子洲鴻偉煤炭開發建設項目水土流失預測分析

張 偉，張 波

1 概況

子洲縣位于黃土高原丘陵溝壑區腹地，屬干旱半干旱季風氣候區，年平均降水量449 mm，總面積2042 km2，人口30.74萬人，地形以山地、丘陵為主。鴻偉煤礦位于子洲縣東南部，面積56.86 km2，儲煤量 713.61 Mt，設計可采儲量395.35 Mt，設計生產規模5.00 Mt/a，服務年限60.8 a。本煤礦設置3個井筒，在主工業場地內布置主、副井斜井，在風井場地布置回風立井。開采方法采用長臂式后退式開采。項目區土壤類型主要為風沙土，少量栗鈣土分布。井田范圍內風沙土廣泛分布，占井田面積的90%以上。主要特征是質地較輕、松散而無結構，無層次之分，腐殖質層不甚明顯，養分積累甚微，結構性極差，漏水漏肥。

2 擾動原地貌、破壞土地植被面積和水土流失預測范圍

鴻偉煤礦項目由工業場地、場外道路、供電通訊線路、排矸場等組成，總占地65.79 hm2。項目區土壤主要為風沙土，植被平均覆蓋度在20～40%。水土流失類型以風力侵蝕為主的風水復合侵蝕，風力侵蝕模數6500 t/km2·a，水力侵蝕模數2900 t/km2·a，容許土壤流失量 1000 t/km2·a，項目區屬黃河多沙粗沙國家級水土流失重點治理區。根據現場實地調查，結合監測和主體工程設計資料，本工程建設期除主井工業場地周邊有18.47 hm2已征地但不擾動，其它各防治區均發生擾動和破壞。建設期工程擾動原地貌、破壞土地及植被面積共為83.17 hm2，其中已擾動 71.45 hm2，尚未擾動 11.72 hm2。

根據《開發建設項目水土保持技術規范》（GB50433-2008）的規定，通過現場查勘、查閱設計資料及實測圖件，確定本項目建設期水土流失防治責任范圍為102.09 hm2，其中項目建設區101.64 hm2，直接影響區0.45 hm2。按照《水土保持法》規定，根據對建設區占地類型的統計分析，工程建設過程中占用草地和灌木林地，均納入損壞水土保持設施范疇，由此確定本項工程損壞水土保持設施面積為101.64 hm2，工程建設期動用土石方總量395.54萬 m3，其中挖方202.09萬 m3，填方 193.45萬 m3、棄方8.64萬 m3，棄于排矸場。

3 預測單元預測時段劃分

3.1 水土流失量調查與預測單元

根據鴻偉煤礦工程性質、分布、施工活動特點以及不同功能區水土流失的特點，水土流失調查與預測單元分為工業場地、場外道路、供電通訊線路、排矸場4個。見表1。

表1 水土流失調查單元及時段表

3.2 調查及預測時段

根據《開發建設項目水土保持技術規范》要求，鴻偉煤炭屬新建建設類項目，水土流失發生在建設期。項目建設期包括施工期及自然恢復期。項目區風蝕發生在3～5、10～12月，為主要風蝕季節，水蝕主要發生在6～9月。調查與預測時段按最不利條件確定，超過雨（風）季長度不足一年的按全年計，未超過雨（風）季長度的按雨（風）季長度的比例計算。根據施工特點，此階段的水土流失類型復雜、分布面寬、水土流失嚴重，是重點調查與預測時段。主體工程總的施工期為2012年4月～2018年6月，按最不利情況考慮，即施工期調查時段風蝕為4.0年，預測時段為2.0年。隨著項目各類工程的建成，由施工活動產生的影響也基本結束，植被自然恢復或表土形成相對穩定結構并發揮水土保持功能需要2～3年，根據項目區自然條件，自然恢復期確定為3年。

4 預測內容方法和結果

調查及預測內容包括：擾動原地貌、破壞土地和植被面積調查；棄土、棄渣量調查；損壞水土保持設施面積調查；可能造成的水土流失面積、強度及水土流失危害調查等。項目區水土流失成因復雜、類型多樣，本方案采取實地調查法、引用資料法（主要引用振興煤炭有限責任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程和榆林水保站監測數據）相結合的方法，進行水土流失強度和水土流失量調查。

4.1 水土流失面積調查與預測

通過對鴻偉煤炭項目施工期、自然恢復期工程擾動原地貌、破壞土地和植被面積的調查，確定因工程建設期可能造成的水土流失總面積為83.17 hm2。施工期：各項工程建設全面開展，各施工區普遍存在水土流失，產生水土流失的面積為83.17 hm2；自然恢復期：建設區的建構筑物及硬固化區域無水土流失，其它空地在恢復植被和土壤穩定前，仍將產生一定量的水土流失，其面積為38.30 hm2。根據現場調查目前已發生水土流失面積為71.45 hm2，尚未產生水土流失面積為11.72 hm2。

4.2 造成的水土流失量調查與預測

4.2.1 原地貌水土流失背景值

鴻偉煤炭屬丘陵地貌，項目區土地利用主要為草地和灌木林地，土壤類型主要為風沙土和栗鈣土。根據第一次全國水利普查陜西省水土保持情況公報（2013年）和外業實地調查情況，以及根據區域降雨與風力特征、地形地貌、地面組成物質、土地利用與植被生長狀況，確定本工程項目區水土流失表現形式為以風力侵蝕為主的風水復合侵蝕，背景值模數：風蝕模數約為 6500 t/km2·a，水蝕模數約為 2900 t/km2·a。

4.2.2 擾動后土壤侵蝕模數調查與預測

根據《開發建設項目水土保持方案技術規范》（GB50433-2008）要求，結合工程建設特點，對該項工程建設過程中產生的水土流失風蝕、水蝕強度采取引用榆林市水土保持監測站，在2008年，對振興煤炭有限責任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程的監測報告，和榆林水保站2014年4月至今，對本項目的監測成果來確定本項目的侵蝕模數。監測點及方法見表2。

表2 項目監測點位布設表

（1）水蝕強度調查

類比實測資料引用振興煤炭有限責任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程的監測資料。監測時間為2008年3月～2009年12月，監測背景條件為年均降水量347.0 mm。監測方法為侵蝕溝樣方法和樁釘法。監測點分別設在主井場地周邊堆土邊坡、工業場地臨時堆土、進場道路邊坡。引用資料Ⅱ用榆林市水保站對本項目的監測資料，監測時間為2014年4月～現今。監測背景條件：年均降水量346 mm。監測方法為侵蝕溝樣方法和樁釘法。

（2）風蝕強度調查

引用資料同水蝕強度調查，振興煤炭有限責任公司煤礦0.6 Mt/a技改整合工程監測背景條件年均風速3.2 m/s。監測方法為采用測釬法。榆林水保站監測背景條件為年均風速3.1 m/s。監測方法為采用測釬法。

（3）引用條件分析

引用資料一，振興煤礦位于鴻偉礦井東南，相距約25 km，從各自然條件看，振興煤礦與本工程處于同一區域，其地形地貌、土壤植被等自然條件相類似，氣候特征及風力條件基本相同，土壤均為栗鈣土，施工擾動后表面物資均呈松散、沙性，顆粒組成基本一致；本項目區與類比區年平均蒸發量數值相近，施工擾動后土壤水分迅速散失，呈干燥松散；兩工程施工工藝、對地表的擾動強度、擾動形式以及擾動后的下墊面條件類似，其擾動后的風蝕量也應基本相同。引用資料二，為本項目2014年至2017年的水土流失監測值，因此引用其監測資料用于本工程風蝕強度。根據對施工擾動后抗侵蝕力的變化等進行綜合分析，確定工程土壤侵蝕強度值。在自然恢復期，隨著施工的結束，對地表的擾動破壞和影響也隨之消失，地表土壤地皮又逐漸形成，植被也逐漸自然恢復，在不采取措施情況下，經過3年自然恢復期，土壤侵蝕強度基本與土壤侵蝕背景值接近。因此，土壤侵蝕強度在植被恢復期呈逐步減少趨勢。

4.2.3 水土流失量

在獲得水土流失背景值、水土流失強度值和新增水土流失面積的基礎上，求得新增水土流失總量。經計算：本工程建設期間造成的水土流失總量為64573 t，其中新增水土流失量32560 t。施工期造成的水土流失量為47704 t，其中新增水土流失量27178 t；自然恢復期造成的水土流失量為16869 t，其中新增水土流失量5383 t。目前已造成的水土流失量為60869 t，其中新增水土流失量30734 t；預測建設期內仍可能造成的水土流失量為3704 t，其中新增水土流失量1826 t。

4.3 預測結果

工程擾動地表面積共計57.85 hm2，其中損壞水土保持設施57.85 hm2，主要為采礦用地。項目區建設期可能造成的土壤流失總量約5193.61 t，背景土壤流失量1082.23 t，新增的土壤流失總量約4194.72 t。施工期是工程建設過程中可能產生水土流失最為嚴重的時期，新增土壤流失量2941.41 t，期間土壤流失量占新增流失總量的70.12%，必須加強施工期的水土流失防治措施及施工管理措施。

5 結論及建議

5.1 結論

通過分析，工程建設造成的土壤侵蝕總量為6.46萬t，產生水土流失的重點區是工業場地，占新增土壤侵蝕總量的78.64%，為工程建設過程中產生水土流失的主要區域，是水土流失防治及水土保持監測重點區域。施工期土壤侵蝕新增量為2.72萬t，自然恢復期為0.54萬 t，分別占土壤侵蝕總量的83.47%和16.53%，建設期土壤侵蝕量較大，土壤侵蝕強度高，是產生土壤侵蝕的主要時段。

5.2 建議

目前工程區的場地已經清理平整，并大部分已造林種草恢復植被，但有部分地表仍處于裸露狀態，植被稀疏，應及時補植補種；盡快實施各區水土保持措施，逐漸降低新增水土流失強度。本工程計劃于2018年6月完工，監測時段為監測委托時間至竣工驗收前。根據工程實際施工進度情況，水土保持監測針對施工期和自然恢復期實施。主要監測內容應包括：各施工擾動區水土流失量及其它水土流失因子的變化等；水土保持工程實施的數量和質量、植物措施生長情況等因素監測；重點點位應布置在目前水土流失仍較為嚴重的工業場地和排矸場。