建筑石灰岩矿水土保持措施设计

摘要:为避免重庆大足区古龙乡建筑用石灰岩矿山开采引起的水土流失，需对石灰岩矿山进行合理的水土保持措施设计。通过对矿区进行现场勘查及计算分析，矿区在服务期内的预测水土流失总量可达3061．04t。针对矿山不同功能区，因地制宜地设计水土保持工程、植物和临时措施。矿山在实施水土保持措施后，水土流失总治理度达95%，渣土防护率达95%，林草植被恢复率达97%，林草覆盖率达81%。该水土保持措施设计科学环保、合理可行，能够为同类矿山的水土流失防治提供良好的理论依据。

关键词:重庆大足区;石灰岩矿;水土流失;水土保持

近年来，国内外学者呼吁重视矿山开采引起的水土流失，并且提倡设计因地制宜的水土保持措施来防治危害，确保生态绿色发展，经济繁荣开发。通过对古龙乡建筑用石灰岩矿山的水土流失分析与预测，设计合理高效的水土保持措施设计;对矿山进行完善地维护与治理后，将在区域内产生显著的生态效益、经济效益和社会效益。

1矿区概况

1．1矿区基本情况

矿区位于重庆大足区古龙乡大林村五组，矿区面积0．0723km2，标高范围+530至+420m，开挖石料是三叠系下统嘉陵江组第三段的建筑用石灰岩，生产规模为51万t/a，服务年限为8．2a。矿区由露天采场、工业广场、排土场、矿山道路4部分组成，共计占地面积为6．45hm2。

1．2矿区自然特征

矿山属低山浅丘地貌，土壤类型为黄壤［1］。属于亚热带湿润季风气候区，多年平均降水量为1044．7mm，热量较富足且雨量充足。矿区植被类型为亚热带常绿针叶林，植被覆盖率约60%。

2矿区水土流失分析与预测

2．1水土流失现状

矿区位于以水力侵蚀为主的西南土石山区［1］，已被开采多年，采场已经形成大面积裸露边坡，缺少覆盖和绿化，降雨引起的水土流失严重。

2．2水土流失量预测

预测单元包括露天采场区(包含排土场区)、工业广场区和矿山道路区，共3个。预测时段按照开采运作时间可分为生产运行期(8．2a)和自然恢复期(2a)［2］。依据《土壤侵蚀分类分级标准》［3］，本矿区土壤容许流失量为500t/(km2•a)。经计算，矿区土壤年侵蚀总量背景值为147．8t，年均土壤侵蚀模数背景值为2291t/(km2•a)。选择类比法［4］进行水土流失预测，璧山区新型干法水泥工程与本矿山水土流失因子相差不大，可采用数值。结合水土流失量预测方法、预测单元和预测时段的划分结果及预测参数取值［5］，计算该矿区在服务期内预测水土流失总量为3061．04t。

3水土保持措施设计

3．1露天采场防治区

3．1．1工程措施(1)截水沟:由于矿山凹陷开采，故在坡顶设置截水沟用来拦截山坡上来水量［6］，汇水面积达0．12km2;后于矿山东南侧增加一条长390m的截水沟，宽×深为0．6m×0．6m;共开采土石方量为140．4m3，其中石方量为70．2m3，土方量为70．2m3。(2)浆砌片石挡土墙:采场边坡台阶种植藤蔓植物，在表土回覆前，台阶边缘需设挡土墙。挡土墙采取矩形断面，宽×深为0．2m×0．2m，选用M7．5浆砌片石修建。矿山开采后，形成的最终边坡总长约5175m，共需M7．5浆砌片石207m3。(3)沉砂池:在截水沟的两端均设计1座沉砂池，用来沉积水流携带的泥沙［7］。沉砂池内长×宽×深为1m×1m×0．8m。池底部选用8cm厚C20砼现浇，池壁部分选用10cm厚C20砼现浇。(4)开挖坑穴:露天采场采坑面积为14143m2，方案设计在矿山盘底开挖坑穴，种植乔木［8］。纵横5m挖掘尺寸为0．5m×0．5m×0．5m的树坑，预计开挖坑穴566个，预计开挖石方量约70．7m3。

3．1．2植物措施采场边坡台阶种植藤蔓植物［9］，台阶边缘设挡土沿，铺设前需要先培土厚约0．15m，矿山边坡的恢复治理需栽种藤蔓植物面积约10351m2，株行距1．0m×1．0m，种植藤蔓植物约10351棵。采坑面积14143m2，栽种乔木苗的行距与株距尺寸均为5m×5m，预计共需566株。藤蔓植物选择野蔷薇、黄馨、迎春、爬山虎、地瓜藤、葛藤等，乔木选择马尾松［10］。在矿山终采边坡和平台进行表土回覆后播撒草籽，选择播撒草种麦冬草2．44hm2，播种量70kg/hm2。

3．1．3临时措施露天采场坡顶剥离表土后形成多条裸露边坡，总长约1000m，坡面面积约3000m2。设计在此区域采用防雨布进行临时覆盖，需防雨布3000m2。

3．2工业广场防治区

3．2．1工程措施(1)洗车池:矿山工业广场大部分已经硬化，在入口处工业广场上设置浆砌石洗车池1座，宽6m，深0．4m，长8m。(2)挡土墙:在工业广场的边坡上设计浆砌片石挡墙［11］，长120m，厚0．4m，高2～5m。

3．2．2植物措施由于工业广场在本次矿山开采完毕后将作为新建矿山的工业广场继续使用，只在工业广场四周种植乔木。将在矿山闭坑后进行树木绿化，种植间距为2m×2m，共需250株。乔木种植选择胸径4～5cm的带土球健康树苗，树种选择马尾松。且对工业广场土质边坡播撒草籽，播撒草种麦冬草0．12hm2，播种量70kg/hm2。

3．2．3临时措施对工业广场的土质边坡用防雨布进行临时覆盖，覆盖面积约600m2。待播撒的草籽生长出来后，将防雨布撤出重复利用。

3．3矿山道路防治区

3．3．1工程措施(1)排水沟:由于矿界坡顶设置了截水沟，汇水面积变小，在公路边设置排水沟2条［7］，把工业广场、矿山道路等汇水集中于沉砂池沉淀后排出。排水沟选择尺寸0．4m×0．3m的矩形断面结构，预计长度共500m，沟的底部选用8cm厚C20砼现浇，沟壁部分选用10cm厚C20砼现浇。(2)沉砂池:排水沟尾端分别设计1座沉砂池。设计沉砂池内净长1m，净宽1m，净深0．8m;池底部同样选用8cm厚的C20砼现浇，池壁选用10cm厚的C20砼现浇。

3．3．2植物措施矿山道路将在矿山闭坑后进行植树绿化，设计在道路两侧种植乔木，种植间距为2m×2m，共需500株。乔木选择胸径4～5cm的带土球健康树苗，树种选择马尾松。在土质边坡上播撒草籽，播撒草种为麦冬草共0．2hm2，播种量70kg/hm2。3．3．3临时措施矿山已经对剥离表土后形成的土质边坡进行覆盖，覆盖防雨布2000m2。

3．4排土场防治区

排土场原始地形为采坑，坡脚未支挡，该边坡主要由碎块石、粉质黏土堆填而成，土质松散;填土与原始地面之间的坡度小，堆场整体发生滑移的可能性小，故无需采取工程措施。(1)临时拦挡:生产期间排土场四周布设临时挡墙［10］，总长240m，采取填土编织袋堆砌，断面为梯形。土袋拦挡规格:其断面呈梯形状，土袋堆砌高度0．5m、顶部宽度0．5m、底部宽度1．0m、两侧坡比1∶0．5。工程量:编织袋填筑0．375m3/m，后编织袋拆除0．375m3/m。(2)临时覆盖:排土场受雨水冲刷易引起水土流失，设计对排土场顶部进行覆盖，需防雨布3000m2。

4水土保持效益分析

(1)水土保持措施预计基础效益。矿区内水保措施防治总面积6．45hm2，土壤侵蚀模数小于500t/km2，设计拦渣量0．3万m3，保护的表土数量0．3万m3，林草措施面积5．25hm2，均能够达到防治目标要求。(2)水土保持措施预计生态效益。包含洪水流量减少，土壤理化性质优化，土壤肥力增强，林草覆盖率提升等。通过对矿区内的宜绿化地进行植树种草防护以及土地复垦后，使矿区的植物措施面积达5．25hm2，水土流失总治理度达95%，渣土防护率为95%，林草植被恢复率达97%，林草覆盖率达81%。(3)水土保持措施预计经济效益。经济效益主要为间接经济效益，例如通过实施措施可降低河道输沙量，有利于减少洪涝等自然灾害，从而减少河道清理费用等。(4)水土保持措施预计社会效益:水土保持方案的实施，使工程区汇入河道的泥沙量显著减少，一方面可改善河道内河水水质，提高其自然景观观赏性;另一方面，可减少河道输沙量，有利于减少洪涝灾害的发生。此外，方案的有效落实可提升建设单位保护环境的良好形象，为其它建设单位提供示范和借鉴，促进当地的水土资源保护和生态环境建设。

作者：李云跃 刘正学 单位：三峡水库消落区生态修复工程研究团队