礦山排土場(chǎng)水土流失防治體系研究

譚輝　袁君

摘 要：排土場(chǎng)是礦區(qū)水土流失的重點(diǎn)區(qū)域，該文通過對(duì)馬鋼姑山礦鐘山排土場(chǎng)和南山礦凹山排土場(chǎng)的現(xiàn)狀、水土流失治理措施及治理后的水土保持效益指標(biāo)進(jìn)行分析，明確了冶金礦山排土場(chǎng)水土流失治理應(yīng)使剝離、排土、治理在時(shí)空上緊密結(jié)合，采取工程措施和植物措施相結(jié)合、工程措施先行、植物措施立體防護(hù)的治理方式，其中工程措施應(yīng)以邊坡防護(hù)、攔擋、排水、土地整治為主，植物措施應(yīng)以當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種及試種成功的品種為主，并適當(dāng)考慮景觀效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：排土場(chǎng) 水土流失 工程措施 植物措施

中圖分類號(hào)：TD854 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0054-02

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，但隨著近些年的發(fā)展，其儲(chǔ)量仍無法滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求[1]。礦產(chǎn)資源開發(fā)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也因破壞了自然環(huán)境和過分消耗了自然資源而成為生態(tài)地位最低的行業(yè)[2]。從我國(guó)的行業(yè)特點(diǎn)分析，礦區(qū)是生態(tài)環(huán)境破壞和水土流失較為嚴(yán)重的地區(qū)[3]。因此，在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中應(yīng)結(jié)合水土流失特點(diǎn)，把水土保持與土地復(fù)墾、生態(tài)重建相結(jié)合，走一條良性可持續(xù)發(fā)展的道路[4]。

1 礦山排土場(chǎng)現(xiàn)狀

礦山建設(shè)造成植被破壞、地表裸露改變了微地形，從而產(chǎn)生水土流失，其危害主要是破壞了原生生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害和影響礦區(qū)小氣候[3]。我國(guó)礦山開采初期都沒有采取有效的水土流失防治措施，落后的開采加工運(yùn)輸各環(huán)節(jié)更加劇了水土流失。礦山生產(chǎn)形成的排土場(chǎng)不僅占?jí)旱乇?，同時(shí)易產(chǎn)生次生地質(zhì)災(zāi)害，引發(fā)更嚴(yán)重的生態(tài)危害[5]。

1.1 馬鋼姑山礦鐘山排土場(chǎng)概況

馬鋼（集團(tuán)）控股有限公司姑山礦業(yè)公司已經(jīng)有近九十年的開采歷史，鐘山排土場(chǎng)是由鐘山鐵礦露天采場(chǎng)閉坑后堆積形成，位于姑山采場(chǎng)西北約2km，東側(cè)緊靠馬蕪高速公路，毗鄰青山河。該排土場(chǎng)用于堆放姑山采場(chǎng)露天開采剝離的巖土，排放時(shí)大量表土層被堆積在排土場(chǎng)最下層，排土場(chǎng)斜坡為石渣和姑山礦采場(chǎng)剝離的第四紀(jì)流沙混排坡面，土壤滲透系數(shù)低，水土流失嚴(yán)重。

該排土場(chǎng)現(xiàn)已停用，占地面積22.8hm2，最高堆置標(biāo)高60m，形成5個(gè)排土平臺(tái)，標(biāo)高分別為60m、50m、40m、30m、20m，臺(tái)階寬度為15～30m，排土場(chǎng)土地性質(zhì)見表1。排土場(chǎng)早期局部有積水現(xiàn)象，自然植被以有害的葎草和蒼耳為主，生態(tài)效益極為低下。經(jīng)治理現(xiàn)已形成生態(tài)重建區(qū)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)林區(qū)、生態(tài)防護(hù)區(qū)、農(nóng)業(yè)復(fù)墾區(qū)、試驗(yàn)生態(tài)恢復(fù)區(qū)等生態(tài)治理區(qū)，植被覆蓋度達(dá)70%以上，改善了區(qū)域環(huán)境及景觀。

1.2 馬鋼南山礦凹山排土場(chǎng)概況

馬鋼南山礦凹山排土場(chǎng)位于凹山采場(chǎng)東部，占地面積300hm2，其總?cè)萘繛?.3億t巖石，承擔(dān)著凹山采場(chǎng)和東山采場(chǎng)的排土任務(wù)，現(xiàn)已服務(wù)期滿。該排土場(chǎng)形成時(shí)間較早，其所排廢渣以表土、巖石、圍巖等組成，受廢石排棄影響，顏色分層較為明顯，100cm左右為紫紅色礫石，下層均為土黃色礫石。表層廢石雖有部分風(fēng)化，但基本不具備土壤性質(zhì)，其結(jié)構(gòu)松散，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤級(jí)配差，保水性差，降雨后廢石淋溶水多呈紫紅色，pH值2～4之間，對(duì)于一般植物即使發(fā)芽，其在酸性條件下也難以成活。凹山排土場(chǎng)土壤性質(zhì)見表2。

目前，該排土場(chǎng)堆積高度約為150m，分為+80m、+105m、+130m等多個(gè)平

臺(tái)。因排土邊坡堆放不規(guī)則，時(shí)常發(fā)生瀉溜、溝蝕等狀況，溝蝕面積占邊坡的50%以上。從現(xiàn)有植被來看，自然恢復(fù)植被僅有狗尾草、馬唐、野薔薇等，人工恢復(fù)植被有合歡、紫穗槐、狗牙根等。

2 排土場(chǎng)水土流失防治

我國(guó)在水土保持工作主要是借助現(xiàn)代的科學(xué)理論和方法，開展了水土流失調(diào)查，同時(shí)進(jìn)行了水土保持經(jīng)驗(yàn)的推廣等，為全國(guó)大范圍的水土流失防治工作奠定了基礎(chǔ)[6]。馬鋼姑山礦鐘山排土場(chǎng)和南山礦凹山排土場(chǎng)在水土流失治理時(shí)，均采用了工程措施與植物措施相結(jié)合、生態(tài)優(yōu)先的治理理念，結(jié)合排土場(chǎng)現(xiàn)狀有針對(duì)性的布置了治理措施。

2.1 水土流失治理體系

礦區(qū)在實(shí)施水土流失防治措施后，其水土流失可大量減少，其中植物措施的實(shí)施有利于改變當(dāng)?shù)刂脖桓采w率，增加土壤蓄滲，減緩降水匯流等作用[7]。排土場(chǎng)是水土流失的重點(diǎn)區(qū)域之一，其在礦區(qū)水土流失治理中就變的更為重要。

⑴鐘山排土場(chǎng)水土流失治理措施。

鐘山排土場(chǎng)采用擋墻攔擋、挖掘排水溝、土地整治、植被恢復(fù)等措施，增強(qiáng)排土場(chǎng)穩(wěn)定性，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，以防止邊坡坍塌，消除滑坡等隱患。

①表土回填。

表土回填利用距鐘山排土場(chǎng)運(yùn)距2km的姑山露天采場(chǎng)西幫擴(kuò)幫剝離的流砂及粘土，采用40t級(jí)自卸汽車運(yùn)往鐘山排土場(chǎng)進(jìn)行回填，覆土厚度不應(yīng)小于0.5m，土源充足時(shí)建議不小于1.0m。

②邊坡防護(hù)。

覆土后的排土場(chǎng)邊坡應(yīng)放緩為1∶2，其臺(tái)階高度為12m，為了保證邊坡穩(wěn)定及平臺(tái)寬度，+20m平臺(tái)南、北兩側(cè)邊坡坡腳處需設(shè)置擋土墻及護(hù)坡，擋土墻高度1～3m，坡面鋪砌采用漿砌片石護(hù)坡，護(hù)坡厚度為400mm。

③排水工程。

鐘山排土場(chǎng)匯水面積較小，四周地勢(shì)平坦，現(xiàn)有排水系統(tǒng)完整。根據(jù)排土場(chǎng)臺(tái)階分布，確定在30m、40m平臺(tái)開挖排水溝，匯集地表水于貯水池，供綠化用水。貯水池溢流水經(jīng)排水溝排至蕪馬高速公路排水系統(tǒng)。排水溝為漿砌片石排水溝，斷面400mm×400～600mm，漿砌片石厚度400mm。

④植物措施。

根據(jù)鐘山排土場(chǎng)立地和環(huán)境條件，實(shí)行喬、灌、草相結(jié)合，并對(duì)部分經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高樹種造林采取客土，促進(jìn)林區(qū)及時(shí)形成，加速排土場(chǎng)植被恢復(fù)，減少水土流失。植物措施所選品種：?jiǎn)棠緲浞N包括香椿、杜仲、青檀及絨毛白臘；灌木樹種為紫穗槐和黑莓；藤本為金銀花，草本為金針菜和三葉草。

⑵凹山排土場(chǎng)水土流失治理措施。

①攔擋措施。

目前，凹山采場(chǎng)棄渣已基本沉實(shí)，坡腳除部分高陡區(qū)域可能發(fā)生滑坡外，其余均相對(duì)穩(wěn)定。治理區(qū)采用在平臺(tái)距邊緣0.5m區(qū)域設(shè)置簡(jiǎn)易土埂攔擋，土埂高度0.3m，梯形斷面，頂寬0.3m，邊坡1：1。

②排水措施。

排土場(chǎng)治理區(qū)設(shè)置了沿道路及分區(qū)的排水溝，以匯集地表徑流。排水溝采用漿砌磚結(jié)構(gòu)、矩形斷面，尺寸為0.5m×0.5m×0.3m，排水溝將場(chǎng)地匯水導(dǎo)排至下游平臺(tái)的集水坑內(nèi)。

③土地整治。

整治平臺(tái)采用反坡方式進(jìn)行土地平整，坡度保持在3‰，同時(shí)對(duì)平臺(tái)區(qū)域進(jìn)行深翻，深翻厚度為0.5m，深翻區(qū)域保證其熟化至少2個(gè)月，后在深翻的土地上覆蓋了0.5m后的污泥進(jìn)行土壤改良，坡度仍為3‰。

④植物措施。

凹山排土場(chǎng)植物栽植選取了淺根性、不進(jìn)入食物鏈的品種。該區(qū)域栽植的植物品種為合歡、刺槐、紫穗槐、狗牙根及百喜草。其中喬木栽植株行距為3m×3m，灌木栽植為1.5m×1.5m，撒播草籽為60kg/hm2。另外，植物措施在進(jìn)行過程中進(jìn)行了灌溉、補(bǔ)植 等養(yǎng)護(hù)措施。

2.2 水土保持效果分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，鐘山排土場(chǎng)在迎風(fēng)坡面和平臺(tái)建設(shè)了防風(fēng)林和生態(tài)防護(hù)林，解決了排土場(chǎng)揚(yáng)塵問題。目前，該排土場(chǎng)植被成活率達(dá)91.7%，土地復(fù)墾率超過80%，現(xiàn)有攔擋、排水系統(tǒng)運(yùn)行基本良好，通過喬灌草配置其環(huán)境改善效果顯著。治理后，其水土保持六項(xiàng)指標(biāo)分別為擾動(dòng)土地整治率達(dá)到95%，水土流失總治理度為91%，攔渣率97%，土壤流失控制比為1，林草植被恢復(fù)率為92%，林草覆蓋率70%，排土場(chǎng)治理區(qū)的水土流失基本得到了治理，景觀及環(huán)境效益明顯。凹山排土場(chǎng)治理區(qū)所選種的植物成活率達(dá)85%，排水系統(tǒng)運(yùn)行基本良好，水土流失防治六項(xiàng)指標(biāo)分別為擾動(dòng)土地整治率達(dá)到92%，水土流失總治理度為90%，攔渣率95%，土壤流失控制比為1，林草植被恢復(fù)率為91%，林草覆蓋率65%，排土場(chǎng)治理區(qū)的水土流失基本得到了治理。

3 討論及建議

隨著目前綠色礦山創(chuàng)建及國(guó)家環(huán)保要求的提高，礦山的生態(tài)環(huán)境治理也越來越受到重視。從兩個(gè)排土場(chǎng)的水土流失治理方式來看，其均采用了土地整治、客土回填后植被恢復(fù)。鐘山排土場(chǎng)從生態(tài)學(xué)等角度布設(shè)了攔擋、邊坡整治、排水設(shè)施、植物措施等，對(duì)其水土流失治理發(fā)揮了重要作用，也為后期治理升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。凹山排土場(chǎng)在治理過程中，其采用的治理措施與鐘山排土場(chǎng)基本相同，因其棄渣的特殊性，除水土流失防治外，還考慮了土壤改良、污泥利用及抗性植物選擇，其治理效果能夠滿足要求且治理后土壤質(zhì)量有所提高，為后期種植其他植物奠定了基礎(chǔ)。兩個(gè)排土場(chǎng)水土流失治理雖達(dá)到了防治要求，但其仍存在一定的問題。鐘山排土場(chǎng)存在的部分邊坡因覆土厚度較厚，下部無攔擋或無攔擋高度不足，產(chǎn)生了覆土滑坡，水土流失加??；部分區(qū)域在缺乏管護(hù)的情況下，有害的自然植被入侵較快，嚴(yán)重影響治理效果；部分排水溝道存在淤積情況，影響排水效果。凹山排土場(chǎng)覆土在強(qiáng)降雨作用下因顆粒較細(xì)，其下游低洼處可見細(xì)粒淤積，部分排水溝排水效果不佳，覆土后自然植被進(jìn)入較快，影響了植物措施效果。因此，針對(duì)冶金礦山排土場(chǎng)石礫含量較高、養(yǎng)分低等特點(diǎn)，其水土流失治理應(yīng)使剝離、排土、治理在時(shí)空上緊密結(jié)合，形成剝離-排土-治理一體化均衡模式。對(duì)于覆土整治區(qū)應(yīng)在覆土前有針對(duì)性的進(jìn)行夯實(shí)，以形成隔離層，同時(shí)應(yīng)確定合理的邊坡覆土厚度及攔擋高度，在邊坡進(jìn)行植物栽植時(shí)應(yīng)選擇淺根性的植物，以保證邊坡穩(wěn)定。另外，應(yīng)加強(qiáng)工程措施和植物措施的養(yǎng)護(hù)，以滿足水土流失治理效果。

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