榆林市某煤礦水土流失預測分析

云 杰

（榆林市淤地壩建設辦公室,陜西 榆林 719000）

1 概況

神木市水土流失類型以風蝕為主，兼有水蝕，水土流失總面積5770.2 km2，占總面積的71%。其中水力侵蝕為1084 km2，風力侵蝕為4686.2 km2。某煤礦位于神木市“三北”戈壁沙漠及沙地風沙區，屬于輕度風力侵蝕。總體規劃面積89.51 km2，以不粘煤礦為主，長焰煤次之。井田可采煤層共11層，含煤地層總厚度為140.55 m～253.83 m，地層厚度總體變化南部薄，北部厚。為對項目建設進行水土保持治理，需對項目建設產生的水土流失進行預測。

2 項目建設擾動水土情況

2.1 擾動地表面積及植被損壞情況

2019 年4 月，水土保持方案編制單位對礦區在前期建設過程中開挖擾動地表、占壓土地和損壞植被程度，擾動土地面積進行了量算統計和現場調查。該項目建設擾動地表和植被損壞面積為工程占地面積，共計915.00 hm2。現項目建設生產區已產生擾動面積共計908.00 hm2，后期采掘場區在建設期將新增擾動面積7.00 hm2。

2.2 已損壞水土保持設施情況

經實地調查，對工程建設及生產過程中的占地面積及土地利用類型進行統計、分析，工程建設區的原始土地利用類型均裸地，原始地表結皮、砂礫層、植被等均可認定為具有水土保持功能的設施，因而現損毀水土保持設施區為工程已擾動地表區面積，共計908.00 hm2。

2.3 棄土、棄渣量

經統計，本項目基建期（2018 年5 月～2019 年4 月）共計挖方2473.18 萬m3，填方總量39.18 萬m3，內部調用土方量4.00 萬m3，棄方總量2434.00 萬m3，廢棄土方全部排往排土場（含內排土場341 萬m3）。根據生產計劃和現場調查統計，至2019 年4 月，煤礦前期建設生產共計剝離11051.00 萬m3，排放棄土棄渣11047.00 萬m3，其中內排土場排棄598.00 萬m3、東排土場排棄8722 萬m3、西排土場排棄1456 萬m3、北排土場排棄271 萬m3。土石方剝離和排棄情況統計見表1。

表1 剝離、排棄情況一覽表 單位：萬m3

2.4 存在的水土流失問題

（1）采掘場區。采掘場區水土流失主要為上部剝離臺階邊坡。采掘場區除采坑周邊停車區內經機械碾壓加固區約15.00 hm2及防洪渠永久占地范圍外，其他區域因施工生產活動均存在不同程度水土流失問題。

（2）外排土場區。外排土場由于排土作業，在未停排區均存在水土流失問題。現狀調查發現東排土場已停排平臺內，由于前期施工機械碾壓水土流失較弱。在排土道路路面由于匯水沖刷，存在水蝕現象，應盡快落實排土道路的排水措施建設工作。新排土區受風蝕影響較大，揚塵明顯，邊坡松散顆粒吹蝕明顯。

（3）工業場地區。水土流失主要發生在場地周邊平場臺階邊坡、施工作業區，場內臨時堆土區，整體水土流失較弱。

（4）生產系統及選煤廠區。在生產系統北側臨時占地區、規劃選煤廠東側平場堆土邊坡存在水土流失問題，主要為風蝕。

（5）場外道路區。目前水土流失主要發生在排土道路臨時占地區、停車場及服務區場地邊沿，主要為占地范圍外圍少量裸露堆土在大風時的風蝕。

（6）給排水工程區。給排水工程區的場外給排水管線及取水口泵房、蓄水池建設場地區施工結束后尚未進行平整，全區均有明顯水土流失問題，主要為裸露表土在大風時產生的風蝕。

3 水土流失影響因素分析

露天礦區開發建設排棄大量土、石渣廢棄物，人為擾動地面、構筑各類人工平臺、邊坡而造成水土資源的損壞和土地生產力的下降，同時在降雨和大風的作用下，誘發、加劇了新的水土流失，因而造成礦區水土流失的原因既有自然因素，又有人為因素。

3.1 自然因素

本項目建設區自然條件惡劣，降雨稀少，植被蓋度低，土壤以以棕鈣土和灰棕漠土為主，還有部分風沙土為主，區域主導風向為西北風，一般風力3 級～5 級，多年平均風速2.2 m/s，最大風速16 m/s，大風日數10 天，風季2 月～5 月。本露天礦所在區域地表土壤松散，土壤膠結力差，植被稀少，在春季大風時極易形成風蝕。同時由于土壤抗沖蝕力差，在雨季短歷時強降雨時極易發生水蝕。礦區自然條件決定了本項目區土壤侵蝕發生強烈，由于歷史侵蝕，目前礦區地表小顆粒沙土已侵蝕殆盡，地表廣布礫石。

3.2 人為因素

根據露天煤礦工程的建設特點，人為施工建設活動形成新增水土流失。

（1）天然戈壁地表結皮和砂礫層由于擾動受到損壞。礦區大規模的采、運、排，使得具有水土保持功能的地表結皮和砂礫層嚴重損壞，地表裸露，使其覆蓋保護作用喪失殆盡；施工活動、施工機械的碾壓和人員往來等損壞了臨時施工場地區的地表結皮。

（2）土方開挖、機械碾壓使土壤表層松散性加大。露天煤礦項目區土壤主要為灰棕漠土，所處地勢低平，林草覆蓋率低，表層結皮和砂礫層具有較強的抗風蝕能力。由于露天煤礦的建設，大量的松散表土發生運移和重新堆積，結皮層被損壞，土體原結構被破壞，土壤水分大量散失，土體的機械組成混雜不一，喪失了原地表土壤的抗蝕力。

（3）土石方開挖回填使地形、地貌發生變化。露天煤礦項目區原生狀態下水蝕微弱。露天煤礦采掘場的剝離、建（構）筑物基礎開挖與道路路基開挖、堆墊等形成表土疏松裸露、坡度較大的人工堆墊坡面和陡立的挖方邊坡，增加了水蝕和重力侵蝕的發生；隨著采礦排土，在內、外排土場逐漸形成了占地面積較大，高度較高的人工堆墊塔丘狀地貌。排土場排棄物為泥巖和土沙，物料質地不均勻、松散，各區段排棄高度不盡相同，導致受力不均勻，在平臺形成沉陷、裂縫、陷穴等。

4 土壤流失量預測

4.1 預測單元

某煤礦土壤流失量預測范圍為項目建設擾動范圍。根據水土流失調查和項目建設擬擾動地表面積，施工期預測范圍按工程占地面積915 hm2（永久占地+臨時占地）計算。自然恢復期預測范圍按施工期占地范圍減除硬化場地、建筑設施占地、加固場地、道路硬化路面之后的面積計算，為617.07 hm2。

4.2 預測時段

由于本工程為建設生產類項目，結合建設過程中水土流失發生和發展具體情況，將水土流失預測期分為施工期2018年（1年）、自然恢復期（2018年～2022年）及運行期三個時段。根據本項目區氣候、土壤條件，擾動區域恢復約需要3年時間，因此自然恢復期預測時段取3年。

各防治分區的預測時段以最不利時段確定預測時段，即施工時段超過風季、雨季長度的按全年計算（項目區雨季為6月～9月，風季為2月～5月），不超過風、雨季長度的按占風季或雨季長度的比例計算，方案按各工程可能產生的最大不利施工時間考慮。

4.3 土壤侵蝕模數

項目區屬于輕度風力侵蝕區，項目區的土壤侵蝕模數背景值為1500 t/（km2·a），容許土壤流失量為1000 t/（km2·a）。項目各建設區地表物質組成和植被情況近似相同，因而土壤侵蝕模數背景值取相同值，取1500 t/（km2·a）。擾動后的土壤侵蝕模數取2018年5月～2019年4月的監測數據確定土壤侵蝕模數，自然恢復期土壤侵蝕模數隨時間推移逐步降低，取原生土壤侵蝕模數與擾動后土壤侵蝕模數的平均值，綜上各施工區擾動后的侵蝕模數見表2。

表2 工程區土壤侵蝕模數表 單位：t/（km2·a）

表3 各建設區土壤流失量預測匯總

圖1 預測土壤流失量柱狀圖

圖2 新增土壤流失量柱狀圖

4.4 預測結果

經計算，預測本項目建設期可能造成的水土流失總量為125245 t，新增土壤流失量為83339 t。見表3、圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，采掘場、外排土場兩個區為水土流失主要發生區，以上區域應是水土流失治理與監測的重點區域，同時施工期水土流失發生面積廣，強度大，應為重點治理和監測時段。

5 結語

通過對項目區水土流失程度、強度、土壤流失量的分析和預測得出結果如下：

（1）根據工程施工特點和工藝，估算項目建設期擾動地表 915.00 hm2。

（2）本項目建設開工至達產時土石方挖方總量為15463.18 萬m3，填方總量為39.18 萬m3，內部調運土石方總量4.0 萬 m3，棄渣量 15424.00 萬m3（其中內排 837.00 萬m3）。其中基建年（2018 年5 月至2019 年4 月）土石方挖方總量為2473.18 萬m3，填方總量39.18 萬m3，內部調用土方量4.00 萬m3，棄方總量2434.00 萬m3，廢棄土方全部排往排土場（含內排土場341 萬m3）。達產第4年實現全部內排。

（3）如果不采取水土保持措施，預測期內可能造成的水土流失總量為125245 t，新增土壤流失量為83339 t。采掘場、外排土場兩個區為水土流失主要發生區，應為重點治理和監測時段。