基于采石場水土流失防治技術(shù)

張猛

(黑龍江省樁基礎(chǔ)工程公司，哈爾濱150036)

0 引言

當(dāng)今世界，可持續(xù)發(fā)展成為世界各國共識。土地荒漠化、水土流失、采礦對環(huán)境的破壞等問題日益嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計［1］，目前我國因露天開采、開挖和各類廢渣、廢石、尾礦堆置等，破壞與侵蝕的土地面積超過400萬hm2。但全國土地復(fù)墾率不足12%，其中，采石場的生態(tài)復(fù)墾率還更低。本文以采石場水土流失防治為主要問題，探討了生態(tài)重建對水土流失防治的作用。

1 采石場分布現(xiàn)狀及其主要地質(zhì)環(huán)境問題

一般來說，露天礦山災(zāi)害類型多為水土流失、排土場(山體)滑坡、泥石流，邊坡坍塌等。采礦地的土地問題主要為:耗費過量的土地資源;開采后破壞的土地，既喪失原有的自然生態(tài)系統(tǒng)，又難以直接成為進一步服務(wù)于某種社會一經(jīng)濟目的的用地。采石場水土流失的治理是采石場環(huán)境治理基礎(chǔ)，具有改善環(huán)境的意義，其他相關(guān)治理工程和方案都會受水土流失治理的影響。采石場的分布特征及主要環(huán)境問題:

1.1 采石場分布特征

我國采石場具有數(shù)量多、多為中小型、分布零散的特征，在東南沿海地區(qū)尤為集中。

在現(xiàn)階段，我國采石場絕大部分為山坡型采石場，年生產(chǎn)規(guī)模3萬～5萬t。據(jù)統(tǒng)計，浙江省有采石場5 000多家，幾乎都是各種類型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)采石場。重慶市主城區(qū)600 km2范圍內(nèi)到2003年底有采石場567家［2］。在重慶烏江沿線約3 km2長的公路邊有采石場17家，而在碧筱溪不到1 km2范圍內(nèi)有采石場40多家。

1.2 地質(zhì)地貌景觀破壞

采掘場的露天挖采，產(chǎn)生大面積的挖損地，導(dǎo)致大面積的巖石裸露，自然山體的輪廓線也被破壞，形成大量裸露的山體缺口、開采形成的垂直立面上存在的浮石或風(fēng)化形成的石塊，導(dǎo)致對土地的過量占用及對原生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

1.3 土地資源破壞、水土流失問題嚴(yán)重

目前，由于大多數(shù)采石場沒有防止水土流失的措施，如設(shè)置攔渣壩、擋土墻，也未進行復(fù)墾綠化，給當(dāng)?shù)卦斐闪藝?yán)重的水土流失、泥石流，滑坡等生態(tài)問題。采石過程中產(chǎn)生的固體廢棄物和表層剝離土、露天采場坑底、邊坡臺階，固體廢棄物堆放場地等，都對土地資源進行了破壞。

2 水土流失及防治對策

2.1 水土流失

通常情況下，受采石影響而被破壞的植被面積比采石口的面積大許多，常常是采石口面積的5倍［3］，造成的水土流失后果相當(dāng)嚴(yán)重。

2.1.1 水土流失的影響因素

造成采石場水土流失的因素很多，從成因分析看，主要是自然因素和人為因素兩方面所致，自然因素是水土流失發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在條件。易于發(fā)生水土流失的地質(zhì)地貌條件和氣候條件是造成發(fā)生水土流失的主要原因。人為因素加劇了礦山土壤的侵蝕。采石場開采之前，對采礦區(qū)域的山體剝離的植被層和表層土壤，遇到雨極易造成水土流失。開采過程、推進方向以及穿爆工藝等形成的碎石、粉塵等加劇了水土流失產(chǎn)生。

2.1.2 水土流失形成機理

水的侵蝕作用，礦山開采過程中產(chǎn)生的渣、土、山體剝離植被層，表層土壤等松散堆積物，在雨滴的打擊和水流的動力作用下，渣土顆粒等具有結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度大的特點，質(zhì)量不足以抵抗水流動力而發(fā)生位移運動，形成水土流失;重力侵蝕作用，在采石場開采中，開挖土石方及采集礦料時，改變了原有地形地貌，使原有山體土石結(jié)構(gòu)改變，平衡失穩(wěn)。還有有的棄渣堆積高度過高，在雨水滲入后加重了堆積物的自重或在堆積體上方某處形成滑坡面，這些都為崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕創(chuàng)造了條件，在自然因素及人為因素的觸發(fā)下，有可能產(chǎn)生坍塌、滑坡等重力侵蝕，造成水土流失。

2.2 生態(tài)重建運用于水土流失防治

采石場生態(tài)重建是指采石場在完成或被終止及關(guān)閉其采石功能之后的生態(tài)恢復(fù)。生態(tài)恢復(fù)與重建是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，通過一定的生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法，人為地改變和消除生態(tài)系統(tǒng)退化地主導(dǎo)因子或過程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界的物質(zhì)、能量和信息流動過程及其時空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)地結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學(xué)潛力盡快地恢復(fù)到正常的、或原有的乃至更高的水平［2］。包括改造導(dǎo)致生態(tài)惡化的社會經(jīng)濟因素，從而迅速提高土地生產(chǎn)力，并使生態(tài)系統(tǒng)進入良性循環(huán)。生態(tài)重建的實質(zhì)是可持續(xù)發(fā)展能力的建設(shè)。

采石場生態(tài)重建思路可以概括為:邊坡及石壁治理，對采石陡壁及其它受影響的邊坡采取必要的措施予以穩(wěn)定，排除安全隱患，這是生態(tài)重建的重點和難點;建立完善的場地排水系統(tǒng)，即對采石場周圍的排水系統(tǒng)作好疏導(dǎo)，防止水土流失;對石壁、采掘區(qū)及生產(chǎn)設(shè)施占用區(qū)域土地進行綠化。

采石場生態(tài)重建關(guān)鍵是綠化技術(shù)及土地整理工程。綠化技術(shù)的思路是:在石渣、石粉占據(jù)地表上層并具有一定的厚度的地域，對石渣進行換土處理，并輔以其它的栽培措施，創(chuàng)造植物生長條件。品種選樣時根據(jù)各地條件和景觀要求而定，一般選擇耐貧瘠耐干旱的品種種植。

土地整理工程的施工思路，平整回填采用分層填筑，底層回填的是粗?；虼髩K及含不良成分的巖土，頂層回填為品質(zhì)適宜的土層和富含養(yǎng)分的土層，以利于植被生長和植被群落的恢復(fù)?；靥顣r，在碾壓次數(shù)和質(zhì)量、壓實度、松散密度方面嚴(yán)格控制，符合回填要求，回填物最大粒徑≤300 mm。最后，就地取材，開采期間剝離的土壤可以用來回填，其厚度保持平均，層厚≥0.5 m，不足部分用客土填補。

生產(chǎn)設(shè)施占用區(qū)域、采石場道路區(qū)域進行土地平整翻松，平整后的場地坡度在3°～10°，采石場生產(chǎn)設(shè)施占用區(qū)域邊緣處，應(yīng)將邊坡坡角控制到10°以內(nèi)，以利于植物生長。

采石場生態(tài)重建另一個關(guān)鍵是邊坡及石壁治理技術(shù)。對邊坡的治理技術(shù)相對簡單也較為成熟:為使邊坡變緩和減輕滑動體的重量，提高邊坡的穩(wěn)定性，開采過程中可適當(dāng)增加開采面處削坡工作量，減小開采面的坡角。閉坑停采后，采用人工削坡減載的方式對開采邊坡進行削坡處理，將最終邊坡角控制在60°范圍內(nèi)，使邊坡達到穩(wěn)定狀態(tài)。采石場應(yīng)該具有比較完善的場地排水系統(tǒng)，在邊坡坡頂、坡腳設(shè)置排水溝和坡頂外圍設(shè)置截水溝等排水設(shè)施，將水引導(dǎo)到采場外邊，排除地表水，改善邊坡穩(wěn)定條件，提高邊坡穩(wěn)定性。

石壁具有表面溫差大、陡峭無土壤、難以保水保肥的特點，是生態(tài)重建重點。國外對石壁的治理技術(shù)有:直接掛網(wǎng)噴草技術(shù)、噴混植草技術(shù)、人工植生盆法、石壁掛籠法、板槽法、平臺法、景觀再造法等。介紹國內(nèi)引入的兩種石壁治理技術(shù):

對45°～65°的陡壁的治理，宜采用噴混植草技術(shù)。用錨釘將鐵絲網(wǎng)牢牢地固定在石壁上，再噴一層厚度超過10 cm的膠結(jié)劑，再在膠結(jié)劑上噴一層肥料、灌草種子、保水劑等相混合的材料。其缺點是工程造價高、施工難度大。

對坡度在40°以下的石壁的治理技術(shù)，宜采用直接掛網(wǎng)噴草技術(shù)。首先將石壁表面整平，然后將各種織物的網(wǎng)(如土工網(wǎng)、麻網(wǎng)、鐵絲網(wǎng)等)固定到石壁上(可以按一定的間距，在石壁上錨釘或用混凝土固定)，再向網(wǎng)內(nèi)噴一定厚度的植物生長基，生長基包括可分解的膠結(jié)物、有機和無機肥料、保水劑等［5］。最后將草籽與一定濃度的黏土液混合后，噴射到生長基上。

從國外引入的生態(tài)重建技術(shù)成本過高，如植被型生態(tài)混凝土的護坡工程費用為1 200～2 000元/m2［6］。國內(nèi)石壁治理技術(shù)也取得比較好的發(fā)展，廣州市林科所提出了魚鱗穴、飄臺和燕窩翼方法。魚鱗穴法，選擇陡直的石壁面上較大的石縫，采用小面積定向爆破形成魚鱗狀洞穴，將栽種植物的填土竹筐放置其中。飄臺法，在特別陡峭平滑的石壁鉆洞灌漿，用鋼架支起來一行一行長短各不同的飄臺，然后在飄臺中填土種植。燕窩法則是將石壁面的凸出部位所形成的石臺用紅磚在其上砌筑大小長短不一狀似燕子巢穴的圍欄，穴中填土，并種植植物。生態(tài)重建時，根據(jù)具體地質(zhì)、地貌環(huán)境靈活采用一種方法或幾種方法綜合運用，達到治理的目的。生態(tài)重建不意味著在所有場合下恢復(fù)原有的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)重建的關(guān)鍵是恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)必要的結(jié)構(gòu)和功能，并使系統(tǒng)能夠自我維持和交換。在整治內(nèi)容、范圍，實現(xiàn)目標(biāo)與效果情況方面，生態(tài)重建有它的優(yōu)點和側(cè)重。生態(tài)重建是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程:將生物治理、土建工程，調(diào)控水工程和社會管護四個方面緊密結(jié)合，發(fā)揮綜合作用。

生態(tài)重建在實現(xiàn)目標(biāo)上，重在預(yù)防，實現(xiàn)生物生態(tài)功能的重建與恢復(fù);在工程內(nèi)容上，力求將生物生態(tài)、調(diào)控水流、土建工程、后續(xù)管理看護工程結(jié)合，開發(fā)生物生態(tài)自我調(diào)控機制;治理模式側(cè)重，防治水土流失及場地排水系統(tǒng)建設(shè);治理范圍，則是采石場整個區(qū)域，實施效果比較好，受制約因素少，四大工程共同發(fā)揮作用，保證土建工程能長期發(fā)揮作用。常規(guī)土建工程目標(biāo)單一、受限制條件較多，重在直接效果。

3 結(jié)語

良好的生態(tài)環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，正確處理生態(tài)環(huán)境與開發(fā)利用礦產(chǎn)資源的關(guān)系，采用生態(tài)重建技術(shù)因地制宜，結(jié)合社會經(jīng)濟的發(fā)展，引進資金，使生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展相協(xié)調(diào)，合理安排礦山利用類型的格局，解決突出的地質(zhì)災(zāi)害，服務(wù)礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，是生態(tài)重建的目標(biāo)。

［1］ 劉仁芙.我國土地復(fù)墾形勢與政策建議［J］.中國土地.2002 (3):31－34.

［2］ 寧豐收，游霞，楊海林.重慶市主城區(qū)廢棄采石場生態(tài)與景觀恢復(fù)對策［J］.水土保持通報，2005，25(3):77－80.

［3］ 陳濤.采石場水土流失防治方法研究［J］.中山大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2001，40(增刊2):89－90.

［4］ 章家恩，徐開琪.生態(tài)退化研究的基本內(nèi)容與框架［J］.水土保持通報，1997，17(3):29－37.

［5］ 蔡高堂，揚少俊，趙冬蓮.深圳市廢棄采石場水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)措施［J］.中國水土保持，2002(4):39－40.

［6］ 張俊云，周培德，李紹才，等.巖石邊坡生態(tài)護坡研究簡介［J］.水土保持通報，2000，20(4):36－38.