水土流失预测与防治

第六章  水土流失预测与防治 露天煤矿一半地处生态环境脆弱，随着露天矿建设与生产，对区域草地植被及土壤产生损毁和扰动，造成人为水土流失。露天煤矿区水土流失预测是根据露天矿工程布局、施工工艺及施工组织等特点，预测因露天矿建设和生产可能造成的新增水土流失，以便为矿区水土流失防治分区和分区防治措施、数量、施工进度及水土保持监测 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 提供依据。 第一节 预测区域及预测时段 1.预测区域 根据露天矿工程分布、施工生产特点和对土地扰动强度，水土流失预测区域分为采掘场、外排土场、工业场地区、地面防排水工程区、地面运输及管线区共5个预测区域。 2.预测时段 水土流失预测时段划分为建设期和生产运行期。 (1) 建设期 ① 施工期：施工期主要包括工业场地平整和四通工程、矿建剥离、辅助生产设施、运输系统、给排水等工程建设活动。根据施工特点，此阶段的水土流失类型复杂、分布面宽、水土流失严重，是重点预测时段。 ② 自然恢复期：从生产设施与辅助设施、工业场地、地面运输系统、供排水管线、供电线路等一次性建设工程完工后，进入植被恢复期。根据矿区一般自然条件，自然恢复期预测时段确定为2年。 (2) 生产运行期 此时期水土流失主要集中在采掘场和排土场，采掘场在剥离上覆地层的过程中可产生较重的风蚀，外排土场如果没防护措施时，会造成严重的水土流失。因此生产运行期是重点预测时段，其预测时段一般为8年。 第二节  水土流失成因、类型及分布 1.水土流失成因 露天矿建设生产过程中新增水土流失是由于人为扰动地面、构筑各类人工平台、边坡等活动，在侵蚀营力的作用下产生的，属于人为水土流失，其形成包括自然地理因素和人为因素两种。 （1）自然因素引起的水土流失 ① 风力 风是造成土壤风蚀的起因和形成风沙流的动力。胜利矿区各月平均风速强度分布曲线如图3－1。 ② 降水 短历时强降雨极易造成水力侵蚀和重力侵蚀。胜利矿区各月平均降雨强度分布曲线如图3－1。 项目区降雨(水力)和风力孕育了土壤风、水两项侵蚀的动力，由图3－1看出，土壤水力侵蚀主要发生在6～9月份，同期的风力侵蚀较弱；风力侵蚀主要发生在2～5月份，同期的水力侵蚀相对弱；但在5～6月及9～10月同时存在着风力和水力两项侵蚀，两者在空间上叠加，时间上交错，土壤侵蚀严重。 图3-1    各月平均风速及降雨强度分布曲线 ③ 下垫面 下垫面主要表现在土壤与植被方面。 a、土壤：土壤既是侵蚀对象，又是影响侵蚀的因素。各种土壤都具有不同的抗蚀力。当侵蚀外营力(水力、风力、重力)一定时，土壤抵抗风、水蚀的能力主要取决于土壤质地及有机质含量等。土壤颗粒质量越小，沙性越大，有机质含量越低，抵抗侵蚀的能力越小，反之越大。 b、植被：由于场地平整、建(构)物基础开挖及回填、路基修筑、各类管线开挖等活动中，完全破坏了原地表的植被，使土壤抗蚀性能力全部丧失，加剧原地貌的土壤侵蚀。 （2）工程建设生产过程中引起的新增水土流失 据有关研究资料分析，开矿扰动土体后的土壤抗侵蚀能力下降2-5倍，土体扰动后岩土可蚀性变化如下表。 表        土体扰动后岩土可蚀性变化表 试验内容 指 标 土壤侵蚀增加倍数 页岩试验 凝聚力(kg/cm2) 11.11 土壤试验 凝聚力(kg/cm2) 2.3-12.7 泥沙起动拖曳力计算 拖曳力(g/m2) 1.34-1.55 人工降雨模拟试验 侵蚀量(kg) 1.27-3.38 开矿与非开矿对比 侵蚀模数(T/km2·a) 1.9-2.1       根据露天矿建设特点，工程建设生产过程中引起的新增水土流失 主要环节为： ① 草地植被受到扰动和破坏 ② 土壤表层松散性加大 露天矿的建设，使表土发生运移和重新堆积，土壤水分大量散失，丧失了原地表土壤的抗蚀力。 ③ 地形、地貌的变化 露天矿建设形成坡度大的人工堆垫坡面和陡立的挖损边坡，增加了发生水蚀和重力侵蚀的可能；排土场排弃物为泥岩和土沙，物料质地不均匀、松散，导致受力不均匀，因平台形成沉陷、裂缝；排土场排水系统不健全，超渗产流，可形成平台溅蚀和面蚀，坡面沟蚀，在排水不畅的情况下，在平台低洼处积水，形成陷穴。 2.水土流失类型及其分布 露天矿工程水土流失有以下特点：①土体扰动强度大，侵蚀类型多与分布广；②排土场排弃物质组成不均一，水力、风力、重力侵蚀形式多样；③不同功能区水土流失存在着显著的差异；④水土流失分布表现为分散型；⑤破坏矿区地表水与地下水资源系统。 （1）采掘场和内排土场风、水蚀及重力侵蚀区 （2）外排土场水风复合侵蚀及重力侵蚀区：① 平台侵蚀区；② 边坡侵蚀区；③ 坡脚沉积区。 （3）工业场地风水蚀区 （4）地面生产系统建设区以风蚀为主，兼有水蚀：① 带式输送机及维修道路；② 破碎站及储煤场。 （5）地面防排水工程 （6）地面运输系统风、水蚀并存 （7）供排水管线及供电线路风水复合侵蚀区 第三节  预测内容 1.扰动原地貌和土地面积预测 扰动和占压原地貌及土地主要为挖损和堆垫两种作用。一般采用简单统计方法预测相应的面积 2.损坏水土保持设施面积和数量预测 经统计得出露天矿建设期破坏水土保持设施面积，生产运行期破坏水土保持设施的面积，至水土保持方案服务期末共破坏水土保持设施面积。 3.弃土弃渣量预测 （1）基建期工程弃土弃渣量 （2）运行期弃渣量 （3）生活垃圾的排弃量 4.露天开采对潜层地下水及地表水的影响 (1) 对潜层地下水的影响 当大气降水对潜层水的补给量与疏干量基本处于平衡状态，认为露天开采对地下潜层水没有影响。 (2) 对地表水及植被的影响 5.可能造成水土流失面积及数量预测 建设期水土流失预测面积；自然植被恢复期水土流失预测面积；生产运行期水土流失预测面积。 第四节  预测方法及水土流失强度值预测 1.预测方法 (1) 类比实测法 ① 排土场 对露天矿排土场边坡随机布设样方，实测样方内侵蚀沟的数量、长度、宽度、深度和侵蚀年限，对边坡水蚀量做出测算。边坡土壤水蚀量采用体积法进行估算，侵蚀量VE =a×h×l×n×r，r-侵蚀年限；γ=岩土容重（t/m3）；a-侵蚀沟平均宽（m）；h-侵蚀沟平均深（m）；l-侵蚀沟平均长（m）；n-侵蚀沟条数；侵蚀模数=｛侵蚀量×岩土容重/（侵蚀年限×投影面积）｝×106，即用M= [m=排土场边坡堆弃年限，γ=岩土容重(t/m3)，此处取γ=2.0t/m3，VE=样方总侵蚀量(m3/km2)，M=平均侵蚀模数(t/km2·a)]来测算 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 排土场边坡水力侵蚀模数。排土场边坡侵蚀沟中，大、中冲沟总体呈“U”型，细沟总体呈“V”型。根据内蒙古坝口子水土保持试验站多年观测资料统计，在坡面土壤侵蚀过程中，面蚀占沟蚀量的30%左右，据此，坡面土壤侵蚀量为面蚀与沟蚀的合计值。 ② 运输系统及临时堆土场 根据对铁路工程水土流失现状调查实测资料，预测土质路基、堆土场土壤侵蚀结果，同时参照露林河矿区道路及铁路专用线建设过程中土壤侵蚀模数值，确定本矿区铁路专用线、道路路基边坡水蚀模数4000t/km2·a，土质路面水蚀模数2300t/km2·a，水土流失强度综合值为10210t/km2·a；防排水系统在建设过程中形成的临时弃土堆土壤水蚀强度4500t/km2·a。 (2) 类比资料法 ① 资料Ⅰ：霍林河露天矿水土流失试验资料 水土流失试验观测结果：通过对霍林河露天煤矿各区域多年的试验观测结果表明：排土场平台以风蚀为主，风水复合侵蚀，侵蚀模数达15000t/km2·a，排土场边坡以水力侵蚀为主，水风复合侵蚀，侵蚀模数达19800t/km2·a；工业广场以风力侵蚀和扬尘为主，兼有水力侵蚀，其侵蚀模数为6500t/km2·a；矿区铁路和道路建设过程中风水复合侵蚀，侵蚀模数达13000t/km2·a。 ② 资料Ⅱ 根据内蒙古水科院已鉴定的“内蒙古内陆河农牧交错区水土保持生态建设试验研究”科研成果，对乌兰察布市四子王旗秋翻的农耕地所进行的风力侵蚀试验结果，无任何覆盖物的农耕地平均年风蚀厚度为0.6cm,风蚀模数达8700t/km2.a。 ③ 资料Ⅲ 根据对乌兰图嘎露天矿附近的裸露农耕地利用测签法进行调查资料，农耕地在秋末冬初及春季平均风力侵蚀厚度0.4cm左右，则风蚀强度为5800t/km2·a(土的容重为1.45g/cm3)。 根据以上类比资料I－资料III，确定本矿地表扰动区土壤侵蚀强度值。 2.水土流失强度预测 (1) 排土场侵蚀强度 排土场整体呈台阶式松散岩土堆积体，平台占地面积大，基本没有植物覆盖，而且存在不均匀沉陷，形成产流面，导致排土场平台风力和水力侵蚀十分严重。 ① 风蚀预测 土壤粒径与起沙风速的关系如表。由于本露天矿排土场物料组成和结构与霍林河矿区相似，外营力发生强度和频次相近，所以排土场风蚀强度观测值在霍林河露天矿排土场观测值的基础下调后，确定排土场平台及边坡风蚀强度为5500t/km2·a。 粒径与起沙风速值关系 粒径 (mm) 起沙风速 (m/s) 0.1-0.25 4.0 0.25-0.5 5.6 0.5-1.0 6.7 >1.0 7.1     ② 水蚀预测：利用体积法对边坡水蚀调查结果得出，排土场平台水蚀模数为3500 t/km2·a，边坡水蚀模数为4500t/km2·a。 (2) 工业广场及其它施工区水土流失强度 依据对农耕地风蚀试验及矿区周边农耕地风蚀强度调查结果，结合扰动、开垦时间与土壤粒径的关系，确定工业广场及其它附属设施施工区风蚀模数为5800t/km2·a，水蚀模数为2300 t/km2.a。 (3) 运输及防排水系统水土流失强度 根据对铁路路基建设过程中，对路基（路堤边坡、路面）及弃土场边坡的侵蚀沟实测结果，同时参照露林河矿区铁路与公路在建设过程中土壤侵蚀模数值，确定本矿区铁路专用线、道路路基边坡土壤水蚀强度3700t/km2·a，土质路面水蚀强度2300t/km2·a，风蚀模数为5800t/km2·a；防排水系统在建设过程中形成的临时弃土堆土壤水蚀强度4300t/km2·a，风蚀模数为6000t/km2·a。 (4) 水土流失强度值预测结果 根据风力和水力侵蚀强度和侵蚀时限，确定施工单元综合侵蚀模数值为风蚀、水蚀模数与复合侵蚀季节侵蚀模数的相加值。 第五节  水土流失量预测 1.水土流失背景值 矿区所在区域位于锡林河流域下游，属缓坡丘陵典型草原及非地带性平原盐化草甸草地，属于内蒙古高原草原风蚀区，水土流失类型基本以风蚀为主，属微轻度；水蚀微弱，土壤容许流失量为500t/km2.a。 由于干旱、多风、生态环境脆弱等自然因素和过渡放牧等人为因素，该地区草场退化、沙化严重。本次通过外业实地调查和遥感手段，针对露天矿水土流失现状，结合西锡林浩特市水保部门的有关资料，确定项目区水土流失背景值为500～1000t/km2·a，属微轻度侵蚀区。 2.水土流失量 在获得水土流失背景值、水土流失强度预测值和水土流失面积的基础上，求得工程建设生产过程中产生的水土流失总量。计算流失量以下式： 式中： —原地貌现状土壤侵蚀量； —水土流失面积； —原地貌土壤侵蚀模数；　 —侵蚀年限； n—预测时段数。 式中： —工程建设中土壤侵蚀总量； —工程建设造成水土流失面积； —各预测区土壤侵蚀模数；　 —侵蚀年限； 新增水土流失量： 按前述确定的土壤侵蚀强度值和水土流失面积，如不采取任何防治措施的情况下，预测露天矿一期工程建设期2年、生产运行期8年共产生的水土流失总量为39.69万t，原地貌土壤侵蚀量为4.57万t，新增水土流失量为35.11万t。其中：建设期间因各类工程建设可能造成土壤侵蚀量为 5.98万t，新增水土流失量4.71万t；在运行期8年内将造成土壤侵蚀量33.71万t，新增土壤侵蚀量30.41万t。 第六节  水土流失危害 从以上预测结果可以看出，大量的弃土、弃渣和开挖活动对草地资源破坏严重。使原地貌的风水蚀加剧，另外煤炭生产过程中必将引起大量的扬尘，对大气环境造成污染，影响煤炭的生产及周边居民生活。 (1) 对土地资源的破坏：严重的水土流失加速土壤盐渍化，排土场堆积使含Ca、Mg、K、Na等盐类淋失，溶解于地表和地下径流中，随后汇集到平原或低洼地区。再通过蒸发作用使土壤产生盐渍化。另外，排土场承压、抬高地下水位，增加矿化度。据乌兰图嘎露天矿排土场周围调查，距排土场愈近，盐分含量愈重，距排土场愈远，含盐也愈轻。随着排土堆积逐年增高，淋洗作用逐年进行，则土壤盐渍化范围和面积有逐渐增加的趋势。 (2) 对水资源的破坏：排土场在无拦挡护措施时，强降雨和大风可使其直接输入锡林河，可导致河水含沙量升高，淤积河道，直接影响锡林河的泄洪能力。使得下游河床逐步提高，降雨的渗透率降低，涵蓄水的能力减低，大部分降水形成无效降水流走。 (3) 采掘场帮坡有可能发生的崩塌、坡面泥石流、滑坡可直接对常正生产造成不利影响；春、秋季大风条件下发生扬尘，直接影响到生产和周边植物生长。 露天开采和排土工程，不仅改变了原有地貌，而且加重了该地区的土壤侵蚀，对周边居住点及草场存在潜在威胁。可能导致草原植被破坏，生态环境质量下降，动、植物资源及种类减少。 第七章  水土流失防治方案 第一节方案防治的原则和目标 1.指导思想 全面贯彻国家和地方的有关法律、法规，以服务于矿区建设和正常运行为基本出发点，解决好矿区建设与环境保护之间的关系，使草地生态环境得以改善和恢复，防治开发建设引起的新增水土流失，保障矿区生产安全。 坚持预防为主、因地制宜、因害设防，在科学分析和预测新增水土流失的基础上，进行各项水土流失防治措施的规划和布局，做到责任范围明确，治理措施得当，防治效益显著。2.防治原则 根据本项工程建设特点，突出以下防治原则： （1）谁开发谁保护，谁造成水土流失谁负责治理的原则 （2）预防为主的原则 （3）生态优先原则 （4）综合治理原则 （5）重点突出原则 （6）“三同时”原则 建设项目中的水土保持工程，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。 （7）与主体工程相衔接的原则 将主体工程中具有水土保持功能的工程纳入到方案的水土保持措施体系中，以做到不重不漏，系统全面。 （8）坚持经济可行原则 3.防治目标 主要分建设期末水土流失防治目标和方案服务期末水土流失防治目标。量化目标值：扰动土地治理率(%)，水土流失治理程度（%），水土流失模数的控制比，拦渣率（%），植被恢复系数（%），林草覆盖率（%）。 第二节  水土流失防治分区及分区防治措施 1.水土流失防治分区 一般分为以下五个防治区：外排土场防治区，采掘场防治区，工业场地防治区，地面防排水工程区，运输系统及管线防治区。 2.分区防治措施 （1）外排土场防治区 外排土场是人工巨型松散岩土堆积体，平台岩土由大型机械分层压实，而边坡自然堆倒岩土松散。排土场范围内原地貌，土壤，植被尽被淹没其下。新建排土场非均匀沉降明显，多裂缝和陷穴，暴雨造成排土场剧烈的水蚀和大量的水损失，径流的汇集灌缝，还可加剧沉陷并引起滑坡。因此成为矿区水土流失的最主要源地，属于重点治理区域。该区水土流失治理主要是通过分散径流、土地整治措施和复垦绿化措施控制平台沉陷、斜坡水蚀、风力侵蚀和重力侵蚀，最终达到恢复植被、重建生态的目的。 外排土场水土流失防治措施有：边坡稳定措施，作业面洒水抑尘；排土场周边防护林、挡土围埂、围埂种草防护及周边排水工程；排土场平台整平覆土并设置网格围埂，平台造林种草恢复植被；边坡种植灌木进行防护；在排土场平台及边坡设置排水系统。 （2）采掘场防治区 采掘场是低于周边原地貌几十米至百余米的巨大采坑。面蚀、沟蚀和重力侵蚀主要发生在采掘场帮坡和工作平台上，且土壤侵蚀以内部搬移和沉积为主，因此采掘坑的水土流失较小，由于采掘场低于原地面，经常处于逆温和内部环流状态，扬尘较严重。 采掘场水土流失防治措施以周边防护为主：对边坡稳定进行系统设计；坑底设置集水坑、排水泵站及排水管线；采掘场周边设置网围栏围封；对采掘场的剥离表土设置临时挡护措施。 （3）工业场地防治区 地面生产系统及工业场地布设在地形平坦、临近矿区道路的开阔地上，原地面以风力侵蚀为主。施工活动主要表现在扰动原地貌，破坏地表植被，降低原地面水土保持功能。土壤侵蚀类型以风力侵蚀为主，防治措施应以植物措施为主：储煤场周边设置挡风幕墙；在皮带输送机上设置防护罩；对工业场地内道路及广场进行固化、硬化；工业场地设排水系统；工业场地预留地人工种草防护；基础开挖及管沟开挖土料设临时堆土场，周边采用纤维布临时挡护措施；工业场地周边防护林、工业场地内道路两侧绿化、工业场地空地绿化美化。 （4）地面防排水工程防治区 地面防排水工程施工活动主要表现在开挖和堆垫破坏了土壤结构和地表植被，机械的碾压和人为践踏扰动了原地貌，降低原地面水土保持功能，加强了施工区的水土流失强度。土壤侵蚀类型以风力和水力侵蚀为主，防治措施应以工程结合植物措施防护为主：在采掘场周边布设防洪堤和排水沟，并实施种草植树防护。 （5）运输系统及管线防治区 运输系统：包括矿山道路、工业场地外部联络道路及铁路专用线等设施。在工程建设期间，由于机械的碾压及人为践踏，开挖和堆垫破坏了原有地表植被和土壤结构，不可避免地加大了沿线的水土流失强度。因此主要防治措施有：路面硬化、固化；设排水沟、翼墙挡护、临时挡护土堤；防护林、空地种草。 第三节  防治工程与防治措施设计 1.水土保持工程设计原则 （1）采取分区防治的原则，制定切实可行的防治体系，坚持工程措施和植物措施相结合，永久措施和临时措施相结合的治理原则； （2）水土保持工程设计坚持“预防为主、防治结合、先拦后弃”的原则，防患于未然； （3）坚持做到不重不漏，系统全面的原则。 （4）植物措施设计与所在区域的景观相一致； （5）草灌乔合理配置原则，矿区植被类型为草原，植物措施优先选择草本植物，其次考虑灌木，个别区域选择乔木； （6）植物措施设计以经济实用、方便施工和美观大方为原则。 2.排土场防治区措施设计 (1) 外排土场工程防治措施设计 ① 排土场外围土围埂设计 a、防御 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ：二十年一遇24小时暴雨产生的径流。 b、坡面来水量确定 采用GB/T16453.1～16453.6—1996水土保持综合防治技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，径流总量计算公式W=10KRF 式中:  W—来水总量，m3; R—暴雨量，mm; F—集水面积，hm2; k—径流系数。 R和K值，查当地水文资料得 20年一遇24小时暴雨量为R=142.6mm，K值取0.35，F按每延长米控制面积计算，排土场第一层边坡控制每延长米面积为27m2，则径流总量W=10*0.35*142.6*27/10000=1.34m3。 c、外围挡水围埂设计 围埂蓄水量按式V=L(HB/2)=LH2/2i 式中：V—围埂蓄水量, m3; L—围埂长度,m; B—回水长度,m; H—埂内蓄水深,m; i—地面比降,%。 围埂顶宽结合机械施工取1.5m，内外坡比分别为1：1 和1：1.5,排土场边坡比降I=66.7%，围埂蓄水量按拦蓄坡面径流总量计算，求得围埂蓄水深为1.0m，加安全超高0.5m，围埂总高度1.5m。具体结构设计见图4-10。 ② 平台整平措施 在平台复垦前要对平台进行整平，具体做法是：使用推土机或整平机平整台面，使整个平台向排水渠有一定坡度，形成一个倒坡，避免平台水流对排土场边坡的冲刷。平台径流最终流入地面排水沟中。 ③ 覆土 一般来说，当土地利用方向为牧业用地时，平均覆土0.30m，灌木用地覆土厚0.50m,灌木采用带状覆土或穴状覆土方式。 ④ 平台网格围埂设计 防御标准：十年一遇24小时暴雨产生的径流。 经计算，网格围埂高度取0.3m，顶宽0.3m，内外坡比1:1。挡水埂高度取0.5m，顶宽0.4m，内外坡比1:1。 ⑤ 排土场排水工程设计 在外排土场周边围埂坡脚处设置排水沟，因外排土场所处的地形较平坦，排水设计标准达到20年一遇平均1小时暴雨强度即可。 a.设计洪峰流量计算 采用《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204—98）推荐公式：QB=0.278KiF 查《内蒙古自治区水文 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 》i—20年一遇多年平均1小时暴雨强度50.45mm，K取0.3； 按照排土最终平台面积及布设道路的位置，排水沟汇水面积最小为7.15 hm2，最大为51.10hm2 经计算排土场可产生的洪峰流量 Q小 =0.30m3/s，Q大 =2.15m3/s b.排水沟断面设计 由于排土场的平台与边坡虽然经过重型机械的碾压，但在前几年仍有不同程度的沉降，因此排水沟采用梯形断面，混凝土预制块结构较好，不仅运输方便，且施工与维修简便。边坡比为1:1，纵坡比降在平台内1:100，在边坡与弃土边坡坡比一致。其设计断面尺寸根据明沟均匀流公式Q= 确定。 Ⅰ、纵向排水沟断面：设计断面为底宽0.30m，水深0.15m，加安全超高0.15m，排水沟深为0.30m，边坡比为1:1。 Ⅱ、横向排水沟断面：设计断面为底宽0.40m，水深0.25m，加安全超高0.15m，排水沟深为0.40m，边坡比为1:1。 Ⅲ、外围围埂外的排水沟断面：设计断面为底宽1.0m，水深0.50m，加安全超高0.30m，排水沟深为0.80m，边坡比为1:1。 c.排水沟结构设计 排土场平台和边坡排水沟由于布设在新堆垫的弃土表面，土体还达不到自然的稳定性，采用C15混凝土预制块砌筑，施工与维修较为方便，厚度0.10m，长×宽纵向排水沟为30×45cm，横向排水沟为40×55cm。排土场外围围埂外的排水沟采用浆砌片石砌筑，厚30cm，为了防止冬季冻胀破坏，铺设15cm厚砂砾石垫层1。