子洲鴻偉煤炭開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)分析

張 偉，張 波

1 概況

子洲縣位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)腹地，屬干旱半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量449 mm，總面積2042 km2，人口30.74萬人，地形以山地、丘陵為主。鴻偉煤礦位于子洲縣東南部，面積56.86 km2，儲(chǔ)煤量 713.61 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量395.35 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模5.00 Mt/a，服務(wù)年限60.8 a。本煤礦設(shè)置3個(gè)井筒，在主工業(yè)場地內(nèi)布置主、副井斜井，在風(fēng)井場地布置回風(fēng)立井。開采方法采用長臂式后退式開采。項(xiàng)目區(qū)土壤類型主要為風(fēng)沙土，少量栗鈣土分布。井田范圍內(nèi)風(fēng)沙土廣泛分布，占井田面積的90%以上。主要特征是質(zhì)地較輕、松散而無結(jié)構(gòu)，無層次之分，腐殖質(zhì)層不甚明顯，養(yǎng)分積累甚微，結(jié)構(gòu)性極差，漏水漏肥。

2 擾動(dòng)原地貌、破壞土地植被面積和水土流失預(yù)測(cè)范圍

鴻偉煤礦項(xiàng)目由工業(yè)場地、場外道路、供電通訊線路、排矸場等組成，總占地65.79 hm2。項(xiàng)目區(qū)土壤主要為風(fēng)沙土，植被平均覆蓋度在20～40%。水土流失類型以風(fēng)力侵蝕為主的風(fēng)水復(fù)合侵蝕，風(fēng)力侵蝕模數(shù)6500 t/km2·a，水力侵蝕模數(shù)2900 t/km2·a，容許土壤流失量 1000 t/km2·a，項(xiàng)目區(qū)屬黃河多沙粗沙國家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，結(jié)合監(jiān)測(cè)和主體工程設(shè)計(jì)資料，本工程建設(shè)期除主井工業(yè)場地周邊有18.47 hm2已征地但不擾動(dòng)，其它各防治區(qū)均發(fā)生擾動(dòng)和破壞。建設(shè)期工程擾動(dòng)原地貌、破壞土地及植被面積共為83.17 hm2，其中已擾動(dòng) 71.45 hm2，尚未擾動(dòng) 11.72 hm2。

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB50433-2008）的規(guī)定，通過現(xiàn)場查勘、查閱設(shè)計(jì)資料及實(shí)測(cè)圖件，確定本項(xiàng)目建設(shè)期水土流失防治責(zé)任范圍為102.09 hm2，其中項(xiàng)目建設(shè)區(qū)101.64 hm2，直接影響區(qū)0.45 hm2。按照《水土保持法》規(guī)定，根據(jù)對(duì)建設(shè)區(qū)占地類型的統(tǒng)計(jì)分析，工程建設(shè)過程中占用草地和灌木林地，均納入損壞水土保持設(shè)施范疇，由此確定本項(xiàng)工程損壞水土保持設(shè)施面積為101.64 hm2，工程建設(shè)期動(dòng)用土石方總量395.54萬 m3，其中挖方202.09萬 m3，填方 193.45萬 m3、棄方8.64萬 m3，棄于排矸場。

3 預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)段劃分

3.1 水土流失量調(diào)查與預(yù)測(cè)單元

根據(jù)鴻偉煤礦工程性質(zhì)、分布、施工活動(dòng)特點(diǎn)以及不同功能區(qū)水土流失的特點(diǎn)，水土流失調(diào)查與預(yù)測(cè)單元分為工業(yè)場地、場外道路、供電通訊線路、排矸場4個(gè)。見表1。

表1 水土流失調(diào)查單元及時(shí)段表

3.2 調(diào)查及預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》要求，鴻偉煤炭屬新建建設(shè)類項(xiàng)目，水土流失發(fā)生在建設(shè)期。項(xiàng)目建設(shè)期包括施工期及自然恢復(fù)期。項(xiàng)目區(qū)風(fēng)蝕發(fā)生在3～5、10～12月，為主要風(fēng)蝕季節(jié)，水蝕主要發(fā)生在6～9月。調(diào)查與預(yù)測(cè)時(shí)段按最不利條件確定，超過雨（風(fēng)）季長度不足一年的按全年計(jì)，未超過雨（風(fēng)）季長度的按雨（風(fēng)）季長度的比例計(jì)算。根據(jù)施工特點(diǎn)，此階段的水土流失類型復(fù)雜、分布面寬、水土流失嚴(yán)重，是重點(diǎn)調(diào)查與預(yù)測(cè)時(shí)段。主體工程總的施工期為2012年4月～2018年6月，按最不利情況考慮，即施工期調(diào)查時(shí)段風(fēng)蝕為4.0年，預(yù)測(cè)時(shí)段為2.0年。隨著項(xiàng)目各類工程的建成，由施工活動(dòng)產(chǎn)生的影響也基本結(jié)束，植被自然恢復(fù)或表土形成相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并發(fā)揮水土保持功能需要2～3年，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件，自然恢復(fù)期確定為3年。

4 預(yù)測(cè)內(nèi)容方法和結(jié)果

調(diào)查及預(yù)測(cè)內(nèi)容包括：擾動(dòng)原地貌、破壞土地和植被面積調(diào)查；棄土、棄渣量調(diào)查；損壞水土保持設(shè)施面積調(diào)查；可能造成的水土流失面積、強(qiáng)度及水土流失危害調(diào)查等。項(xiàng)目區(qū)水土流失成因復(fù)雜、類型多樣，本方案采取實(shí)地調(diào)查法、引用資料法（主要引用振興煤炭有限責(zé)任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程和榆林水保站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）相結(jié)合的方法，進(jìn)行水土流失強(qiáng)度和水土流失量調(diào)查。

4.1 水土流失面積調(diào)查與預(yù)測(cè)

通過對(duì)鴻偉煤炭項(xiàng)目施工期、自然恢復(fù)期工程擾動(dòng)原地貌、破壞土地和植被面積的調(diào)查，確定因工程建設(shè)期可能造成的水土流失總面積為83.17 hm2。施工期：各項(xiàng)工程建設(shè)全面開展，各施工區(qū)普遍存在水土流失，產(chǎn)生水土流失的面積為83.17 hm2；自然恢復(fù)期：建設(shè)區(qū)的建構(gòu)筑物及硬固化區(qū)域無水土流失，其它空地在恢復(fù)植被和土壤穩(wěn)定前，仍將產(chǎn)生一定量的水土流失，其面積為38.30 hm2。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查目前已發(fā)生水土流失面積為71.45 hm2，尚未產(chǎn)生水土流失面積為11.72 hm2。

4.2 造成的水土流失量調(diào)查與預(yù)測(cè)

4.2.1 原地貌水土流失背景值

鴻偉煤炭屬丘陵地貌，項(xiàng)目區(qū)土地利用主要為草地和灌木林地，土壤類型主要為風(fēng)沙土和栗鈣土。根據(jù)第一次全國水利普查陜西省水土保持情況公報(bào)（2013年）和外業(yè)實(shí)地調(diào)查情況，以及根據(jù)區(qū)域降雨與風(fēng)力特征、地形地貌、地面組成物質(zhì)、土地利用與植被生長狀況，確定本工程項(xiàng)目區(qū)水土流失表現(xiàn)形式為以風(fēng)力侵蝕為主的風(fēng)水復(fù)合侵蝕，背景值模數(shù)：風(fēng)蝕模數(shù)約為 6500 t/km2·a，水蝕模數(shù)約為 2900 t/km2·a。

4.2.2 擾動(dòng)后土壤侵蝕模數(shù)調(diào)查與預(yù)測(cè)

根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》（GB50433-2008）要求，結(jié)合工程建設(shè)特點(diǎn)，對(duì)該項(xiàng)工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的水土流失風(fēng)蝕、水蝕強(qiáng)度采取引用榆林市水土保持監(jiān)測(cè)站，在2008年，對(duì)振興煤炭有限責(zé)任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程的監(jiān)測(cè)報(bào)告，和榆林水保站2014年4月至今，對(duì)本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)成果來確定本項(xiàng)目的侵蝕模數(shù)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)及方法見表2。

表2 項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)表

（1）水蝕強(qiáng)度調(diào)查

類比實(shí)測(cè)資料引用振興煤炭有限責(zé)任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程的監(jiān)測(cè)資料。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2008年3月～2009年12月，監(jiān)測(cè)背景條件為年均降水量347.0 mm。監(jiān)測(cè)方法為侵蝕溝樣方法和樁釘法。監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)在主井場地周邊堆土邊坡、工業(yè)場地臨時(shí)堆土、進(jìn)場道路邊坡。引用資料Ⅱ用榆林市水保站對(duì)本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)資料，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年4月～現(xiàn)今。監(jiān)測(cè)背景條件：年均降水量346 mm。監(jiān)測(cè)方法為侵蝕溝樣方法和樁釘法。

（2）風(fēng)蝕強(qiáng)度調(diào)查

引用資料同水蝕強(qiáng)度調(diào)查，振興煤炭有限責(zé)任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程監(jiān)測(cè)背景條件年均風(fēng)速3.2 m/s。監(jiān)測(cè)方法為采用測(cè)釬法。榆林水保站監(jiān)測(cè)背景條件為年均風(fēng)速3.1 m/s。監(jiān)測(cè)方法為采用測(cè)釬法。

（3）引用條件分析

引用資料一，振興煤礦位于鴻偉礦井東南，相距約25 km，從各自然條件看，振興煤礦與本工程處于同一區(qū)域，其地形地貌、土壤植被等自然條件相類似，氣候特征及風(fēng)力條件基本相同，土壤均為栗鈣土，施工擾動(dòng)后表面物資均呈松散、沙性，顆粒組成基本一致；本項(xiàng)目區(qū)與類比區(qū)年平均蒸發(fā)量數(shù)值相近，施工擾動(dòng)后土壤水分迅速散失，呈干燥松散；兩工程施工工藝、對(duì)地表的擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)形式以及擾動(dòng)后的下墊面條件類似，其擾動(dòng)后的風(fēng)蝕量也應(yīng)基本相同。引用資料二，為本項(xiàng)目2014年至2017年的水土流失監(jiān)測(cè)值，因此引用其監(jiān)測(cè)資料用于本工程風(fēng)蝕強(qiáng)度。根據(jù)對(duì)施工擾動(dòng)后抗侵蝕力的變化等進(jìn)行綜合分析，確定工程土壤侵蝕強(qiáng)度值。在自然恢復(fù)期，隨著施工的結(jié)束，對(duì)地表的擾動(dòng)破壞和影響也隨之消失，地表土壤地皮又逐漸形成，植被也逐漸自然恢復(fù)，在不采取措施情況下，經(jīng)過3年自然恢復(fù)期，土壤侵蝕強(qiáng)度基本與土壤侵蝕背景值接近。因此，土壤侵蝕強(qiáng)度在植被恢復(fù)期呈逐步減少趨勢(shì)。

4.2.3 水土流失量

在獲得水土流失背景值、水土流失強(qiáng)度值和新增水土流失面積的基礎(chǔ)上，求得新增水土流失總量。經(jīng)計(jì)算：本工程建設(shè)期間造成的水土流失總量為64573 t，其中新增水土流失量32560 t。施工期造成的水土流失量為47704 t，其中新增水土流失量27178 t；自然恢復(fù)期造成的水土流失量為16869 t，其中新增水土流失量5383 t。目前已造成的水土流失量為60869 t，其中新增水土流失量30734 t；預(yù)測(cè)建設(shè)期內(nèi)仍可能造成的水土流失量為3704 t，其中新增水土流失量1826 t。

4.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

工程擾動(dòng)地表面積共計(jì)57.85 hm2，其中損壞水土保持設(shè)施57.85 hm2，主要為采礦用地。項(xiàng)目區(qū)建設(shè)期可能造成的土壤流失總量約5193.61 t，背景土壤流失量1082.23 t，新增的土壤流失總量約4194.72 t。施工期是工程建設(shè)過程中可能產(chǎn)生水土流失最為嚴(yán)重的時(shí)期，新增土壤流失量2941.41 t，期間土壤流失量占新增流失總量的70.12%，必須加強(qiáng)施工期的水土流失防治措施及施工管理措施。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

通過分析，工程建設(shè)造成的土壤侵蝕總量為6.46萬t，產(chǎn)生水土流失的重點(diǎn)區(qū)是工業(yè)場地，占新增土壤侵蝕總量的78.64%，為工程建設(shè)過程中產(chǎn)生水土流失的主要區(qū)域，是水土流失防治及水土保持監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域。施工期土壤侵蝕新增量為2.72萬t，自然恢復(fù)期為0.54萬 t，分別占土壤侵蝕總量的83.47%和16.53%，建設(shè)期土壤侵蝕量較大，土壤侵蝕強(qiáng)度高，是產(chǎn)生土壤侵蝕的主要時(shí)段。

5.2 建議

目前工程區(qū)的場地已經(jīng)清理平整，并大部分已造林種草恢復(fù)植被，但有部分地表仍處于裸露狀態(tài)，植被稀疏，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)植補(bǔ)種；盡快實(shí)施各區(qū)水土保持措施，逐漸降低新增水土流失強(qiáng)度。本工程計(jì)劃于2018年6月完工，監(jiān)測(cè)時(shí)段為監(jiān)測(cè)委托時(shí)間至竣工驗(yàn)收前。根據(jù)工程實(shí)際施工進(jìn)度情況，水土保持監(jiān)測(cè)針對(duì)施工期和自然恢復(fù)期實(shí)施。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括：各施工擾動(dòng)區(qū)水土流失量及其它水土流失因子的變化等；水土保持工程實(shí)施的數(shù)量和質(zhì)量、植物措施生長情況等因素監(jiān)測(cè)；重點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)布置在目前水土流失仍較為嚴(yán)重的工業(yè)場地和排矸場。