皖江经济带典型矿山水土流失重点区域防治措施体系研究

谭 辉 徐庆荣 陈宏贵 周 瑞 王 森3

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.包钢集团矿山研究院(有限责任公司））

我国80%以上的工业原料都来自矿产资源，矿山资源在推进社会进步的同时也产出了大量的废石、尾矿等矿山废弃物。据估计，矿业固体废料的历年积存量约60亿t，每年排放量约12亿t。我国矿山平均废石利用率17.71%，铁矿废石利用率低于全国平均利用水平，铁尾砂利用率20.28%，高于全国平均尾矿利用率18.97%。同时，我国矿山废石、尾砂地堆存还涉及大规模占地、水土流失、环境污染等问题。随着我国土地资源减少、生态环境要求的提高和水土保持监督检查频次增加，矿区尤其是排土场、尾矿库的水土流失等问题亟待解决［1-5］。

马鞍山市区周边存在多个矿山，其中以铁矿山为主。2007年该市两河上游存在矿山企业30多家，其生产多涉及尾矿库、排土场，部分地采矿山还存在塌陷区，矿山企业的乱采滥弃导致慈湖河上游存在严重淤积，影响了河道行洪和河道两侧的农业生产。随着近年来马鞍山市政府大力推进矿山环境整治，现城市周边仅存2个露天采场、1个排土场，现存尾矿库均已停用，且大多数已实施生态治理。马鞍山辖区内铁矿、石料矿等矿山多存在水土流失问题，部分矿山虽进行了治理，但因治理后续缺少管护，因此其水土流失仍然存在，且在降雨较大时流失加剧，因此急需对其水土流失进行治理。

1 调查方法

选取马鞍山市周边环城矿山及现存的矿业废弃地共调查5处，其中，在生产矿山露天采场2个，排土场1个，尾矿库2处。采用抽查法，调查各处水土保持措施的类型、布设位置、工程量及运行效果，确定适合该区域的水土保持体系。其中水土保持措施调查参照《水土保持设施验收规范》（试行）进行。

调查首先收集工程施工、验收等相关资料，然后采用地形图、无人机调查、现场核查等方法对工程措施进行实地调查，最后统计工程量。对于植物措施采用样方法、样带法进行调查，其中样带法采用50～100 m现场测量，抽查比例不小于50%，样方法采用乔木20 m×20 m、灌木5 m×5 m、草本1 m×1 m，通过测量确定符合的措施量。调查后进行内业统计，以确定现有矿山的治理措施类型、布设位置、数量等。

2 调查结果

皖江经济带典型矿山水土流失重点关注区域的现行水土保持措施分为工程措施、植物措施、临时措施，目前被调查矿山结合绿色矿山创建和生态修复， 部分措施已落实，部分正在落实，见表1。

注：土地整治、植物措施、临时苫盖、边坡防护单位为km2，拦挡截排水沟的数量单位为km。

（1）工程措施。该区工程措施主要为拦挡、截排水、土地整治等，其中因该区降水较为丰富，为避免地表径流进入采场，采场所在位置涉及到周边排水系统时，多在采场靠排水系统侧边界设置土坝，以防止周边汇水进入采场；在没有排水渠道的周边设置截洪沟，以导排周边汇水，其中土地整治均位于采场封闭圈外周边裸露区域，面积相对较小。排土场在满足安全的情况下，多采用透水拦挡方式，同时对坡面进行分台阶修整，构建排水系统，从而形成拦排结合的防护体系。大中型矿山均设置有尾矿库，用于堆存选矿尾砂，因其管理要求多采用初期透水堆石坝+后期尾砂筑坝方式。通常在透水坝修建前或同时构建周边截洪沟和坝面纵向排水沟系统，在后期构筑坝面纵横排水沟，从而形成完整的截排水体系，坝面在后期多用尾砂筑坝，为防止水土流失，坝面按自然安息角坡度堆置后，进行表土回覆和土地平整，采用表土覆盖后，植被恢复的方式进行防护。

（2）植物措施。该区域降水条件较好，自然状况基本2 a左右就能达到植被恢复要求，该区多采用乔灌草相结合的方式，也有自然恢复植被生长。采场周边多采用乔灌草结合方式，以形成隔声防尘的屏障。排土场因堆渣不具有土壤结构，其养分含量较低，透水透气性良好，但保水保肥效果较差，强降雨条件下细粒随水流向下，表层不具备植被生长的条件，因此部分采用生活污水处理污泥、表土等覆盖后进行植被恢复。人工植被恢复的品种多以狗牙根、白三叶、黑麦草、杨树、广玉兰、栾树等为主。另外，该区域也存在自然恢复植被，但整体上植被生长一般，其中乔木以刺槐、构树、泡桐为主，灌木以紫穗槐为主，草本多以狗牙根、白三叶、黑麦草、马唐、狗尾草为主。

（3）临时措施。经现场调查，该区域临时措施多为临时排水、沉沙、临时苫盖等，其实施的数量相对较小，多在施工中考虑永临结合方式，另外因采场、排土场等均处于变动之中，临时措施存在时间相对较短，因而调查时其数量相对较少。从运行效果来看，其中工程措施运行良好，但植物措施和临时措施运行效果一般，这可能与所选植物与立地条件不匹配有关，临时措施因所在场地的变动，导致其运行效果不佳。该区域的采场、排土场、尾矿库采用的水土保持措施主要有拦挡、截排水、土地整治、植物措施、临时排水、临时苫盖措施，其基本形成了该区域的水土流失防治措施框架。

3 分析与讨论

矿山建设中扰动面积相对较大的为露天采场、排土场和尾矿库，其中排土场和尾矿库作为固废堆场可能比采场面积更大，其为堆积形成的地貌，本身材料黏结性较差，强降雨时水土流失也相对较大，如不采取措施，将会造成严重的水土流失危害，因此其水土流失防治至关重要。矿区工程措施中现行的拦挡、截排水措施可在保证其边坡稳定的同时减少冲刷和水土流失，但工程措施多为硬质防护措施，对于排土场等区域存在不稳定沉降，可能导致措施损毁，不能正常发挥水土流失防治作用，因此对于排土场边坡等存在不稳定沉降的区域可采用柔性防护措施。例如在实施排水措施时可考虑采用石笼护底、植生袋护底的方式，形成柔性排水沟，从而减少排水系统的损坏。对于边坡坡脚拦挡，目前多采用土坝、挡墙或铁丝石笼，结合矿山建设生产，其可采用矿山产生的土石方进行反压坡脚方式防护，从而减少施工工程量和成本。土地整治措施在排土场相对难实施，因为排土场如未按设计要求可能存在高陡边坡，而边坡坡度较大和表层的砾石结构不利于表土的恢复，从而大大减弱了土地整治的效果。

排土场和尾矿库堆存的固体废物基本不具有土壤结构，降雨时细粒随水流向下运行，造成地表砾石裸露、温度较高。另外，堆存的物质肥力和保水性差，对矿山土地整治和植物措施实施造成了困难。因早期矿山开采未保存表土，排土场和尾矿库治理时缺少表土也是植被恢复的限制因素。随着绿色矿山建设，对矿山的生态治理要求越来越高，水土保持作为生态治理的基本要求也越来越被关注。同时，结合各城市推行的无废城市建设，应尽可能利用矿区内的材料进行土壤级配、养分等重构，同时尽可能利用无毒无害的替代材料进行类土壤物质的研发，为大规模的矿山生态治理提供技术支持。另外，土壤重构时建议后续可逐步引入土壤动物，从而利用土壤动物来重新调整重构土壤结构，提高重构土壤的质量。

该区植物措施采用了生态袋、挂网喷播、营养钵的方式进行植被恢复。以往研究表明，部分矿山进行了无覆土植被恢复，但适宜植物品种相对较少，因此结构相对单一，后期人工管理成本较高，覆土植被种植过程中，植物品种选择相对广泛，但也存在部分品种不适宜的状况，因此在植被恢复中需因地制宜，选择适宜的植物。豆科乔灌木植物在枝条萌蘖、成活率等方面优于其他树种［4-6］，可优先选择当地乡土物种中的豆科植物作为优势物种，同时草本植物可选择先锋植物与多种当地乡土植物进行混合后撒播，从而迅速改善生态环境。考虑到人工植被的退化状况，可尽可能多地选择几种当地的乡土植物进行试种，从而使其形成稳定结构，发挥植物措施的效果。另外，可结合矿区土地利用开发，进行高价值植物的选育种植，提高矿山的经济效益。后期应加强植物措施管护条件，从而更科学的为矿山水土流失防治提供借鉴与指导。

4 结 语

（1）我国矿产资源丰富，建设过程中的矿业废弃地是水土流失治理的关键区域，结合我国目前的绿色矿山建设、双碳政策、循环经济等政策，矿区水土流失问题也越来越被关注，尤其是大规模的露天矿区，其水土流失治理关系到区域的生态环境问题。对于部分位置敏感、生态环境脆弱的矿区，水土流失治理更是至关重要。

（2）矿区水土保持作为绿色矿山建设的重要组成部分，其包含的措施应因地制宜，以水土保持学、恢复生态学、土壤学等理论作为指导，针对矿山水土流失，应充分考虑安全稳定、有效的水土保持措施，利用多种治理方法使治理后的矿山能够有效减少水土流失，尽可能减少对周边的影响。

（3）随着绿色矿山等新的建设要求，矿山水土保持也在逐渐与其他相关学科融合，如与景观、风景园林、建筑、环境、商业等相融合，如部分区域将矿区开发为地质公园、酒店、景区等，其在一定程度上延续了矿山的生命线。因此，矿山水土保持应根据自身特点，深度发掘，完成矿山高质量、长效治理，从而促进区域发展。