大型花崗巖礦水土保持分區(qū)治理實(shí)踐

牛文鵬，吳 丹，楊 敏，高 俊

(珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工程建設(shè)的需求急劇增大，珠江三角洲地區(qū)花崗石市場(chǎng)需求旺盛。在大型花崗巖礦開采過程中，人為施工因素已經(jīng)成為水土流失的主導(dǎo)因素[1]，防治開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目導(dǎo)致的水土流失是區(qū)域水土保持的關(guān)鍵[2]。

廣東省珠海市斗門區(qū)斗門鎮(zhèn)竹仔嶺礦區(qū)建筑用花崗巖礦為新建生產(chǎn)建筑用花崗巖石場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目，為采礦破碎聯(lián)合工程，各防治分區(qū)均存在不同程度的水土流失隱患，剝離風(fēng)化土和風(fēng)化巖規(guī)模114萬m3/a。水土流失主要存在于場(chǎng)地內(nèi)裸露地表、尚未綠化的裸露邊坡、臨時(shí)堆土等區(qū)域，擾動(dòng)地表面積144.30hm2，損毀植被面積129.29hm2，嚴(yán)重加大了水土流失發(fā)生的可能性和危害程度。

本文以花崗巖石場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目施工預(yù)期造成水土流失破壞為研究背景，在水土流失防治分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)，并采取工程與植物措施相結(jié)合的綜合防治措施，以期使由工程建設(shè)引起的水土流失降到最低程度，達(dá)到保水固土的目的。

1 項(xiàng)目區(qū)流失現(xiàn)狀和危害分析

1.1 工程建設(shè)區(qū)水土流失現(xiàn)狀

竹仔嶺礦區(qū)項(xiàng)目位于珠海斗門區(qū)斗門鎮(zhèn)，不屬于國家級(jí)及廣東省水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)，但屬于珠海市水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，區(qū)域水土流失主要為受水力侵蝕的南方紅壤丘陵區(qū)，植被覆蓋密度較高，水土流失輕微[3]。項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕類型區(qū)屬南方紅壤丘陵區(qū)，以微度水力侵蝕為主，容許土壤流失量500t/(km2·a)，目前設(shè)計(jì)階段施工擾動(dòng)較小。

1.2 水土流失危害分析

分析周邊的環(huán)境現(xiàn)狀和施工開采計(jì)劃，發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目占地面積大，開挖土石方量大，施工時(shí)間較長(zhǎng)，施工工藝比較復(fù)雜，將對(duì)地表擾動(dòng)破壞的程度也相應(yīng)較大。具體表現(xiàn)如下。

(1)影響附近林地和基本農(nóng)田，礦區(qū)周邊主要為林地，皮帶廊兩側(cè)為基本農(nóng)田，如防護(hù)不當(dāng)，松散堆土可能會(huì)壓占及破壞植被[4]，進(jìn)而對(duì)周邊植物的正常生長(zhǎng)和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成一定的危害和不良影響。

(2)影響周邊溪溝行洪和防洪，礦區(qū)北側(cè)和東側(cè)有山塘、魚塘和小溪流，礦山生產(chǎn)過程中松散土方以及排土場(chǎng)堆放的松散剝離覆土在降雨的沖刷以及徑流的作用下易進(jìn)入山塘和小溪流中[5]，進(jìn)而造成溪流堵塞而影響行洪能力。

(3)影響周邊村民的正常生活。礦山地表大面積裸露，形成人為的高陡邊坡，將使土壤下滲、涵養(yǎng)水分的能力降低，植被難以生長(zhǎng)，若不注重水土流失的全面防治，勢(shì)必對(duì)附近村民的正常生產(chǎn)生活帶來負(fù)面影響。

2 水土流失分析與預(yù)測(cè)

科學(xué)預(yù)測(cè)工程建設(shè)過程中造成的水土流失及其影響，可為重建和恢復(fù)區(qū)域生態(tài)防護(hù)體系提供依據(jù)，從而保證項(xiàng)目建設(shè)的安全施工以及生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

2.1 預(yù)測(cè)單元及預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)環(huán)境和水土流失現(xiàn)狀，確定本工程水土流失預(yù)測(cè)范圍為地表被擾動(dòng)、損毀地表植被的面積。預(yù)測(cè)單元確定應(yīng)按地形地貌、擾動(dòng)方式、擾動(dòng)后地表的物質(zhì)組成、氣象特征等相近的原則劃分。

根據(jù)以上分析，本項(xiàng)目土壤流失量按露天采礦區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)、排土場(chǎng)區(qū)、辦公生活區(qū)、礦山道路區(qū)、皮帶廊區(qū)等6個(gè)預(yù)測(cè)單元進(jìn)行測(cè)算。

工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建設(shè)期、自然恢復(fù)期和生產(chǎn)期3個(gè)階段。各預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)時(shí)段根據(jù)施工所處時(shí)段占整個(gè)雨季時(shí)段的比例計(jì)算，超過雨季長(zhǎng)度而不足1a的按1a計(jì)算，自然恢復(fù)期按2a計(jì)算，礦山生產(chǎn)期按18a計(jì)算。

2.2 土壤流失預(yù)測(cè)

本地區(qū)容許土壤流失量為500t/(km2·a)。通過對(duì)在建項(xiàng)目實(shí)地調(diào)查或觀測(cè)，經(jīng)必要修正后得出預(yù)測(cè)單元和時(shí)段的土壤侵蝕模數(shù)，采用以下公式計(jì)算土壤流失量：

(1)

式中，W—土壤流失量，t；j—預(yù)測(cè)時(shí)段，j=1，2，3，即指基建期、生產(chǎn)期和自然恢復(fù)期3個(gè)時(shí)段；i—預(yù)測(cè)單元，i=1，2，3…(n-1)，n；Fji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i預(yù)測(cè)單元面積，km2；Mji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i預(yù)測(cè)單元土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；Tji—第j預(yù)測(cè)時(shí)段，第i預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)，a[6]。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水土流失調(diào)查，同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)周邊植被覆蓋狀況、降雨以及氣候條件等因素，工程占地范圍土壤侵蝕模數(shù)背景值取值500t/(km2·a)。項(xiàng)目區(qū)自然恢復(fù)期采用土壤侵蝕模數(shù)值1000t/(km2·a)。

通過預(yù)測(cè)，在不采取任何水土保持措施的情況下，礦山基建期、自然恢復(fù)期以及生產(chǎn)期可能造成的土壤流失量總量為107452t，新增土壤流失100238t。從預(yù)測(cè)結(jié)果來看，水土流失主要發(fā)生在露天采礦區(qū)及工業(yè)場(chǎng)地區(qū)。分區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 水土流失量預(yù)測(cè)結(jié)果

3 水土保持措施

3.1 防治區(qū)劃分

根據(jù)各區(qū)之間具有顯著差異性，相同區(qū)內(nèi)造成水土流失的主導(dǎo)因子相近或相似，一級(jí)分區(qū)應(yīng)具有控制性、整體性、全局性，各級(jí)分區(qū)應(yīng)層次分明，具有關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性的分區(qū)原則[7]，工程建設(shè)的施工特點(diǎn)及工程類型，考慮到本項(xiàng)目施工過程中主體工程產(chǎn)生的水土流失類型、強(qiáng)度的差異，本項(xiàng)目劃分為露天采礦區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)、排土場(chǎng)區(qū)、辦公生活區(qū)、礦山道路區(qū)、皮帶廊區(qū)等6個(gè)水土流失分區(qū)。

3.2 水土流失防治措施體系

本項(xiàng)目水土流失防治措施總體布局遵循“因地制宜、因害設(shè)防”的原則。根據(jù)工程特點(diǎn)，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結(jié)合的防治方案。

工程建設(shè)期以臨時(shí)排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時(shí)措施為主，工程建設(shè)后期則以工程措施與植物措施相結(jié)合，排水工程和綠地建設(shè)為主。本工程形成一個(gè)完整的水土流失防治體系。

3.3 水土保持典型措施

本項(xiàng)目各項(xiàng)措施在保障主體工程正常運(yùn)行的同時(shí)，亦有部分措施具有水土保持功能，主要包括綠化工程、邊坡生態(tài)防護(hù)、排水工程及路面硬化等[7]，詳見表2。

表2 對(duì)主體工程設(shè)計(jì)中具有水保功能的措施

3.3.1 臨時(shí)排水溝和沉沙池

本項(xiàng)目區(qū)外匯水面積較大，單個(gè)匯水區(qū)均有多個(gè)排水出口，根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)排水溝尺寸，在匯水區(qū)內(nèi)布設(shè)臨時(shí)排水溝，在各獨(dú)立匯水分區(qū)設(shè)置多種類型的臨時(shí)排水溝，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整臨時(shí)排水溝尺寸。主要有磚砌和土質(zhì)2種，如圖1所示。

沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸壓灰砂磚襯砌，并用1∶2水泥砂漿抹面，底部為現(xiàn)澆C15混凝土底板。如圖2所示。

圖1 臨時(shí)排水溝平面示意圖

圖2 多級(jí)沉沙池剖面圖

3.3.2 臨時(shí)攔擋典型布設(shè)

施工過程中，為防止水土流失，在臨時(shí)堆土的邊坡坡腳處設(shè)置土袋擋墻，采用編織袋裝土進(jìn)行臨時(shí)攔擋，采用梯形斷面。

3.3.3 臨時(shí)覆蓋布設(shè)

在土方臨時(shí)堆放過程中，如遇暴雨、大暴雨等惡劣天氣，在降雨來臨前對(duì)場(chǎng)地內(nèi)堆放土方及還未夯實(shí)的松散裸露地表采用土工布進(jìn)行臨時(shí)覆蓋，防止施工期間松散泥沙直接隨雨水沖刷進(jìn)入周邊排水通道，對(duì)雨水管道造成淤積或堵塞，影響周邊雨水的排放。

3.3.4 擋水埂

為了使路基地表徑流能夠集中到坡面截排水溝，在路基與邊坡交接處設(shè)置一道土質(zhì)擋水埂擋水。擋水埂就地采用筑路土方填筑，每隔200m預(yù)留缺口與坡面急流槽連接。擋水埂斷面為梯形，頂寬20cm，底寬40cm，高20cm。

3.3.5 表土剝離

項(xiàng)目占地為耕地、林草地，林草地表層土所含表土的腐質(zhì)較高，耕地土壤肥力較高，都是比較寶貴的土壤資源，需進(jìn)行表土剝離保留，用于后期綠化覆土。表土采用機(jī)械配合人工剝離的方式，剝離厚度20～30cm，直接運(yùn)輸至東段路基工程區(qū)回填。

3.3.6 植物措施布設(shè)

本項(xiàng)目所在地土壤類型主要為赤紅壤，赤紅壤往往侵蝕嚴(yán)重，土體薄，林木立地條件差，生物積累量較少，肥力較低，富含鈣質(zhì)，但生物積累量比較弱，速效磷含量低。因此，在布設(shè)植物措施時(shí)，應(yīng)選擇耐瘠薄耐干旱、固土能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的植物。

按照“適地適樹、適地適草”的原則選擇狗牙草、百喜草等為主要草種，施工時(shí)因地制宜擇優(yōu)選種。草本采用撒播的方法，將草籽均勻撒在整好的地上，然后用耙或耱等方法覆土埋壓，覆土厚度一般為0.5～1.0cm，草籽撒播一般在雨季較好。

4 礦區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

4.1 水土保持監(jiān)測(cè)

水土保持監(jiān)測(cè)是從保護(hù)水土資源和維護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，運(yùn)用多種手段和方法，及時(shí)掌握主體工程建設(shè)引發(fā)水土流失的影響因子、擾動(dòng)范圍和土壤侵蝕強(qiáng)度及其動(dòng)態(tài)變化，對(duì)水土保持措施的防治效果作出科學(xué)的評(píng)價(jià)[8]。

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為擾動(dòng)地表情況，取土(石、料)，棄土(石、渣)情況，水土流失情況和水土保持措施實(shí)施情況及效果等。監(jiān)測(cè)方法主要采用地面觀測(cè)、實(shí)地量測(cè)、無人機(jī)監(jiān)測(cè)、資料分析相結(jié)合的方法。水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)遵循代表性、方便性、少受干擾的原則，選擇水土流失較大的位置，水土流失造成危害較大的區(qū)域，本項(xiàng)目共布設(shè)6個(gè)水土保持重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4.2 水土保持評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目總占地面積為144.30hm2，項(xiàng)目建設(shè)將擾動(dòng)地表、破壞土地，擾動(dòng)地表類型主要為其他土地、草地、水域及水利設(shè)施用地和交通運(yùn)輸用地。通過實(shí)施本方案，至基建期設(shè)計(jì)水平年，預(yù)計(jì)可以達(dá)到以下幾個(gè)方面的效果。

(1)水土流失治理度方面，基建期施工造成水土流失的總面積為70.09hm2，水土流失治理達(dá)標(biāo)面積69.74hm2，治理度達(dá)到99.79%。

(2)土壤流失控制比方面，水土保持措施效益顯著?；ㄆ谀┑乃亮魇治g模數(shù)目標(biāo)值為500t/(km2·a)，實(shí)際控制值為500t/(km2·a)，方案水土流失控制比達(dá)1.0。

(3)渣土防護(hù)率方面，基建期內(nèi)共產(chǎn)生棄方總量118.97萬m3，其中111.69萬m3礦泥被壓濾成泥餅，提供給其他企業(yè)制磚；廠區(qū)建設(shè)產(chǎn)生棄方7.28萬m3，將其運(yùn)至排土場(chǎng)堆放，攔渣率達(dá)99%。

(4)表土保護(hù)率方面，根據(jù)工程征占地情況，防治責(zé)任范圍內(nèi)表土剝離總量約18.72萬m3，表土剝離后堆放于排土場(chǎng)用于后期綠化覆土，表土保護(hù)率可達(dá)到99%。

(5)林草植被恢復(fù)率方面，基建期末可恢復(fù)植被面積2.76hm2，至設(shè)計(jì)水平年末，植被恢復(fù)面積2.76hm2，林草植被恢復(fù)率可達(dá)到100%，減少了工程建設(shè)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)的影響。

(6)林草覆蓋率方面，建設(shè)區(qū)面積為39.64hm2，植被恢復(fù)面積為2.76hm2，林草覆蓋率為6.96%。

通過以上的定量分析，基建期末水土保持措施實(shí)施后礦區(qū)內(nèi)水土保持基礎(chǔ)效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防護(hù)率、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率等各項(xiàng)防治指標(biāo)均可達(dá)到或超過方案確定的目標(biāo)值。具體見表3。

表3 防治效果分析值與防治目標(biāo)值對(duì)比分析表

5 結(jié)論

本文以花崗巖石場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目施工期和植被恢復(fù)期造成水土流失破壞為研究背景，從水土流失分析與預(yù)測(cè)、水土保持措施體系以及水土保持監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)多方面進(jìn)行分析論證，工程共劃分6個(gè)水土流失防治分區(qū)，主要采用排水、沉沙、攔擋等措施相結(jié)合的防治方案，工程建設(shè)期以臨時(shí)排水、沉沙、攔擋、苫蓋等臨時(shí)措施為主，工程建設(shè)后期則以工程措施與植物措施相結(jié)合，排水工程和綠地建設(shè)為主。本方案實(shí)施后，礦區(qū)各項(xiàng)防治指標(biāo)均可達(dá)到或超過方案確定的目標(biāo)值。

本文重點(diǎn)研究花崗巖石場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目施工期和植被恢復(fù)期水土流失預(yù)測(cè)與水土保持措施體系，工程實(shí)施后具有顯著的生態(tài)效益，本文僅簡(jiǎn)單定量分析，今后仍將加強(qiáng)對(duì)水土保持效益科學(xué)評(píng)價(jià)體系的研究。