府谷县大路峁矿井水土流失分析与预测

高佳佳

（府谷县水土保持中心，陕西 府谷 719499）

府谷县大路峁矿井位于风积沙地貌区。工程建设不可避免地对当地土壤和植被造成破坏，加剧原地面的水土流失，给周边地区的生态环境造成不良的影响。因此，科学合理地预测项目建设过程中的水土流失类型、强度和空间分布，客观评价其造成的危害及其对周边生态的影响，对防治项目水土流失具有重要作用。

1 概况

府谷县大路峁矿井及选煤厂位于府谷县庙沟门镇，矿井及选煤厂建设规模均为15.0 Mt/a，工程总占地面积85.74 hm2，其中永久占地63.48 hm2、临时占地22.26 hm2，占地类型全部为草地。根据水利部行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）[1]，结合项目区的下垫面情况分析，原地貌土壤侵蚀形式以风力侵蚀为主，属中度强烈风力侵蚀区，水力侵蚀微弱。

2 水土流失影响因素分析

矿井开发建设，人为扰动地面造成水土资源的破坏和土地生产力的下降，同时在降雨和大风的作用下，诱发、加剧了新的水土流失，造成矿区水土流失既有自然因素，又有人为因素。自然因素是潜在的[2]，人为因素引起的地表抗蚀力降低是造成新增水土流失的主导因素。

2.1 自然因素

自然因素主要包括风力、水力等侵蚀外营力和地形地貌、土壤物质组成与结构及植被盖度等下垫面条件，是产生新增水土流失的潜在因素[3]。

（1）风力。项目所在区域属中温带半干旱大陆性季风气候。年平均风速为3.4 m/s。连续性大风主要集中于春季及秋冬季，3—6月大风日数占全年大部分，春季是全年最大风速季节，极端最大风速可达30 m/s。强劲的大风构成了风力侵蚀的动力源。

（2）降水。本项目所在区域属干旱少雨地区，多年平均降水量为360.4 mm，降雨多集中于夏季，占全年80%左右，特征为降雨集中、强度大，且常以暴雨形式出现。强降雨给地表提供了强大的雨滴击溅动能和径流冲刷能量，易发生土壤水力侵蚀和重力侵蚀。

（3）土壤。项目区土壤以风沙土为主，地貌类型为风积沙地貌，在风雨作用下，易产生水土流失。

2.2 人为因素

矿井建设期，各施工单位平整场地，开挖、回填建筑物基础，修筑道路，埋设管道，表土剥离等施工活动，开挖、扰动地表，使原地貌、地表植被及土体结构受到破坏失去固土防冲能力，降低或丧失了原有水土保持功能，改变了外营力与土体抵抗力之间的自然相对平衡，最终导致加速侵蚀。

自然恢复期，扰动地表的各项施工活动已经停止，水土流失量较施工期明显减少，并逐渐趋于原地貌水平，但在植被逐年恢复的过程中仍有一定的水土流失。

3 扰动面积调查与预测

根据工程性质、分布、施工活动特点以及不同功能区水土流失的特点，分为工业场地及周边、施工生产生活区、临时排矸场及周边、场外道路和供电线路各水土流失预测单元[4，5]。本工程已扰动面积31.53 hm2，建设期扰动地表、损毁植被面积54.21 hm2，详见表1。

表1 扰动地表、损毁植被面积 hm2

本矿井工程建设期共动用土方216.92 万m3，其中挖方108.46 万m3、填方108.46 万m3，挖填平衡无弃方。

4 水土流失量预测

4.1 预测时段

本矿井于2012 年9 月开工，由于矿区总体规划迟迟不能批复，于2015 年2 月停工，2020 年6 月复工，计划于2023 年12 月底建成达产，总工期73 个月。水土流失预测分为施工期（含施工准备期）和自然恢复期2 个时段，预测时段确定为施工期6 a、自然恢复期5 a。其中，施工期调查时段2.5 a，预测时段3.5 a。

4.2 土壤侵蚀模数

本工程所处区域地貌类型为风积沙地貌，区域水文单元属内陆水系。项目区土地利用主要为草地，土壤类型以风沙土为主，扰动前风蚀模数约为4 000 t/（km2·a），水蚀模数约为500 t/（km2·a），区域容许土壤流失量为1 000 t/（km2·a）。

扰动地貌土壤侵蚀模数采用引用监测资料法进行确定。风蚀模数采用中国科学院大气物理所在毛乌素进行的风洞实验成果资料，厂区风蚀模数12 000 t/（km2·a），施工生产生活区风蚀模数10 000 t/（km2·a），净水厂施工区风蚀模数12 000 t/（km2·a）。水蚀模数采用燃气电厂的监测数据，即场外道路水蚀模数为1 500 t/（km2·a）、施工生产生活区水蚀模数为1 200 t/（km2·a）、厂区施工区水蚀模数为2 000 t/（km2·a）、供水管线水蚀模数为1 800 t/（km2·a）。本工程与类比资料属同一地区，其地形地貌、气象、土壤、植被、水土流失类型等基本相同，因此本工程的风蚀和水蚀模数直接采用引用资料监测数据，不再作修正。自然恢复期土壤侵蚀模数将逐渐降低，最终达到原地貌水平。开发建设活动停止后，没有了人为活动的影响，施工扰动区域在植被恢复的情况下，其土壤侵蚀模数要低于施工活动存在的情况，也就是说第一年中随着土壤的自然沉降、变形、植被生长等，水土流失强度将逐步降低，而第二年的情况就弱于第一年，以此类推。根据调查情况，本工程建设扰动区在无人扰动时第五年基本可以达到原地貌水平。

4.3 水土流失量计算

经过调查，工程建设已造成水土流失量0.674 2万t，施工期可能造成新增流失量采用下式计算：

式中：Ws1为施工期水土流失总量（t）；Fi为第i个单元预测面积（km2）；MSi为风蚀模数[t/（km2·a）]；MOi为水蚀模数[t/（km2·a）]；TSi为风蚀预测时段（a）；Toi为水蚀预测时段（a）。

施工期末发生水土流失量预测，详见表2。

表2 施工期末发生水土流失量预测

同理，自然恢复期水土流失量计算结果详见表3。

表3 自然恢复期水土流失量预测

本工程可能造成的水土流失总量为2.812 3万t，其中施工期新增水土流失量2.099 4 万t、自然恢复期造成新增水土流失量0.712 9万t。

4.4 预测结果

通过预测分析，本工程水土流失预测结果如下。

（1）水土流失预测时段确定施工期为6 a，自然恢复期为5 a。

（2）根据工程建设特点，确定工程建设水土流失类型为中度强烈风力侵蚀区，水力侵蚀微弱。

（3）预测工程建设在水土流失预测期内扰动地表、损毁植被面积为85.74 hm2。

（4）本工程建设期共动用土方工程量216.92万m3，其中挖方108.46 万m3、填方108.46 万m3，挖填平衡无弃方。

（5）预测本工程建设可能造成的水土流失总量为3.82万t，其中新增水土流失量为2.37万t。

4.5 水土流失危害分析

由于工程建设导致地表原生地形地貌与植被被破坏、扰动，新增水土流失量显著提高，进而使一定区域内的生态环境迅速恶化，其危害主要表现在以下几方面。

（1）破坏土地资源。工程建设使大量表土层扰动，若不采取措施，表层土将被大风吹走或被地表径流冲走，土壤中的氮、磷、钾等有效养分及有机质也随之丧失，施工区土壤趋于贫瘠化，土地生产力降低，可利用土地减少。

（2）为沙尘暴、扬沙天气提供物质源。工程施工过程中形成大范围的裸露面，在强风的吹蚀下表土随风搬运，增加了空气中的沙尘量，促进了扬沙天气的形成。该区域处于生态脆弱区，植被与地表结皮遭到破坏后很难恢复，易成为局部风沙源地。

（3）增加水土流失量。煤矿建设采挖活动，扰动区地表植被与结皮遭到完全破坏，土壤的结构、组成等发生变化，进而影响土壤的抗侵蚀能力，加上施工过程中产生的疏松堆土，造成新增水土流失，加剧水土流失量。

4.6 预测结果综合分析

不同预测时段新增水土流失量分析如图1 所示，由此可知产生水土流失的重点时期为施工期。工程建设过程中因各项施工活动将扰动、占压、破坏原地貌及植被，形成裸露的挖损、堆积等再塑地貌，在外营力作用下产生加速侵蚀。因此，工程建设期间，应采取工程、植物、临时措施相结合的方法，做好水土流失防治工作；并在工程建设完成后对可能造成水土流失的面积内各项水保措施加强管护，以便有效控制水土流失的发生和发展，改善工程建设区及周边地区的生产、生活、生态环境。

图1 不同预测时段新增水土流失量分析

5 结论及建议

5.1 结论

通过探讨分析，本工程水土流失预测可以得出以下结论。

（1）水土流失预测时段确定施工期为6 a，自然恢复期为5 a。

（2）根据工程建设特点，确定工程建设水土流失类型为中度强烈风力侵蚀区，水力侵蚀微弱。

（3）预测工程建设在水土流失预测期内扰动地表、损毁植被面积为54.21 hm2，自然恢复期水土流失面积为20.09 hm2。工程可能造成的水土流失总量为2.812 3万t。

（4）本工程建设期共动用土方216.92万m3，其中挖方108.46万m3、填方108.46万m3，挖填平衡无弃方。

5.2 建议

（1）水土流失防治的指导性意见。根据预测结果，工业场地及周边、临时排矸场及周边是产生新增水土流失量较大的区域，因此在布设防护措施时应以这几个区域为重点。从以往的经验看，防治风蚀最有效的手段是植物措施，防治水蚀以工程措施为基础，结合植物措施。在具体实施时，针对不同工程的施工与生产区域、地段，不同的施工工艺、施工特点与施工季节，因地制宜，因害设防，制定行之有效的防治方案。对于其他水土流失相对不突出的侵蚀区域，也应制定有针对性的防治措施，以减少施工过程中的水土流失量。

根据气候特点，本项目区侵蚀类型以风力侵蚀为主，水蚀程度相对较轻。水土保持防护措施的设计及布设应以风力侵蚀为主，兼顾水蚀，结合施工特点和工程性质，合理布设。

（2）对施工进度安排的意见。根据预测结果，施工期是新增水土流失较严重的时期，建议在施工中加强主体工程施工进度的紧凑安排，有效缩短强流失时段。合理安排各施工区施工进度，在各工程区，植物措施结合主体工程施工进度的安排分期、分批地实施。

（3）对水土保持监测的指导性意见。根据预测结果，工程施工期新增水土流失较为突出，建设期水土保持监测的点位应包括工业场地及周边、施工生产生活区、临时排矸场及周边等。