渾源縣礦山生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目應(yīng)急水源工程分析

孟 琳

（渾源縣水務(wù)局，山西 渾源 037400）

渾源縣屬半干旱大陸性氣候，主要受西北氣流控制，春長風(fēng)大、夏熱多旱、秋短旱霜、冬冷干燥。多年平均氣溫6.5℃，多年平均降水量408.2 mm，多年平均蒸發(fā)量1 600.9 mm（20 cm蒸發(fā)皿）。降雨量主要集中在6～9月，占年降水量的70%，由于雨量集中，丘陵山區(qū)水土流失嚴(yán)重。

1 渾源縣礦山生態(tài)概況

渾源縣礦產(chǎn)資源豐富，蘊(yùn)藏量大，主要有煤炭、花崗巖、鐵礦等多個礦種，據(jù)資料，現(xiàn)已探明的煤炭儲量約17億t，花崗巖儲量1.93億m3，尤以黑色黃崗巖品質(zhì)為最佳。多年來，粗放的礦產(chǎn)資源開采方式，對地表植被造成了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重、地下水資源枯竭，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。礦區(qū)基巖、煤層裸露，與恒山景區(qū)秀麗的風(fēng)景極不協(xié)調(diào)，破壞了旅游環(huán)境，阻礙了渾源縣建成綠色縣、生態(tài)縣的進(jìn)程。

為了貫徹黨中央“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展思路，渾源縣政府組織縣屬各單位，集中治理礦山環(huán)境問題，認(rèn)真落實(shí)生態(tài)修復(fù)各項(xiàng)措施，進(jìn)一步完善恒山景區(qū)建設(shè)，提升景區(qū)競爭力，推動全縣旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速建成綠色縣、生態(tài)縣。

2 礦山生態(tài)修復(fù)工程

2.1 工程范圍與任務(wù)

渾源縣礦山治理生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目（應(yīng)急水源工程），涉及渾源縣的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)22個村，共計(jì)實(shí)施生態(tài)修復(fù)面積約2 879.87 hm2。其中，大磁窯鎮(zhèn)315.93 hm2，黃花灘鄉(xiāng)901.67 hm2，青磁窯鄉(xiāng)780.53 hm2，千佛嶺鄉(xiāng)146.67 hm2，大仁莊鄉(xiāng)251.46 hm2，蔡村鎮(zhèn)447.61 hm2。

應(yīng)急水源工程的主要任務(wù)是為渾源縣礦山生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目提供應(yīng)急水源，通過加壓主機(jī)設(shè)備，將原有井水或礦坑集水提升至修復(fù)平臺附近的高點(diǎn)后，在平臺高點(diǎn)放置儲水裝置，利用高差，經(jīng)過低壓管道輸水工程，對項(xiàng)目區(qū)作物進(jìn)行灌溉。

2.2 礦山生態(tài)修復(fù)植被類型

治理區(qū)位于渾源縣南部山區(qū)和北部山區(qū)露天煤礦采礦區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)土壤是經(jīng)過土地整治后的覆土，均為壤土、砂壤土，土壤容重為1.17～1.62 kg/cm3，耕作層厚度為30～60 cm，田間持水量21%～25%。由于治理區(qū)水資源極度匱乏，應(yīng)選擇需水量較小、固土能力強(qiáng)、成活率高的喬木、灌木和牧草等耐寒、耐旱型品種。喬木以油松、落葉松為主，灌木以檸條為主，牧草以須根系覆蓋面積廣的豆科、禾本科草類為主。生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目栽種草木后，灌水困難，成活率無法保證，亟待尋獲新水源，以提供供水保障。

2.3 工程主要建設(shè)內(nèi)容

利用礦坑集水15處，舊井5眼，新建截潛流集水井2處；鋪設(shè)提水鋼管91.6 km，布置高點(diǎn)儲水設(shè)施142處，鋪設(shè)配水管道205.2 km，安裝鐵質(zhì)給水栓3 463個，配套輔助軟帶34 km；新建截潛流集水井2處、礦坑水閘1處、控制室26座、閥門井30座、泄水井192座，布設(shè)提水鋼管支墩610個；安裝機(jī)泵及啟動柜48套，總裝機(jī)容量2 025 kW，安裝變壓器23套，架設(shè)10 kV高壓線路20.48 km，鋪設(shè)地埋動力電纜7.25 km。

總工程量：土方開挖20.33萬m3，土方回填19.63萬m3，混凝土0.03萬m3，砌石2.02萬m3，鋼筋9.84 t?？偼豆?7.56萬工日。

3 應(yīng)急水源供需平衡分析

3.1 應(yīng)急水源選擇

治理區(qū)水源有三種來源，分別是渾源縣城污水廠的再生水、恒山水庫水和治理區(qū)內(nèi)可利用的舊井及礦坑集水。

渾源污水處理廠位于縣城內(nèi)，距離治理區(qū)較遠(yuǎn)，且治理區(qū)均為山地，灌溉面積分散，不宜采用集中水源供水。恒山水庫在渾源縣城南5 km，治理區(qū)位于恒山水庫的東北部山區(qū)，距水庫較近的部分區(qū)域，可以利用恒山水庫作為應(yīng)急水源取水點(diǎn)。治理區(qū)內(nèi)有水源井和礦坑集水，分散于治理區(qū)內(nèi)，且水源互不影響，引水管線布設(shè)較短，有利于各片區(qū)獨(dú)立灌溉。

污水廠的再生水引水管線太長，對加壓設(shè)備和地質(zhì)穩(wěn)定性要求較高，且投資較高；恒山水庫供水范圍僅適用于水庫周邊，遠(yuǎn)距離輸水投資較高；利用治理區(qū)原有水源井和礦坑集水作為應(yīng)急水源，既可以降低一次性供水投資，又降低了施工難度，且各水源相互獨(dú)立。因此，選擇治理區(qū)內(nèi)原有水源井和礦坑集水作為應(yīng)急水源。

3.2 需水量分析

根據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 20203—2006）、《節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50363—2018），結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源條件、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r等綜合考慮，治理區(qū)設(shè)計(jì)灌溉保證率為75%，管灌灌溉水利用系數(shù)取0.8。

3.2.1 油松灌溉制度

根據(jù)油松栽培技術(shù)，在治理區(qū)種植株高50 cm左右的油松苗，按3 m×3 m的株、行距定點(diǎn)挖穴，根據(jù)油松種植間距，每畝種植油松苗74株。由于治理區(qū)易受春寒危害，通過合理灌溉，以保持樹根濕潤，調(diào)節(jié)表面溫度，防止幼苗失水。要求增加灌水次數(shù)，減少單次灌水量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，4月中旬定植后，10 d內(nèi)施水2次，之后每隔20 d灌水1次，灌水至10月份，期間松土、保墑，每年灌水10次，每次單株灌水15 L，油松的一次凈灌水定額為166.5 m3/hm2，灌溉定額為1 665 m3/hm2。

3.2.2 檸條灌溉制度

根據(jù)檸條的栽種技術(shù)，項(xiàng)目區(qū)種植高10～15 cm，直徑2～3 cm的檸條苗，按2 m×3 m的株、行距挖定植坑，坑深40 cm，下留松土5 cm，單坑內(nèi)每叢種植6顆檸條苗，每畝種植檸條112叢。檸條對環(huán)境條件具有廣泛的適應(yīng)性，植株具有旱生結(jié)構(gòu)，其抗旱性、抗寒性、抗熱性和耐鹽堿性都很強(qiáng)。

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根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，5月中旬定植時灌水一次，保證檸條苗的成活率，灌水量為每叢20 L，除極度干旱情況外，定植期內(nèi)無需再進(jìn)行灌水，之后每年按灌水一次計(jì)算，檸條的凈灌溉定額為33.6 m3/hm2。

3.2.3 草類灌溉制度

礦山治理生態(tài)修復(fù)草類種植的方式，為在平臺邊坡上直接噴撒草籽或在喬木灌木間隙種植草籽，種植區(qū)域分散且邊坡較陡，不適宜灌溉，本方案在確定灌溉制度時，暫不考慮草類的灌溉。

治理區(qū)規(guī)劃灌溉面積351.93 hm2，取降雨頻率為75%的年份為現(xiàn)狀水平年，灌溉水利用數(shù)為0.8，項(xiàng)目區(qū)油松種植比例為20%，檸條種植比例為40%，草類種植比例為40%。經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)灌溉總需水量為1.64萬m3。治理區(qū)需水量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 治理區(qū)需水量統(tǒng)計(jì)

3.3 供水量分析

治理區(qū)原有水源井2眼，礦坑集水3處，單處取水量為20～50 m3/h。在灌溉期間，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，治理區(qū)3處礦坑儲水量統(tǒng)計(jì)見表2，按每眼水源井每天工作8 h計(jì)算，每年90 d的灌溉期可供水量統(tǒng)計(jì)見表2。治理區(qū)原有水源井出水量穩(wěn)定可以滿足現(xiàn)有取水量的要求。

表2 治理區(qū)礦坑儲水量統(tǒng)計(jì)表

3.4 治理區(qū)灌溉供需水量分析

治理區(qū)年需水量為1.64萬m3，治理區(qū)原有機(jī)井和礦坑集合計(jì)供水量為4.94萬m3，治理區(qū)水源完全滿足灌溉需要。

3.5 應(yīng)急水源工程設(shè)計(jì)

治理區(qū)是生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，灌溉作物是比較耐旱的油松和檸條，灌水量低，灌溉次數(shù)少。管道灌溉投資較低，操作簡單，適合對山區(qū)喬木和灌木進(jìn)行灌溉；生態(tài)修復(fù)區(qū)油松和檸條灌溉，采用低壓管道輸水、灌水技術(shù)。通過加壓主機(jī)設(shè)備，將原有井水或礦坑集水提升至修復(fù)平臺附近的高點(diǎn)后，在平臺高點(diǎn)設(shè)置儲水裝置，利用地形高差進(jìn)行自壓管道灌溉。

提水鋼管采用露明鋪設(shè)，其他所有輸配水管道均埋設(shè)于地下，埋深1.0 m。干管沿道路、地塊邊或地塊中央布設(shè)，支管垂直干管布設(shè)。干管、支管分支處均設(shè)置有閥門井，干管末段設(shè)置泄水井，封凍前將管道存水從泄水井排空。各個水源、水力計(jì)算參數(shù)見表3。

表3 各水源水力參數(shù)計(jì)算表

治理區(qū)位于渾源縣露天煤礦開采區(qū)，地勢起伏較大，在每個片區(qū)的局部高點(diǎn)設(shè)置一座儲水設(shè)施，通過自壓對控制區(qū)域進(jìn)行灌溉。儲水設(shè)施容積按每1～5 h灌溉用水量考慮，蓄水量分別為60 m3、80 m3、100m3，安置于高點(diǎn)平臺之上。

4 實(shí)施情況小結(jié)

渾源縣大磁窯鎮(zhèn)生態(tài)修復(fù)治理區(qū)，原有水源井和礦坑集水的現(xiàn)有水量，滿足該集水水源計(jì)劃需水量。水源井供水穩(wěn)定，但由于集水坑滲漏、淤積及蒸發(fā)等原因，其積水水量將有一定減少，為保證該集水水源供水能力，并為每處礦坑集水設(shè)置備用補(bǔ)給水源。膠泥圪坨礦坑集水水源目前總水量0.7萬m3，設(shè)計(jì)規(guī)劃供水量0.65萬m3/年，礦坑內(nèi)目前水量可以滿足供水要求，設(shè)計(jì)擬選大磁窯村的機(jī)井補(bǔ)水。據(jù)調(diào)查，該水井深度160 m，動水位埋深60 m，出水量30 m3/h，出水量穩(wěn)定且水量可滿足補(bǔ)水要求。