金陽(yáng)煤礦水土流失預(yù)測(cè)研究

羅世臣

(貴州興源煤礦科技有限責(zé)任公司 貴州貴陽(yáng) 550002)

1 金陽(yáng)煤礦簡(jiǎn)介

1.1 交通位置

金陽(yáng)煤礦隸屬桐梓縣婁山關(guān)鎮(zhèn)東山村所轄。礦區(qū)位于桐梓縣城北東,礦區(qū)有公路相通,距川黔公路1km(運(yùn)距),距桐梓縣3km,交通較為方便。礦區(qū)地理坐標(biāo)為:東經(jīng)106°50′09″——106°50′58″;北緯28°09′46″——28°10′40″。

1.2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15萬(wàn)t／a,礦區(qū)東西長(zhǎng)約1.7km,南北寬約0.45km,面積0.8122km2,準(zhǔn)采標(biāo)高+1122—+844m,礦井保有資源儲(chǔ)量369萬(wàn)t,可采儲(chǔ)量230.6萬(wàn)t。項(xiàng)目建設(shè)區(qū)由生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)區(qū)、辦公生活區(qū)、排矸場(chǎng)地和附屬系統(tǒng)區(qū)4部分組成,占地面積4.62hm2。斜井開拓,采用走向長(zhǎng)壁后退式開采,全部垮落法管理頂板。

1.3 氣候

表1 項(xiàng)目區(qū)各分區(qū)水土流失因子調(diào)查表

表2 項(xiàng)目區(qū)水土流失現(xiàn)狀表(面積)

項(xiàng)目區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷署。根據(jù)桐梓縣氣象局近30年氣象資料,分述如下:①氣溫:多年平均氣溫14.6℃,最高溫度37.5℃(7月),最底溫度-6.9℃(1月),≥10℃有效積溫4600℃,無(wú)霜期257天～285天;②降雨量:多年平均降雨量1038.8mm,年最大降雨量1841.3mm,年最小降雨量995.6mm,降雨多集中在5-10月,10年、20年一遇最大一小時(shí)降雨量分別為66.78mm,78.12mm。年平均相對(duì)濕度為81%。年平均蒸發(fā)量960.30mm;③日照:年平均日照時(shí)數(shù)1091.6小時(shí),月平均日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)為189.8小時(shí),月平均日照時(shí)數(shù)最短為27.3小時(shí);④積雪、積冰:日最大積雪深度12cm,電線積冰直徑最大為10mm;⑤風(fēng):常年主導(dǎo)風(fēng)向以s風(fēng)為主,年平均風(fēng)速2.0m/s,歷年最大風(fēng)速18m/s;⑥災(zāi)害性天氣:主要有春旱、冰雹、夏旱、倒春寒、霜凍、夏季暴雨等。

表3 項(xiàng)目區(qū)水土流失現(xiàn)狀表(侵蝕量)

表4 侵蝕模數(shù)取值表

2 水土流失現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 建設(shè)前期已經(jīng)擾動(dòng)的地表面積

我單位再次安排工作人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)過(guò)踏勘及與業(yè)主溝通了解到,生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)區(qū)及附屬系統(tǒng)區(qū)已基本動(dòng)工完畢,辦公生活區(qū)已完成了場(chǎng)平,排矸場(chǎng)建筑垃圾也拆除了大部分。建設(shè)前期,項(xiàng)目已經(jīng)擾動(dòng)地表面積4.62hm2,損壞水土保持設(shè)施面積4.62hm2,對(duì)辦公生活區(qū)進(jìn)行了表土剝離工作。

2.2 土地利用現(xiàn)狀及土壤侵蝕強(qiáng)度調(diào)查

此次踏勘工作,主要對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地調(diào)查及對(duì)各地塊的水土流失強(qiáng)度進(jìn)行判斷分析,項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積為4.62hm2,年均水土流失總量116.88t,平均土壤侵蝕模數(shù)為2530t/(km2.a),其中,微度流失面積0.05hm2,占項(xiàng)目區(qū)面積的1.08%;輕度流失面積2.85hm2,占項(xiàng)目區(qū)面積的61.69%;中度流失面積1.72hm2,占項(xiàng)目區(qū)面積的37.23%。項(xiàng)目區(qū)容許土壤侵蝕模數(shù)500t/(km2.a),各分區(qū)水土流失因子調(diào)查、水土流失面積和侵蝕量詳見表1、2、3。

2.3 水土流失危害及棄渣量調(diào)查

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及調(diào)查,項(xiàng)目建設(shè)前期的矸石均用于工業(yè)場(chǎng)地回填,剩余棄渣運(yùn)至排矸場(chǎng)。

3 工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)對(duì)水土流失的影響因素分析

3.1 建設(shè)期

礦井建設(shè)外部條件好,提出的施工組織有利于保持水土、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。如施工期間金陽(yáng)煤礦充分利用了原有公路進(jìn)行運(yùn)輸,土石方調(diào)配上盡量減少場(chǎng)地開挖,充分利用掘井矸石回填,不新建砂石料場(chǎng),建設(shè)工期短等,對(duì)有效減少棄土棄渣量、避免或減少了高挖深填區(qū)域,對(duì)減少工程建設(shè)造成的水土流失具有積極作用。

但針對(duì)本項(xiàng)目,本方案認(rèn)為主體設(shè)計(jì)的施工組織方面還存在以下欠缺:首先是缺乏表土剝離及留存的措施,建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)本方案的要求及規(guī)劃,盡快開展此項(xiàng)工作。其次工程已違反了三同時(shí)原則,對(duì)于因土體開挖,造成的水土流失,建設(shè)單位應(yīng)盡快采取攔擋措施。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)行期

由于地面大規(guī)模的建設(shè)活動(dòng)結(jié)束,對(duì)地面的擾動(dòng)顯著減小,地面植被逐漸恢復(fù),水土流失程度趨于穩(wěn)定,但再塑地貌的活動(dòng)由地上轉(zhuǎn)入地下,掘井和篩選矸石的排放,如不采取有效措施,仍然會(huì)造成水土流失;同時(shí),采空區(qū)可能引起的一定范圍的地表塌陷,影響植被正常生長(zhǎng),從而加重侵蝕危害。

4 生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中的水土流失預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)內(nèi)容

水土流失預(yù)測(cè)主要是預(yù)測(cè)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的人為水土流失,具體內(nèi)容如下:(1)擾動(dòng)地表面積;(2)損壞水土保持設(shè)施面積和數(shù)量;(3)棄土、棄石、棄渣量、排棄矸石量;(4)可能造成的水土流失面積和流失量;(5)水土流失危害。

4.2 預(yù)測(cè)方法

根據(jù)測(cè)算、分析,項(xiàng)目工程地表開挖與回填,其土層結(jié)構(gòu)、粒徑級(jí)配和松散系數(shù)不一,渣體的凝聚力、粘結(jié)度、內(nèi)摩擦角等都會(huì)發(fā)生很大變化,抗風(fēng)化和抗蝕能力明顯下降,結(jié)合項(xiàng)目區(qū)原地表侵蝕背景值和類比工程確定侵蝕模數(shù)取值,施工期間地表侵蝕強(qiáng)度一般較原來(lái)增大,侵蝕模數(shù)也相應(yīng)增大。

對(duì)生產(chǎn)區(qū)及輔助生產(chǎn)區(qū)和辦公生活區(qū)及其它場(chǎng)地等區(qū)域擾動(dòng)的地表可能造成的水土流失量采用侵蝕模數(shù)法進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)公式如下:

式中:W－土壤流失量,t;△W－新增土壤流失量,t;Fji－某時(shí)段某單元的預(yù)測(cè)面積,km2;

Mji－某時(shí)段某單元的土壤侵蝕模數(shù),t/km2.a;△Mji－某時(shí)段某單元的新增土壤侵蝕模數(shù),t/km2.a,只記正值,負(fù)值按0計(jì);Tji－某時(shí)段某單元的預(yù)測(cè)時(shí)間,a;i－預(yù)測(cè)單元,i=1、2、3、……、n;j－預(yù)測(cè)時(shí)段,j=1、2、3,指施工準(zhǔn)備期、施工期和自然恢復(fù)期。

表5 土壤流失量預(yù)測(cè)計(jì)算表

4.3 參數(shù)選取

由于各預(yù)測(cè)單元的土壤、植被、坡度等相近,預(yù)測(cè)參數(shù)采用統(tǒng)一值。

4.3.1 擾動(dòng)后侵蝕現(xiàn)狀

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,以地形圖作為工作底圖勾繪、量算,參照《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和面蝕分級(jí)等指標(biāo),確定各預(yù)測(cè)單元的原地表侵蝕模數(shù)。

4.3.2 擾動(dòng)后侵蝕模數(shù)

地表侵蝕模數(shù)的來(lái)源,主要根據(jù)各建設(shè)區(qū)的水土流失背景、施工強(qiáng)度、工藝、自然地理狀況等因素綜合對(duì)比,劃分和確定不同地段的水土流失強(qiáng)度,確定項(xiàng)目區(qū)的原地表水土流失強(qiáng)度及其數(shù)量。侵蝕模數(shù)取值詳見表4。

4.3.3 自然恢復(fù)期侵蝕模數(shù)

依據(jù)對(duì)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施的水土保持林在生長(zhǎng)期間的水土流失情況調(diào)查,結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)施植物措施地點(diǎn)的立地條件等以及經(jīng)驗(yàn)分析,確定恢復(fù)期各年的侵蝕模數(shù)和流失量,并預(yù)測(cè)出在自然恢復(fù)期內(nèi)未采取治理措施時(shí)可能造成的水土流失量。侵蝕模數(shù)取值詳見表4。

4.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

4.4.1 施工期水土流失預(yù)測(cè)

工程施工期侵蝕面積為4.62hm2,施工期原地表水土流失量為93.04t,施工期水土流失量為190.60t,新增水土流失量為97.56t,詳見表5。

4.4.2 自然恢復(fù)期水土流失預(yù)測(cè)

據(jù)預(yù)測(cè),本項(xiàng)目自然恢復(fù)期水土流失面積為1.69hm2,自然恢復(fù)期原地表水土流失量為39.60t。若未對(duì)工程水土流失進(jìn)行治理,則在自然恢復(fù)期水土流失量為68.17t,新增水土流失量為32.50t,詳見表5。

4.4.3 水土流失總量及新增水土流失總量

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)水土流失的預(yù)測(cè),本項(xiàng)目建設(shè)將擾動(dòng)面積4.62m2(其中施工期擾動(dòng)地表面積3.72hm2,生產(chǎn)運(yùn)行期擾動(dòng)地表面積0.90hm2),損壞水土保持設(shè)施面積4.62hm2,施工期水土流失量為190.60t,新增水土流失量為97.56t;自然恢復(fù)期水土流失量為68.17t,新增水土流失量為32.50t。本項(xiàng)目工程可能造成的水土流失總量為258.75t,新增水土流失總量為130.07t。

5 防治措施布置的指導(dǎo)意見

根據(jù)預(yù)測(cè),從水土流失可能發(fā)生的時(shí)間來(lái)看,項(xiàng)目建設(shè)可能造成的水土流失主要集中在施工期和生產(chǎn)運(yùn)行期,如不及時(shí)采取有效的防護(hù)措施,將會(huì)造成十分嚴(yán)重的水土流失及其危害,自然恢復(fù)期雖有一定的水土流失產(chǎn)生,但項(xiàng)目區(qū)水熱條件、立地條件都較好,隨著植被的自然恢復(fù),水土流失將逐步減少。因此,施工期是水土流失防治的重點(diǎn)時(shí)期,要加強(qiáng)對(duì)開挖、傾倒形成的裸露表土的防護(hù);生產(chǎn)運(yùn)行期主要是對(duì)排矸場(chǎng)進(jìn)行防護(hù)。

從水土流失可能發(fā)生的區(qū)域來(lái)看,施工期則主要集中工業(yè)場(chǎng)地和排矸場(chǎng)地等,而生產(chǎn)運(yùn)行期則主要集中在排矸場(chǎng)地,因此,不能忽視排矸場(chǎng)地的水土保持工作。

[1]李文銀等.工礦區(qū)水土保持.北京:科學(xué)出版社,1996.

[2]王禮先.水土保持工程學(xué).北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2000.

[3]趙永軍.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制技術(shù).北京:中國(guó)大地出版社,2007.