地方当局的规划，以综合方式确定土地用途的方向，可分为以下几类：收回农地内的土地、收回林地及草地内的土地，以及收回土地作为兴建土地。砚山县膨润土矿区土地利用类型基本是土地恢复为农业用地，“以水土保持为中心，充分发挥环境、生态、水土保持综合效益为目标”，通过表面剥离原土再覆盖的方式完成复垦，复垦后种植上果树，对于当地经济发展有一定的促进作用。

在具体技术选择方面，可以选择表土利用技术。表土利用是指在矿山开发受到干扰之前，将扰动范围内地表的腐殖土剥离，转移到固定地点堆放，以及采取必要措施防治水土流失的过程。土壤剥离厚度通常根据土地利用方向决定腐殖质质量和表层腐殖质厚度。如果利用方向为森林和草地，剥离表面覆盖的腐殖质厚度应大于0.3m。据调查，砚山县膨润土矿区原貌腐殖质厚度为0.3m～0.5m，能满足剥离和保护腐殖质的要求。此外，应结合土地占用的性质考虑表土剥离。在长久占用区域（采石场、地下采石场等）应优先进行剥离。在扰动强度高、土壤影响强度低的地区（如堆填区、采石道路等），应尽快剥离。剥离方法通常是机械与手动相结合[10]，剥除表土后堆放场地的选址应综合考虑地面坡度、汇流和风向等因素，避免堆垛期水土流失较大，造成土壤肥力损失和土壤退化，应尽量确保土壤的原始物理和化学性质不会发生很大变化。同时，在堆放区外设置临时截水沟，防止地表径流侵蚀土壤。

4.3 因地制宜应用种植复垦技术

膨润土开采过程中会产生大面积的地面沉降，可通过种植和复垦技术可以有效地解决这些问题，主要是将开采前期剥离的废土对塌陷区进行复垦和填筑，同时，应在恢复地区种植大量树木、草等。值得一提的是，在种植面积的修复过程中，必须确保地基的压实，从而提高修复技术的应用效率。此外，应特别注意在山坡地区应用植被恢复技术，这是防止山体滑坡、泥石流等灾害的重要措施，斜坡的植被恢复通常可按照以下方式进行：

（1）对于位于30°以下斜坡的地区，必须在不同地区采取不同的环境补救措施。至于堆填区和除渣区，则可进行平整及填海工程，然后透过植树造林来恢复环境。

（2）在坡度为30°～45°的地区，可以通过爆破造林或者植生袋复绿的方式来进行。

（3）对于斜坡位于45°～60°高度的地区，在确保斜坡稳定的基础上，对斜坡进行必要的处理，然后用水泥网格的方式修复重建生态环境。

（4）对于60°～80°斜坡的地区，这些斜坡是岩石，可采用沟渠种植方法重建。在石壁上，可以水平建造一个槽，然后将其填满养分土壤，并在其中栽种乔灌藤等容器苗，或者在其中种植草籽，从而形成乔木的植被，浇水、柳条和草本植物，继而提高生态管理的效率。

（5）对于80°～90°左右的斜坡，可以通过在岩石顶部喷洒混凝土和混合绿化种子配方的途径来实现绿化。

4.4 科学治理土壤，促进生态恢复

首先，从膨润土矿床中进行土壤肥育。提高土壤肥力的主要方法是采前提取土壤，保持土壤表面，然后覆盖废弃土壤，保存氮肥和微生物，恢复膨润土矿区植被。在这种情况下，虽然植被被破坏，但土壤中的养分可以被保存，这样植物就可以有更多的生长空间。

其次，从理论分析的角度而言，矿床生态修复应结合景观生态原理，进行总体合理的景观结构设计，营造良好的生态环境；现代社会的长期发展必须建立在健康的生态环境和矿山生态平衡的基础上，这有利于生态的可持续发展。毫无疑问，采矿会导致环境退化，但这种破坏并非不可逆转。有效的科学规划、重建和康复可以有助于解决新出现的环境问题。土地复垦是指在生产建设过程中因开挖、崩塌和占用而受损的土地恢复到可使用状态。其中，一些土地可作旅游及康乐用途。目前，矿区最常见的环境恢复手段是土地恢复方法，其定义和内容发生了变化，不仅要把受损的土地恢复到适宜的状态，还要恢复矿区的生态环境，使生态指标达到膨润土矿山的采前标准。

5.结语

水土流失问题是当前我国矿业工作亟待解决的关键问题，这是因为土壤侵蚀不仅会降低采矿工作的效率，而且在很大程度上对采矿作业造成巨大的安全隐患。为了从根本上提高采矿工作的质量，必须把重点放在水土流失的控制上。有关人员应当明确水土流失防治重点和科学的防治措施，降低矿山水土流失的概率。水土流失后，矿山生态环境的恢复与治理是一项特别复杂、烦琐的工作，也是一个系统工程。为了有效解决水土流失导致的各种问题，尽快改善区域内以及周边居民的生活条件，最大限度地防止水土流失问题的发生，实现社会的稳定发展、经济的稳步增长、生态环境的优化，相关单位及负责人员就必须加强对于膨润土矿山开发以及生态环境治理与保护的研究，明确采矿工作存在的不足以及矿区生态环境恢复治理面临的主要难点。同时，政府不仅要为膨润土的恢复制定更多的法律法规，更加重视环境恢复的法律法规建设，还要积极地培养人们的环保意识，真正地做到“防患于未然”。此外，也要加强对于膨润土矿山土壤的综合治理，结合当地经济情况和自然地理情况，恢复植被、复垦土地，实现经济效益和社会效益的双重提升。与此同时，持续、动态的对膨润土矿山及其周边地区的生态环境展开调查，确保及时发现并解决膨润土矿山开采过程中存在的问题与隐患，继而更好地保护生态环境、促进当地经济发展。