矿区开发建设项目水土流失预测研究

陈国武

(福建省仙游县水利局水土办，福建 仙游 351200)

矿产资源的开发与利用不可避免地会引起植被破坏、土地退化、土壤抗侵蚀能力减弱，物种多样性减少和生态完整性破坏[1]。矿区开发建设项目水土流失具有不均衡特点，往往开始建设时存在十分严重的水土流失现象，到生产时期则保持一个相对稳定的侵蚀量级[2]。因此，针对矿区开发建设项目本身特点，科学合理预测水土流失特征和总量，基于预测成果进行水土流失防治，科学配置水保措施，为开展生态效益监测评价具有重要的实践价值。

1 矿区概况

1.1 矿区现状

仙游县三房山矿区位于福建省仙游县，开采矿种为建筑用凝灰岩矿，设计利用资源储量521.74万 m3，可采储量495.65万 m3，规划生产能力为50万 m3/a，预计服务年限10 a。项目征占地面积20.90 hm2，其中矿区占地约12.69 hm2。项目由矿山采场、生产基地、生活基地、排土场、矿山便道组成。矿体分布高程180～375 m，相对高差195 m，局部地段裸露于地表(河流沟谷处)。矿山地貌属丘陵，地形自然坡度25°～30°，局部大于35°，地形较陡，沟谷发育，岩石局部节理裂隙较发育，其对稳定性有一定影响。

1.2 水土流失现状

项目区属于水力侵蚀一级类型区中的南方红壤丘陵区，水土流失容许值500 t/km2·a。经实地调查，项目区土壤侵蚀模数背景值为350 t/km2·a，以轻度流失为主，主要表现为水蚀。

2 水土流失预测

2.1 水土流失影响因素分析

水土流失的影响因素分为自然因素和人为因素，主要发生在建设期，各子项目施工土石方开挖、回填，设施用地等对工程范围植被和地形地貌等均有不同程度的影响。施工期水土流失影响因素梳理见表1。

表1 施工期水土流失影响因素分析表

2.2 预测单元

预测的范围为水土流失防治责任范围。根据地形地貌、扰动前后地表基质层特征及扰动方式将本项目预测单元划分为：矿山采场、生产基地、生活基地、排土场、矿山便道5个预测单元。

2.3 预测时段

以项目建设施工期和自然恢复初期为主要水土流失预测期。工程施工各预测单元预测时段根据工程建设的施工进度安排、施工工艺、水土流失特点、当地水土流失规律及扰动植被恢复所需时间具体确定。对于各区按各自的施工期进行预测，自然恢复按竣工后的头2年进行预测。水土流失预测分区及时段划分见表2。

表2 水土流失预测区域及预测时段表

2.4 土壤侵蚀模数

2.4.1 水土流失背景值

项目区为南方红壤区，水土流失以水力侵蚀为主，土地林草覆盖良好，侵蚀强度以轻度为主，土壤侵蚀模数背景值取350 t/km2·a。

2.4.2 扰动后土壤侵蚀模数

工程扰动地表后土壤侵蚀模数采用类比法确定。

根据类似工程水土流失实测资料，分析预测工程与实测工程在地形地貌和气象特征、植被类型和覆盖率、土壤、扰动地表的组成物质和坡度、坡长、侵蚀类型、弃土(石、渣)的堆放形态等水土流失因子的可比性，当预测工程与实测工程具有较强可比性时，根据对水土流失的因子比较，对有关参数进行修正，从而得出各预测单元扰动后的土壤侵蚀模数。根据本工程地形地貌、气象特征、植被类型、覆盖率等特点，选择莆田LNG燃气电厂一期工程作为类比工程。两工程的土壤侵蚀模数调整系数见表3，土壤侵蚀模数确定值见表4。

表3 土壤侵蚀模数调整系数表

表4 平均土壤侵蚀模数M值 t/km2·a

2.5 预测结果

2.5.1 预测内容和方法

水土流失预测内容主要包括：开挖扰动的地块面积、水保设施的损坏数量、弃土(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 水土流失量预测公式

矿区水土流失主要发生在建设过程中的土地平整、边坡开挖、场地占压等。施工中形成的裸露表地表极易在降雨时受径流冲刷造成水土流失。预测损坏地表新增侵蚀区的水土流失量，采用扰动前后侵蚀模数计算，见式(1)：

(1)

式中：W为土壤流失量(t)；i为各预测单元；j=1，2，3，……n-1，n，n=5；j为预测时段，j=1，2，指施工期(含施工准备期)和自然恢复期两个时段；Fji为第j预测时段，第i个预测单元的面积(km2)；Tji为第j预测时段，第i个预测单元的预测时段(a)；Mji为第j预测时段，第i个预测单元的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)。当预测单元土壤侵蚀强度恢复原地貌土壤侵蚀模数以下时，不再计算。

2.5.3 预测成果

根据地貌、地形、土壤、降雨、植被等水土流失影响因子，结合现状及测算的土壤侵蚀模数，计算各预测区域水土流失量，详见表5。

表5 水土流失预测结果综合分析表

从表5可知，预测时段内可能的水土流失总量为11 558.7 t，其中施工期(含准备期)达11 376.7 t，自然恢复期仅为181.9 t。因开挖扰动，工程新增水土流失量10 749.9 t。水土流失的影响主要集中在矿山开采期期，如：土石方开挖、料场场地开挖回填、土地平整等施工环节。工程建成后，场地已进行采用工程与植物措施相结合的方法进行防治，绿化、美化恢复植被，达到水土保持。

根据预测结果分析，分区看，矿山采场水土流失量占流失总量的61.02%，应采取完善的工程措施和植物措施作为重点防治区对待。矿山采场、砂石料生产基地在生产过程中地表裸露，碾压地表，破坏植被，应以恢复植被和减少水土流失量应对。分时段看，施工期水土流失量占总量的98.43%，此时段应作为防治和监测重点。

3 结语

矿区生产建设因施工取土、削坡处理改变了原地貌，影响了矿区范围内的土壤、植被和地形，不可避免地引发了一定的水土流失。根据施工特点和工程布局，采用科学合理的预测方法对工程可能的水土流失原因、形式、程度及危害综合分析判断，是合理制定水土保持方案及后期运营监测手段的基础和前提。