礦區開發建設項目水土流失預測研究

陳國武

(福建省仙游縣水利局水土辦，福建 仙游 351200)

礦產資源的開發與利用不可避免地會引起植被破壞、土地退化、土壤抗侵蝕能力減弱，物種多樣性減少和生態完整性破壞[1]。礦區開發建設項目水土流失具有不均衡特點，往往開始建設時存在十分嚴重的水土流失現象，到生產時期則保持一個相對穩定的侵蝕量級[2]。因此，針對礦區開發建設項目本身特點，科學合理預測水土流失特征和總量，基于預測成果進行水土流失防治，科學配置水保措施，為開展生態效益監測評價具有重要的實踐價值。

1 礦區概況

1.1 礦區現狀

仙游縣三房山礦區位于福建省仙游縣，開采礦種為建筑用凝灰巖礦，設計利用資源儲量521.74萬 m3，可采儲量495.65萬 m3，規劃生產能力為50萬 m3/a，預計服務年限10 a。項目征占地面積20.90 hm2，其中礦區占地約12.69 hm2。項目由礦山采場、生產基地、生活基地、排土場、礦山便道組成。礦體分布高程180～375 m，相對高差195 m，局部地段裸露于地表(河流溝谷處)。礦山地貌屬丘陵，地形自然坡度25°～30°，局部大于35°，地形較陡，溝谷發育，巖石局部節理裂隙較發育，其對穩定性有一定影響。

1.2 水土流失現狀

項目區屬于水力侵蝕一級類型區中的南方紅壤丘陵區，水土流失容許值500 t/km2·a。經實地調查，項目區土壤侵蝕模數背景值為350 t/km2·a，以輕度流失為主，主要表現為水蝕。

2 水土流失預測

2.1 水土流失影響因素分析

水土流失的影響因素分為自然因素和人為因素，主要發生在建設期，各子項目施工土石方開挖、回填，設施用地等對工程范圍植被和地形地貌等均有不同程度的影響。施工期水土流失影響因素梳理見表1。

表1 施工期水土流失影響因素分析表

2.2 預測單元

預測的范圍為水土流失防治責任范圍。根據地形地貌、擾動前后地表基質層特征及擾動方式將本項目預測單元劃分為：礦山采場、生產基地、生活基地、排土場、礦山便道5個預測單元。

2.3 預測時段

以項目建設施工期和自然恢復初期為主要水土流失預測期。工程施工各預測單元預測時段根據工程建設的施工進度安排、施工工藝、水土流失特點、當地水土流失規律及擾動植被恢復所需時間具體確定。對于各區按各自的施工期進行預測，自然恢復按竣工后的頭2年進行預測。水土流失預測分區及時段劃分見表2。

表2 水土流失預測區域及預測時段表

2.4 土壤侵蝕模數

2.4.1 水土流失背景值

項目區為南方紅壤區，水土流失以水力侵蝕為主，土地林草覆蓋良好，侵蝕強度以輕度為主，土壤侵蝕模數背景值取350 t/km2·a。

2.4.2 擾動后土壤侵蝕模數

工程擾動地表后土壤侵蝕模數采用類比法確定。

根據類似工程水土流失實測資料，分析預測工程與實測工程在地形地貌和氣象特征、植被類型和覆蓋率、土壤、擾動地表的組成物質和坡度、坡長、侵蝕類型、棄土(石、渣)的堆放形態等水土流失因子的可比性，當預測工程與實測工程具有較強可比性時，根據對水土流失的因子比較，對有關參數進行修正，從而得出各預測單元擾動后的土壤侵蝕模數。根據本工程地形地貌、氣象特征、植被類型、覆蓋率等特點，選擇莆田LNG燃氣電廠一期工程作為類比工程。兩工程的土壤侵蝕模數調整系數見表3，土壤侵蝕模數確定值見表4。

表3 土壤侵蝕模數調整系數表

表4 平均土壤侵蝕模數M值 t/km2·a

2.5 預測結果

2.5.1 預測內容和方法

水土流失預測內容主要包括：開挖擾動的地塊面積、水保設施的損壞數量、棄土(石、渣)量、新增水土流失量、可能造成的水土流失量、水土流失危害等方面。

2.5.2 水土流失量預測公式

礦區水土流失主要發生在建設過程中的土地平整、邊坡開挖、場地占壓等。施工中形成的裸露表地表極易在降雨時受徑流沖刷造成水土流失。預測損壞地表新增侵蝕區的水土流失量，采用擾動前后侵蝕模數計算，見式(1)：

(1)

式中：W為土壤流失量(t)；i為各預測單元；j=1，2，3，……n-1，n，n=5；j為預測時段，j=1，2，指施工期(含施工準備期)和自然恢復期兩個時段；Fji為第j預測時段，第i個預測單元的面積(km2)；Tji為第j預測時段，第i個預測單元的預測時段(a)；Mji為第j預測時段，第i個預測單元的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)。當預測單元土壤侵蝕強度恢復原地貌土壤侵蝕模數以下時，不再計算。

2.5.3 預測成果

根據地貌、地形、土壤、降雨、植被等水土流失影響因子，結合現狀及測算的土壤侵蝕模數，計算各預測區域水土流失量，詳見表5。

表5 水土流失預測結果綜合分析表

從表5可知，預測時段內可能的水土流失總量為11 558.7 t，其中施工期(含準備期)達11 376.7 t，自然恢復期僅為181.9 t。因開挖擾動，工程新增水土流失量10 749.9 t。水土流失的影響主要集中在礦山開采期期，如：土石方開挖、料場場地開挖回填、土地平整等施工環節。工程建成后，場地已進行采用工程與植物措施相結合的方法進行防治，綠化、美化恢復植被，達到水土保持。

根據預測結果分析，分區看，礦山采場水土流失量占流失總量的61.02%，應采取完善的工程措施和植物措施作為重點防治區對待。礦山采場、砂石料生產基地在生產過程中地表裸露，碾壓地表，破壞植被，應以恢復植被和減少水土流失量應對。分時段看，施工期水土流失量占總量的98.43%，此時段應作為防治和監測重點。

3 結語

礦區生產建設因施工取土、削坡處理改變了原地貌，影響了礦區范圍內的土壤、植被和地形，不可避免地引發了一定的水土流失。根據施工特點和工程布局，采用科學合理的預測方法對工程可能的水土流失原因、形式、程度及危害綜合分析判斷，是合理制定水土保持方案及后期運營監測手段的基礎和前提。