矿山水土流失现状分析及防治措施.docx

矿山水土流失现状分析及防治措施 3姜培曦 1 孟广涛 2 王晓南 1 方向京 2 苏建荣 3( 1. 昆明理工大学环境科学与工程学院 ; 2. 云南省林业科学院 ; 3. 中国林业科学研究院 )摘要 :矿山水土流失问题是矿山环境综合治理中的重点问题 ,阐述了矿山水土流失的原因和危害 ,重点从工程措施和植被措施两方面对矿山水土流失防治进行了分析 。关键词 :矿山 ;水土流失 ;工程措施 ;植被措施中图分类号 : td 88文献标识码 : b文章编号 : 1009 25683 ( 2008 ) 10 20080 204废弃矿山总面积 5 093 hm2 之多 ,其中水土流失面积达 3 895 hm2 5 。水土流失及其危害 ,现在已经成为矿山环境综 合治理中的重点问题 。因此 ,在矿山开发中 ,应该分 析其水土流失特点 ,完善水土保持防治措施 ,减少水 土流失 ,并把水土保持与土地复垦 ,生态重建结合 ,工程和植被措施配套 ,生态效益与经济效益兼顾 ,走 出一条良性可持续发展的道路来 6 。2 矿山水土流失原因及危害2. 1 矿山水土流失原因分析 地形地质条件和气候条件是造成矿山水土流失的自然因素 。造成矿山水土流失主要是人为因素 , 在矿山开采中 ,植被破坏严重 ,裸露的矿山宕面到处 可见 ,岩石破碎 ,土层薄 ,土壤疏松 6 ,开采区 、排土 场 、尾矿库 、工业场地及办公区 、矿区道路等都是水1 引 言我国天然矿藏资源丰富 ,各个省都有矿山开发 项目 ,为我国经济发展做出了重要贡献 ,但是矿业生 产的同时也是破坏大自然和过分消耗有限资源的生 态地位最低的行业 1 ,矿山往往是生态环境破坏和 水土流失严重的地区 。据统计 , 1999 年福建矿山开采造成的水土流失面积为 8 211 hm2 2 ,其中的芦竹 稀土矿区 ,侵蚀模数达到了 28 161. 8 t / ( km2 a) ,紫 金山铜金 矿 水土 流失 面 积 1. 25 km , 水 土 流 失 率 为28. 6 % 3 。据云南 省 和贵 州省 地 质 环 境 监 测 总 站 测算 ,这两省矿山土壤平均侵蚀强度一般都属强侵蚀 ,即剧烈侵蚀 ,平均侵蚀模数 5000 15000 t / ( km2a) 4 ,云 南 昆 阳 磷 矿 的 土 壤 侵 蚀 模 数 为 6 500 t / ( km2 a) ,北京市龙凤岭废弃矿山的土壤侵蚀模数 为 2 800 t / ( km2 a) , 2006年调查 ,北京市山区关停时期 ,采场内的 3个转载平台已经建成 ,采场各工作面采用汽车运输 ,经转载站倒装后由铁路外运 ,生产 管理比较简单 。通过以上分析可以看出 ,凹山采场铁路运输的 关键环节在两种运输方式的过渡阶段 ,处理好工程与生产的相互影响问题是汽车 2铁路联合运输的关 键 。3. 3 电铲转载能力与工作台数 露天堆场式转载站与其它转载方式相比 ,最大的缺点就是转载能力小 。而一个转载台原则上只能配置一台电铲作业 。因多数年份转载量小于 200万 t / a,经计算一台4m3 电铲可以满足转载要求 。4 结语铁路运输在大型露天矿山仍然占据主导地位 ,随着矿用自卸汽车向大型化发展 ,铁路运输有被逐 步取代的趋势 。但铁路可靠的运输条件和低廉的运输成本对矿山运输仍具有很大的吸引力 。特别是对 已建成铁路运输网的南山矿业有限责任公司来说 ,铁路 运 费 0. 45 元 / ( t km ) , 汽 车 运 费 1. 58元 / ( tkm ) ,在后续矿山的开发中应尽量采用铁路 运输 。虽然凹山采场长度小 ,深度大 ,采用铁路运输有困难 ,但在生产过程中对影响铁路运输的几个关键环节问题处理得较好 ,保证了铁路运输的顺利应 用 。铁路运输在凹山采场的成功应用 ,为高村采场 、 和尚桥铁矿等后续矿山提供了宝贵的经验 。(收稿日期 2008 208 212 )3 基金项目 :云南省科技攻关 ( 2006 sg24 )和加拿大益客基金会“滇池周边磷矿矿山恢复模式试验研究 ”姜培曦 ( 1983 - ) , 男 , 四 川省宜 宾人 , 汉 族 , 在读 硕士研 究生 ,650093 云南省昆明市 。 孟广涛 ,副研究员 。80姜培曦孟广涛等 :矿山水土流失现状分析及防治措施 32008年 10月第 10期择合适的位置 ,修筑一些谷坊坝 10 ,对山体不稳定地段坡度大于 30 的边坡以工程护坡为主 , 对坡度 小于 30 的边坡以植物护坡为主 。在矿山边坡等不稳定部位优先考虑采用放坡 、分级马道 、清坡卸渣等措施使坡体达到稳定 。对于通过整理仍不能实现稳 定的坡体 ,结合其受力情况 ,采取浆砌石坡脚水土保 持挡土墙 、抗滑桩 、预应力锚索 、锚杆 、混凝土框格 、扶唇垒堰等工程措施 ,对于防治水土流失 、保证安全 作用较大 5 。3. 1. 2 排水措施完善矿区内的排水系统 ,减少坡面迳流对地面 的冲刷 ,也能减少矿区内的水土流失 。采矿场剥离前应在采场周边开挖简易截水沟和临时沉沙池 ,拦 截地表迳流 ,对降雨迳流形成的冲刷雨水和矿坑涌 水 ,需经充分沉淀后再外排 ,以防止产生新的水土流 失 ,沉淀的泥浆应运送至排土场集中堆置 9 。在地 表迳流上游修建永久性的排水沟 ,在平台出水处设置永久性滞洪沉砂池 。对影响矿山安全的坡面 ,根 据坡长分段布设截流沟 、排洪渠等工程 6 。在设计 截流沟和排水沟时 ,应根据集水面积 、最大降雨量等 来考虑水沟的断面尺寸 ,同时应充分考虑水沟的沟 底坡度 , 以 使 水 流 能 够 在 不 冲 不 淤 的 同 时 全 部 排走 11 。露天采场外排雨水和矿坑涌水 ,以及矿井水 排放时 ,其外排水中的 ss含量较高 ,可能带走大量 泥土 ,采用集水坑方式排水或井下水仓 ,对外排水进 行充分的沉淀是必 要的 9 。废 石场 下 游沟 谷应 建 挡泥坝和挡水坝 ,使其泥砂沉淀 ,澄清后的水经处理达标后排放 12 。3. 1. 3 配套措施 配套措施包括对矿山复垦地植物需要灌溉布设的水管及其他相应管理设施 ,水土保持监测点的布 设设施等 。3. 2 矿山防治水土流失的植物措施 对矿山废弃地进行植被复垦是减少矿山水土流失的关键 。从植物生长所需条件分析 ,植被恢复最 关键的条件是土壤条件和植物种类选择 13 。3. 2. 1 矿山土壤改良矿山的开发往往破坏了表土 ,导致缺乏植物能 够自然生根和伸展的介质 、水分 ,缺乏 、氮 ,磷营养物 质不足 、毒性物质含量过高 14 ,具有较差的保水保 肥能力和较差的物理性状 。这样的土壤是不利于植 被恢复的 ,需要进行改良 ,基质改良是矿山废弃地植 被恢复的关键问题 。( 1 )物理法 。对 于 任何 类型 的 矿山 来讲 , 最 简81土流失的场所 。生产期间大量废石和尾矿排往排土场和尾矿库 ,弃土弃渣堆积形成的排土场和尾矿由 于是裸露 、松散的堆积体 3 ,易于被雨水冲刷 ,引起迳流和泥沙 ,是水土流失发生的重点区域 7 。而我国很多矿山在开采初期没有采取有效的水土保持防 护措施 ,且开采方法落后 ,从矿石开采 、加工到运输 都进一步加重了水土流失 。2. 2 水土流失带来的危害( 1 ) 破 坏 了 生 态 环 境 。翠 绿 的 山 林“伤 痕 累 累 ”, 大 面 积 的 土 地 生 态 结 构 遭 到 破 坏 , 生 态 失衡 8 。( 2 )造成土壤营养流失 。矿山水土流失带走了 肥力强 、颗粒细 、有机质含量高的表土 ,使农作物生长所需的氮 、磷 、钾等养分流失 。( 3 )堵塞 河 流 和 造 成 农 田 沙 化 。泥 砂 排 入 河 道 ,湖泊 、水库 ,造成河床抬高 ,河道淤积 ,直接影响 了河道的行洪和蓄洪能力 8 ,湖泊 、水库 、水电站库区淤塞 ,失去调节洪水作用 。污水排入农田 ,会导致 农田沙化 8 和重金属污染 。( 4 )污染了水 环 境 。大 量泥 沙排 入 河道 , 导 致 河水变浑 ,水质变差 , 一 些地 方 农田 灌溉 也 出现 困 难 8 ,同时由于冲刷走的泥沙中含有大量的金属及氮 、磷元素 ,会对地表水体和地下水体造成重金属污 染和水体富营养化 。( 5 )产生地质灾害和影响矿区小气候 。由于矿 山水土流失会产生泥石流 ,滑坡 ,崩塌等次生地质灾 害 ,造成人员伤亡和经济损失 ,严重的有可能影响矿区小气候环境 。3 矿山防治水土流失的工程措施和植被措施针对矿山水土流失产生与发展特点 ,抓住重点 部位和关键环节 ,因地制宜 ,因害设防 ,分别采用拦 挡措施 ,排水措施 ,配套基质改良 ,植物选种 、植物养护等植被措施 。3. 1 矿山防治水土流失的工程措施3. 1. 1 拦挡措施 在确保矿山主要工程措施的位置及形式的基础上 ,因地制宜 ,合理布置拦挡工程 。在采矿场 ,排土场 ,尾矿库等重点区域周围应设挡土墙 。排土场应 合理确定设计堆放角度 ,保证堆放角度小于安息角 , 以确保堆放安全 ,避免出现堆场坍塌或滑坡 9 。在 设计挡渣墙及尾矿库时 ,特别注意采取排水措施使 水渣分离 ,防止造成泥石流灾害 。拦渣坝采用重力 坝 ,提高抗滑 稳定 性 , 保 证安 全 6 。在坡 面 平台 上 修筑土埂 ,在工程项目区特别是采矿场的沟道内 ,选总第 474期矿业快报2008年 10月第 10期单的办法就是覆盖土壤 ,这种办法能够解决表土中所面临的各种问题 15 。客土法是在采矿工程动工 之前 ,先把表层 ( 30 cm ) 及亚表层 ( 30 60 cm ) 土壤取走 ,并认真加以保存 ,待工程结束后再把它们放回原处 。我国海南的田独铁矿 、云南昆阳磷矿都采用 过这个方法 ,取得了很好的效果 ,缺点是覆盖土壤的 费用很高 13 。一般采用挖松紧实的土壤 、整理土壤表面再采用物理基本技术进行修复的措施 。常用的 物理基本技术包括剥离 、粉碎 、压实 、固定 、灌溉等 , 实际操作中还包括梯田种植 、排流水道和稳定塘设 施等 16 。如土壤受污染情况严重 ,还有如热修复 、 电修复 、与化学修复相结合的淋溶修复等 17 。( 2 )化学法 。矿山土壤中往往存在限制植物生 长的 物 质 , 如 重 金 属 含 量 过 高 、ph 值 太 低 或 盐 碱 化 18 。对于重金属含量过高的废弃地可施用碳酸 钙 ,硫酸钙来或 ed ta 减轻金属毒性 ,对 ph 值太低 或太高的土壤可以用石灰和石膏来调节 ,因为矿区土壤一般比较贫瘠 ,在进行完土壤排毒后还需要加 入氮 ,磷 ,钾等营养元素 19 。除了化学改良物外 ,污 水污泥 、生活垃圾 、泥炭及动物粪便等有机改良物都 被广泛地 应 用 于 矿 山 重 建 植 被 时 的 基 质 改 良 20 。 生活污泥使用时控制比例适当 ,避免二次污染 ,可增加矿区土壤肥力 ,改善土壤物理性状 ,促进植物的生长 21 。( 3 )生物法 。一 般而 言 , 生 物改 良是 上 述其 它 改良措施的继续与深入 。生物改良主要是利用对极 端生态条件具耐 性 的植 物 、金属 富集 植 物 、绿肥 作 物 、固 氮 微 生 物 、菌 根 真 菌 改 善 废 弃 地 的 理 化 性 质 20 。其中利用豆科植物 根瘤菌共生体的固 氮作用来加速矿区废弃地有机质及 n 素的积累 ,一 直是废弃地植被恢复研究和实 践中 的热 点 问题 之 一 22 。目前还有研究表明 ,蚯蚓能改变土壤结构 , 促进植物发育 ,是目前很好的土壤改良剂之一 18 。3. 2. 2 矿山植被选择在矿区废弃地植被恢复初期 ,植物种类的选择 至关重要 。3. 2. 2. 1 植物选种的原则 13 ( 1 )生长快 、适应性强 、抗逆性好 。( 2 )优先选择固氮树种 。( 3 ) 尽 量 选 择 当 地 优 良 的 乡 土 树 种 和 先 锋 树 种 ,也可以引进外来速生树种 ,并坚持良种壮苗的原 则 。( 4 )选择树种时不仅要考虑具有良好水土保持功能和经济效益 ,更主要是树种的多功能效益 ,主要82包括抗旱 、耐湿 、抗污染 、抗风沙 、耐瘠薄 、抗病虫害等 ,选择的造林树种应具有稳定的结构 、生长发育良 好 。3. 2. 2. 2 矿山修复植物选择( 1 )对开采区 ,排土场 ,尾矿库的恢复在群落结 构配置上以乔灌 ,乔草或乔灌草结合为主 。在遵循 矿山植被选种原则的前提下 ,分别按生态恢复 、景观生态恢复模式 ,生态经济林营建模式和公路景观配 置模式来复垦植被 ,提高生态 、经济和社会效益 。( 2 )边坡治理则是植物措施为主并适当配以工 程措施 ,既能稳固边坡又能保持水土 ,从而达到标本 兼治 。恢复模式为乔灌 ,乔草 ,乔灌草结合 ,藤本护坡 ,打桩等模式 ,做到乔 、灌 、草 、花相结合 ,常绿树种 与落叶树种合理配植 23 。3. 2. 3 植物养护由于采矿废弃地条件差 、生态恶劣 ,采取植物措 施后 ,必须制定有效的养护措施 ,养护内容主要有盖遮阳网 、揭遮阳网 、浇水 、施肥 、病虫害防治 、苗木支 护和补植等 。其中浇水 、施肥和病虫害防治是养护 的关键 23 。矿业废弃地植被重建后的生态系统是 很脆弱的 ,任何对系统的自然和人为的干扰 ,都会对 脆弱的生态系统构成威胁 。所以要严格避免人为的干扰 ,同时让自然的干扰达到最小 ,尽量保护好重建 后的生态系统 17 。4 效益监测在实施必要的水土保持措施的同时 ,还要对该 区域进行水土流失的监测 ,主要内容包括水土流失量 、水土流失危害及 水 土保 持设 施 运行 情况 监 测 。 监测的方式分为定 点和 巡查 两 种方 式 7 。除了 水 土流失情况的监测外 ,为了反映和评价生态恢复过 程中植被恢复状况 (包括林木生长状况 、林分生物 量 、生物多样性 , 景观格局的变化 ) , 土壤改 良状 况(包括土壤养分状况 (n、p、k) ,物理性状等 ) ,对所 实施的边坡治理及各项生态恢复模式和措施 ,开展 效益监测也是有必要的 。通过量化分析测定 ,选择 出矿区废弃地生态恢复的适宜造林树种 、配置模式 , 量化评价矿区内的生态 、经济效益 ,为其他矿区废弃地生态恢复提供科学的理论依据 。5 展 望绿色矿山建设是我国生态建设的一个新举措 , 只有依据治理和防护相结合 ,将矿山地质环境与植 被恢复相结合 ,有效改善 、恢复项目区生态环境 ,基 本实现绿色矿山的治理目标 。目前矿山水土保持工作要坚持“以防为主 ,防治结合 ”的原则 , 针对矿山姜培曦孟广涛等 :矿山水土流失现状分析及防治措施 32008年 10月第 10期水土流失产生与发展特点 ,抓住重点部位和关键环节 ,因地制宜 ,因害设防 ,根据现在我国实际情况 ,还 应加强以下研究 :( 1 )在矿山土壤机制改良方面 , 加强城市污泥在矿区复垦地的应用研究 ,以及蚯蚓对土壤机制的 改良情况等研究 。( 2 )在植物选种方面 , 应加强重金属抗性植物的生理生态研究和豆科植物 根瘤菌共生体的固 氮作用 ,来加速矿区废弃地有机质及 n 素的积累研 究 ,做好先锋植物的筛选工作 。( 3 )我国现在对矿山的水土保持研究具有单一 性和地域性特点 ,应加强矿山生态重建共同问题的研究 18 ,在研 究 时 要 做 到 生 态 效 益 与 经 济 效 益 兼 顾 ,摸索出一条良性可持续发展的路子来 。( 4 )加强 3 s技术和其他新技术在水土流失预 测方面的研究 ,建立相关模型和数据库 。参 考 文 献 : j . 中国水土保持 sw cc, 2007 , 5: 41 42. 9 王振祥 ,汪家权. 论安徽省金属矿山的水土保持对策 j . 安徽 大学学报 (自然科学版 ) , 2004 , 28 ( 4 ) : 74 78. 10 王海军 ,王兆良. 编制矿山开发建设项目水土保持方案的几 点经验 j . 水土保持通报 , 2005 , 25 ( 5 ) : 109 110. 11 游桂琼. 上杭紫金山金矿水土流失综合治理 j . 亚热带水土 保持 , 2005 , 17 ( 2 ) : 57 58 , 60. 12 薛小平. 紫金山矿区植被恢复技术初探 j . 2005 , 17 ( 2 ) : 5356. 13 宋书巧 ,周永章. 矿业废弃地生态恢复与重建 j . 矿产保护 与利用 , 2001 ( 5 ) : 43 49. 14 sm ith r. a. h , b rad shaw a. d. t he u se of m e tal to leran t p lan t pop u la tion s fo r the rec lam a tion of m e ta llife rou s wa ste s. jou rnal of app lied eco logy, 1979 , 16: 595 612. 15 j iang g. m , pu twa in p. d , b rad shaw a. d. r e spon se of a gro sti2ssto lon ife ria to lim estone and nu tritiona l fac to rs in the rec lam a tion of co llie ry spo ils. ch ine se jou rnal of bo tany, 1994 , 6 ( 2 ) : 155 162. 16 李洪远 ,鞠美庭. 生态恢复的原理与实践 m . 北京 : 化学工业出版社 , 2005. 17 李凌宜 ,李 卓 ,宁 平等. 矿业废弃地生态植被恢复的研究 j . 矿业快报 , 2006 , ( 8 ) : 25 28. 18 李永庚 ,蒋高明. 矿山废弃地生态重建研究进展 j . 生态学 报 , 2004 , 24 ( 1 ) : 95 100. 19 卫智军 ,李青丰 ,贾鲜艳等. 矿业废弃地的植被恢复与重建.水土保持学报 , 2003 , 17 ( 4 ) : 172 175. 20 蓝崇钰 ,柬文圣. 矿业废弃地植被恢复中的基质改良. 生态学 杂志 , 1996 , 15 ( 2 ) : 55 59. 21 李海波 ,李亚东 ,李克顺. 城市生活污泥在矿业废弃地复垦应 用中的可行性分析 j . 湖北大学学报 (自然科学版 ) , 2005 , 27 ( 2 ) : 184 187. 22 张志权 ,束文圣 ,廖文波等. 豆科植物与矿业废弃地植被恢复 j . 生态学杂志 , 2002 , 21 ( 2 ) : 47 52. 23 沈建军 ,柏明娥 ,洪利兴. 浙江露采矿山边坡的植被恢复技术 与应用 j . 技术与市场 (下半月 ) , 2007 , 8(收稿日期 2008 206 204