2021-4-9 | 生态修复论文
作者：陈东 单位：中煤国际工程集团 沈阳设计研究院
水土保持生态修复是指在水土流失区采取一定的人工辅助措施，使自然界本身固有的再生能力得以最大限度地发挥，促进植被的持续生长发育和演替，从而保护并改善受损的生态系统。在煤矿建设和煤炭开采过程中，因改变地形地貌对自然景观造成了难以恢复的破坏。矿区的开发不仅破坏土壤环境，而且各种废弃物直接或间接地污染河流、水库、地下水等。采矿业对生态环境的危害现受到社会广泛关注，矿山生态环境治理也已成为世界性的课题之一。现以山西省侯甲煤矿项目为研究对象，针对矿区开发建设过程中产生的水土流失和生态问题，提出水土保持及生态修复措施，以期为当地的矿产资源开发和生态环境修复提供科学依据和技术支撑。
1项目区概况
项目区矿井位于太行山南段西侧，区内沟谷（多呈“V”字型）纵横，地形起伏较大。西部与南部主要为黄土丘陵阶地区，东部与北部主要为侵蚀剧烈的低山区。井田呈不规则多边形，东西宽1.40～2.10km、南北长1.34～2.22km，面积为3.6381km2。井田的设计可采储量为12054kt，服务年限为10.3a。项目区位于山西省级水土流失重点监督区沁水煤田区内，为县级水土流失重点治理区，以水力侵蚀为主；气候属东亚暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，多年平均降水量583.9mm，多年平均蒸发量1735.7mm，多年平均气温11.8℃。由于人为破坏及受自然条件限制，项目区常见的植被为旱生落叶灌丛植被。
2水土保持生态修复分区防治措施
2.1工业场地防治区
2.1.1水土保持工程措施工业场地防治区的主要防治对象为场内扬尘污染、周边风沙及坡面径流产生的水土流失等。因此，主体设计了场区排水沟、涵洞、护坡、场区挡土墙、防风抑尘网等拦挡工程。在末煤储的煤场周边及回车场地周边布置了580m长的防风抑尘网，有效降低了风速，防止了大风天气的风蚀。在工业场地内部设计断面尺寸为0.4m×0.5m的浆砌石排水沟，其中排水明沟长2100m、盖板排水沟长750m，用分支引流的方式集中排出场地的内部雨水。沿草沟沟底修建半圆拱排水涵洞（断面尺寸为1.2m×1.4m），导出沟底汇流。排水工程均采用M5水泥沙浆砌MU30片石砌筑，减少了汇流对地面的冲刷，具有较好的水土保持功能。在平台之间设置浆砌石挡土墙，石量为8480m3。在工业场地内主体设置浆砌石护坡，面积为5300m2。
2.1.2态植被恢复措施工业场地防治区的水土保持措施以绿化为主，主体工程设计的总绿化面积为2.67hm2，绿化系数为23%，在美化办公环境的同时，也符合水土保持要求。根据当地气候条件，冬春季以栽植乔木为主，夏季以栽植草坪、花卉为主。阔叶乔木栽前需用水浸根24～48h，使苗木充分吸水。栽植前，对苗木根部进行必要的修剪，剪掉腐根和过长根。剪掉树冠的病虫枝和折枝，并适当修剪较稠密的细弱小枝，以使枝条分布均匀。栽后在树穴四周培土，并及时均匀浇水，待水渗下后，再在表层覆土。花灌木树种的根量大、须根多，不需剪根系，栽时放入穴内分层覆土踏实，栽后修剪枝条，保留适当高度。
2.2场外道路防治区
2.2.1水土保持工程措施道路建设使地面裸露，对原地貌和植被造成了较大的破坏。再塑地貌在集中强降雨的条件下，容易产生水土流失，故道路两侧的防护措施尤为重要。主体已设计的工程防护措施主要有进场道路挖方侧浆砌片石排水沟和填方侧浆砌石挡土墙。其中浆砌石排水沟的底宽为0.40m，深度为0.40m，内侧边坡为1.0∶1.5，外侧边坡为1.0∶1.0，断面为梯形。浆砌石挡土墙采用M7.5浆砌片石结构，砌筑量1100m3。本研究新增的水土保持与生态修复工程措施是在排矸场道路挖方侧修建浆砌石排水沟，水沟断面设计为矩形（尺寸为0.4m×0.4m），砌石厚度0.30m，砂砾石垫层厚0.1m。
2.2.2生态植被恢复措施施工结束后，对需要进行植被恢复的区域进行全面整地，整治面积为0.24hm2。在进场道路一侧栽植两排行道树，采用垂柳与碧桃株间混交的方式。在爆破材料库道路两侧各栽植一排行道树，树种也为垂柳与碧桃株间混交；排矸场道路两侧各栽植一排行道树，树种为刺槐与白蜡株间混交。单行栽植的株距为3m，两行栽植的株行距为3m×2m。为防治路基边坡水土流失，在雨季向边坡撒播白羊草草籽1.20kg。
2.3排矸场防治区
排矸场的最大堆渣高程为780m，库容为8.15万m3，坝址以上的流域面积为0.04km2。根据《防洪标准》（GB50201-94），工程采用20年一遇设计标准、50年一遇校核标准。排矸场坝高、面积及库容的关系见图1。
2.3.1水土保持工程措施由于建设场内的地形起伏较大，且年降雨量较集中，因此矸石的排放及堆置会造成较大的水土流失。根据主体工程的排矸特点，矸石山的水土流失主要表现为排矸过程中的扬尘和矸石堆置过程中的水蚀。为防止矸石流失，拦挡工程设计为浆砌石挡渣墙初期坝和堆矸坡面复合型挡渣工程。排矸场挡渣墙建成后，从挡渣墙墙背处开始自下而上采取分段分层的排放方式。排矸场设有3道堆矸坡面，坡面高5.0m，坡度为1.0∶2.5，两堆矸坡面之间留5.0m宽的马道。马道内侧设排水沟，与排矸场两侧布设的截、排水沟相连。挡渣墙的断面见图2。
2.3.2生态植被恢复措施矸石堆置时间较长，在风力作用下将加重水土流失，因此排矸场的生态植被恢复尤为重要。对排矸场堆矸平台的表面、坡面及马道覆土，然后进行植树造林绿化。在堆渣坡面栽植金银花绿氏进行护坡，栽植方式为穴植，株距为1.0m，行距为1.2m；在堆矸平台（包括马道）栽植乔木，树种为常绿树种油松和彩叶树种元宝枫，采用行间混交方式，株距2.0m，行距3.0m，呈“品”字形排列。马道及平台在植树前进行整地作业，规格为40cm×40cm。
2.4场外输电线路防治区
在施工过程中，输电线路的管线敷设、临时施工便道的修建、立杆、回填等最易造成水土流失，施工结束后应尽快恢复原有地貌。施工结束后，对需要进行绿化措施的区域进行全面整地，整治面积为4.57hm2，然后采取种草方式进行植被恢复。草种选用白羊草，播种方式为条播，共撒播草籽137.1kg。
2.5采空沉陷影响区
该矿区主要为黄土丘陵阶地区，沉陷区土地复垦以充填复垦为主。对沉陷区进行综合整治，及时堵塞裂缝，平整沉陷耕地，以恢复沉陷耕地使用能力和防止水土流失。全井田受沉陷影响的耕地主要为旱地。对塌陷稳定、坡度小于25°的坡耕地采取坡改梯技术，以提高作物产量。梯田复垦主要沿地形等高线方向修筑。修正田面时，应将推平的梯田面修正为外高里低的内倾式逆坡，坡度为l～3°，并在棱坎顶部筑一蓄水埂（顶宽25cm，埂高20cm）。梯田设计示意图见图3。复垦井田内受沉陷影响的林地时，一般采取两种方案：一是及时扶正树体，填充裂缝，保证其正常生长；二是根据海拔、坡向、坡度、土壤质地、土层厚度等，采取适宜的征地措施，选择适宜的品种，增加植被覆盖率。缓坡地应全面整地，清除杂草、灌木、石块，复垦为林地；较陡坡地多采用鱼鳞坑方法修复。布置鱼鳞坑时，从山顶到山脚每隔一定距离挖一排月牙型坑，每排坑均沿等高线挖，上下两坑既交叉又互相搭接，呈“品”字形排列（见图4）。等高线上的鱼鳞坑间距（株距）为1.5m（约为坑径的2倍），上下两排的坑距为1.5m，坑深为0.5m。挖坑取出的土应培在坑外沿，并筑成半圆埂，以增加蓄水量。埂中间高两边低，可使水从两边流入下一个鱼鳞坑。