牛文鹏，吴 丹，杨 敏，高 俊

(珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510000)

随着经济的发展和工程建设的需求急剧增大，珠江三角洲地区花岗石市场需求旺盛。在大型花岗岩矿开采过程中，人为施工因素已经成为水土流失的主导因素[1]，防治开发建设项目导致的水土流失是区域水土保持的关键[2]。

广东省珠海市斗门区斗门镇竹仔岭矿区建筑用花岗岩矿为新建生产建筑用花岗岩石场建设项目，为采矿破碎联合工程，各防治分区均存在不同程度的水土流失隐患，剥离风化土和风化岩规模114万m3/a。水土流失主要存在于场地内裸露地表、尚未绿化的裸露边坡、临时堆土等区域，扰动地表面积144.30hm2，损毁植被面积129.29hm2，严重加大了水土流失发生的可能性和危害程度。

本文以花岗岩石场建设项目施工预期造成水土流失破坏为研究背景，在水土流失防治分区的基础上进行水土流失预测，并采取工程与植物措施相结合的综合防治措施，以期使由工程建设引起的水土流失降到最低程度，达到保水固土的目的。

1 项目区流失现状和危害分析

1.1 工程建设区水土流失现状

竹仔岭矿区项目位于珠海斗门区斗门镇，不属于国家级及广东省水土流失重点预防区和重点治理区，但属于珠海市水土流失重点治理区，区域水土流失主要为受水力侵蚀的南方红壤丘陵区，植被覆盖密度较高，水土流失轻微[3]。项目区土壤侵蚀类型区属南方红壤丘陵区，以微度水力侵蚀为主，容许土壤流失量500t/(km2·a)，目前设计阶段施工扰动较小。

1.2 水土流失危害分析

分析周边的环境现状和施工开采计划，发现本项目占地面积大，开挖土石方量大，施工时间较长，施工工艺比较复杂，将对地表扰动破坏的程度也相应较大。具体表现如下。

(1)影响附近林地和基本农田，矿区周边主要为林地，皮带廊两侧为基本农田，如防护不当，松散堆土可能会压占及破坏植被[4]，进而对周边植物的正常生长和当地生态环境造成一定的危害和不良影响。

(2)影响周边溪沟行洪和防洪，矿区北侧和东侧有山塘、鱼塘和小溪流，矿山生产过程中松散土方以及排土场堆放的松散剥离覆土在降雨的冲刷以及径流的作用下易进入山塘和小溪流中[5]，进而造成溪流堵塞而影响行洪能力。

(3)影响周边村民的正常生活。矿山地表大面积裸露，形成人为的高陡边坡，将使土壤下渗、涵养水分的能力降低，植被难以生长，若不注重水土流失的全面防治，势必对附近村民的正常生产生活带来负面影响。

2 水土流失分析与预测

科学预测工程建设过程中造成的水土流失及其影响，可为重建和恢复区域生态防护体系提供依据，从而保证项目建设的安全施工以及生态环境的良性循环。

2.1 预测单元及预测时段

根据项目区环境和水土流失现状，确定本工程水土流失预测范围为地表被扰动、损毁地表植被的面积。预测单元确定应按地形地貌、扰动方式、扰动后地表的物质组成、气象特征等相近的原则划分。

根据以上分析，本项目土壤流失量按露天采矿区、工业场地区、排土场区、办公生活区、矿山道路区、皮带廊区等6个预测单元进行测算。

工程可能造成的新增水土流失主要集中在工程建设期、自然恢复期和生产期3个阶段。各预测单元预测时段根据施工所处时段占整个雨季时段的比例计算，超过雨季长度而不足1a的按1a计算，自然恢复期按2a计算，矿山生产期按18a计算。

2.2 土壤流失预测

本地区容许土壤流失量为500t/(km2·a)。通过对在建项目实地调查或观测，经必要修正后得出预测单元和时段的土壤侵蚀模数，采用以下公式计算土壤流失量：

(1)

式中，W—土壤流失量，t；j—预测时段，j=1，2，3，即指基建期、生产期和自然恢复期3个时段；i—预测单元，i=1，2，3…(n-1)，n；Fji—第j预测时段，第i预测单元面积，km2；Mji—第j预测时段，第i预测单元土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Tji—第j预测时段，第i预测单元的预测时段长，a[6]。

经对现场进行水土流失调查，同时根据项目区周边植被覆盖状况、降雨以及气候条件等因素，工程占地范围土壤侵蚀模数背景值取值500t/(km2·a)。项目区自然恢复期采用土壤侵蚀模数值1000t/(km2·a)。

通过预测，在不采取任何水土保持措施的情况下，矿山基建期、自然恢复期以及生产期可能造成的土壤流失量总量为107452t，新增土壤流失100238t。从预测结果来看，水土流失主要发生在露天采矿区及工业场地区。分区预测结果见表1。

表1 水土流失量预测结果

3 水土保持措施

3.1 防治区划分

根据各区之间具有显著差异性，相同区内造成水土流失的主导因子相近或相似，一级分区应具有控制性、整体性、全局性，各级分区应层次分明，具有关联性和系统性的分区原则[7]，工程建设的施工特点及工程类型，考虑到本项目施工过程中主体工程产生的水土流失类型、强度的差异，本项目划分为露天采矿区、工业场地区、排土场区、办公生活区、矿山道路区、皮带廊区等6个水土流失分区。

3.2 水土流失防治措施体系

本项目水土流失防治措施总体布局遵循“因地制宜、因害设防”的原则。根据工程特点，主要采用排水、沉沙、拦挡等措施相结合的防治方案。

工程建设期以临时排水、沉沙、拦挡、苫盖等临时措施为主，工程建设后期则以工程措施与植物措施相结合，排水工程和绿地建设为主。本工程形成一个完整的水土流失防治体系。

3.3 水土保持典型措施

本项目各项措施在保障主体工程正常运行的同时，亦有部分措施具有水土保持功能，主要包括绿化工程、边坡生态防护、排水工程及路面硬化等[7]，详见表2。

表2 对主体工程设计中具有水保功能的措施

3.3.1 临时排水沟和沉沙池

本项目区外汇水面积较大，单个汇水区均有多个排水出口，根据主体工程设计排水沟尺寸，在汇水区内布设临时排水沟，在各独立汇水分区设置多种类型的临时排水沟，可根据现场实际情况调整临时排水沟尺寸。主要有砖砌和土质2种，如图1所示。

沉沙池池壁及池底采用M7.5蒸压灰砂砖衬砌，并用1∶2水泥砂浆抹面，底部为现浇C15混凝土底板。如图2所示。

图1 临时排水沟平面示意图

图2 多级沉沙池剖面图

3.3.2 临时拦挡典型布设

施工过程中，为防止水土流失，在临时堆土的边坡坡脚处设置土袋挡墙，采用编织袋装土进行临时拦挡，采用梯形断面。

3.3.3 临时覆盖布设

在土方临时堆放过程中，如遇暴雨、大暴雨等恶劣天气，在降雨来临前对场地内堆放土方及还未夯实的松散裸露地表采用土工布进行临时覆盖，防止施工期间松散泥沙直接随雨水冲刷进入周边排水通道，对雨水管道造成淤积或堵塞，影响周边雨水的排放。

3.3.4 挡水埂

为了使路基地表径流能够集中到坡面截排水沟，在路基与边坡交接处设置一道土质挡水埂挡水。挡水埂就地采用筑路土方填筑，每隔200m预留缺口与坡面急流槽连接。挡水埂断面为梯形，顶宽20cm，底宽40cm，高20cm。

3.3.5 表土剥离

项目占地为耕地、林草地，林草地表层土所含表土的腐质较高，耕地土壤肥力较高，都是比较宝贵的土壤资源，需进行表土剥离保留，用于后期绿化覆土。表土采用机械配合人工剥离的方式，剥离厚度20～30cm，直接运输至东段路基工程区回填。

3.3.6 植物措施布设

本项目所在地土壤类型主要为赤红壤，赤红壤往往侵蚀严重，土体薄，林木立地条件差，生物积累量较少，肥力较低，富含钙质，但生物积累量比较弱，速效磷含量低。因此，在布设植物措施时，应选择耐瘠薄耐干旱、固土能力强、适应性强的植物。

按照“适地适树、适地适草”的原则选择狗牙草、百喜草等为主要草种，施工时因地制宜择优选种。草本采用撒播的方法，将草籽均匀撒在整好的地上，然后用耙或耱等方法覆土埋压，覆土厚度一般为0.5～1.0cm，草籽撒播一般在雨季较好。

4 矿区水土保持监测与评价

4.1 水土保持监测

水土保持监测是从保护水土资源和维护生态环境的角度出发，运用多种手段和方法，及时掌握主体工程建设引发水土流失的影响因子、扰动范围和土壤侵蚀强度及其动态变化，对水土保持措施的防治效果作出科学的评价[8]。

本项目监测内容主要为扰动地表情况，取土(石、料)，弃土(石、渣)情况，水土流失情况和水土保持措施实施情况及效果等。监测方法主要采用地面观测、实地量测、无人机监测、资料分析相结合的方法。水土保持监测点布设应遵循代表性、方便性、少受干扰的原则，选择水土流失较大的位置，水土流失造成危害较大的区域，本项目共布设6个水土保持重点监测点。

4.2 水土保持评价

本项目总占地面积为144.30hm2，项目建设将扰动地表、破坏土地，扰动地表类型主要为其他土地、草地、水域及水利设施用地和交通运输用地。通过实施本方案，至基建期设计水平年，预计可以达到以下几个方面的效果。

(1)水土流失治理度方面，基建期施工造成水土流失的总面积为70.09hm2，水土流失治理达标面积69.74hm2，治理度达到99.79%。

(2)土壤流失控制比方面，水土保持措施效益显著。基建期末的水土流失侵蚀模数目标值为500t/(km2·a)，实际控制值为500t/(km2·a)，方案水土流失控制比达1.0。

(3)渣土防护率方面，基建期内共产生弃方总量118.97万m3，其中111.69万m3矿泥被压滤成泥饼，提供给其他企业制砖；厂区建设产生弃方7.28万m3，将其运至排土场堆放，拦渣率达99%。

(4)表土保护率方面，根据工程征占地情况，防治责任范围内表土剥离总量约18.72万m3，表土剥离后堆放于排土场用于后期绿化覆土，表土保护率可达到99%。

(5)林草植被恢复率方面，基建期末可恢复植被面积2.76hm2，至设计水平年末，植被恢复面积2.76hm2，林草植被恢复率可达到100%，减少了工程建设对项目建设区的影响。

(6)林草覆盖率方面，建设区面积为39.64hm2，植被恢复面积为2.76hm2，林草覆盖率为6.96%。

通过以上的定量分析，基建期末水土保持措施实施后矿区内水土保持基础效益中水土流失治理度、土壤流失控制比、渣土防护率、林草植被恢复率、林草覆盖率等各项防治指标均可达到或超过方案确定的目标值。具体见表3。

表3 防治效果分析值与防治目标值对比分析表

5 结论

本文以花岗岩石场建设项目施工期和植被恢复期造成水土流失破坏为研究背景，从水土流失分析与预测、水土保持措施体系以及水土保持监测与评价多方面进行分析论证，工程共划分6个水土流失防治分区，主要采用排水、沉沙、拦挡等措施相结合的防治方案，工程建设期以临时排水、沉沙、拦挡、苫盖等临时措施为主，工程建设后期则以工程措施与植物措施相结合，排水工程和绿地建设为主。本方案实施后，矿区各项防治指标均可达到或超过方案确定的目标值。

本文重点研究花岗岩石场建设项目施工期和植被恢复期水土流失预测与水土保持措施体系，工程实施后具有显著的生态效益，本文仅简单定量分析，今后仍将加强对水土保持效益科学评价体系的研究。