礦區(qū)水土流失特征分析及防治措施發(fā)展概述

工礦區(qū)水土保持—礦區(qū)水土流失特征分析及防治措施發(fā)展概述提綱一.引言二.礦區(qū)水土流失特征分析三.礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述四.結(jié)論中國(guó)是開(kāi)采煤炭資源大國(guó)，其一直在我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。在煤炭產(chǎn)量滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，因采煤尤其是露天開(kāi)采對(duì)礦區(qū)土地資源和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞。本文主要從礦區(qū)水土流失的類(lèi)型、發(fā)生水土流失的特點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的防治措施幾個(gè)方面對(duì)工礦區(qū)水土流失的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了闡述，對(duì)弄清礦區(qū)水土流失規(guī)律，掌握其控制方法對(duì)于工礦區(qū)水土流失的防護(hù)與治理具有重要的意義。一.引言二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究地面塌陷是井工開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的最為嚴(yán)重的破壞問(wèn)題，它不僅對(duì)土地資源、植物資源產(chǎn)生破壞，還加劇地面侵蝕程度，對(duì)建筑物及人類(lèi)構(gòu)成威脅。礦區(qū)塌陷較為常見(jiàn)的主要有巖溶塌陷和礦山塌陷，前者以水動(dòng)力致塌為主，后者則以采空致塌為主[3]。巖溶塌陷主要發(fā)生在巖溶洞穴發(fā)育的地區(qū)，王軍等[4]以安慶銅礦為例，闡述了巖溶礦區(qū)水土流失主要分布于覆蓋的強(qiáng)巖溶地段，與水流的關(guān)系密切，地面塌陷頻頻發(fā)生。主要分析了巖溶礦區(qū)塌陷的成因：一是地表水、地下水的潛蝕，二是真空吸蝕作用。胡振琪[5]將我國(guó)煤礦區(qū)塌陷地的侵蝕問(wèn)題分為永久性的土地?fù)p失，塌陷坡地的土壤侵蝕、污染和滑坡與泥石流災(zāi)害等三種類(lèi)型。項(xiàng)元和等采用土壤水蝕模型對(duì)內(nèi)蒙古平莊礦的塌陷侵蝕進(jìn)行預(yù)測(cè)，為水土流失措施的選擇提供了依據(jù)。二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究國(guó)內(nèi)有關(guān)塌陷地侵蝕規(guī)律的研究報(bào)道不多，但關(guān)于塌陷地的綜合治理開(kāi)發(fā)和水資源污染方面的研究不少。方創(chuàng)林[6]從政策法規(guī)等宏觀方面闡述了采煤塌陷地綜合開(kāi)發(fā)的途徑。崔光華、孫紹先等[7]主要在利用煤矸石和粉煤灰充填區(qū)方面作了研究。姜巖等[8]主要研究了東部高潛水位區(qū)塌陷地分類(lèi)與綜合開(kāi)發(fā)生態(tài)模式。郭建斌等[9]利用覆巖高層注漿技術(shù)對(duì)煤礦開(kāi)采地面沉陷進(jìn)行了防治，實(shí)踐證明，這是一種有效而經(jīng)濟(jì)的治理煤礦由開(kāi)采引起環(huán)境問(wèn)題的新方法。二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析2、煤矸石山的水土流失特征研究煤矸石是采煤和洗、選煤過(guò)程中排出的廢棄物，大都直接堆積在地表，不僅占用了土地,還嚴(yán)重地污染了環(huán)境。煤矸石初期人滲能力較強(qiáng)，隨著風(fēng)化程度的提高，表層土壤發(fā)育，入滲能力降低[10]，特別是機(jī)械碾壓往往導(dǎo)致形成致密的“不滲層”，遇暴雨即發(fā)生嚴(yán)重的侵蝕[11]。二.礦區(qū)水土流失特征分析2、煤矸石山的水土流失特征研究王青杵等[12]，通過(guò)模擬徑流沖刷實(shí)驗(yàn)研究了煤矸石、自燃煤矸石、煤矸石覆土等三種堆置形式的坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程、侵蝕特征及抗沖性能,結(jié)果表明：在小徑流沖刷下，煤矸石抗沖性能最大，坡面侵蝕輕微；而自燃后的煤矸石坡面侵蝕是在重力和流水沖力作用下的脈沖性泥石流侵蝕，并依此為依據(jù)提出了煤矸石排放工藝和廢棄物堆置體坡面侵蝕防治的一些見(jiàn)解。胡振琪等[13]對(duì)煤矸石山的水分特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示煤矸石風(fēng)化物由于其粗顆粒而產(chǎn)生的高滲透（滲透曲線為直線型）、低蒸發(fā)的特性，使之具有一定的保水性能，煤矸石風(fēng)化物可以貯存一定量水分。水分的空間變異較大，但與黃土水分的物理常數(shù)相比還是比較低，這些為煤矸石山堆置和生物復(fù)墾提供了科學(xué)依據(jù)。二.礦區(qū)水土流失特征分析2、煤矸石山的水土流失特征研究降水特征、地形地貌和植被覆蓋程度是影響水土流失量的主要因素，李德平等在此基礎(chǔ)上研究了煤矸石山水土流失規(guī)律，觀察到降雨強(qiáng)度越大，坡越長(zhǎng)越陡,水土流失量越大；植被覆蓋率越高,水土流失量越小，并提出了改變矸石山局部小地形、縮短坡長(zhǎng)、快速恢復(fù)植被，提高土壤入滲是減少水土流失的有效途徑[14]。胡振琪等通過(guò)對(duì)煤矸石上9年生植被的實(shí)驗(yàn)測(cè)定表明，植物群落具有明顯減少矸石山滲透速率，提高煤矸石山持水和保水的作用[15]。二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析1、塌陷地的水土流失特征研究2、煤矸石山的水土流失特征研究3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究二.礦區(qū)水土流失特征分析3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究國(guó)內(nèi)排土場(chǎng)的侵蝕研究以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)土地復(fù)墾課題組報(bào)道最多。排土場(chǎng)整體呈平盤(pán)邊坡相間分布的階式塔狀松散巖土堆積體，它的巖土分散、搬運(yùn)、沉積規(guī)律與黃土的侵蝕迥然不同，國(guó)內(nèi)有人稱(chēng)它為“巖土侵蝕”，并將排土場(chǎng)巖土侵蝕劃為3個(gè)侵蝕帶，即平盤(pán)沉陷侵蝕帶、邊坡沙礫化面蝕—溝蝕—重力侵蝕帶、坡腳沉積帶。進(jìn)行了特征研究，分析其形成原因，提出巖土侵蝕的控制技術(shù)[11]。排土場(chǎng)堆置厚度各部位不等，顆粒組成差異大，自然固結(jié)率不同，在自重營(yíng)力入滲水流的作用下，造成不同部位壓縮沉降速率不一，即所謂的“非均勻沉降”。在沉陷過(guò)程中，入滲水流使較細(xì)顆粒隨水流下移，形成盲洞等類(lèi)似于洞穴的侵蝕現(xiàn)象，并伴隨著塌陷，沉陷是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的緩慢過(guò)程，10年以上尚未有停止的跡象。二.礦區(qū)水土流失特征分析3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究大型露天礦排土場(chǎng)面臨的兩大“國(guó)際通病”是重型卡車(chē)碾壓使地表嚴(yán)重壓實(shí)，及非均勻沉降產(chǎn)生沉降裂縫因壓實(shí)造成植物扎根困難和大量地表徑流。因有沉陷裂縫存在，徑流匯集鉆入裂縫，集中下滲，下滲水從下伏邊坡間出露，誘發(fā)崩塌、滑坡和坡面泥石流，或鉆向基底，降低基底承載力，導(dǎo)致整體失陷。趙景逵等在研究排土場(chǎng)土壤侵蝕的基礎(chǔ)上，提出了排土場(chǎng)平臺(tái)初期做成“堆狀地面”，可以避免因地表嚴(yán)重壓實(shí)引起的產(chǎn)流、匯流等水土流失[16]。魏忠義等進(jìn)一步從水文學(xué)角度研究了排土場(chǎng)平臺(tái)“堆狀地面”的侵蝕控制機(jī)理，并根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，提出了優(yōu)化的“堆狀地面”土壤重構(gòu)與侵蝕控制排土工藝[17]。二.礦區(qū)水土流失特征分析3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究以容重為核心的物理特性是現(xiàn)代化露天煤礦廢棄地水土流失最根本的原因，白中科等根據(jù)排土場(chǎng)的實(shí)際情況采取相應(yīng)的方法，測(cè)定排土場(chǎng)的物理特性(水分測(cè)定：一般土壤采用環(huán)刀法；緊實(shí)土壤采用特殊容重取土器；石礫土壤采用充水法和填沙法；穿透阻力采用土壤緊實(shí)度計(jì)；滲透系數(shù)測(cè)定采用室內(nèi)模擬和田間雙環(huán)滲透法；徑流系數(shù)測(cè)定采用針孔小型人工降雨機(jī)。)，并提出改善現(xiàn)行排土工藝，首先解決廢棄地容重過(guò)大，地表嚴(yán)重壓實(shí)問(wèn)題[18]。二.礦區(qū)水土流失特征分析3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究蒲玉宏等提出煤礦廢棄物堆積物侵蝕形式除擊濺、層狀面蝕、細(xì)溝侵蝕、滑坡等外，還出現(xiàn)了黃土區(qū)少見(jiàn)的沙礫化面蝕及坡面泥石流[19]。據(jù)美國(guó)道格拉斯對(duì)美國(guó)24個(gè)露天礦觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，若排土?xí)r松散物料細(xì)粒含量較多，<5mm細(xì)顆粒超過(guò)35%～40%，排土場(chǎng)易失穩(wěn)，當(dāng)<0.005mm粘粒含量>50%時(shí)，排土場(chǎng)易形成泥石流，粘土物在滲水型泥石流中起決定性作用，這正是新橋硫鐵礦四房排土場(chǎng)泥石流的成因之一。張麗萍等在神府-東勝礦區(qū)人為泥石流溝道廣泛野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為泥石流的特點(diǎn)及其發(fā)生發(fā)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)機(jī)理，應(yīng)用多層次系統(tǒng)控制原理，分別提出了現(xiàn)有人為泥石流及潛在人為泥石流系統(tǒng)防治模式，總結(jié)出神府-東勝礦區(qū)人為泥石流系統(tǒng)防治的特殊性?？刂乒腆w物質(zhì)補(bǔ)給是關(guān)鍵，合理設(shè)計(jì)規(guī)劃棄土石渣的排放場(chǎng)地是重點(diǎn)，搞好匯水區(qū)水土保持系統(tǒng)工程是基礎(chǔ)，調(diào)整溝床比降，減少水流動(dòng)能，使泥石流暴發(fā)減少到最低程度[20]。二.礦區(qū)水土流失特征分析3、排土場(chǎng)的水土流失特征研究白中科等在大量調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了現(xiàn)代化大型露天礦排土場(chǎng)巖土侵蝕形式及其時(shí)空變異規(guī)律，并分析了影響侵蝕因素在侵蝕發(fā)展過(guò)程中的作用。結(jié)果表明：排土場(chǎng)平盤(pán)以面蝕、不均勻沉降等形式為主,邊坡以溝蝕、崩塌等形式為主，侵蝕程度與下墊面物質(zhì)組成、坡位、復(fù)墾植被等有關(guān)。三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展1、國(guó)外研究進(jìn)展國(guó)外工礦區(qū)水土保持起源于土地復(fù)，伴隨著土地復(fù)墾而不斷發(fā)展,國(guó)外土地復(fù)墾與水土保持最早見(jiàn)于德國(guó)和美國(guó)，近年來(lái)在俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)和澳大利亞等國(guó)家有高度的發(fā)展，組織管理嚴(yán)密，科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)都獲得了極大成功[21]。在歐美，礦區(qū)水土保持實(shí)際上包含了土地復(fù)墾的大部分內(nèi)容，礦區(qū)土地復(fù)墾技術(shù)與水土保持措施是基本一致的。三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展建立穩(wěn)定地表和控制堆場(chǎng)的侵蝕，是澳大利亞礦山復(fù)墾中的首要研究領(lǐng)域。不少礦山研究者注重堆場(chǎng)適宜坡度的研究，同時(shí)還研究了坡形、坡度變化與控制侵蝕的關(guān)系。在對(duì)煤礦剝離物堆筑研究表明，坡剖面宜為“S”形，凸面在上部增加至長(zhǎng)度的20%～30%，凹面在下部低至長(zhǎng)度的70%～80%?？刂魄治g研究工作，多集中在控制侵蝕覆蓋材料種類(lèi)的選擇和控制方法的選擇等方面[22]。目前國(guó)外在這方面不僅技術(shù)先進(jìn),而且已實(shí)現(xiàn)控制產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，主要有以下幾種[23]：三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展①“侵蝕被”主要作用是將其鋪設(shè)在地表，阻止土壤流失,加速種子萌發(fā)，迅速建立植被以及長(zhǎng)期防止侵蝕。侵蝕被在復(fù)墾土地中推廣應(yīng)用現(xiàn)還處于開(kāi)始階段。②沉積控制技術(shù)與產(chǎn)品。主要是利用各種侵蝕控制產(chǎn)品，達(dá)到控制沉積物、限制侵蝕與污染面積的目的。它常用于建筑場(chǎng)地、筑路場(chǎng)地、采礦場(chǎng)地的沉積控制。③侵蝕控制構(gòu)筑物。其主要特點(diǎn)是用各種材料制成不同形狀的構(gòu)筑物，鋪設(shè)在地表達(dá)到控制侵蝕的目的。它們多用于復(fù)墾土地溝渠的邊坡防護(hù)、坡地的防護(hù)、梯田埂等的防護(hù)。三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展④水力播種與覆蓋。這一技術(shù)與產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于復(fù)墾土地的重新植被，具有速度快、成活率高、復(fù)墾率高等特點(diǎn)。常用于廢棄物頂部、陡坡、廢物堆、沙地等的植被建設(shè)與侵蝕控制。⑤人造表土，新近推出的有“生物土”和“無(wú)毒土”。二者都是有機(jī)產(chǎn)品，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植被生長(zhǎng)，減少侵蝕。⑥土壤水。它是一種有機(jī)聚合產(chǎn)品，可使水貯存起來(lái)，緩慢釋放，減弱水土流失。這些侵蝕控制措施雖然很有效，但由于成本太高，目前在我國(guó)尚未廣泛應(yīng)用。在前蘇聯(lián)，整個(gè)土地復(fù)墾過(guò)程分為2個(gè)基本階段：工程技術(shù)復(fù)墾階段和生物技術(shù)復(fù)墾階段，并且不同的復(fù)墾方法坡度要求不同。三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述1、國(guó)外研究進(jìn)展2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展我國(guó)礦區(qū)水土保持在新中國(guó)建立前尚屬空白。新中國(guó)誕生后，采礦、冶金、建筑企業(yè)高速發(fā)展造成的水土流失，引起了國(guó)家主管部門(mén)的注意，礦區(qū)水土保持才逐步有所發(fā)展，近年來(lái)其科研與工程項(xiàng)目取得了不少成績(jī)。白中科等從理論上初步分析了廢棄地中試用的新技術(shù)，包括黃土母質(zhì)直接鋪蓋工藝、污染巖層包埋壓埋工藝、堆狀地面排土工藝，暫時(shí)性、過(guò)度性、永久性水土保持措施，硬化與非硬化排水渠系，草灌喬木合理配置模式[24]。三.

礦區(qū)水土流失防治措施發(fā)展概述2、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展卞正富等在討論了礦區(qū)水土流失的表現(xiàn)形式，提出了控制礦區(qū)，尤其是復(fù)墾區(qū)水土流失的設(shè)計(jì)方法與措施，結(jié)合案例介紹了生物多樣性指數(shù)在礦山水土保持區(qū)適種植物品種及種植方案優(yōu)選時(shí)的應(yīng)用[25]。胡振琪提出我國(guó)在煤礦區(qū)實(shí)施的防治土壤侵蝕的措施主要是土地復(fù)墾和造林綠化，其關(guān)鍵是選擇適宜的植物種，科學(xué)的種植技術(shù)和合理的撫育管理方式[3]。這些措施在一定程度上都有效地控制了水土流失，減輕了環(huán)境污染。三.