黃土丘陵溝壑區(qū)煤礦水土保持理念和技術(shù)應(yīng)用

譚廷軍，李 虎，張永江，劉瓊海

(1.內(nèi)蒙古智能煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾 017100；2.黃河水利委員會(huì) 晉陜蒙接壤地區(qū)水土保持監(jiān)督局，陜西 榆林 719000)

內(nèi)蒙古智能煤炭有限責(zé)任公司麻地梁煤礦位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，土壤侵蝕分區(qū)屬于黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)[1](以下簡(jiǎn)稱“黃丘區(qū)”)，礦區(qū)地形復(fù)雜破碎，植被稀疏，水土流失嚴(yán)重。工業(yè)廣場(chǎng)選址在山坡梁峁下部，通過削坡填溝、修建重力斜坡式擋墻構(gòu)筑了廣場(chǎng)平臺(tái)。依據(jù)所處地形和盡量減少土方量的水土保持技術(shù)理念，麻地梁煤礦縱向布置了兩個(gè)平臺(tái)，一個(gè)平臺(tái)為礦井工業(yè)廠區(qū)，另一個(gè)平臺(tái)為行政辦公區(qū)。工業(yè)廣場(chǎng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建過程中，在滿足煤礦生產(chǎn)和行政辦公等功能的前提下，其土建工程設(shè)計(jì)融入了水土保持理念。

1 工業(yè)廣場(chǎng)人工再塑地貌過程中的水土保持理念和技術(shù)

在構(gòu)建工業(yè)廣場(chǎng)平臺(tái)時(shí)，根據(jù)原地形和工業(yè)廣場(chǎng)地需求進(jìn)行空間矢量化設(shè)計(jì)，在滿足工業(yè)廣場(chǎng)設(shè)施布設(shè)面積需求的基礎(chǔ)上，細(xì)化土石方空間調(diào)配，最大限度地減少土方開挖和搬運(yùn)。在水土保持理念的支持下，不但未增加工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)成本，還極大地優(yōu)化了施工時(shí)序，減少了施工時(shí)間和成本。

1.1 合理設(shè)計(jì)縱向布置

因工業(yè)廣場(chǎng)設(shè)置在山坡上，故在構(gòu)筑礦井工業(yè)廠區(qū)所需的場(chǎng)地時(shí)，必須搬山填溝改造地形。一階式大平臺(tái)工業(yè)廣場(chǎng)視覺上更加大氣、宏偉，但是需要開挖、搬運(yùn)、回填的土石方量巨大，對(duì)自然環(huán)境擾動(dòng)劇烈、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工所需場(chǎng)地大，會(huì)引起嚴(yán)重的水土流失。設(shè)計(jì)成臺(tái)階式場(chǎng)地，既可滿足工業(yè)廣場(chǎng)主體建筑物分布，又能避免進(jìn)行大開挖，減少動(dòng)遷土方量，減少施工時(shí)間、縮小施工作業(yè)面，進(jìn)而減少人為水土流失。麻地梁煤礦最終采取水土保持理念，放棄了一階式大平臺(tái)工業(yè)廣場(chǎng)，設(shè)計(jì)構(gòu)建了礦井工業(yè)廠區(qū)和行政辦公區(qū)兩階平臺(tái)。

1.2 合理剝離保護(hù)表土資源

在土方開挖時(shí)，對(duì)表土進(jìn)行剝離、保護(hù)、回覆是水土保持技術(shù)規(guī)范要求的重要內(nèi)容。自然穩(wěn)定的表土層是土壤資源富集層，植被脫落形成的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、微生物和植物種子資源等大部分賦存在表土層中[2]。依據(jù)水土保持法規(guī)，動(dòng)遷土方時(shí)要進(jìn)行表土剝離保護(hù)、回覆利用。表土剝離的厚度、范圍、堆放保護(hù)措施在水土保持方案中均有具體設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)施工過程中還需要水土保持監(jiān)理工程師根據(jù)土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行指導(dǎo)。

1.3 合理設(shè)計(jì)土方時(shí)空平衡

工業(yè)廣場(chǎng)進(jìn)行人工地貌重塑，開挖回填土方量巨大，施工時(shí)間長(zhǎng)，需要設(shè)計(jì)合理的土方時(shí)空平衡藍(lán)圖。按照工業(yè)廣場(chǎng)面積需求、微地形結(jié)構(gòu)、橫向布置、縱向布置等要求設(shè)計(jì)橫縱開挖、土方回填、運(yùn)輸路線等施工方案，最大限度減少土方開挖量和施工時(shí)間，進(jìn)而有效減輕水土流失。

1.4 設(shè)計(jì)臨時(shí)防護(hù)措施

在黃丘區(qū)進(jìn)行大規(guī)模人工地貌再塑需要較長(zhǎng)的施工時(shí)間，很難避開雨季，必須設(shè)計(jì)臨時(shí)截排水、攔擋措施等，以保護(hù)施工場(chǎng)地。

1.5 微地形整治

在施工后期，需要將再塑地貌的開挖上塹邊坡削坡至穩(wěn)定坡度，并在邊坡上部布設(shè)截水、降水蓄滲等措施，坡面整治要符合下一步護(hù)坡工程措施、植物措施施工對(duì)下墊面的要求。對(duì)堆墊邊坡土體較大、穩(wěn)定性差需要修筑擋墻的，整平坡面并以擋墻邊坡施工要求整地，對(duì)無擋墻要求的堆墊邊坡整治至穩(wěn)定坡度即可。

2 主體功能區(qū)建設(shè)過程中的水土保持理念和技術(shù)

2.1 行政辦公區(qū)水土保持措施

行政辦公區(qū)等人為活動(dòng)頻繁區(qū)域，不適宜采用密集型水土保持植物措施，人行步道使用透水鋪裝，兩側(cè)點(diǎn)綴觀賞樹種和簇狀花草，并采用景觀下沉式樹坑。透水鋪裝可以滲透雨水，簇狀花草可以增加植被覆蓋，景觀下沉式樹坑可以蓄集雨水，使辦公區(qū)域環(huán)境與自然環(huán)境通透銜接，避免全部硬化帶來的環(huán)境隔絕感、因混凝土使用過多導(dǎo)致環(huán)境溫度升高等不利因素。

2.2 生態(tài)停車場(chǎng)植被構(gòu)建

隨著汽車作為代步工具的極大普及，行政辦公區(qū)附近必須建設(shè)停車場(chǎng)以滿足職工出行需求。黃丘區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)來之不易，主體功能需求量大，無法再滿足建設(shè)一個(gè)停車場(chǎng)的面積需求，而擠占綠化用地又會(huì)減少煤礦綠色面積。為此，麻地梁煤礦設(shè)計(jì)了生態(tài)停車場(chǎng)，地面用透水空心磚鋪裝并種植針葉草，車位之間用小型景觀喬木隔離，停車場(chǎng)周邊用灌木籬笆和景觀喬木圍擋，構(gòu)建了一處花團(tuán)錦簇的生態(tài)停車區(qū)。

2.3 人工水面與雨水蓄集利用

在干旱半干旱地區(qū)從事生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)，需開展雨水蓄集利用[3]。麻地梁煤礦地處準(zhǔn)格爾旗黃土丘陵溝壑區(qū)，屬干旱半干旱氣候區(qū)，在編報(bào)的水土保持方案中設(shè)計(jì)了雨水蓄集利用措施。為了在遠(yuǎn)離城市的礦區(qū)營造宜居環(huán)境，麻地梁煤礦在面積有限的行政辦公區(qū)構(gòu)建了一處景觀休閑區(qū)，并在景觀休閑區(qū)修建了一座景觀水池。在設(shè)計(jì)水池時(shí)，綜合考慮了行政辦公區(qū)匯水面積、下沉式整地等措施對(duì)雨水的影響，使水池在雨季具有蓄水滯洪庫容，確保水池在雨季可以收集行政辦公區(qū)地面徑流，蓄集利用雨水，遇到暴雨時(shí)，能夠起到削減辦公區(qū)洪水流量的作用。

2.4 人工堆墊臺(tái)階與邊坡防護(hù)措施

為了滿足工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)需求，通過開挖山坡、堆墊沖溝等措施，麻地梁煤礦工業(yè)廣場(chǎng)共構(gòu)建了兩階平臺(tái)，第一階平臺(tái)的西南兩側(cè)均為堆墊邊坡。煤礦工業(yè)廣場(chǎng)平臺(tái)需要一定強(qiáng)度的承載力，因此護(hù)坡措施必須兼顧穩(wěn)定強(qiáng)度與環(huán)境和諧。麻地梁煤礦利用混凝土、漿砌石、拱形骨架護(hù)坡等工程措施對(duì)邊坡進(jìn)行固定，在拱形骨架中種植沙棘、紫穗槐、檸條等深根固土耐旱灌木，用水土保持工程措施和灌木深層根系對(duì)邊坡進(jìn)行物理、植物雙重固定。工程、植物綜合護(hù)坡，既滿足了工業(yè)廣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定安全的需要，又利用植被改善了生態(tài)環(huán)境，對(duì)營造美麗和諧的工作和居住環(huán)境大有裨益。

2.5 人工步道與排洪渠共建

麻地梁煤礦修建在黃丘區(qū)的山坡地帶，山坡洪水嚴(yán)重影響其安全運(yùn)行，洪水?dāng)y帶的泥沙也會(huì)影響工業(yè)廣場(chǎng)的環(huán)境美觀，建設(shè)攔截和排導(dǎo)洪水設(shè)施是工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)的必要任務(wù)[4]。工業(yè)廣場(chǎng)排洪工程勢(shì)必要跨越護(hù)坡?lián)鯄こ蹋鴥蓚€(gè)平臺(tái)間也需要人行步道，麻地梁煤礦將兩項(xiàng)需求進(jìn)行疊加，在兩平臺(tái)間設(shè)計(jì)構(gòu)建了洪水和行人步道結(jié)合的通道。在遠(yuǎn)離人居的護(hù)坡?lián)鯄μ帲藕樗O(shè)計(jì)為臺(tái)階式明渠，雨季暫時(shí)禁止通行，非雨季作為人行步道，滿足了工業(yè)廣場(chǎng)的通行需要和排水泄洪需求，同時(shí)還節(jié)約了場(chǎng)地。在人員通行需求大的護(hù)坡?lián)鯄μ?，修建急流槽暗渠，上覆蓋板作為臺(tái)階式步道，同樣節(jié)約了場(chǎng)地。

3 山地公園與工業(yè)廣場(chǎng)山坡上部匯水面整治

黃丘區(qū)煤礦工業(yè)廣場(chǎng)處在水土流失嚴(yán)重的山坡下，對(duì)上游匯水面的整治關(guān)乎整個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)的安全運(yùn)行和人居環(huán)境質(zhì)量。麻地梁煤礦在對(duì)礦區(qū)上游坡面進(jìn)行水土保持生態(tài)治理時(shí)，按照山地公園的功能需求進(jìn)行了水土保持措施規(guī)劃設(shè)計(jì)，從山頂?shù)狡碌祝槍?duì)不同的地形采取了不同的治理措施，做到了水土保持措施景觀設(shè)計(jì)、山水園林路居統(tǒng)一規(guī)劃、滲蓄攔截導(dǎo)排綜合治理。在治理上游荒坡水土流失時(shí)，將園、林、路按照城市園林的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理，最大限度地蓄集雨水，防止水蝕。

3.1 陡坡大坡面修建窯洞進(jìn)行護(hù)坡整治

黃丘區(qū)侵蝕形成的坡面坡度大，土壤瘠薄，植被恢復(fù)措施實(shí)施難度大。麻地梁煤礦結(jié)合礦區(qū)功能需求，采取了北方箍窯式擋墻護(hù)坡措施，將原本應(yīng)當(dāng)修建重力式擋墻的陡坡，上部松散表土剝離堆放，下部修建為窯洞，在窯洞頂部回覆表土并種草，院落修建為臺(tái)階式平臺(tái)種植花草。將原本千篇一律的陡坡?lián)鯄Υ蛟鞛榫哂械赜蛱厣霓r(nóng)家小院，可以當(dāng)作接待和辦公用房、庫房等。其余陡坡利用魚鱗坑、反坡梯田、水平溝、水平階等進(jìn)行密集整地，對(duì)礫石多、巖石外露的陡坡修筑工程護(hù)坡或客土植樹，形成喬灌密集植物護(hù)坡。

3.2 緩坡面植物措施加降水蓄滲措施

緩坡梁峁坡地面積較大、坡度較緩、土質(zhì)較好，可以進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)整地，引進(jìn)景觀類林草品種，建設(shè)蓄集雨水和灌溉設(shè)施。坡面采用喬灌草混交方式植樹種草，結(jié)合降雨蓄滲整地措施，固定土壤、攔蓄降雨徑流。種植喬灌木時(shí)采用大坑蓄滲整地措施，種草采用擋水埂、水平溝等整地措施，打造緩坡休閑園林。

3.3 峁邊線擋水埂與灌木固土防治溯源侵蝕

峁邊線利用圍埂圍堰、植物籬等進(jìn)行多重防護(hù)。峁邊線俗稱地畔或崖畔，如果下方陡坡坡度很大，圍埂圍堰也要隨之提高標(biāo)準(zhǔn)，這樣既能有效防治陡坡塌陷、溝頭侵蝕，還可以作為安全圍墻，起到安全防護(hù)的作用。圍埂圍堰上種植耐干旱的灌木、藤本類植物，工程措施與植物措施結(jié)合，防止峁邊線滑塌侵蝕。

3.4 小沖溝修筑燕窩

在水蝕作用下，黃丘區(qū)的山坡上分布有長(zhǎng)短、深淺不等的沖溝，這些沖溝如不治理，將會(huì)持續(xù)下切造成水土流失。分布在緩坡上的小沖溝可通過大魚鱗坑、反坡梯田、水平溝、水平階等密集整地后植樹，形成植物措施和降雨蓄滲整地措施結(jié)合的固土攔蓄截綜合防治體系。分布在緩坡下部、已經(jīng)切割出跌水的沖溝，修筑燕窩切斷溝頭延伸，再修建圍埂圍堰，最后灌草結(jié)合進(jìn)行植被防護(hù)。麻地梁煤礦將水土保持燕窩工程區(qū)修筑為小型休閑活動(dòng)場(chǎng)所，搭建小亭臺(tái)供職工休息。修筑燕窩時(shí)加寬燕窩埂體，以兼作跨越溝渠的道路。

4 麻地梁煤礦水土流失防治體系建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)

在水土流失防治體系構(gòu)建過程中，麻地梁煤礦既按照水土保持小流域綜合治理的原則進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)，又根據(jù)礦區(qū)自然地形和礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)特點(diǎn)，遵照水土流失規(guī)律對(duì)山水園林路居進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，并按照礦區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施水土保持工程，將水土流失防治體系納入礦區(qū)整體建設(shè)管理體系中。

4.1 注重生態(tài)文明建設(shè)和綠色礦區(qū)建設(shè)

在決策過程中，麻地梁煤礦注重貫徹落實(shí)生態(tài)文明思想，落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要強(qiáng)調(diào)的“一礦一策”生態(tài)建設(shè)目標(biāo)，把水土保持理念貫穿在礦區(qū)設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，著力打造綠色礦山、智慧礦山。

4.2 注重在礦區(qū)宣傳水土保持理念

水土保持設(shè)施作為礦區(qū)的生態(tài)屏障，是保護(hù)煤礦生態(tài)環(huán)境、保障礦區(qū)公共安全的重要措施，在礦區(qū)規(guī)劃建設(shè)中是不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施、公共安全設(shè)施[5]。只有將礦區(qū)水土保持設(shè)施納入基礎(chǔ)設(shè)施、公共安全設(shè)施中進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)、保護(hù)，才能保證礦區(qū)水土保持在實(shí)踐中得到貫徹落實(shí)。

在日常管護(hù)中，要注重宣傳水土保持理念，使員工在生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中自覺按照水土保持科學(xué)管理體系開展工作，生產(chǎn)活動(dòng)按照水土保持科學(xué)規(guī)劃統(tǒng)一實(shí)施，為保障礦區(qū)水土流失防治體系全面實(shí)施、安全運(yùn)行打好人文基礎(chǔ)。

4.3 注重水土保持設(shè)施運(yùn)行維護(hù)

水土保持人工植被有生態(tài)恢復(fù)期，需要管理養(yǎng)護(hù)，直至與自然生態(tài)環(huán)境完全融合；工程措施受氣候條件、降雨徑流、地質(zhì)穩(wěn)定性等因素影響，需要定期養(yǎng)護(hù)加固、清理疏浚，才能保證其正常發(fā)揮水土保持功能。麻地梁煤礦將水土保持設(shè)施管護(hù)納入礦區(qū)安全管理之中，汛前安排集中養(yǎng)護(hù)，汛期值班監(jiān)控，汛后巡查清理，為水保措施安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

煤炭是主要的化石能源之一，在現(xiàn)階段和未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，都將是主要的能源品種之一。而煤炭?jī)?chǔ)量位居全國前三的晉、陜、內(nèi)蒙古黃土溝壑丘陵區(qū)，也是黃河泥沙的主要來源區(qū)之一。隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略的深入實(shí)施，可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展成為主旋律。黃丘區(qū)煤礦建設(shè)要結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，走綠色、可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展之路。