荒漠戈壁區(qū)尾礦庫水土保持措施配置

張麗萍

(甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730020)

瓜州縣東虎溝金礦位于瓜州縣北部，地處甘肅河西走廊西端，屬干燥剝蝕丘陵區(qū)，礦區(qū)面積8.42 km2，礦權(quán)范圍內(nèi)礦石資源總量為32.24萬t。礦區(qū)南距瓜州縣城約43 km，北距柳園鎮(zhèn)約12 km，交通便利。該礦生產(chǎn)規(guī)模13.5萬t/a，服務(wù)年限6 a。東虎溝金礦尾礦庫位于東虎溝金礦三礦區(qū)一支溝溝道中，地勢東高西低，北高南低，溝谷呈東西向，尾礦庫占地面積約9 hm2。谷底坡度較緩，溝內(nèi)及兩側(cè)山坡覆蓋層為粉質(zhì)砂土層。壩址位置溝寬約230 m，周圍山坡高程1 556～1 566 m，溝底高程1 556～1 560 m，兩側(cè)山坡頂部高程相差較大。庫區(qū)位于較寬闊的溝谷，山坡坡度較緩。庫區(qū)溝岸未見滑坡、滑塌及泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。服務(wù)年限內(nèi)尾礦總量93.6萬m3，尾砂排放量8.23萬m3/a。

1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于甘肅北山低山丘陵區(qū)，北高南低，干旱少雨，當?shù)厍治g基準面位于-50 m標高左右，無常年性地表徑流，僅在暴雨季節(jié)溝谷形成瞬時性洪流。一般3～5 年北部山區(qū)出現(xiàn)大雨，河流才會出現(xiàn)洪水，根據(jù)礦區(qū)記錄，本區(qū)僅2003年和2008年出現(xiàn)過兩次洪水。礦區(qū)地處亞歐大陸的腹地，屬典型的大陸性氣候區(qū)，降雨少，蒸發(fā)量大，風大沙多，災(zāi)害頻繁。尾礦庫堆積壩多由廢礦渣堆積而成，堆積物礦物成分復雜，植物難以生長，在降雨條件下易產(chǎn)生水土流失，嚴重破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，威脅下游及周邊安全[1]。若在建設(shè)及運行過程中不采取有力措施防治水土流失，將影響到礦區(qū)的正常生產(chǎn)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全[2]。

東虎溝金礦尾礦庫防洪標準為Ⅳ等庫標準：初期為30～50年一遇，中后期為100～200年一遇。尾礦庫東側(cè)修建一座不透水的漿砌石攔洪壩，用于攔截洪水。攔洪壩全長243.1 m，壩頂標高1 560 m，頂寬2 m，下游面坡比1∶0.2，上游面坡比1∶0.8，地基開挖深度為2 m。為了較好地排出雨水，尾礦壩頂面應(yīng)向外坡傾斜，坡度1%；兩側(cè)壩肩要求修筑排水溝，在攔截山坡上雨水的同時排出壩面的雨水。庫區(qū)內(nèi)部采用排水疊井形式排除庫內(nèi)洪水，排水疊井直徑0.8 m，深15 m，布置在尾礦庫中心1 557 m標高處，采用直徑0.5 m的圓形排水涵管排出庫內(nèi)洪水。這些技術(shù)措施雖然為了尾礦庫運行安全所布設(shè)，但是具有一定的水土保持功能，對于抑制尾礦庫建設(shè)及運行造成的水土流失具有較好的作用。

2 荒漠戈壁區(qū)尾礦庫水土流失成因

(1)研究區(qū)地處戈壁荒灘，地表組成物質(zhì)以小礫石和沙土為主，因風蝕而形成礫面，基層是砂礫或粗沙，土層厚度隨地形變化而異，土壤質(zhì)地疏松，抗蝕抗沖性弱，尾礦庫建設(shè)導致原生地表遭到大面積開挖，破壞原有地表組成，伴隨著尾礦庫運行期庫內(nèi)尾礦長時間裸露，水土流失陡然加劇，使研究區(qū)原本就脆弱的生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

(2)研究區(qū)年均降水量45.7 mm，而年均蒸發(fā)量高達3 140.6 mm，降水少，蒸發(fā)量大，導致植被種類單一且稀少，以荒漠草原植被為主，分布有藜科、禾本科、蒺藜科等旱生、超旱生植被，自然植被覆蓋度較低。尾礦庫區(qū)地表分布有紅柳、白刺等旱生植物，植株較低矮，叢狀疏生，覆蓋度小于2%，原生植被遭到破壞后再修復就很困難。

(3)研究區(qū)平均風速2.6 m/s，最大風速23 m/s，50年一遇最大風速25.0 m/s，風大沙多。研究區(qū)自然水土流失本身就較為嚴重，伴隨著尾礦庫建設(shè)，土石方的開挖回填會加劇風蝕造成水土流失，同時不利于建設(shè)期與運行期的水土保持。

(4)尾礦庫尾礦的治理措施不能及時跟進會造成尾礦長期裸露、風化等，造成水土流失；防滲措施實施不到位會對周邊土壤及植被造成損害，破壞庫址周圍生態(tài)環(huán)境。

3 水土保持技術(shù)措施配置探析

在確定水土保持措施時，不僅要考慮到尾礦壩已有的具有水土保持功能的措施，還要因地制宜增加相應(yīng)的其他措施。

3.1 尾礦壩具有水土保持功能的技術(shù)措施

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)中具有水土保持功能的工程措施界定的原則[3]，尾礦壩排水明渠、排水明渠末端消力池、尾礦壩壩腳排水溝、尾礦壩馬道排水溝具有水土保持功能，納入水土保持技術(shù)措施體系。

3.2 土地整治

尾礦庫排放為濕排，為防止尾礦風干后變得疏松易被吹蝕，進行土地整治后采取碎石壓蓋措施，防止風蝕。尾礦排放為分條塊逐步進行(圖1)。將尾礦排放區(qū)域劃分為網(wǎng)格狀條塊，尾礦排放時依次按照條塊排放，當上一條塊排放至設(shè)計高程并達到堆放要求后，再進行下一條塊排放。這樣可在短時間內(nèi)做到尾礦表層碎石壓蓋，壓蓋后不僅使達到設(shè)計高程后的尾礦風蝕減少，還可以滿足隨時排放隨時整治的要求，避免了尾礦長期裸露造成水土流失。土地整治周期以季度為單位。

圖1 尾礦排放整治措施示意

3.3 碎石壓蓋

尾礦風干后引發(fā)風蝕，造成水土流失及浮塵污染，因此尾礦庫堆放達到設(shè)計高程后，對頂部整治后進行碎石壓蓋，壓蓋厚度30 cm，碎石粒徑大于3 cm。

3.4 植被建設(shè)

(1)研究區(qū)自然特征。研究區(qū)屬溫帶季風性大陸干旱氣候區(qū)，干燥、風沙大、日照豐富、太陽輻射強，降雨少，土壤貧瘠，以風沙土、灰棕荒漠土為主，土壤有機質(zhì)含量極少。根據(jù)對尾礦庫區(qū)域調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)植被生長良好、成活率較高的有饅頭柳、紅柳等，尤其是紅柳生長最為突出，按“適地適樹”的原則，確定綠化樹種為紅柳。

(2)紅柳特征及栽培技術(shù)。紅柳的生物生態(tài)學特性及栽培技術(shù)、種籽規(guī)格詳見表1。

表1 紅柳生物生態(tài)學特性及栽培技術(shù)

(3)撫育管理技術(shù)。①栽植、播種。整地方式與時間：當?shù)仫L沙大，不宜提前整地，栽前整地即可。施肥：栽植前進行整地，按照設(shè)計的坑穴尺寸將坑穴挖好，換填農(nóng)田土，然后施入足量基肥與栽植土充分拌和。栽植土及基肥換填完成后澆水沉降，待土壤濕度適宜即可栽植。②撫育管理措施。松土除草：造林后及時松土、除草、施肥。補植：在造林后當年或第二年，根據(jù)苗木成活情況，進行補植。灌水：栽植苗木時，應(yīng)澆足定根水，以后根據(jù)情況按適時適量的原則及時補灌。由于綠化面積較小，用水量也少，因此綠化用水可引接澆灌。幼樹管理：適時進行修枝、整形等撫育工作。冬季應(yīng)做好防寒(旱)措施，如封凍前灌足冬水，并分別采用埋土、蓋草、覆塑料棚等防寒措施。同時做好林木的病蟲害防治工作。③綠化生態(tài)用水情況。研究區(qū)年降水量較少，氣候特點是干旱、多風，天然降水不能滿足植物生長發(fā)育需要，需補充人工灌溉。根據(jù)《甘肅省行業(yè)用水定額》(甘政發(fā)〔2017〕45號)，林地一次灌水量600 m3/hm2[4]，一般年灌水5次。

4 結(jié) 語

(1)研究區(qū)地處荒漠戈壁區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)量大，平均風速大且大風天數(shù)多，植被稀疏，風力侵蝕較為嚴重，治理難度大。

(2)研究區(qū)尾礦庫建設(shè)水土流失防治，在充分落實并發(fā)揮尾礦壩主體已具有水土保持功能的基礎(chǔ)上，通過有序結(jié)合并及時跟進實施分條塊土地整治、碎石壓蓋等水土保持專項治理技術(shù)措施，對于防治荒漠戈壁區(qū)尾礦庫建設(shè)造成的水土流失起到了重要作用，也為荒漠戈壁區(qū)尾礦庫水土流失治理提供了實例。

[參考文獻]

[1] 王若龍，張旭.本溪市南芬選礦廠尾礦庫水土保持方案的編制[J].水利發(fā)展研究，2002，2(8):27-32．

[2] 周連碧，張梅.淺談鐵礦開采水土保持與生態(tài)環(huán)境保護[J].礦冶，2007,16(7):78-81.

[3] 水利部.開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范：GB 50433—2008 [S].北京:中國計劃出版社，2008:21.

[作者簡介] 張麗萍(1963—)，女，湖南長沙市人，高級工程師,學士，主要從事生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持研究工作。

[收稿日期] 2018-03-30