陜西省彬長礦區水土流失與地質災害的關系初探

張 勇，王亞峰，趙曉光

（1.西安科技大學，陜西 西安710054；2.陜西省水利廳，陜西 西安710004；3.咸陽市水利局，陜西 咸陽712000）

陜西省地域南北狹長，地質地貌條件復雜，極易誘發各類地質災害的發生。全省南北氣候差異顯著，年降水量400～1 200mm，且在時空上分布極不均勻。這些條件使得陜西生態地質災害種類繁多，水土流失嚴重。據陜西省國土資源廳制定的《陜西省2010年地質災害防治方案》，全省地質災害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂縫，可劃分出23個地質災害易發區，總面積1.004×105km2，占全省國土面積的48.8%。截至2013年7月底，全省地質災害隱患點9 305處，其中滑坡5 664處，崩塌2 784處，泥石流溝396條，地面塌陷278處，地裂縫183處，直接威脅人口達50萬人，威脅房屋31.6萬余間。

陜西省渭北地區黃土深厚，年降雨集中，植被稀疏，生態脆弱，但該區域煤礦資源富集，開采歷史較長，區域經濟社會發展對資源開發的依賴程度相對較高。地處該區域的彬長礦區，近年來在大規模的資源開發和工程建設中對地質環境保護重視不夠，人為地誘發滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質災害，進一步加劇了礦區水土流失。

1 彬長礦區概況

彬長礦區位于陜西省西北部的長武、彬縣和旬邑3縣境內，礦區面積約1 270km2，屬黃土丘陵溝壑區及黃土高原溝壑區。礦區除少數地帶為基巖出露的土石山區外，基本上被黃土覆蓋，塬區黃土蓋層厚度多在250m左右，周邊溝壑密集溝坡陡峻，相對高差約達200m［1］。礦區地質構造形態為北西緩傾的單斜構造，傾角2°～8°，斷層稀少，煤系地層及煤層基本沿區內平緩向斜分布。

礦區特殊的地貌類型和典型的暖溫帶半干旱大陸性季風氣候特征，造成礦區內溝壑縱橫，植被稀少，加之涇河橫貫礦區中部，境內地表水系發育，流水侵蝕強烈，水土流失嚴重，生態環境質量脆弱，是黃河中游水土流失重點區域之一［2］。

近年來礦區實施以煤炭建設為主的經濟開發戰略，導致礦區范圍內環境地質災害事件頻繁發生，環境狀況急劇惡化，水土流失面積占全區面積的81.4%，侵蝕模數2 546t／（km2·a），其中黃土溝壑農業區2 451t／（km2·a），平均沖刷深度1.6mm，黃土溝壑 工 礦 區 3 367t／（km2·a），平 均 沖 刷 深 度2.3mm，土石山區地面較為完整或植被較好，水土流失較輕，年侵蝕模數小于500t／（km2·a），平均沖刷深度小于0.1mm。

根據《陜西省生態功能區劃》，彬長礦區屬于黃土高原農牧生態區中的彬長黃土殘塬農業區，同時也是國家級重點治理區，陜西省人民政府公告的水土流失重點治理區和重點監督區。

2 彬長礦區水土流失強度及特征

煤炭開采過程中對土地的挖損、塌陷和壓占都會造成水土流失，開挖會造成邊坡的失穩，形成滑坡；棄土棄渣如果堆放在溝道里為泥石流的發生提供了大量的松散物質；煤礦礦抽和排地下水導致地下水位大幅度下降，土壤濕度減小，植被退化。另外，因煤礦的開發建設，相應的輔助設施如公路、建筑物等使礦區的生態環境發生較大的改變，導致地表剝離，植被破壞，造成水土流失加劇。

2.1 水土流失程度

在此用土壤侵蝕強度來反映水土流失程度，根據水利部水土保持監測中心制定的《全國土壤侵蝕遙感調查技術規程》中侵蝕強度分級參考指標，彬長礦區土壤侵蝕涵蓋了微度、輕度、中度、強度和極強度5個土壤侵蝕強度等級，其土壤侵蝕類型統計面積如表1所示。

表1 土壤侵蝕類型面積統計

通過對礦區土壤侵蝕的環境統計分析，本區為水力侵蝕區，土壤侵蝕強度較大，以強度為主，西部土壤侵蝕強度大于東部。

2.2 礦區水土流失特征

（1）水土流失過程的不均衡性。煤礦造成的水土流失不像原生侵蝕那樣按自然侵蝕規律發生發展，而是具有突發性。因為在煤礦建設的不同時期，造成水土流失的程度不同，有時強烈有時輕微。一般是開始建設時有十分嚴重的水土流失，到生產時期則保持一個相對穩定的侵蝕量級。

（2）水土流失危害的潛在性。除部分地面擾動外，更長期的是通過對地層、地下水等的影響，間接使地面植被退化，地面塌陷，從而加劇了水土流失，具有潛在危害。

（3）水土流失成因以地質災害為主。礦區水土流失主要為滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等環境地質災害類型，其特點明顯，具有顯著的區域和礦區疊加特征。

3 彬長礦區環境地質災害形成與水土流失關系

彬長礦區環境地質災害多，分布廣，危害嚴重，與水土流失密切相關的地質災害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等。

3.1 滑坡與水土流失

滑坡是一定自然條件下的斜坡，由于受自然和人工等因素的影響，部分土體或巖體在重力作用下，沿著一定的軟弱面或帶，整體、間歇地以水平位移為主的變形現象。滑坡是礦區一種常見的環境地質災害，對處于黃土丘陵溝壑區和黃土高原溝壑區的彬長礦區來說，滑坡是規模大，危害重，成因及性質又較復雜的一種環境地質災害現象。導致礦區滑坡的原因主要為：（1）礦區原地貌生態環境惡劣，暴雨匯集形成徑流快，下切力強，致使溝頭發生滑坡；（2）溝坡比降大，一般都在10%以上；（3）溝崖臨空大，坡體臨空失穩易形成滑塌；（4）汛期雨水多，地下水位升高，誘發滑坡；（5）地下開采引起的地面變形，破壞了斜坡原始應力狀態形成滑坡［3］。通過分析可以發現，彬長礦區滑坡的產生原因除降雨、地下水位的變化、面蝕作用以外，人類采礦及建設的影響非常明顯。

3.2 崩塌與水土流失

崩塌（又稱崩落、垮塌或塌方）是較陡斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動，堆積在坡腳（或溝谷）的地質現象。彬長礦區基本為黃土覆蓋，由于特殊的地理、氣候條件，區內溝壑縱橫，自然陡坡多，且斜坡多由晚更新世和中更新世黃土層組成，垂直節理發育。

據分析，在不考慮人為因素影響條件下，原生黃土質地比較致密堅硬，坡度大于50°，相對高度在30m以上易發生崩塌；次生黃土結構比較松散，坡度在40°左右即會發生崩塌。彬長礦區內崩塌災害的產生于斜坡的邊緣，主要是由于斜坡應力的釋放，形成與陡坡平行的卸荷裂隙，隨著物理風化而日漸擴大，并受節理、開采沉降裂縫等，以及切坡、采礦等人類工程活動的影響［4］。經研究分析，彬長礦區崩塌災害的孕育與發生，時間上取決于季節性降水過程，空間上取決于人類工程活動（采石、采煤、切坡）等外部誘發擾動因素，但均與嚴重的水土流失有關。

3.3 泥石流與水土流失

泥石流是發生在山區溝谷中或坡地上的一種飽含大量泥沙、石塊的固液兩相混合流體，其往往突然暴發，渾濁的流體沿著陡峻的山溝前推后擁，奔騰而下，在很短時間內將大量泥砂、石塊沖出溝外，在寬闊的堆積區橫沖直撞、漫流堆積，常常給人類生命財產造成重大危害。嚴重的水土流失，加之傾倒在溝谷中由于采礦產生的大量剝離棄土，為泥石流的產生準備了大量的松散物質來源，遇到夏季集中、較強的降雨，疊加造成礦區泥流的發生，是礦區水土流失愈來愈重的主要原因。

3.4 地面塌陷與水土流失

彬長礦區開采歷史較長，開采區域不斷擴大，煤炭開采后形成的采空區逐漸出現不同程度的地面變形，形成地面裂縫和沉陷等，致使房屋毀壞、窯洞變形、破壞道路、耕地或工程設施，同時誘發滑坡等斜坡地質災害，加速了礦區水土流失。

從實際調查與觀測資料分析，彬長礦區地面塌陷有以下特點：（1）下沉系數大，較非黃土覆蓋區增大28%，初采下沉系數可達0.85以上；（2）移動角大，一般沖擊層移動角45°，而礦區黃土層移動角一般在53°～64°；（3）地表移動變形周期短，傳遞速度快，地表最大下沉主要發生在活躍期階段；（4）在梁峁溝谷斜坡帶易誘發山體滑坡等重力型地質災害，在塬上平坦區表現為下沉盆地。分析研究表明，地面塌陷災變過程，主要是水力作用對地表的沖刷過程，相對于滑坡、泥石流等地質災害而言是一個緩慢的過程。地面塌陷的發生，與降雨導致的水土流失密切相關，但也與斜坡條件、地面植被條件等因素相關。一般來說，開采深度越淺，坡面越破碎，水土流失越嚴重，發生地面塌陷的幾率越大。

總之，彬長礦區環境地質災害成因復雜，分布廣，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質災害的形成過程與水土流失密切相關。易發生崩塌、滑坡的區域，也易發生泥石流，只不過泥石流的暴發要多一項必不可少的降雨條件。再者，崩塌、滑坡的物質經常是泥石流的重要固體物質來源。崩塌、滑坡還常常在運動過程中直接轉化為泥石流［5］，或者崩塌、滑坡發生一段時間后，其堆積物在一定的水源條件下生成泥石流［5］，即泥石流是崩塌和滑坡的次生災害。泥石流與崩塌、滑坡有著許多相同的促發因素。在彬長礦區，由于地質災害發生的規律性和周期性，災害頻繁的區域也是水土流失最為嚴重的區域。

4 彬長礦區水土流失防治思路及對策

4.1 礦區水土流失防治思路

從彬長煤礦區水土流失與地質災害關系看，水土流失治理必須以防治礦區地質災害為核心，從預防（制度管理）和工程措施防治兩方面入手。

（1）嚴格控制棄土棄渣的堆放，避開水流路線，修建攔擋設施；邊坡開挖要慎重對待，采取頂部排水及底部支護，如果可能引起失穩要及時停止。

（2）針對采空區、地表塌陷、地裂縫、棄渣場等煤礦區廢棄地［6］，采用復墾成套工藝技術，將其資源化，減少水土流失的場所。復墾時從水土保持的角度設計排水系統，采取帶狀分階采掘和分階排土，控制水土流失的松散物質來源。適地適時合理利用工程措施、植物措施、臨時攔擋措施，控制流失環節。

（3）采取生物及微生物措施，提高復墾土地的生產力及土壤質量，從農業技術角度防治水土流失。

（4）開展礦水土流失動態監測與分析評價，準確預測和綜合評價煤礦水土流失的程度、強度、危害及其對周圍區域的影響，指導礦區的水土保持工作。

4.2 礦區地質災害防治對策

（1）強化對采煤活動的全過程管理。主要是做好煤炭資源勘查、煤礦設計、礦區基建和生產、煤礦閉坑4個階段全過程的綜合防治，使礦山生態環境向良好轉化，實現資源開發與環境保護的協調發展。

（2）因地制宜，因害設防，綜合治理。礦區地質災害防治是一個復雜的系統工程。地域不同，地質災害的成因和規模也不同。彬長礦區地貌類型多，氣候復雜，在制定防治方案時，應根據具體的災害現狀及防治目的，因地制宜，采取靈活多樣的防災措施，實行綜合治理。對面蝕為主的水土流失防治，生物措施效果顯著，而坡面工程、溝道工程等工程措施對滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蝕效益顯著，因此，要針對彬長礦區的災害發生實際情況，分類綜合治理。對災害嚴重、危害較大的區域，要優先開展工程治理，利用一些骨干工程，盡快控制災害的發展趨勢，然后開展生物措施，使其功能互補，達到最佳治理效果。

（3）采用先進技術，實施綠色礦山生態重建工程。從水土保持入手，以改善礦區生態環境和生產生活條件為目標，做好生物治理的規劃設計［7］，根據具體的地貌和地形特點，合理配置林型、樹種、草類，實行山、水、林、田綜合治理。推行喬、灌、草并舉的治理原則，做到宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，喬灌草合理配置，農牧林漁相互結合。要十分珍惜節約水資源，引進噴、滴、防滲等節水灌溉技術，確保恢復治理成效。

［1］ 張勇，張安虎.彬長礦區水土流失特征分析與水土保持關鍵問題［J］.陜西水利，2012（4）：163-164.

［2］ 張安虎，張勇.陜西彬長煤礦區水土流失致因分析與水土保持思路及對策［J］.陜西水利，2013（4）：158-159.

［3］ 楊梅忠，巨天乙，馬東民，等.彬長礦區環境地質災害的分析預測［J］.煤礦環境保護，1999（5）：62-63.

［4］ 宋世杰.煤炭開采對煤礦區生態環境損害分析與防治對策［J］.煤炭加工與綜合利用，2007（4）：44-48.

［5］ 殷坤龍，張桂榮.地質災害風險區劃與綜合防治對策［J］.安全與環境工程，2003，10（1）：32-35.

［6］ Xu Fulin，Tao Shu.Lake ecosystem health assessment：indicators and methods［J］.Water Resource，2001，35（13）：3157-3167.

［7］ Vallentyne J R，Munawar M.From aquatic science to ecosystem health：A philosophical perspective［J］.Journal of Aquatic Ecosystem Health，1993，2（4）：231-235.