煤礦水土流失預(yù)測內(nèi)容及方法

煤礦水土流失預(yù)測內(nèi)容及方法1水土流失預(yù)測時段根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》（SL2098），水土流失預(yù)測時段根據(jù)建設(shè)項目所處的不同階段，分基本建設(shè)期和生產(chǎn)運(yùn)行期。AA煤礦采用硐采方式對地下煤炭進(jìn)行開采，項目建設(shè)期間施工場地將進(jìn)行大量的地表開挖、井巷開拓、植被破壞、棄渣堆放等過程，易在多處施工場地造成不同程度的水土流失現(xiàn)象；而項目轉(zhuǎn)入生產(chǎn)運(yùn)行期后，大規(guī)模開挖擾動地表及破壞植被的活動基本結(jié)束，新增的水土流失源主要是排矸場，由于水土保持措施的配套實施，水土流失現(xiàn)象將得到有效控制，可能發(fā)生的水土流失量較少。因此根據(jù)建設(shè)項目的特點，本項目的水土流失預(yù)測劃分為建設(shè)施工期和生產(chǎn)運(yùn)行期兩個時段，本報告書的預(yù)測以建設(shè)施工期為主要預(yù)測時段。AA煤礦工程建設(shè)期為2.5年，即2021年6月至2021年12月，水土流失預(yù)測時段與之相對應(yīng)；生產(chǎn)運(yùn)行期以10年為期限，因此生產(chǎn)期水土流失預(yù)測時段為2021年12月～2021年12月。2水土流失預(yù)測內(nèi)容及方法本項目的水土流失預(yù)測分建設(shè)施工期水土流失預(yù)測及生產(chǎn)運(yùn)行期水土流失預(yù)測兩個部分，其中建設(shè)施工期可能發(fā)生的水土流失現(xiàn)象點多面廣、來源多樣、程度輕重不一、治理措施各種各樣，因此作為重點預(yù)測內(nèi)容。AA煤礦的建設(shè)施工內(nèi)容主要包括地面開挖、場地平整、井巷掘進(jìn)、設(shè)施建設(shè)（包括各種主體構(gòu)建筑物及輔助設(shè)施）、設(shè)備安裝、場地清理等過程，這些過程都可能產(chǎn)生一定的水土流失現(xiàn)象。根據(jù)項目的工程特點及施工組織安排，結(jié)合項目所在地及施工場地的實際情況，本項目建設(shè)施工期的水土流失預(yù)測包括以下內(nèi)容，并針對不同的內(nèi)容采取各種預(yù)測方法（見表1）。AA煤礦在基建結(jié)束后，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)運(yùn)行，在生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的煤矸石，這些煤矸石堆放在排矸場，成為新的水土流失來源，因此本項目生產(chǎn)運(yùn)行期的水土流失預(yù)測內(nèi)容為排矸場的水土流失情況預(yù)測。3水土流失預(yù)測3.1擾動地表面積由于礦區(qū)道路已經(jīng)基本修建完畢，工業(yè)廣場也已形成一定規(guī)模，AA煤礦在后續(xù)的建設(shè)及生產(chǎn)過程中，主要施工場地包括工業(yè)廣場區(qū)、排矸區(qū)和施工臨時用地區(qū)等幾個部分，建設(shè)與生產(chǎn)過程中的場地平整、土方開挖與回填、棄土與矸石堆放等活動將使這些區(qū)域的原有地形地貌受到嚴(yán)重破壞，原有的地表植被及其他水保設(shè)施將完全改變，同時還將影響到與建設(shè)、生產(chǎn)相關(guān)的一些區(qū)域。經(jīng)統(tǒng)計，AA煤礦項目的建設(shè)擾動地表面積共計8.88hm2，詳見表2。3.2建設(shè)施工期棄渣量AA煤礦主體施工項目包括工業(yè)廣場、排矸場的建設(shè)及井筒掘進(jìn)，其中工業(yè)廣場原有地形標(biāo)高在318.2～386.0m，平整后廣場主體標(biāo)高在339m～342m；井筒掘進(jìn)包括+339主平硐、+380風(fēng)井、+425風(fēng)井、+450風(fēng)井及+450排矸斜井，各井筒特征見表3-4，其中已施工的井筒為+339主平硐和+380風(fēng)井。項目施工過程挖填方量最大的項目包括工業(yè)廣場建設(shè)及井巷開拓。根據(jù)項目可研，工業(yè)廣場的挖方量為26000m3，填方量為20210m3，大部分挖方量直接作為填方量使用，多余的挖方量堆放到位于工業(yè)廣場南面的棄土場；各井筒掘進(jìn)過程產(chǎn)生的矸石量共計174082m3（實表1AA煤礦水土流失預(yù)測內(nèi)容和方法序號預(yù)測項目預(yù)測內(nèi)容預(yù)測方法1擾動面積項目建設(shè)及生產(chǎn)過程中擾動各類地表的面積數(shù)量通過對項目主體工程及施工過程的分析，參考項目可研及其他有關(guān)資料，確定項目建設(shè)與生產(chǎn)過程造成的擾動地表地段，對擾動面積進(jìn)行預(yù)測、統(tǒng)計2損壞水土保持設(shè)施面積原地貌、植被、土地和水土保持設(shè)施破壞的程度和數(shù)量通過實地調(diào)查掌握土地利用現(xiàn)狀及各種水土保持設(shè)施的現(xiàn)狀與背景，再通過地形圖圖面量測確定具體數(shù)量3棄渣項目建設(shè)及生產(chǎn)過程將產(chǎn)生的棄渣來源、數(shù)量、堆放占地面積、堆放高度等根據(jù)項目可研并結(jié)合地形圖確定施工及生產(chǎn)過程各開挖堆填項目的土石方平衡量、棄渣堆放場地情況4可能造成的水土流失水土流失形式、水土流失面積、水土流失量根據(jù)項目主體工程的具體情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)、土壤、植被、降雨等因素綜合判斷可能發(fā)生的水土流失形式，通過水土流失方程計算具體流失量5水土流失可能造成的危害上述水土流失可能對水土資源、土地生產(chǎn)力、主體工程及自然生態(tài)的潛在危害在綜合上述各項預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)可能造成的水土流失形式、數(shù)量、位置及周圍自然生態(tài)環(huán)境特點對可能危害進(jìn)行預(yù)測表2項目建設(shè)擾動地表面積分區(qū)表單位：hm2土地類型項目區(qū)旱地林雜坡地耕地已建面積擾動地表面積小計工業(yè)廣場區(qū)0.161.680.321.753.91排矸區(qū)0.363.26－－3.62棄土場區(qū)0.020.310.18－0.51排矸場下游影響區(qū)0.080.64－－0.72施工臨時用地區(qū)0.020.10－－0.12土建施工區(qū)平整后工業(yè)廣場0.86設(shè)備安裝區(qū)平整后工業(yè)廣場0.42合計8.88注：1、工業(yè)廣場區(qū)面積共計3.91hm2，已建面積計入擾動區(qū)；2、排矸場下游影響區(qū)按排矸場面積20%計算；3、棄土場區(qū)指工業(yè)廣場以外的棄土區(qū)域；4、土建施工區(qū)與設(shè)備安裝區(qū)都位于工業(yè)廣場范圍之內(nèi)，面積不重復(fù)計算。方），全部堆放到排矸場，見表3。表3井巷工程匯總表序號項目名稱長度（m）自然方（m3）實方（m3）1井筒356022138265662+339運(yùn)輸大巷及排矸巷1850+80018285219423+150大巷150010350124204一采區(qū)610032735392825二采區(qū)350018550222606三采區(qū)716037948455387通風(fēng)系統(tǒng)1056007208排水系統(tǒng)400316037929供電系計25115=SUM(ABOVE)145068174082注；矸石的實方系數(shù)取1.2，松方系數(shù)取1.4。排矸場施工過程主要進(jìn)行攔矸壩及沉淀池的建設(shè)，平整工作量較小，產(chǎn)生的少量土方直接堆放在排矸場內(nèi)。本項目所需的砂、石料大部分從市場采購（部分利用井筒掘進(jìn)出矸），采購時需從水行政、環(huán)保和礦產(chǎn)等部門許可并已編制水土保持方案的料場購買。各部分的挖填方量、棄渣量見表4。表4施工期間各主體項目土石方平衡計算表單位：m3序號施工項目挖方填方棄方借方備注1井巷掘進(jìn)174082174082堆放到排矸場2工業(yè)廣場31200240007200棄方到棄土場3排矸場7272棄土到排矸場4合計20535424072181282注：1、表中土石方皆為實方，下同；2、施工所需砂、石料皆從市場購買。3.3生產(chǎn)期棄渣量生產(chǎn)期間的棄渣量即排矸量。根據(jù)項目可研估算，生產(chǎn)期間AA煤礦的排矸量為9萬噸/年，共計排矸量45萬m3（生產(chǎn)期按設(shè)計水平年計算，矸石容重為2t/m3（自然方）），全部通過井巷轉(zhuǎn)運(yùn)后堆放到排矸場。3.4項目建設(shè)和生產(chǎn)損壞水土保持設(shè)施面積本項目建設(shè)和生產(chǎn)過程共擾動地表面積8.88hm2，擾動地表的土地類型有旱地、林雜坡地、耕地等，這些土地都屬于現(xiàn)有的水土保持設(shè)施，項目建設(shè)和生產(chǎn)后這些水土保持設(shè)施將受到損壞，因此本項目損壞水土保持設(shè)施面積為8.88hm2，詳見表5。表5損壞現(xiàn)有水土保持設(shè)施面積統(tǒng)計表損壞水保設(shè)施分區(qū)損壞面積（hm2）征地類型備注工業(yè)廣場3.91永久征地含已建部分棄土場0.51排矸場3.62排矸場下游影響區(qū)0.72臨時征地施工臨時用地區(qū)0.12臨時征地不含永久征地部分合計8.883.5項目建設(shè)與生產(chǎn)過程可能造成的水土流失面積及流失總量=1\*GB2⑴原有水土流失量根據(jù)本項目建設(shè)及生產(chǎn)過程損壞的水土保持設(shè)施面積，結(jié)合項目區(qū)林草植被情況分析，輔以現(xiàn)場勘查、地形圖勘測結(jié)果，項目區(qū)主要土地類型是林雜坡地、農(nóng)田、旱地、坡地等，原有地表植被覆蓋良好，平均侵蝕模數(shù)為350t/km2·a，由此計算項目建設(shè)及生產(chǎn)區(qū)在計算期限內(nèi)的原有土壤侵蝕量為172.55t，計算結(jié)果見表8。=2\*GB2⑵水土流失面積預(yù)測根據(jù)本項目建設(shè)施工與生產(chǎn)運(yùn)行的特點，對水土流失影響因素進(jìn)行分析，詳見表6。表6水土流失影響因素分析表編號項目損壞植被棄土棄渣水土流失1土方開挖損壞開挖地表植被土方開挖時產(chǎn)生棄土開挖面易產(chǎn)生水土流失2土方填筑填筑面上植被受損無不易產(chǎn)生水土流失3土建施工一般不損壞植被少量施工垃圾不易產(chǎn)生水土流失4設(shè)備安裝一般不損壞植被無不易產(chǎn)生水土流失根據(jù)水土流失影響因素分析，項目施工期的土方開挖及棄土堆放等活動容易產(chǎn)生水土流失，針對本項目的各水土流失區(qū)分述如下：=1\*GB3①工業(yè)廣場區(qū)及棄土場區(qū)AA煤礦工業(yè)廣場利用原有在建的永豐煤礦工業(yè)廣場進(jìn)一步建設(shè)，目前工業(yè)廣場區(qū)已形成一部分，辦公大樓、汽車庫等已經(jīng)建好；工業(yè)廣場區(qū)的面積共計3.91hm2，待建部分區(qū)域面積共2.16hm2，原有地形標(biāo)高在318.2～386.0m，平整后廣場主體標(biāo)高在339m～342m，現(xiàn)有土地類型主要是疏林地、旱地、農(nóng)田（坡地）等。工業(yè)廣場區(qū)的東側(cè)山體開挖以及土地平整填筑過程將導(dǎo)致土壤裸露，產(chǎn)生大量土石方，容易產(chǎn)生水土流失。為防止該區(qū)域水土流失的發(fā)生，開挖山體應(yīng)設(shè)置護(hù)坡，填筑區(qū)應(yīng)設(shè)置擋土墻，工廣區(qū)域邊沿應(yīng)盡快搞好排水溝。項目建成運(yùn)行后，工業(yè)廣場區(qū)主要由主體建構(gòu)筑物、場內(nèi)交通道路及場區(qū)綠化植被覆蓋，裸露地表較少，一般不再產(chǎn)生水土流失。工業(yè)廣場在施工期產(chǎn)生的挖方大部分作為填方使用，多余挖方作為棄方堆放到位于工業(yè)廣場區(qū)北側(cè)的棄土場，棄土場區(qū)面積0.51hm2，也容易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象，應(yīng)注意做好相關(guān)的水保防護(hù)工作。=2\*GB3②排矸場本項目的排矸場位于AA井田＋450m排矸平硐旁的山坳，征地3.62hm2，堆積容量9.5×105m3。排矸場所在地基本為林雜坡地，現(xiàn)有地表植被以灌木和草類為主，間雜一些小喬木。排矸場施工期間主要是修建攔矸壩和淋溶水沉淀池，同時進(jìn)行一些填方及掘進(jìn)矸堆放；由于本身施工量小，排矸場在施工期間產(chǎn)生的水土流失很少，進(jìn)行矸石堆放后，由于堆放的矸石屬于塊狀固體，在設(shè)置好攔矸壩后，也不易產(chǎn)生水土流失，但在大量山溝匯水的沖刷下，可能會發(fā)生矸石塌陷流失事故，因此應(yīng)設(shè)置好截洪溝。另外，排矸場區(qū)考慮20％的影響區(qū)域，共計影響面積為0.72hm2。=3\*GB3③施工臨時用地區(qū)施工臨時用地區(qū)指永久征地以外的施工用地，主要位于工業(yè)廣場征地附近，作為施工輔助區(qū)域使用，預(yù)計使用面積0.12hm2。施工臨時用地區(qū)進(jìn)行一些施工輔助作業(yè)，如混凝土攪拌、砂石料堆放、施工人員居住等，本身也存在建設(shè)過程，在管理不善的情況下，也存在發(fā)生水土流失的風(fēng)險，因此應(yīng)采取合理措施進(jìn)行防治。根據(jù)項目建設(shè)可能造成的水土流失分析，水土流失重點區(qū)域主要是工業(yè)廣場區(qū)，排矸場區(qū)可能發(fā)生的水土流失量相對較小，項目水土流失總面積等于損壞的水保設(shè)施面積，為8.88hm2，水土流失面積統(tǒng)計詳見表6。=3\*GB2⑶建設(shè)項目水土流失量預(yù)測根據(jù)前面的分析，AA煤礦水土流失重點預(yù)測時段為建設(shè)施工期，在施工過程中的水土流失重點區(qū)域包括工業(yè)廣場區(qū)，水土流失量的預(yù)測以該區(qū)域為重點；運(yùn)行期則主要預(yù)測排矸場的水土流失情況。=1\*GB3①預(yù)測方法水土流失量與水土流失因子（降雨、地形、地面組成物質(zhì)、區(qū)域內(nèi)植被覆蓋率、水土保持工程措施情況等）有關(guān)，工業(yè)廣場、道路等擾動地表區(qū)域的水土流失預(yù)測方法，采用修正的美國通用土壤流失方程式（USLE）進(jìn)行預(yù)測。該模型在×省內(nèi)做過人工模擬試驗，在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上給出了各因子的經(jīng)驗計算公式?！潦∞r(nóng)林大學(xué)對×省1985年-2021年徑流實驗和雨滴特征研究資料進(jìn)行了系統(tǒng)分析整理，導(dǎo)出了×省降雨動能與雨強(qiáng)的關(guān)系式，導(dǎo)出了×省降雨侵蝕力R值的便算式，擬定了適合×省的K值和LS值的具體算法。修正的美國通用土壤流失方程式（USLE）：A＝f·R·K·LS·C·P式中：A―—單位面積土壤流失量（t/km2·a）f―—換算系數(shù)R―—降雨侵蝕力因子K―—土壤可蝕性因子LS—―坡度坡長因子C―—生物因子p―—控制侵蝕措施因子a.換算系數(shù)f美國通用土壤流失方程式采用的是英制單位，與常用的公制單位換算系數(shù)f＝224。b.降雨侵蝕力因子R×省降雨侵蝕力因子R采用以下簡便算式計算：式中：Pi為月降雨量（mm）。項目區(qū)多年平均降雨量特征值見表3-6。根據(jù)上述相關(guān)氣象資料計算得項目區(qū)降雨侵蝕力R值為270.9。c.土壤可蝕性因子KK因子反應(yīng)土壤對侵蝕的敏感度，K值越大，敏感度越高，越容易受到侵蝕，K因子大小取決于土壤質(zhì)地層（粘粒、粉粒、砂粒）和有機(jī)質(zhì)含量?！潦⊥寥揽晌g性因子K取值的經(jīng)驗方程式為：K＝（1680－2.31X1＋0.38X2＋2.26X3＋1.31X4－167X5）×10－3式中：X1——細(xì)礫（3～1mm）含量（%）X2——細(xì)沙（0.25～0.05mm）含量（%）X3——粗粉粒（0.05～0.01mm）含量（%）X4——細(xì)粉粒（0.01～0.005mm）含量（%）X5——有機(jī)質(zhì)含量（%）根據(jù)項目建設(shè)區(qū)土壤類型情況，項目水土流失預(yù)測土壤可蝕性因子K計算模式細(xì)礫含量X1以1%計，細(xì)沙含量X2以7%計，粗粉粒含量X3以13%計，細(xì)粉粒含量X4以11%計，有機(jī)質(zhì)含量X5以2%計，由此計算得K值為0.180。d.坡度坡長因子LS根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，×地區(qū)土壤侵蝕與坡度坡長的關(guān)系可采用以下經(jīng)驗公式計算：式中：θ——坡面的坡度（°）L——坡長（m）e.生物因子C生物因子C亦稱植被覆蓋因子，其大小與植被種類、覆蓋率有關(guān)，項目施工期的水土流失重點區(qū)域由于地表開挖及堆占，植被徹底破壞，表土裸露，取C＝1.0。f.控制侵蝕措施因子P控制侵蝕措施因子P亦稱水土保持因子，本處取P＝1.0。另外，工業(yè)廣場區(qū)挖方作為填方及棄方的水土流失量按棄土場水土流失的經(jīng)驗公式預(yù)測：W=Q×g×a式中：W——棄土場水土流失量，萬t；a——流棄比，取0.1～0.5；Q——棄土量，萬m3；g——棄土容重，1.8t/m3；工程棄土的流失情況與堆土年限有關(guān)，在土場堆土初期，土體松散、表面完全裸露，邊坡坡度處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，易受外力擾動而滑移，且新土體表面細(xì)顆粒易受降雨侵蝕，棄土流失情況較為嚴(yán)重；堆土一定年限后，棄土場不穩(wěn)定部分已基本滑塌穩(wěn)定，表面粗化，局部可能有雜草生長，堆土體進(jìn)入相對穩(wěn)定期，水土流失情況較初期明顯減輕。根據(jù)有關(guān)資料及棄渣場地形，施工期a值取經(jīng)驗值0.15。本項目施工期較長（2.5年），施工前期地面建設(shè)工程量較大，而施工后期主要是地下井硐工程，該階段地面水保設(shè)施已基本形成并發(fā)揮作用，因此不考慮項目運(yùn)行初期的水土流失情況。=2\*GB3②可能造成的水土流失量根據(jù)美國通用土壤流失方程式（USLE），對項目建設(shè)可能造成的水土流失重點區(qū)域進(jìn)行水土流失量預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，項目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失量為9659.8t，詳見表7。表7項目建設(shè)與生產(chǎn)可能造成的水土流失量水土流失區(qū)工業(yè)廣場區(qū)棄土場區(qū)排矸場區(qū)及影響區(qū)施工臨時用地區(qū)合計已建待建水土流失面積（hm2）1.752.160.51340.128.88原有平均侵蝕模數(shù)(t/km2·a)350350350350－原有水土流失量（萬t/a）7.561.7915.190.42施工期侵蝕模數(shù)(104t/km2·a)6－－1.5－施工期產(chǎn)生的水土流失量（t/a）993.62808－185691.6施工期預(yù)測時段（年）22.5－2.5－項目施工期產(chǎn)生水土流失量（t）2021.27020－459052.2運(yùn)行期侵蝕模數(shù)(104t/km2·a)－－0.28－－運(yùn)行期產(chǎn)生的水土流失量（t/a）－－60.76－60.76運(yùn)行期預(yù)測時段（年）－－10－－運(yùn)行期產(chǎn)生水土流失量（t）－－607.6－607.6預(yù)測時段內(nèi)原有水土流失量（t）15.1248151.91.05172.55新增水土流失量（t）－－－－9487.25注：1、施工期不考慮排矸場的水土流失變化；2、工業(yè)廣場區(qū)水土流失量只計算待建部分。3、棄土場區(qū)為工業(yè)廣場與棄土場挖填方產(chǎn)生的水土流失量；4、排矸場在運(yùn)行期未加防護(hù)措施情況下的侵蝕模數(shù)采用類比值，由于排矸量為逐年增加，預(yù)測流失量按0.5的系數(shù)計算。綜合考慮棄土場的地形、時段和數(shù)量等，工業(yè)廣場區(qū)與棄土場的挖填方產(chǎn)生的水土流失量約7020t，詳見表8。表8項目施工期挖填方可能造成的水土流失量項目數(shù)量備注挖填方量（m3）26000挖填方容量（t/m3）1.8挖填方量（t）46800施工期預(yù)測時段（年）2.5施工期流棄比0.15平均值施工期水土流失量（t）7020施工期水土流失量（t/a）2808平均值=4\*GB2⑷新增水土流失量根據(jù)表8，本項目區(qū)將在預(yù)測時段內(nèi)可能增加水土流失量為9487.25t。3.6項目建設(shè)及生產(chǎn)可能造成的水土流失危害根據(jù)以上預(yù)測，在未采取水土保持措施的情況下，項目建設(shè)及生產(chǎn)導(dǎo)致新增水土流失量達(dá)9487.25t，其中以棄土場在施工期可能產(chǎn)生的水土流失量最大，因此必須采取相應(yīng)的水土流失防治措施，防止水土流失的發(fā)生，避免對周