单县陈蛮庄矿井工程水土流失预测及分析评价

侯士锋 周 庆

摘要:本文主要是根据实地调研结果及单县陈蛮庄矿井工程的设计资料来确定工程建设过程扰动土地、破坏水土保持设施数量、弃渣的来源与分布情况；综合评价项目建设区水土流失程度、强度、危害及其对周围区域的环境影响，对因项目建设可能产生的水土流失进行了预测分析，并提出了防治水土流失的措施和建议，为合理布设水土保持设施、保护生态环境和下一步开展好建设项目水土保持监测工作提供了依据。

关键词: 陈蛮庄矿井 水土流失 预测 分析评价

山东省肥城矿业集团单县能源有限责任公司陈蛮庄矿井属单县煤田的一部分，行政区划隶属菏泽市单县李田楼-时楼乡，属于黄泛平原区，矿井在建设和运行过程中由于场地开挖、平整以及生产过程中煤矸石的排放和地表塌陷等问题，严重扰动了原地表形态，使原土层结构、地表植被等遭到不同程度的破坏，降低了表层土壤的抗蚀性，造成新的水土流失。因此，做好大型建设项目的水土流失预测分析及防治工作，对做好平原风沙区的水土保持及水生态文明建设工作尤为重要。

1 水土流失因素分析

矿井在建设和运行过程中将不可避免地损坏地表植被、产生临时堆土，引发新的水土流失，因此预测和评价施工及运行过程中可能损坏的原地貌植被状况、临时堆土数量以及可能造成的水土流失危害，为合理布置各项防治措施，有效地防止项目建设引发的新增水土流失提供科学依据，保证工程项目的顺利进行，促进生态环境良性循环。

2预测范围及预测时段划分

陈蛮庄矿井项目水土流失预测范围为项目建设区。项目建设区包括工业广场区、临时堆矸场区和场外道路区。

根据《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204-98）中水土流失预测时段划分要求，结合工程实际情况，将本工程水土流失预测时段分为项目现状年、项目建设期、自然恢复期和生产运行期四个阶段。

3 水土流失预测内容及方法

本项目水土流失预测内容包括建设工程中各单项工程施工建设区扰动地表面积、损坏水土保持设施面积、土壤流失变化量、临时堆土量和生产期灰渣流失量、自然恢复期土壤流失量预测等。预测方法主要有经验公式法和类比工程法等。

在对项目区自然生态环境要素实地查勘的基础上，参阅项目区水文泥沙观测资料、菏泽市水土流失遥感普查资料及单县水土保持相关资料，结合类比工程，确定项目区水土流失量背景值。建设期扰动地表面积及损坏水土保持面积采用调查统计法，土壤流失量则采用经验公式法和类比法。主要计算公式如下：

式中: W—土壤流失量，t

Fi—土壤侵蚀面积，km2

Mi—土壤侵蚀模数，t/（km2·a）

Ti—观测时段，a

i—产生土壤流失的第i项工程

n—产生土壤流失的工程总项数

（2）类比工程可比性分析

矿井建设和生产期扰动地貌后侵蚀模数、临时堆土侵蚀模数、自然恢复期土壤侵蚀模数和生产运行期矸石流失模数均采用类比法，并通过施工过程中的实际调查分析确定。以山东鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯矿井项目作为类比工程。

郭屯矿井工业广场位于山东省菏泽市郓城县郭屯镇境内，地势平坦，为黄河冲积平原，地表为第四系冲积物所覆盖，覆盖层厚度93.85m～140.50m。工业场地植被主要为农田、林地和草地。水土流失主要为风力侵蚀兼有水力侵蚀，属轻度侵蚀区。

陈蛮庄矿井工业广场位于山东省菏泽市李田楼乡境内，其气象条件、地形、地貌、降雨、土壤、植被等水土流失因子与郭屯矿井项目基本相同。两矿井的施工工艺、施工方法及水土流失类型、土壤侵蚀条件、地表扰动破坏形式相近，故采用郭屯井项目作为类比工程。

4 水土流失预测

4.1 扰动地貌、损坏土地和植被面积

矿井建设期间，由于矿井建设产生大量弃渣，工业广场大面积回填，以及场内建筑物土方开挖、临时堆矸场建设和场外道路建设等，均使原来的地表植被遭到破坏，地貌扰动。经分析，项目建设扰动地表、损坏原地貌面积为28.30hm²。

4.2 损坏水土保持设施面积

矿井建设和生产过程中，损坏的水土保持设施主要为耕地。建设期间工业生产场地建设需大面积开挖、回填，施工区内的植被等原有水土保持设施均被占压损坏，土壤在裸露状态下抗侵蚀能力下降，从而引起水土流失增加。经调查分析，该项目共损坏水土保持设施总面积28.30hm²。

4.3 临时堆土及弃渣量预测

工业广场原地面标高约41.50m左右，受洪水威胁，设计主、副、风井井口锁口盘标高为43.00m，场地平整标高为42.00～43.00m，工业场地竖向布置采用平坡式布置，平均填高约1.50m，共需填筑土石方19.0万m³，表层土剥离厚度按0.30m计算，经估算工业广场区开挖基础土方及表土4.98万m³。本项目在建设过程中不产生弃土，但是在建设过程中，平整场地、表土剥离及各项工程均有不同程度的开挖、回填土方量，由于填挖时间的不同步性，部分土方量需要临时堆放，在遇到侵蚀性降雨时，将会产生水土流失。

临时堆矸场区面积为1.90hm²，为有效防止煤矸石雨季造成水土流失，布设了挡矸墙工程、防渗工程，经估算土方开挖和表土共计0.25万m³。场外道路包括运煤公路、运矸公路、场外公路，总用地面积10.46hm²，场外道路工程开挖土方及表土全部用于路基回填。经计算，场外道路区共开挖土方2.04万m³。综上所述，建设期土方开挖量7.27万m³。

4.4 可能造成水土流失量预测

（1）现状年土壤流失量

依据菏泽市多年水文泥沙观测资料、水土流失遥感普查资料，结合类比工程和项目区实际，确定项目区原生地貌土壤侵蚀模数为500t/km²·a，为轻度侵蚀区。利用经验公式计算现状年土壤流失量为141.5t，生产期弃渣量为140.43万t。

（2）建设期土壤流失量分析

① 扰动地表土壤流失量分析

根据施工期对原地表扰动程度，扰动产生的时期及类比工程土壤侵蚀经验，并参阅国内相似区域开发建设项目水土流失状况，确定项目区扰动后土壤侵蚀模数为4300t/（km²a）。本项目建设期扰动范围主要是工业广场区、临时堆矸场区和场外道路区。土壤流失量采用经验公式计算出扰动地表后造成的土壤流失总量为2546.89t，新增2250.74t。

② 临时堆土流失量预测

通过野外实地勘查，结合类比工程和专家咨询，确定项目区临时堆土土壤侵蚀模数为7200 t/（km²a）。根据土石方开挖平衡，项目建设期间共产生临时堆土7.27万m³，利用经验公式计算出建设期临时堆土流失量330.34t，新增流失量为307.40t。

③ 建设期土壤流失总量

根据以上预测结果，整个建设期内可能土壤流失总量为2877.23t，土壤可能新增流失量2558.14t。其中扰动地表流失量为2546.89t，新增2250.74t，临时堆土流失量为330.34 t，新增307.40t。

（3）自然恢复期土壤流失量预测

自然恢复期，即项目土建施工完成后，地表不再扰动，但布设的植物措施尚未发挥水土保持功能的时期。按照山东省林草植被种植后发挥作用的时间，本项目取自然恢复期为1年。在自然恢复期内，一部分项目建设用地已经被利用或硬化，土壤流失强度总体上比项目建设期明显下降，但是在未硬化的可蚀性地带内土壤流失现象依旧比较严重。可蚀性面积为各分项工程占地面积减去建筑物面积和硬化面积后的剩余面积。经分析工业广场可蚀性面积约4.25hm²，临时堆矸场可蚀面积0.42hm²，场外道路可蚀面积1.93 hm²。在自然恢复期，土壤流失强度总体上比建设期明显下降，结合类比工程，该预测时段内土壤侵蚀模数确定为1500t/（km²·a）。计算可得，本项目在自然恢复期内，可能流失总量为99.00t，新增66.00t。

（4）生产运行期土壤流失量预测

根据陈蛮庄矿井可研报告，生产期矸石产生量为147690t/a。前期主要用于工业场地填高和路基回填，后期主要考虑综合利用和充填塌陷区。年产炉渣1597t，全部综合利用和塌陷区充填。年产生活垃圾200t，由环保部门定期运往城市垃圾填埋场集中处理，不计算其流失量；年产生活污水污泥35t，全部外运做肥料或充填塌陷区；年产矿井水污泥和压滤煤泥58500 t，全部外销或掺入锅炉燃煤中燃烧也不计算其流失量。

根据生产期矸石储存形式及类比工程土壤侵蚀经验，确定生产期矸石流失模数为10000 t/（km²·a）。由公式计算，矿井生产期矸石堆放所造成的年土壤流失量为152.00t，新增144.4 t。根据预测期10年，项目运行期内预测年限为6.75年，预测水土流失总量为1026t，新增水土流失总量为974.7t。

5 预测结果与水土流失危害综合分析

5.1 水土流失预测综合分析

从以上分析计算可知，陈蛮庄矿井在建设和生产全过程中，扰动地表面积28.30hm²，损坏水土保持设施面积28.30hm²。项目区现状年土壤流失量141.5t。经分析计算,本矿井项目总水土流失量为4002.23 t, 新增水土流失量3598.84 t。其中项目建设期，可能土壤流失总量为2877.23t，土壤可能新增流失量2558.14t(扰动地表流失量为2546.89t，新增2250.74t；临时堆土流失量为330.34t，新增307.40t) ；自然恢复期可能土壤流失量为99.00t，新增66.00t；生产运行期矸石可能流失量为1026t，新增974.7t。

5.2 水土流失危害预测分析

从预测结果看，陈蛮庄矿井建设水土流失的特点及危害主要表现在以下两个方面：

（1）矿井建设过程中，建设区内现状植被破坏，形成大范围裸露地表，使区域内的水土保持功能降低或丧失；项目建设区大量采用矸石回填，如不及时采取防治措施，将造成大量水土流失，对场外道路排水沟、场外排洪河道造成不同程度的淤积。

（2）矿井生产期，因采煤造成地表塌陷，改变坡水流向，破坏地表结构，增加土壤水蚀量。由此造成土壤肥力下降，农田排灌困难，局部容易形成内涝，严重影响作物产量。主汛期工业厂区外临时堆矸场可能产生淋溶和雨水冲刷侵蚀，增加矸石流失量。

5.3水土流失防治措施及建议

一是加强重点防护，建立完善水土流失防治措施体系。陈蛮庄矿井新增土壤流失主要发生在项目建设期和临时堆矸场及自然恢复期非硬化的可蚀性地表，这些区域应作为重点防护区，根据施工进度及煤矿采挖情况适时采取切实可靠的防护措施，建立完善的工程、植物和管理相结合的水土流失防治措施体系。

二是落实水保方案，保护生态环境。矿井在建设和生产期应重视水土保持工作，认真落实水保方案，减少新增土壤流失的产生，使水土流失的危害降低到最低程度，使项目区及周边地区生态环境得到明显改善。

作者简介：

作者简介：侯士锋，男，1976年1月生，工程师，大学学历，主要从事水文水资源监测、水资源调查评价、水土保持监测等方面的工作。E-mail：[e-mail]。手机号码：[phone]；办公电话：[phone]。

周庆，男，1979年6月生，高级工程师，大学学历，工学学士，主要从事水文水资源勘测、建设项目水土保持方案编制、水土保持监测工作。

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