露天礦排土場(chǎng)邊坡治理技術(shù)

項(xiàng)元和，于曉杰?，魏勇明，2

(1.內(nèi)蒙古水利科學(xué)研究院，010020，呼和浩特;2.內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，010021，呼和浩特)

露天開(kāi)采過(guò)程中，將覆蓋于煤層上的巖土全部剝離，形成大型的人工挖損地貌和堆墊地貌，使礦區(qū)的土地及生態(tài)系統(tǒng)徹底破壞。由于黑岱溝露天煤礦地區(qū)水土流失以水蝕為主，加之黃土結(jié)構(gòu)疏松，排土場(chǎng)邊坡水蝕發(fā)生后，在重力作用下坡面易發(fā)生溝蝕、泥石流、崩塌和滑坡，因此對(duì)排土場(chǎng)邊坡水土流失治理尤為重要。

為尋找適合礦區(qū)排土場(chǎng)邊坡治理的最佳技術(shù)，進(jìn)行多項(xiàng)邊坡治理措施的試驗(yàn)研究，并對(duì)排土場(chǎng)邊坡治理后的水土流失進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析，最終確定出露天礦排土場(chǎng)邊坡治理的有效措施。

1 研究區(qū)概況

黑岱溝露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)。礦區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛О敫珊荡箨懶詺夂?，年平均氣?.3～7.6℃，最大凍土深度149 cm。年總降水量231～459.5 mm，平均408 mm，降水多集中在7—9月份，約占全年降水量的80%。年蒸發(fā)量1 824.7～2 896.1 mm，日照時(shí)間3 119.3 h。

研究區(qū)地貌屬黃土丘陵區(qū)，原生地表溝壑縱橫，礦區(qū)內(nèi)地帶性土壤不明顯，非地帶性土壤——黃綿土廣泛分布。地帶性植被屬暖溫型草原帶，植被稀疏低矮，蓋度一般在30%以下，天然森林已全遭破壞。

礦區(qū)建設(shè)后在排土場(chǎng)和其他廢棄地區(qū)域開(kāi)展生態(tài)重建工程形成新的人工生態(tài)系統(tǒng)，代替了原來(lái)的自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生了根本變化。原來(lái)處于相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，被人工生態(tài)系統(tǒng)和自然恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)代替，生態(tài)系統(tǒng)更加趨于多樣，保持水土功能得以發(fā)揮［1-3］。

2 排土場(chǎng)邊坡治理措施

2.1 排土場(chǎng)邊坡構(gòu)筑技術(shù)

排土場(chǎng)邊坡土壤疏松，保水條件好，栽植植物成活率高，但也極易被水沖刷造成水土流失，可采用魚(yú)鱗坑、客土等整地方法［4］。為了防止水土流失，邊坡整治采取如下措施:1)修筑擋水埂，阻止平臺(tái)徑流匯入邊坡，杜絕切溝和沖溝的發(fā)生;2)坡面不覆厚層黃土，而是春季3月下旬隨著剝離物的堆置立即種植;3)坡腳堆放大石塊，攔截坡面下移泥沙，該措施的實(shí)施在排土過(guò)程中完成，不單獨(dú)修筑;4)對(duì)于已覆土的坡面，采用逐坑下移回填法，按一定的行株距種植適宜于本地的喬、灌木，在喬灌木之間種植牧草，逐步形成喬、灌、草立體結(jié)構(gòu)模式，遇到局部砂、頁(yè)巖的邊坡，進(jìn)行客土種植;5)對(duì)于巖土混合邊坡，在坡面上沿坡地等高線每隔4～6 m種植一行樹(shù)木(密植的喬木、灌木或多年草本植物)作為籬笆帶，稱為“植物活籬笆”或“活籬笆”，起到保護(hù)土壤、減少水土流失、提高土壤肥力的作用。

2.2 排土場(chǎng)邊坡徑流分散措施

排土場(chǎng)大面積匯集的暴雨徑流很容易匯集沖刷坡面，導(dǎo)致劇烈的水土流失，并可造成大量徑流灌縫，影響排土場(chǎng)穩(wěn)定，誘發(fā)滑坡。在半干旱的黃土區(qū)，水是排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的限制性因子，排水不利于排土場(chǎng)植被的建立和恢復(fù)。

徑流是水蝕的必要條件。如果將排土場(chǎng)整個(gè)匯流面積分割成許多小區(qū)域，將地表積水限定或攔擋在這些小區(qū)域內(nèi)，則不會(huì)出現(xiàn)大流量、高流速、長(zhǎng)流程的侵蝕性徑流，黃土的孔隙度大，土層有足夠大的儲(chǔ)水容量，小區(qū)域內(nèi)的地表積水最終會(huì)入滲貯存于小區(qū)域表層土體內(nèi)。

黑岱溝露天礦排土場(chǎng)區(qū)年降水量?jī)H為400 mm左右，表層又實(shí)施黃土覆蓋，在蓄排結(jié)合問(wèn)題上，可以打破常規(guī)，排土場(chǎng)徑流以“蓄”為主，僅在特大暴雨條件下，才考慮排水問(wèn)題。

鑒于上述分析，在露天礦排土場(chǎng)水蝕控制時(shí)采取一系列綜合措施將排土場(chǎng)匯流面積分割，形成許多徑流分散小區(qū)。徑流分散所采取的措施包括在邊坡采用沿等高線修建魚(yú)鱗坑、水平溝種植等高植物籬，另外還包括填穴、填縫、蓄水等。將排土場(chǎng)道路單獨(dú)劃分為若干單元，與平臺(tái)和邊坡水力分隔。系統(tǒng)的徑流分散措施可以大大減少排土場(chǎng)水蝕、水流灌縫和水的大量損失，同時(shí)通過(guò)分散單元內(nèi)的徑流調(diào)節(jié)，為水土保持植被快速建立提供更好的水分條件。

出于減少占地面積考慮，排土場(chǎng)整體坡度設(shè)計(jì)較陡，建成后不宜再采取緩坡措施;但排土場(chǎng)各臺(tái)階的邊坡坡度太大不利于種植，暴雨條件下還容易產(chǎn)生剝皮和泥流。對(duì)于坡度＞35°的臺(tái)階邊坡，可適當(dāng)進(jìn)行緩坡措施，并采取快速植被措施。實(shí)地調(diào)查表明，草坡上鱗片狀面蝕較為嚴(yán)重，覆蓋度高的灌木坡侵蝕輕微，水分入滲速率超過(guò)0.6 mm/min。可以在邊坡水平溝整地基礎(chǔ)上建立以檸條(Caragana microphylla(Pall.)Lam)、沙棘(Hippophae rhamnoides L)等耐旱固土灌木為主的等高植物籬。坡面不再設(shè)置分散徑流小區(qū)，邊坡徑流直接匯入其下方的平臺(tái)分散小區(qū)內(nèi)，為平臺(tái)的種植提供更好的水分支持。坡腳水分條件好，栽植速生喬木。

2.3 排土場(chǎng)邊坡植被配置模式

由于排土場(chǎng)邊坡由排棄過(guò)程中排棄物滾落形成，因坡度大、土質(zhì)疏松極易形成溝蝕;因此，斜坡的水土保持與植被重建技術(shù)難度大，應(yīng)恢復(fù)成永久性林草用地［5］。排土場(chǎng)邊坡植被配置模式從現(xiàn)狀實(shí)施效果分析，主要有3種配置模式。

2.3.1 沙棘護(hù)坡模式1)樹(shù)種:沙棘。2)密度:沙棘密植，株行距1.0 m×1.5 m(圖1)。3)整地:采用魚(yú)鱗坑整地。4)栽植:沙棘春季或秋季人工植苗造林，苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實(shí)。埋土至地徑以上2 cm。栽后澆2次水，每次每坑5 kg。

2.3.2 山杏-沙棘-檸條護(hù)坡模式 1)樹(shù)(草)種:山杏(Armeniaca sibirica(L.)Lam)、沙棘、檸條。2)密度:山杏、檸條、沙棘混交，株行距1.0 m×1.5 m(圖2)。3)整地:造林前人工穴狀整地。山杏穴徑為0.8 m、深0.8 m，沙棘、檸條為穴徑0.6 m、深0.6 m。4)栽植:春季人工植苗造林。將山杏苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實(shí)，埋土至地上2 cm，栽后及時(shí)灌水。檸條、沙棘的苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實(shí)。埋土至地徑以上2 cm，栽后澆2次水。

圖1 沙棘護(hù)坡模式Fig．1 Hippophae rhamnoides L protect slope pattern

圖2 山杏-沙棘-檸條護(hù)坡模式Fig．2 Armeniaca sibirica(L.)Lam-Hippophae rhamnoides L-Caragana microphylla(Pall.)Lam protect slope pattern

2.3.3 紫穗槐(Amorpha fruticosa)-檸條-紫花苜蓿護(hù)坡模式 1)樹(shù)(草)種:紫穗槐、檸條、紫花苜蓿。布置在排土場(chǎng)邊坡(陰坡)。2)密度:每2行紫花洋槐中間種1行檸條。紫穗槐株行距1.0 m×1.5 m，檸條株行距1.0 m×0.5 m。林下條播紫花苜蓿，行距30cm(圖3)。3)整地:紫穗槐造林前人工穴狀整地，穴徑為0.8 m、深0.8 m;檸條穴徑為0.6 m、深0.6 m;紫花苜蓿采用帶狀整地。4)栽植:春季人工植苗造林。紫穗槐帶土球的樹(shù)苗入坑、定位后，將包扎材料解開(kāi)，取出;分層填好土坑，并分層踏實(shí);踏時(shí)不得破壞土球，修好灌水埂，及時(shí)澆灌、覆土，防止蒸發(fā)。檸條苗木直立穴中，保持根系舒展，分層覆土、踏實(shí)。埋土至地徑以上2 cm。

圖3 紫穗槐-檸條-紫花苜蓿護(hù)坡模式Fig．3 Amorpha fruticosa L.-Caragana microphylla(Pall.)Lam-Medicago sativa L protect slope pattern

3 結(jié)論

1)排土場(chǎng)邊坡構(gòu)筑時(shí)修筑擋水埂，阻止平臺(tái)徑流匯入邊坡，杜絕切溝和沖溝的發(fā)生。坡腳堆放大石塊，攔截坡面下移泥沙。

2)排土場(chǎng)邊坡徑流分散采用沿等高線修建魚(yú)鱗坑、水平溝種植等高植物籬，另外還包括填穴、填縫、蓄水等。將排土場(chǎng)道路單獨(dú)劃分為若干分散單元，與平臺(tái)和邊坡水力分隔。系統(tǒng)的徑流分散措施可大大減少排土場(chǎng)水蝕、水流灌縫和水的大量損失。

3)排土場(chǎng)邊坡植被配置模式從現(xiàn)狀實(shí)施效果分析主要有沙棘護(hù)坡模式、山杏+沙棘-檸條護(hù)坡模式、紫穗槐+檸條-紫花苜蓿護(hù)坡模式3種。

［1］ 李青豐，曹江營(yíng).準(zhǔn)格爾煤田露天礦植被恢復(fù)的研究:排土場(chǎng)植被自然恢復(fù)的觀察研究［J］.中國(guó)草地，1997(2):23-25

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［3］ 彭得福.我國(guó)土地復(fù)墾與生態(tài)重建的回顧與展望［J］.中國(guó)土地科學(xué)，2000(1):12-14

［4］ 李東，祖國(guó)林，王建國(guó)，等.黃土基底排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定的離散元分析［J］.露天采煤技術(shù)，1999(4):16-18

［5］ 張樹(shù)禮，曹江營(yíng)，薛玲，等.準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝露天煤礦排土場(chǎng)植被恢復(fù)的生態(tài)效應(yīng)研究［J］.內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù)，1996，8(1):24-28