荒漠戈壁区尾矿库水土保持措施配置

2018-06-13张丽萍

中国水土保持 2018年6期

张丽萍

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃兰州 730020)

瓜州县东虎沟金矿位于瓜州县北部，地处甘肃河西走廊西端，属干燥剥蚀丘陵区，矿区面积8.42 km2，矿权范围内矿石资源总量为32.24万t。矿区南距瓜州县城约43 km，北距柳园镇约12 km，交通便利。该矿生产规模13.5万t/a，服务年限6 a。东虎沟金矿尾矿库位于东虎沟金矿三矿区一支沟沟道中，地势东高西低，北高南低，沟谷呈东西向，尾矿库占地面积约9 hm2。谷底坡度较缓，沟内及两侧山坡覆盖层为粉质砂土层。坝址位置沟宽约230 m，周围山坡高程1 556～1 566 m，沟底高程1 556～1 560 m，两侧山坡顶部高程相差较大。库区位于较宽阔的沟谷，山坡坡度较缓。库区沟岸未见滑坡、滑塌及泥石流等不良地质现象，稳定性良好。服务年限内尾矿总量93.6万m3，尾砂排放量8.23万m3/a。

1 研究区基本情况

研究区位于甘肃北山低山丘陵区，北高南低，干旱少雨，当地侵蚀基准面位于-50 m标高左右，无常年性地表径流，仅在暴雨季节沟谷形成瞬时性洪流。一般3～5 年北部山区出现大雨，河流才会出现洪水，根据矿区记录，本区仅2003年和2008年出现过两次洪水。矿区地处亚欧大陆的腹地，属典型的大陆性气候区，降雨少，蒸发量大，风大沙多，灾害频繁。尾矿库堆积坝多由废矿渣堆积而成，堆积物矿物成分复杂，植物难以生长，在降雨条件下易产生水土流失，严重破坏当地生态环境，威胁下游及周边安全[1]。若在建设及运行过程中不采取有力措施防治水土流失，将影响到矿区的正常生产和区域生态环境安全[2]。

东虎沟金矿尾矿库防洪标准为Ⅳ等库标准：初期为30～50年一遇，中后期为100～200年一遇。尾矿库东侧修建一座不透水的浆砌石拦洪坝，用于拦截洪水。拦洪坝全长243.1 m，坝顶标高1 560 m，顶宽2 m，下游面坡比1∶0.2，上游面坡比1∶0.8，地基开挖深度为2 m。为了较好地排出雨水，尾矿坝顶面应向外坡倾斜，坡度1%；两侧坝肩要求修筑排水沟，在拦截山坡上雨水的同时排出坝面的雨水。库区内部采用排水叠井形式排除库内洪水，排水叠井直径0.8 m，深15 m，布置在尾矿库中心1 557 m标高处，采用直径0.5 m的圆形排水涵管排出库内洪水。这些技术措施虽然为了尾矿库运行安全所布设，但是具有一定的水土保持功能，对于抑制尾矿库建设及运行造成的水土流失具有较好的作用。

2 荒漠戈壁区尾矿库水土流失成因

(1)研究区地处戈壁荒滩，地表组成物质以小砾石和沙土为主，因风蚀而形成砾面，基层是砂砾或粗沙，土层厚度随地形变化而异，土壤质地疏松，抗蚀抗冲性弱，尾矿库建设导致原生地表遭到大面积开挖，破坏原有地表组成，伴随着尾矿库运行期库内尾矿长时间裸露，水土流失陡然加剧，使研究区原本就脆弱的生态环境遭到破坏。

(2)研究区年均降水量45.7 mm，而年均蒸发量高达3 140.6 mm，降水少，蒸发量大，导致植被种类单一且稀少，以荒漠草原植被为主，分布有藜科、禾本科、蒺藜科等旱生、超旱生植被，自然植被覆盖度较低。尾矿库区地表分布有红柳、白刺等旱生植物，植株较低矮，丛状疏生，覆盖度小于2%，原生植被遭到破坏后再修复就很困难。

(3)研究区平均风速2.6 m/s，最大风速23 m/s，50年一遇最大风速25.0 m/s，风大沙多。研究区自然水土流失本身就较为严重，伴随着尾矿库建设，土石方的开挖回填会加剧风蚀造成水土流失，同时不利于建设期与运行期的水土保持。

(4)尾矿库尾矿的治理措施不能及时跟进会造成尾矿长期裸露、风化等，造成水土流失；防渗措施实施不到位会对周边土壤及植被造成损害，破坏库址周围生态环境。

3 水土保持技术措施配置探析

在确定水土保持措施时，不仅要考虑到尾矿坝已有的具有水土保持功能的措施，还要因地制宜增加相应的其他措施。

3.1 尾矿坝具有水土保持功能的技术措施

根据《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中具有水土保持功能的工程措施界定的原则[3]，尾矿坝排水明渠、排水明渠末端消力池、尾矿坝坝脚排水沟、尾矿坝马道排水沟具有水土保持功能，纳入水土保持技术措施体系。

3.2 土地整治

尾矿库排放为湿排，为防止尾矿风干后变得疏松易被吹蚀，进行土地整治后采取碎石压盖措施，防止风蚀。尾矿排放为分条块逐步进行(图1)。将尾矿排放区域划分为网格状条块，尾矿排放时依次按照条块排放，当上一条块排放至设计高程并达到堆放要求后，再进行下一条块排放。这样可在短时间内做到尾矿表层碎石压盖，压盖后不仅使达到设计高程后的尾矿风蚀减少，还可以满足随时排放随时整治的要求，避免了尾矿长期裸露造成水土流失。土地整治周期以季度为单位。

图1 尾矿排放整治措施示意

3.3 碎石压盖

尾矿风干后引发风蚀，造成水土流失及浮尘污染，因此尾矿库堆放达到设计高程后，对顶部整治后进行碎石压盖，压盖厚度30 cm，碎石粒径大于3 cm。

3.4 植被建设

(1)研究区自然特征。研究区属温带季风性大陆干旱气候区，干燥、风沙大、日照丰富、太阳辐射强，降雨少，土壤贫瘠，以风沙土、灰棕荒漠土为主，土壤有机质含量极少。根据对尾矿库区域调查研究发现，区域内植被生长良好、成活率较高的有馒头柳、红柳等，尤其是红柳生长最为突出，按“适地适树”的原则，确定绿化树种为红柳。

(2)红柳特征及栽培技术。红柳的生物生态学特性及栽培技术、种籽规格详见表1。

表1 红柳生物生态学特性及栽培技术

(3)抚育管理技术。①栽植、播种。整地方式与时间：当地风沙大，不宜提前整地，栽前整地即可。施肥：栽植前进行整地，按照设计的坑穴尺寸将坑穴挖好，换填农田土，然后施入足量基肥与栽植土充分拌和。栽植土及基肥换填完成后浇水沉降，待土壤湿度适宜即可栽植。②抚育管理措施。松土除草：造林后及时松土、除草、施肥。补植：在造林后当年或第二年，根据苗木成活情况，进行补植。灌水：栽植苗木时，应浇足定根水，以后根据情况按适时适量的原则及时补灌。由于绿化面积较小，用水量也少，因此绿化用水可引接浇灌。幼树管理：适时进行修枝、整形等抚育工作。冬季应做好防寒(旱)措施，如封冻前灌足冬水，并分别采用埋土、盖草、覆塑料棚等防寒措施。同时做好林木的病虫害防治工作。③绿化生态用水情况。研究区年降水量较少，气候特点是干旱、多风，天然降水不能满足植物生长发育需要，需补充人工灌溉。根据《甘肃省行业用水定额》(甘政发〔2017〕45号)，林地一次灌水量600 m3/hm2[4]，一般年灌水5次。