皖江經(jīng)濟(jì)帶典型礦山水土流失重點(diǎn)區(qū)域防治措施體系研究

譚 輝 徐慶榮 陳宏貴 周 瑞 王 森3

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司；4.包鋼集團(tuán)礦山研究院(有限責(zé)任公司））

我國(guó)80%以上的工業(yè)原料都來(lái)自礦產(chǎn)資源，礦山資源在推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)也產(chǎn)出了大量的廢石、尾礦等礦山廢棄物。據(jù)估計(jì)，礦業(yè)固體廢料的歷年積存量約60億t，每年排放量約12億t。我國(guó)礦山平均廢石利用率17.71%，鐵礦廢石利用率低于全國(guó)平均利用水平，鐵尾砂利用率20.28%，高于全國(guó)平均尾礦利用率18.97%。同時(shí)，我國(guó)礦山廢石、尾砂地堆存還涉及大規(guī)模占地、水土流失、環(huán)境污染等問(wèn)題。隨著我國(guó)土地資源減少、生態(tài)環(huán)境要求的提高和水土保持監(jiān)督檢查頻次增加，礦區(qū)尤其是排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)的水土流失等問(wèn)題亟待解決［1-5］。

馬鞍山市區(qū)周邊存在多個(gè)礦山，其中以鐵礦山為主。2007年該市兩河上游存在礦山企業(yè)30多家，其生產(chǎn)多涉及尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)，部分地采礦山還存在塌陷區(qū)，礦山企業(yè)的亂采濫棄導(dǎo)致慈湖河上游存在嚴(yán)重淤積，影響了河道行洪和河道兩側(cè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著近年來(lái)馬鞍山市政府大力推進(jìn)礦山環(huán)境整治，現(xiàn)城市周邊僅存2個(gè)露天采場(chǎng)、1個(gè)排土場(chǎng)，現(xiàn)存尾礦庫(kù)均已停用，且大多數(shù)已實(shí)施生態(tài)治理。馬鞍山轄區(qū)內(nèi)鐵礦、石料礦等礦山多存在水土流失問(wèn)題，部分礦山雖進(jìn)行了治理，但因治理后續(xù)缺少管護(hù)，因此其水土流失仍然存在，且在降雨較大時(shí)流失加劇，因此急需對(duì)其水土流失進(jìn)行治理。

1 調(diào)查方法

選取馬鞍山市周邊環(huán)城礦山及現(xiàn)存的礦業(yè)廢棄地共調(diào)查5處，其中，在生產(chǎn)礦山露天采場(chǎng)2個(gè)，排土場(chǎng)1個(gè)，尾礦庫(kù)2處。采用抽查法，調(diào)查各處水土保持措施的類型、布設(shè)位置、工程量及運(yùn)行效果，確定適合該區(qū)域的水土保持體系。其中水土保持措施調(diào)查參照《水土保持設(shè)施驗(yàn)收規(guī)范》（試行）進(jìn)行。

調(diào)查首先收集工程施工、驗(yàn)收等相關(guān)資料，然后采用地形圖、無(wú)人機(jī)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)核查等方法對(duì)工程措施進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，最后統(tǒng)計(jì)工程量。對(duì)于植物措施采用樣方法、樣帶法進(jìn)行調(diào)查，其中樣帶法采用50～100 m現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，抽查比例不小于50%，樣方法采用喬木20 m×20 m、灌木5 m×5 m、草本1 m×1 m，通過(guò)測(cè)量確定符合的措施量。調(diào)查后進(jìn)行內(nèi)業(yè)統(tǒng)計(jì)，以確定現(xiàn)有礦山的治理措施類型、布設(shè)位置、數(shù)量等。

2 調(diào)查結(jié)果

皖江經(jīng)濟(jì)帶典型礦山水土流失重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的現(xiàn)行水土保持措施分為工程措施、植物措施、臨時(shí)措施，目前被調(diào)查礦山結(jié)合綠色礦山創(chuàng)建和生態(tài)修復(fù)， 部分措施已落實(shí)，部分正在落實(shí)，見(jiàn)表1。

注：土地整治、植物措施、臨時(shí)苫蓋、邊坡防護(hù)單位為km2，攔擋截排水溝的數(shù)量單位為km。

（1）工程措施。該區(qū)工程措施主要為攔擋、截排水、土地整治等，其中因該區(qū)降水較為豐富，為避免地表徑流進(jìn)入采場(chǎng)，采場(chǎng)所在位置涉及到周邊排水系統(tǒng)時(shí)，多在采場(chǎng)靠排水系統(tǒng)側(cè)邊界設(shè)置土壩，以防止周邊匯水進(jìn)入采場(chǎng)；在沒(méi)有排水渠道的周邊設(shè)置截洪溝，以導(dǎo)排周邊匯水，其中土地整治均位于采場(chǎng)封閉圈外周邊裸露區(qū)域，面積相對(duì)較小。排土場(chǎng)在滿足安全的情況下，多采用透水?dāng)r擋方式，同時(shí)對(duì)坡面進(jìn)行分臺(tái)階修整，構(gòu)建排水系統(tǒng)，從而形成攔排結(jié)合的防護(hù)體系。大中型礦山均設(shè)置有尾礦庫(kù)，用于堆存選礦尾砂，因其管理要求多采用初期透水堆石壩+后期尾砂筑壩方式。通常在透水壩修建前或同時(shí)構(gòu)建周邊截洪溝和壩面縱向排水溝系統(tǒng)，在后期構(gòu)筑壩面縱橫排水溝，從而形成完整的截排水體系，壩面在后期多用尾砂筑壩，為防止水土流失，壩面按自然安息角坡度堆置后，進(jìn)行表土回覆和土地平整，采用表土覆蓋后，植被恢復(fù)的方式進(jìn)行防護(hù)。

（2）植物措施。該區(qū)域降水條件較好，自然狀況基本2 a左右就能達(dá)到植被恢復(fù)要求，該區(qū)多采用喬灌草相結(jié)合的方式，也有自然恢復(fù)植被生長(zhǎng)。采場(chǎng)周邊多采用喬灌草結(jié)合方式，以形成隔聲防塵的屏障。排土場(chǎng)因堆渣不具有土壤結(jié)構(gòu)，其養(yǎng)分含量較低，透水透氣性良好，但保水保肥效果較差，強(qiáng)降雨條件下細(xì)粒隨水流向下，表層不具備植被生長(zhǎng)的條件，因此部分采用生活污水處理污泥、表土等覆蓋后進(jìn)行植被恢復(fù)。人工植被恢復(fù)的品種多以狗牙根、白三葉、黑麥草、楊樹(shù)、廣玉蘭、欒樹(shù)等為主。另外，該區(qū)域也存在自然恢復(fù)植被，但整體上植被生長(zhǎng)一般，其中喬木以刺槐、構(gòu)樹(shù)、泡桐為主，灌木以紫穗槐為主，草本多以狗牙根、白三葉、黑麥草、馬唐、狗尾草為主。

（3）臨時(shí)措施。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該區(qū)域臨時(shí)措施多為臨時(shí)排水、沉沙、臨時(shí)苫蓋等，其實(shí)施的數(shù)量相對(duì)較小，多在施工中考慮永臨結(jié)合方式，另外因采場(chǎng)、排土場(chǎng)等均處于變動(dòng)之中，臨時(shí)措施存在時(shí)間相對(duì)較短，因而調(diào)查時(shí)其數(shù)量相對(duì)較少。從運(yùn)行效果來(lái)看，其中工程措施運(yùn)行良好，但植物措施和臨時(shí)措施運(yùn)行效果一般，這可能與所選植物與立地條件不匹配有關(guān)，臨時(shí)措施因所在場(chǎng)地的變動(dòng)，導(dǎo)致其運(yùn)行效果不佳。該區(qū)域的采場(chǎng)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)采用的水土保持措施主要有攔擋、截排水、土地整治、植物措施、臨時(shí)排水、臨時(shí)苫蓋措施，其基本形成了該區(qū)域的水土流失防治措施框架。

3 分析與討論

礦山建設(shè)中擾動(dòng)面積相對(duì)較大的為露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)，其中排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)作為固廢堆場(chǎng)可能比采場(chǎng)面積更大，其為堆積形成的地貌，本身材料黏結(jié)性較差，強(qiáng)降雨時(shí)水土流失也相對(duì)較大，如不采取措施，將會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失危害，因此其水土流失防治至關(guān)重要。礦區(qū)工程措施中現(xiàn)行的攔擋、截排水措施可在保證其邊坡穩(wěn)定的同時(shí)減少?zèng)_刷和水土流失，但工程措施多為硬質(zhì)防護(hù)措施，對(duì)于排土場(chǎng)等區(qū)域存在不穩(wěn)定沉降，可能導(dǎo)致措施損毀，不能正常發(fā)揮水土流失防治作用，因此對(duì)于排土場(chǎng)邊坡等存在不穩(wěn)定沉降的區(qū)域可采用柔性防護(hù)措施。例如在實(shí)施排水措施時(shí)可考慮采用石籠護(hù)底、植生袋護(hù)底的方式，形成柔性排水溝，從而減少排水系統(tǒng)的損壞。對(duì)于邊坡坡腳攔擋，目前多采用土壩、擋墻或鐵絲石籠，結(jié)合礦山建設(shè)生產(chǎn)，其可采用礦山產(chǎn)生的土石方進(jìn)行反壓坡腳方式防護(hù)，從而減少施工工程量和成本。土地整治措施在排土場(chǎng)相對(duì)難實(shí)施，因?yàn)榕磐翀?chǎng)如未按設(shè)計(jì)要求可能存在高陡邊坡，而邊坡坡度較大和表層的礫石結(jié)構(gòu)不利于表土的恢復(fù)，從而大大減弱了土地整治的效果。

排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)堆存的固體廢物基本不具有土壤結(jié)構(gòu)，降雨時(shí)細(xì)粒隨水流向下運(yùn)行，造成地表礫石裸露、溫度較高。另外，堆存的物質(zhì)肥力和保水性差，對(duì)礦山土地整治和植物措施實(shí)施造成了困難。因早期礦山開(kāi)采未保存表土，排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)治理時(shí)缺少表土也是植被恢復(fù)的限制因素。隨著綠色礦山建設(shè)，對(duì)礦山的生態(tài)治理要求越來(lái)越高，水土保持作為生態(tài)治理的基本要求也越來(lái)越被關(guān)注。同時(shí)，結(jié)合各城市推行的無(wú)廢城市建設(shè)，應(yīng)盡可能利用礦區(qū)內(nèi)的材料進(jìn)行土壤級(jí)配、養(yǎng)分等重構(gòu)，同時(shí)盡可能利用無(wú)毒無(wú)害的替代材料進(jìn)行類土壤物質(zhì)的研發(fā)，為大規(guī)模的礦山生態(tài)治理提供技術(shù)支持。另外，土壤重構(gòu)時(shí)建議后續(xù)可逐步引入土壤動(dòng)物，從而利用土壤動(dòng)物來(lái)重新調(diào)整重構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)，提高重構(gòu)土壤的質(zhì)量。

該區(qū)植物措施采用了生態(tài)袋、掛網(wǎng)噴播、營(yíng)養(yǎng)缽的方式進(jìn)行植被恢復(fù)。以往研究表明，部分礦山進(jìn)行了無(wú)覆土植被恢復(fù)，但適宜植物品種相對(duì)較少，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，后期人工管理成本較高，覆土植被種植過(guò)程中，植物品種選擇相對(duì)廣泛，但也存在部分品種不適宜的狀況，因此在植被恢復(fù)中需因地制宜，選擇適宜的植物。豆科喬灌木植物在枝條萌蘗、成活率等方面優(yōu)于其他樹(shù)種［4-6］，可優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土物種中的豆科植物作為優(yōu)勢(shì)物種，同時(shí)草本植物可選擇先鋒植物與多種當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土植物進(jìn)行混合后撒播，從而迅速改善生態(tài)環(huán)境?？紤]到人工植被的退化狀況，可盡可能多地選擇幾種當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物進(jìn)行試種，從而使其形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，發(fā)揮植物措施的效果。另外，可結(jié)合礦區(qū)土地利用開(kāi)發(fā)，進(jìn)行高價(jià)值植物的選育種植，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。后期應(yīng)加強(qiáng)植物措施管護(hù)條件，從而更科學(xué)的為礦山水土流失防治提供借鑒與指導(dǎo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，建設(shè)過(guò)程中的礦業(yè)廢棄地是水土流失治理的關(guān)鍵區(qū)域，結(jié)合我國(guó)目前的綠色礦山建設(shè)、雙碳政策、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等政策，礦區(qū)水土流失問(wèn)題也越來(lái)越被關(guān)注，尤其是大規(guī)模的露天礦區(qū)，其水土流失治理關(guān)系到區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于部分位置敏感、生態(tài)環(huán)境脆弱的礦區(qū)，水土流失治理更是至關(guān)重要。

（2）礦區(qū)水土保持作為綠色礦山建設(shè)的重要組成部分，其包含的措施應(yīng)因地制宜，以水土保持學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等理論作為指導(dǎo)，針對(duì)礦山水土流失，應(yīng)充分考慮安全穩(wěn)定、有效的水土保持措施，利用多種治理方法使治理后的礦山能夠有效減少水土流失，盡可能減少對(duì)周邊的影響。

（3）隨著綠色礦山等新的建設(shè)要求，礦山水土保持也在逐漸與其他相關(guān)學(xué)科融合，如與景觀、風(fēng)景園林、建筑、環(huán)境、商業(yè)等相融合，如部分區(qū)域?qū)⒌V區(qū)開(kāi)發(fā)為地質(zhì)公園、酒店、景區(qū)等，其在一定程度上延續(xù)了礦山的生命線。因此，礦山水土保持應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，深度發(fā)掘，完成礦山高質(zhì)量、長(zhǎng)效治理，從而促進(jìn)區(qū)域發(fā)展。