龍門縣采石場水土流失治理技術(shù)

滿小軍，楊玉泉，張紅英

(1.龍門縣水務(wù)局，廣東 龍門 516800;2.龍門縣水利水電勘測設(shè)計(jì)室，廣東龍門 516800)

采礦業(yè)的發(fā)展給國民經(jīng)濟(jì)帶來了顯著效益，但由于諸多礦區(qū)早期無序開采，亂采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重，直接破壞了地表植被、改變了微地貌;排出的棄渣侵占了大量的土地，致使礦區(qū)周圍耕地、林地面積減少。同時(shí)，由于礦區(qū)開采、棄渣堆積引起的水土流失日益嚴(yán)重，甚至引起崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境及下游水環(huán)境遭到破壞，尤其是將棄渣直接倒入河道，不僅影響河道正常行洪，增加了水體的含沙量，而且使下游居民的生產(chǎn)生活用水受到不同程度的影響。

為此，龍門縣近年來在采石場生態(tài)恢復(fù)過程中，根據(jù)立地條件、開采規(guī)模、治理資金而采取了一系列水土流失防治技術(shù)，本文對此進(jìn)行了總結(jié)，以期能為同仁提供參考和借鑒。

1 龍門縣概況

龍門縣位于廣東省中部，珠江三角洲邊緣，地處九連山和羅浮山之間，土地總面積2 269.5 km2，山地、丘陵面積占總面積的73%。年均氣溫20.8℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫－4.4℃。年均降水量2 142 mm，但時(shí)空分布不均，4—9月的降水量占全年的80%以上。年均相對濕度82%，年均蒸發(fā)量1 220.9 mm，平均風(fēng)力1～2級(jí)，最大風(fēng)力8級(jí)。土壤以厚有機(jī)質(zhì)層厚層花崗巖赤紅壤為主，呈酸性，pH值4.5～6.5。

據(jù)調(diào)查，龍門縣有水土流失面積160.69 km2，其中極強(qiáng)烈侵蝕 17.47 km2、強(qiáng)烈侵蝕 72.18 km2、中度侵蝕 56.61 km2，分別占水土流失面積的10.87%、44.92%、35.23%，人為造成的水土流失面積為133.04 km2，占總流失面積的82.79%。采石取土造成的水土流失面積占總流失面積的2.04%，雖然總量不大，但是平均侵蝕模數(shù)高達(dá)1.37萬t/(km2·a)，如不治理，會(huì)嚴(yán)重破壞區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

2 龍門縣采石場水土流失特點(diǎn)及危害

(1)地表植被和土壤破壞嚴(yán)重，巖土擾動(dòng)程度大。龍門縣采石場均為露天開采，開采前要?jiǎng)冸x表土，這個(gè)過程會(huì)毀壞地表植被，形成大量的裸地。隨著礦體開采從地表深入地下幾十甚至數(shù)百米，再塑地貌將取代原有地貌。

(2)產(chǎn)生的大量棄土、棄渣，傾倒至河道或堆置在流域內(nèi)，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，影響河道行洪。礦山開采產(chǎn)生的棄土(渣)往往被隨意堆放，堆積體在雨水滲透后極易造成滑坡和泥石流，危及下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。大量的棄土(渣)堆置在河道，不僅影響行洪，增加河流輸沙量，而且加大了山洪災(zāi)害發(fā)生的幾率和威脅。

(3)破壞景觀。一般情況下，采石場生產(chǎn)破壞的植被面積是采坑坑口面積的3～5倍［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，龍門縣因采石取土造成的水土流失面積有3.27 km2，數(shù)量眾多的露天采石場嚴(yán)重影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量和自然景觀。

(4)恢復(fù)困難。采石場閉礦后，開挖形成的高陡石質(zhì)、土質(zhì)坡面和棄土(渣)場堆墊形成的再塑地貌等的大量存在，使得區(qū)域的生態(tài)很難恢復(fù)到開采前的狀況。

3 龍門縣采石場水土流失防治技術(shù)

不同的礦區(qū)，地理位置不同，植被恢復(fù)的立地條件就不同，水土流失特點(diǎn)亦不盡相同，按照“因地制宜、適地適樹”的原則［2］，龍門縣采取了多種措施相結(jié)合的方式對礦區(qū)進(jìn)行治理。

3.1 排水工程

龍門縣充沛的降水對采石場開挖、堆墊坡面造成嚴(yán)重的水力侵蝕。為快速疏導(dǎo)礦區(qū)地表徑流，在設(shè)計(jì)采石場排水工程時(shí)要因地制宜，并充分利用有利地形和自然水系，做到及時(shí)將水流疏散，就近分流。龍門縣屬丘陵區(qū)，山地、丘陵面積所占比例較大，礦山生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)受到洪水的威脅，特別是在植物護(hù)坡實(shí)施前，對包括土建作業(yè)在內(nèi)的排水工程進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常必要的。根據(jù)礦區(qū)地形地貌及徑流量大小，分別在采區(qū)外圍、道路邊坡布設(shè)截、排水溝，并注意與下游排洪渠(明渠)配合，嚴(yán)格按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—94)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì);若邊坡匯水面積、坡面徑流的流速和流量較大，則可在坡面外緣設(shè)置多條排水溝，以滿足排水需要。除此之外，盡可能地利用原有地形確定排洪渠線，并將渠線布設(shè)在礦區(qū)一側(cè)，當(dāng)?shù)匦纹露容^大時(shí)，盡量將排洪渠布置在地勢較低處;彎道、跌水經(jīng)過重要建筑物時(shí)，選擇適當(dāng)材料進(jìn)行護(hù)砌。

在棄渣場平臺(tái)采用U形槽、漿砌石排水溝，砂漿抹面［3］;設(shè)置坡面排水溝時(shí)，采用黏土或石粉等不透水材料進(jìn)行內(nèi)墊，如金磊石場棄渣場經(jīng)削坡開級(jí)后，碾壓土質(zhì)平臺(tái)，形成不透水層，再利用采石場加工形成的石粉配合一定水泥和砂，對土質(zhì)排水溝進(jìn)行砂漿抹面，并沿排水溝上下游適當(dāng)延伸，既滿足了排水的需求，又達(dá)到了保護(hù)平臺(tái)的目的。平臺(tái)排水溝必須與棄渣場周圍排水邊溝相連接。陡坡地段(坡度達(dá)45°時(shí))排水邊溝下泄水流的流速快、沖刷力大，應(yīng)采用消力池消能后再進(jìn)入下游排水溝或自然溝道，消力池進(jìn)水口和出水口接急流槽，以減少水流對消力池的損壞。

3.2 邊坡治理技術(shù)

露天采石場在人工再塑作用下形成的各種坡面，如采區(qū)礦體覆蓋層土質(zhì)邊坡、棄渣場堆墊邊坡、路基邊坡等，在重力、水力和人為因素等外營力作用下，易發(fā)生塊體移動(dòng)，特別是滑坡、崩塌，常常對礦區(qū)生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。為防止邊坡巖石、土體運(yùn)動(dòng)，保證邊坡穩(wěn)定，必須對邊坡進(jìn)行治理。

根據(jù)龍門縣氣象、水文條件及礦區(qū)施工條件等因素進(jìn)行坡率校正，確定巖質(zhì)、土質(zhì)挖方邊坡及填方邊坡容許坡度［4］，詳見表1—3。

表1 挖方石質(zhì)邊坡容許坡度

根據(jù)邊坡的特征確定對挖方邊坡應(yīng)采用的防護(hù)類型，尤其是在道路可視范圍內(nèi)，要以植物護(hù)坡為主，兼顧景觀協(xié)調(diào)［5］。礦區(qū)運(yùn)輸?shù)缆吠诜竭吰赂叨纫话阈∮? m，土質(zhì)邊坡采用植草護(hù)坡，不良地段采用變截面貼坡式漿砌石擋墻攔擋。采區(qū)覆蓋層開挖邊坡高度在5～10 m之間的，質(zhì)地為黏土、砂土的坡面易受徑流沖刷，坡率控制在1∶1～1∶1.5，多采用漿砌石擋墻和人字形(方格形)截水漿砌片石骨架植草護(hù)坡相結(jié)合的方式進(jìn)行防護(hù);邊坡高度大于10 m的按照8～10 m分級(jí)，分級(jí)平臺(tái)寬1～2 m，在平臺(tái)坡趾設(shè)磚砌(或漿砌石)排水溝，平臺(tái)上部坡面采用草皮護(hù)坡，下部5 m范圍內(nèi)采用植草護(hù)坡。

表2 挖方土質(zhì)邊坡容許坡度

表3 填方邊坡容許坡度

填方邊坡按照邊坡高度、巖土類型采用不同的邊坡坡率。棄渣場堆墊坡面控制在容許范圍內(nèi)，高度小于10 m的，采用植草護(hù)坡;大于10 m的按照8～10 m分級(jí)，分級(jí)平臺(tái)寬1～2 m，在平臺(tái)坡趾設(shè)磚砌(或漿砌石)排水溝，均采用植草護(hù)坡。受地形或征地限制，放坡坡率達(dá)不到容許值時(shí)，坡率在1∶1～1∶1.5之間、填方土質(zhì)邊坡高度在5～10 m之間的，坡肩以下5 m范圍內(nèi)采用植草護(hù)坡，再以下采用漿砌石擋墻和漿砌片石骨架植草護(hù)坡相結(jié)合的方式防護(hù);邊坡高度大于10 m的按照8～10 m分級(jí)，分級(jí)平臺(tái)寬1～2 m，采用漿砌片石骨架植草護(hù)坡，填方坡趾處根據(jù)堆墊面上游徑流量、庫容量、土壤含水量等實(shí)際情況，就地取材，多采用透水?dāng)r渣壩或漿砌石擋墻進(jìn)行攔擋，當(dāng)堆墊坡率超過1∶1時(shí)，嚴(yán)禁使用漿砌片石骨架植草護(hù)坡。

3.3 植被恢復(fù)技術(shù)

3.3.1 植物種的選擇

植物種的選擇主要根據(jù)氣象、土壤、水文條件以及預(yù)期恢復(fù)目標(biāo)來確定［6］。龍門縣屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，區(qū)域多雨且雨量不均，4—9月降水量大，為雨季;10月至翌年3月降水量小，為旱季?？紤]到露天采石場邊坡土壤貧瘠，結(jié)合對縣內(nèi)礦區(qū)及周邊自然生長植被和各礦區(qū)水土流失區(qū)已恢復(fù)植被種類的調(diào)查，以“適地適樹”為原則，采石場植被恢復(fù)多選擇耐炎熱、耐干旱、耐瘠薄、速生的水土保持植物種(鄉(xiāng)土樹、草種為主)，見表4。

表4 主要采用的植物種

3.3.2 坡面綠化

坡面覆綠需要因地制宜，以景觀自然化、植物鄉(xiāng)土化為基本理念，把握經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的原則，合理選擇植物種類。根據(jù)采石場生態(tài)恢復(fù)治理技術(shù)條件和治理能力，龍門縣在坡面治理過程中，除結(jié)合坡面情況采取工程措施外，還特別注意保護(hù)山頂和周邊的原生植被，尤其是具有水源涵養(yǎng)功能的植物，從而極大地減輕了坡面受水流沖刷的程度。

(1)石質(zhì)坡(臺(tái))面綠化。治理時(shí)主要考慮開采臺(tái)階的坡度、高度、巖性和立地條件。據(jù)調(diào)查，龍門縣礦山開采臺(tái)階高度多為12～25 m，臺(tái)階坡面角65°～80°，局部達(dá)到 90°，終了平臺(tái)寬4～6 m。按照采區(qū)開挖狀態(tài)和種植方式，石質(zhì)坡(臺(tái))面綠化模式主要有兩種:①終了平臺(tái)帶狀種植。在平臺(tái)外緣修建擋土墻，擋土墻高度略高于覆土厚度，覆土厚度與所選喬、灌、草種的生態(tài)學(xué)特性相適應(yīng)，通常覆土厚度0.8～1.2 m。綠化采取喬灌、喬藤、灌草等混交種植方式，選擇的喬木有濕地松、大葉相思、大葉合歡、木荷，灌木有油茶、云實(shí)等;在平臺(tái)外緣擋土墻內(nèi)側(cè)及平臺(tái)坡趾處，種植葛藤、爬山虎等攀緣能力強(qiáng)的藤本植物。②石壁植生槽綠化。對坡度不大于45°的邊坡，在坡面上按一定行距人工開挖楔形溝槽(植生槽)［7］，槽內(nèi)回填客土和施加有機(jī)肥，選擇爬山虎、葛藤等藤本植物和油茶、云實(shí)等灌木;坡度大于45°的邊坡，在石縫中添加客土，栽種袋裝苗，或在石壁上開鑿植生槽，加填客土，栽植藤本植物［8］。在采坑坡腳處覆土，種植速生高大喬木，以遮擋裸露石壁。

(2)土質(zhì)坡面綠化。根據(jù)坡面的坡度、坡向及土壤質(zhì)地，將種草與造林有機(jī)結(jié)合起來。開挖面采用挖溝植草防護(hù)，按照邊坡坡度容許值確定邊坡坡率后，在坡面上按照一定的行距人工開挖楔形溝槽。施工工序?yàn)?平整坡面—排水設(shè)施施工—楔形溝施工—回填客土—撒播—前期養(yǎng)護(hù)。挖溝植草必須注意邊坡排水系統(tǒng)的設(shè)置，坡頂、坡腳及分級(jí)平臺(tái)須設(shè)置排水溝，根據(jù)坡面水量的大小設(shè)置坡面縱向排水溝，橫向間距一般為30～40 m，溝槽橫向須設(shè)置5%的反坡以保證回填客土的穩(wěn)定，回填土體要壓實(shí)，草種撒播后要及時(shí)澆水。坡面綠化后根據(jù)植被后期生長情況及時(shí)追肥，并對稀疏區(qū)(造林成活率在41% ～81%之間)進(jìn)行補(bǔ)植［9］。

龍門縣的礦區(qū)棄渣場和工業(yè)場地一般為堆墊地貌，生態(tài)恢復(fù)按照原有地類進(jìn)行恢復(fù)［10］。棄渣場坡率按照規(guī)范要求和造林、種草植物生長的生物學(xué)特性，坡率要小于1∶1.5。土層較薄的砂質(zhì)或土質(zhì)坡面適于種草護(hù)坡［11］，目前選用對土壤要求不嚴(yán)、生長快、耐干旱的低矮匍匐型草種，如百喜草、狗牙根、糖蜜草、畫眉草、香茅等。

3.4 土地整治

根據(jù)采石場不同的人工地貌類型，土地整治亦采取不同的整治方式和施工方法。土地整治一般按照挖填方—土地平整—土地整形—覆土的程序?qū)嵤?。對于采區(qū)挖損地貌的整治主要采用回填推平或形成適合坡度，使整體達(dá)到平面和立面的要求，如采石場開采終了石質(zhì)坡面實(shí)施的修幫及放緩坡度工程，最終的幫坡角和臺(tái)階坡面角根據(jù)巖石穩(wěn)定情況確定(如花崗巖最終幫坡角45°～48°，臺(tái)階坡面角65°～73°);對棄渣場、運(yùn)輸?shù)缆仿坊榷褖|地貌采取整形、放坡及加固等方法，棄渣場一般為從上至下堆墊，整平宜采取拉臺(tái)階落推法，主要是整坡和拉臺(tái)階，即按照堆填高度和巖土類型放緩坡度，自上而下整成臺(tái)階狀。覆土厚度按種植植被生長特性進(jìn)行確定，喬、灌木0.8 ～1.0 m，草0.3 m。

3.5 農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)

龍門縣人多地少，人地矛盾十分突出。為解決縣內(nèi)不斷升級(jí)的人地矛盾，礦山采區(qū)、棄渣場按照批復(fù)的水土保持方案通過土地整治后，根據(jù)當(dāng)?shù)赝恋乩靡?guī)劃和群眾的實(shí)際需要，依坡向、坡位及坡度確定是恢復(fù)為耕地還是林業(yè)生態(tài)用地［12］。對于坡度15°以下的平緩?fù)恋?，表土回覆后，修筑梯田恢?fù)為農(nóng)業(yè)用地;15°以上修建水平臺(tái)、水平階，恢復(fù)為林業(yè)用地。這些措施的實(shí)施不僅能有效防治水土流失，而且還提高了治理區(qū)域的土地生產(chǎn)力，基本能滿足農(nóng)、林業(yè)的要求。

針對礦區(qū)土地整治結(jié)束后存在的土壤肥力低、結(jié)構(gòu)不良、排水能力差等問題，通常采用適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)耕作措施來提高土地生產(chǎn)力，如增施有機(jī)肥(漚肥、廄肥、人糞尿等)，改良土壤結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)、提高土壤保肥能力;在土地整治后直接種植豆科植物(大豆);結(jié)合本地耕作制度，實(shí)行輪作、間作等多種耕作方式，在一個(gè)輪作周期內(nèi)安排一段時(shí)間適當(dāng)種植豆科植物，為土壤提供大量的有機(jī)質(zhì)和氮素，改良土壤結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

采石場受損生態(tài)恢復(fù)治理是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工作，應(yīng)在調(diào)查生態(tài)本底的基礎(chǔ)上，以保護(hù)觀念為指導(dǎo)，因地制宜，以科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則，分析整體環(huán)境與局部受損環(huán)境的差異，選擇生態(tài)防護(hù)與經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)生綜合效益最佳的措施進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。因此，需要更進(jìn)一步地深入研究，并在實(shí)踐中不斷探索新的治理方法與措施。同時(shí)，項(xiàng)目業(yè)主必須根據(jù)水土保持方案的內(nèi)容，按照水土保持法的要求落實(shí)“三同時(shí)”制度，防治水土流失，以減少采石場生產(chǎn)對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

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