建筑石灰?guī)r礦水土保持措施設(shè)計

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摘要:為避免重慶大足區(qū)古龍鄉(xiāng)建筑用石灰?guī)r礦山開采引起的水土流失，需對石灰?guī)r礦山進(jìn)行合理的水土保持措施設(shè)計。通過對礦區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場勘查及計算分析，礦區(qū)在服務(wù)期內(nèi)的預(yù)測水土流失總量可達(dá)3061．04t。針對礦山不同功能區(qū)，因地制宜地設(shè)計水土保持工程、植物和臨時措施。礦山在實施水土保持措施后，水土流失總治理度達(dá)95%，渣土防護率達(dá)95%，林草植被恢復(fù)率達(dá)97%，林草覆蓋率達(dá)81%。該水土保持措施設(shè)計科學(xué)環(huán)保、合理可行，能夠為同類礦山的水土流失防治提供良好的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:重慶大足區(qū);石灰?guī)r礦;水土流失;水土保持

近年來，國內(nèi)外學(xué)者呼吁重視礦山開采引起的水土流失，并且提倡設(shè)計因地制宜的水土保持措施來防治危害，確保生態(tài)綠色發(fā)展，經(jīng)濟繁榮開發(fā)。通過對古龍鄉(xiāng)建筑用石灰?guī)r礦山的水土流失分析與預(yù)測，設(shè)計合理高效的水土保持措施設(shè)計;對礦山進(jìn)行完善地維護與治理后，將在區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生顯著的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

1礦區(qū)概況

1．1礦區(qū)基本情況

礦區(qū)位于重慶大足區(qū)古龍鄉(xiāng)大林村五組，礦區(qū)面積0．0723km2，標(biāo)高范圍+530至+420m，開挖石料是三疊系下統(tǒng)嘉陵江組第三段的建筑用石灰?guī)r，生產(chǎn)規(guī)模為51萬t/a，服務(wù)年限為8．2a。礦區(qū)由露天采場、工業(yè)廣場、排土場、礦山道路4部分組成，共計占地面積為6．45hm2。

1．2礦區(qū)自然特征

礦山屬低山淺丘地貌，土壤類型為黃壤［1］。屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為1044．7mm，熱量較富足且雨量充足。礦區(qū)植被類型為亞熱帶常綠針葉林，植被覆蓋率約60%。

2礦區(qū)水土流失分析與預(yù)測

2．1水土流失現(xiàn)狀

礦區(qū)位于以水力侵蝕為主的西南土石山區(qū)［1］，已被開采多年，采場已經(jīng)形成大面積裸露邊坡，缺少覆蓋和綠化，降雨引起的水土流失嚴(yán)重。

2．2水土流失量預(yù)測

預(yù)測單元包括露天采場區(qū)(包含排土場區(qū))、工業(yè)廣場區(qū)和礦山道路區(qū)，共3個。預(yù)測時段按照開采運作時間可分為生產(chǎn)運行期(8．2a)和自然恢復(fù)期(2a)［2］。依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》［3］，本礦區(qū)土壤容許流失量為500t/(km2•a)。經(jīng)計算，礦區(qū)土壤年侵蝕總量背景值為147．8t，年均土壤侵蝕模數(shù)背景值為2291t/(km2•a)。選擇類比法［4］進(jìn)行水土流失預(yù)測，璧山區(qū)新型干法水泥工程與本礦山水土流失因子相差不大，可采用數(shù)值。結(jié)合水土流失量預(yù)測方法、預(yù)測單元和預(yù)測時段的劃分結(jié)果及預(yù)測參數(shù)取值［5］，計算該礦區(qū)在服務(wù)期內(nèi)預(yù)測水土流失總量為3061．04t。

3水土保持措施設(shè)計

3．1露天采場防治區(qū)

3．1．1工程措施(1)截水溝:由于礦山凹陷開采，故在坡頂設(shè)置截水溝用來攔截山坡上來水量［6］，匯水面積達(dá)0．12km2;后于礦山東南側(cè)增加一條長390m的截水溝，寬×深為0．6m×0．6m;共開采土石方量為140．4m3，其中石方量為70．2m3，土方量為70．2m3。(2)漿砌片石擋土墻:采場邊坡臺階種植藤蔓植物，在表土回覆前，臺階邊緣需設(shè)擋土墻。擋土墻采取矩形斷面，寬×深為0．2m×0．2m，選用M7．5漿砌片石修建。礦山開采后，形成的最終邊坡總長約5175m，共需M7．5漿砌片石207m3。(3)沉砂池:在截水溝的兩端均設(shè)計1座沉砂池，用來沉積水流攜帶的泥沙［7］。沉砂池內(nèi)長×寬×深為1m×1m×0．8m。池底部選用8cm厚C20砼現(xiàn)澆，池壁部分選用10cm厚C20砼現(xiàn)澆。(4)開挖坑穴:露天采場采坑面積為14143m2，方案設(shè)計在礦山盤底開挖坑穴，種植喬木［8］?？v橫5m挖掘尺寸為0．5m×0．5m×0．5m的樹坑，預(yù)計開挖坑穴566個，預(yù)計開挖石方量約70．7m3。

3．1．2植物措施采場邊坡臺階種植藤蔓植物［9］，臺階邊緣設(shè)擋土沿，鋪設(shè)前需要先培土厚約0．15m，礦山邊坡的恢復(fù)治理需栽種藤蔓植物面積約10351m2，株行距1．0m×1．0m，種植藤蔓植物約10351棵。采坑面積14143m2，栽種喬木苗的行距與株距尺寸均為5m×5m，預(yù)計共需566株。藤蔓植物選擇野薔薇、黃馨、迎春、爬山虎、地瓜藤、葛藤等，喬木選擇馬尾松［10］。在礦山終采邊坡和平臺進(jìn)行表土回覆后播撒草籽，選擇播撒草種麥冬草2．44hm2，播種量70kg/hm2。

3．1．3臨時措施露天采場坡頂剝離表土后形成多條裸露邊坡，總長約1000m，坡面面積約3000m2。設(shè)計在此區(qū)域采用防雨布進(jìn)行臨時覆蓋，需防雨布3000m2。

3．2工業(yè)廣場防治區(qū)

3．2．1工程措施(1)洗車池:礦山工業(yè)廣場大部分已經(jīng)硬化，在入口處工業(yè)廣場上設(shè)置漿砌石洗車池1座，寬6m，深0．4m，長8m。(2)擋土墻:在工業(yè)廣場的邊坡上設(shè)計漿砌片石擋墻［11］，長120m，厚0．4m，高2～5m。

3．2．2植物措施由于工業(yè)廣場在本次礦山開采完畢后將作為新建礦山的工業(yè)廣場繼續(xù)使用，只在工業(yè)廣場四周種植喬木。將在礦山閉坑后進(jìn)行樹木綠化，種植間距為2m×2m，共需250株。喬木種植選擇胸徑4～5cm的帶土球健康樹苗，樹種選擇馬尾松。且對工業(yè)廣場土質(zhì)邊坡播撒草籽，播撒草種麥冬草0．12hm2，播種量70kg/hm2。

3．2．3臨時措施對工業(yè)廣場的土質(zhì)邊坡用防雨布進(jìn)行臨時覆蓋，覆蓋面積約600m2。待播撒的草籽生長出來后，將防雨布撤出重復(fù)利用。

3．3礦山道路防治區(qū)

3．3．1工程措施(1)排水溝:由于礦界坡頂設(shè)置了截水溝，匯水面積變小，在公路邊設(shè)置排水溝2條［7］，把工業(yè)廣場、礦山道路等匯水集中于沉砂池沉淀后排出。排水溝選擇尺寸0．4m×0．3m的矩形斷面結(jié)構(gòu)，預(yù)計長度共500m，溝的底部選用8cm厚C20砼現(xiàn)澆，溝壁部分選用10cm厚C20砼現(xiàn)澆。(2)沉砂池:排水溝尾端分別設(shè)計1座沉砂池。設(shè)計沉砂池內(nèi)凈長1m，凈寬1m，凈深0．8m;池底部同樣選用8cm厚的C20砼現(xiàn)澆，池壁選用10cm厚的C20砼現(xiàn)澆。

3．3．2植物措施礦山道路將在礦山閉坑后進(jìn)行植樹綠化，設(shè)計在道路兩側(cè)種植喬木，種植間距為2m×2m，共需500株。喬木選擇胸徑4～5cm的帶土球健康樹苗，樹種選擇馬尾松。在土質(zhì)邊坡上播撒草籽，播撒草種為麥冬草共0．2hm2，播種量70kg/hm2。3．3．3臨時措施礦山已經(jīng)對剝離表土后形成的土質(zhì)邊坡進(jìn)行覆蓋，覆蓋防雨布2000m2。

3．4排土場防治區(qū)

排土場原始地形為采坑，坡腳未支擋，該邊坡主要由碎塊石、粉質(zhì)黏土堆填而成，土質(zhì)松散;填土與原始地面之間的坡度小，堆場整體發(fā)生滑移的可能性小，故無需采取工程措施。(1)臨時攔擋:生產(chǎn)期間排土場四周布設(shè)臨時擋墻［10］，總長240m，采取填土編織袋堆砌，斷面為梯形。土袋攔擋規(guī)格:其斷面呈梯形狀，土袋堆砌高度0．5m、頂部寬度0．5m、底部寬度1．0m、兩側(cè)坡比1∶0．5。工程量:編織袋填筑0．375m3/m，后編織袋拆除0．375m3/m。(2)臨時覆蓋:排土場受雨水沖刷易引起水土流失，設(shè)計對排土場頂部進(jìn)行覆蓋，需防雨布3000m2。

4水土保持效益分析

(1)水土保持措施預(yù)計基礎(chǔ)效益。礦區(qū)內(nèi)水保措施防治總面積6．45hm2，土壤侵蝕模數(shù)小于500t/km2，設(shè)計攔渣量0．3萬m3，保護的表土數(shù)量0．3萬m3，林草措施面積5．25hm2，均能夠達(dá)到防治目標(biāo)要求。(2)水土保持措施預(yù)計生態(tài)效益。包含洪水流量減少，土壤理化性質(zhì)優(yōu)化，土壤肥力增強，林草覆蓋率提升等。通過對礦區(qū)內(nèi)的宜綠化地進(jìn)行植樹種草防護以及土地復(fù)墾后，使礦區(qū)的植物措施面積達(dá)5．25hm2，水土流失總治理度達(dá)95%，渣土防護率為95%，林草植被恢復(fù)率達(dá)97%，林草覆蓋率達(dá)81%。(3)水土保持措施預(yù)計經(jīng)濟效益。經(jīng)濟效益主要為間接經(jīng)濟效益，例如通過實施措施可降低河道輸沙量，有利于減少洪澇等自然災(zāi)害，從而減少河道清理費用等。(4)水土保持措施預(yù)計社會效益:水土保持方案的實施，使工程區(qū)匯入河道的泥沙量顯著減少，一方面可改善河道內(nèi)河水水質(zhì)，提高其自然景觀觀賞性;另一方面，可減少河道輸沙量，有利于減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生。此外，方案的有效落實可提升建設(shè)單位保護環(huán)境的良好形象，為其它建設(shè)單位提供示范和借鑒，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐乃临Y源保護和生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

作者：李云躍 劉正學(xué) 單位：三峽水庫消落區(qū)生態(tài)修復(fù)工程研究團隊