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摘 要：排土場是矿区水土流失的重点区域，该文通过对马钢姑山矿钟山排土场和南山矿凹山排土场的现状、水土流失治理措施及治理后的水土保持效益指标进行分析，明确了冶金矿山排土场水土流失治理应使剥离、排土、治理在时空上紧密结合，采取工程措施和植物措施相结合、工程措施先行、植物措施立体防护的治理方式，其中工程措施应以边坡防护、拦挡、排水、土地整治为主，植物措施应以当地乡土树种及试种成功的品种为主，并适当考虑景观效益和经济效益。
关键词：排土场 水土流失 工程措施 植物措施
中图分类号：TD854 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0054-02
我国矿产资源丰富，但随着近些年的发展，其储量仍无法满足日益增长的社会需求[1]。矿产资源开发在促进经济发展的同时也因破坏了自然环境和过分消耗了自然资源而成为生态地位最低的行业[2]。从我国的行业特点分析，矿区是生态环境破坏和水土流失较为严重的地区[3]。因此，在矿产资源开发过程中应结合水土流失特点，把水土保持与土地复垦、生态重建相结合，走一条良性可持续发展的道路[4]。
1 矿山排土场现状
矿山建设造成植被破坏、地表裸露改变了微地形，从而产生水土流失，其危害主要是破坏了原生生态环境，产生地质灾害和影响矿区小气候[3]。我国矿山开采初期都没有采取有效的水土流失防治措施，落后的开采加工运输各环节更加剧了水土流失。矿山生产形成的排土场不仅占压地表，同时易产生次生地质灾害，引发更严重的生态危害[5]。
1.1 马钢姑山矿钟山排土场概况
马钢（集团）控股有限公司姑山矿业公司已经有近九十年的开采历史，钟山排土场是由钟山铁矿露天采场闭坑后堆积形成，位于姑山采场西北约2km，东侧紧靠马芜高速公路，毗邻青山河。该排土场用于堆放姑山采场露天开采剥离的岩土，排放时大量表土层被堆积在排土场最下层，排土场斜坡为石渣和姑山矿采场剥离的第四纪流沙混排坡面，土壤渗透系数低，水土流失严重。
该排土场现已停用，占地面积22.8hm2，最高堆置标高60m，形成5个排土平台，标高分别为60m、50m、40m、30m、20m，台阶宽度为15～30m，排土场土地性质见表1。排土场早期局部有积水现象，自然植被以有害的葎草和苍耳为主，生态效益极为低下。经治理现已形成生态重建区、生态经济林区、生态防护区、农业复垦区、试验生态恢复区等生态治理区，植被覆盖度达70%以上，改善了区域环境及景观。
1.2 马钢南山矿凹山排土场概况
马钢南山矿凹山排土场位于凹山采场东部，占地面积300hm2，其总容量为1.3亿t岩石，承担着凹山采场和东山采场的排土任务，现已服务期满。该排土场形成时间较早，其所排废渣以表土、岩石、围岩等组成，受废石排弃影响，颜色分层较为明显，100cm左右为紫红色砾石，下层均为土黄色砾石。表层废石虽有部分风化，但基本不具备土壤性质，其结构松散，有机质含量低，土壤级配差，保水性差，降雨后废石淋溶水多呈紫红色，pH值2～4之间，对于一般植物即使发芽，其在酸性条件下也难以成活。凹山排土场土壤性质见表2。
目前，该排土场堆积高度约为150m，分为+80m、+105m、+130m等多个平
台。因排土边坡堆放不规则，时常发生泻溜、沟蚀等状况，沟蚀面积占边坡的50%以上。从现有植被来看，自然恢复植被仅有狗尾草、马唐、野蔷薇等，人工恢复植被有合欢、紫穗槐、狗牙根等。
2 排土场水土流失防治
我国在水土保持工作主要是借助现代的科学理论和方法，开展了水土流失调查，同时进行了水土保持经验的推广等，为全国大范围的水土流失防治工作奠定了基础[6]。马钢姑山矿钟山排土场和南山矿凹山排土场在水土流失治理时，均采用了工程措施与植物措施相结合、生态优先的治理理念，结合排土场现状有针对性的布置了治理措施。
2.1 水土流失治理体系
矿区在实施水土流失防治措施后，其水土流失可大量减少，其中植物措施的实施有利于改变当地植被覆盖率，增加土壤蓄渗，减缓降水汇流等作用[7]。排土场是水土流失的重点区域之一，其在矿区水土流失治理中就变的更为重要。
⑴钟山排土场水土流失治理措施。
钟山排土场采用挡墙拦挡、挖掘排水沟、土地整治、植被恢复等措施，增强排土场稳定性，恢复生态环境，以防止边坡坍塌，消除滑坡等隐患。
①表土回填。
表土回填利用距钟山排土场运距2km的姑山露天采场西帮扩帮剥离的流砂及粘土，采用40t级自卸汽车运往钟山排土场进行回填，覆土厚度不应小于0.5m，土源充足时建议不小于1.0m。
②边坡防护。
覆土后的排土场边坡应放缓为1∶2，其台阶高度为12m，为了保证边坡稳定及平台宽度，+20m平台南、北两侧边坡坡脚处需设置挡土墙及护坡，挡土墙高度1～3m，坡面铺砌采用浆砌片石护坡，护坡厚度为400mm。
③排水工程。
钟山排土场汇水面积较小，四周地势平坦，现有排水系统完整。根据排土场台阶分布，确定在30m、40m平台开挖排水沟，汇集地表水于贮水池，供绿化用水。贮水池溢流水经排水沟排至芜马高速公路排水系统。排水沟为浆砌片石排水沟，断面400mm×400～600mm，浆砌片石厚度400mm。
④植物措施。
根据钟山排土场立地和环境条件，实行乔、灌、草相结合，并对部分经济价值较高树种造林采取客土，促进林区及时形成，加速排土场植被恢复，减少水土流失。植物措施所选品种：乔木树种包括香椿、杜仲、青檀及绒毛白腊；灌木树种为紫穗槐和黑莓；藤本为金银花，草本为金针菜和三叶草。
⑵凹山排土场水土流失治理措施。
①拦挡措施。 目前，凹山采场弃渣已基本沉实，坡脚除部分高陡区域可能发生滑坡外，其余均相对稳定。治理区采用在平台距边缘0.5m区域设置简易土埂拦挡，土埂高度0.3m，梯形断面，顶宽0.3m，边坡1：1。
②排水措施。
排土场治理区设置了沿道路及分区的排水沟，以汇集地表径流。排水沟采用浆砌砖结构、矩形断面，尺寸为0.5m×0.5m×0.3m，排水沟将场地汇水导排至下游平台的集水坑内。
③土地整治。
整治平台采用反坡方式进行土地平整，坡度保持在3‰，同时对平台区域进行深翻，深翻厚度为0.5m，深翻区域保证其熟化至少2个月，后在深翻的土地上覆盖了0.5m后的污泥进行土壤改良，坡度仍为3‰。
④植物措施。
凹山排土場植物栽植选取了浅根性、不进入食物链的品种。该区域栽植的植物品种为合欢、刺槐、紫穗槐、狗牙根及百喜草。其中乔木栽植株行距为3m×3m，灌木栽植为1.5m×1.5m，撒播草籽为60kg/hm2。另外，植物措施在进行过程中进行了灌溉、补植 等养护措施。
2.2 水土保持效果分析
经现场调查，钟山排土场在迎风坡面和平台建设了防风林和生态防护林，解决了排土场扬尘问题。目前，该排土场植被成活率达91.7%，土地复垦率超过80%，现有拦挡、排水系统运行基本良好，通过乔灌草配置其环境改善效果显著。治理后，其水土保持六项指标分别为扰动土地整治率达到95%，水土流失总治理度为91%，拦渣率97%，土壤流失控制比为1，林草植被恢复率为92%，林草覆盖率70%，排土场治理区的水土流失基本得到了治理，景观及环境效益明显。凹山排土场治理区所选种的植物成活率达85%，排水系统运行基本良好，水土流失防治六项指标分别为扰动土地整治率达到92%，水土流失总治理度为90%，拦渣率95%，土壤流失控制比为1，林草植被恢复率为91%，林草覆盖率65%，排土场治理区的水土流失基本得到了治理。
3 讨论及建议
随着目前绿色矿山创建及国家环保要求的提高，矿山的生态环境治理也越来越受到重视。从两个排土场的水土流失治理方式来看，其均采用了土地整治、客土回填后植被恢复。钟山排土场从生态学等角度布设了拦挡、边坡整治、排水设施、植物措施等，对其水土流失治理发挥了重要作用，也为后期治理升级奠定了基础。凹山排土场在治理过程中，其采用的治理措施与钟山排土场基本相同，因其弃渣的特殊性，除水土流失防治外，还考虑了土壤改良、污泥利用及抗性植物选择，其治理效果能够满足要求且治理后土壤质量有所提高，为后期种植其他植物奠定了基础。两个排土场水土流失治理虽达到了防治要求，但其仍存在一定的问题。钟山排土场存在的部分边坡因覆土厚度较厚，下部无拦挡或无拦挡高度不足，产生了覆土滑坡，水土流失加剧；部分区域在缺乏管护的情况下，有害的自然植被入侵较快，严重影响治理效果；部分排水沟道存在淤积情况，影响排水效果。凹山排土场覆土在强降雨作用下因颗粒较细，其下游低洼处可见细粒淤积，部分排水沟排水效果不佳，覆土后自然植被进入较快，影响了植物措施效果。因此，针对冶金矿山排土场石砾含量较高、养分低等特点，其水土流失治理应使剥离、排土、治理在时空上紧密结合，形成剥离-排土-治理一体化均衡模式。对于覆土整治区应在覆土前有针对性的进行夯实，以形成隔离层，同时应确定合理的边坡覆土厚度及拦挡高度，在边坡进行植物栽植时应选择浅根性的植物，以保证边坡稳定。另外，应加强工程措施和植物措施的养护，以满足水土流失治理效果。
参考文献
[1] 古德生，吴超.金属矿山科技和环境问题及其思考[J].科技导报，2011，29（12）：11.
[2] 李海波，李克顺，李亚东.我国矿业废弃地复垦现状及对策分析[J].环境科学与技术，2005，28（增）：59-60，101.
[3] 姜培曦，孟广涛，王晓南，等.矿山水土流失现状分析及防治措施[J].矿业学报，2008（10）：80-83.
[4] 李亚龙，高强，张平仓.水土保持植物措施在矿山土地复垦中的应用[J].2009，26（5）：23-27.
[5] 吕春娟，白中科，赵景逵.矿区土壤侵蚀与水土保持研究进展[J].水土保持学报，2003，17（6）：85-88，91.
[6] 孙厚才，赵健.中外水土保持理念对比[J].长江科学院学报，2008，25（3）：9-13.
[7] 周连碧，张梅.浅谈铁矿开采水土保持与生态环境保护[J].矿冶，2008，16（1）：78-81.
关键词：排土场 水土流失 工程措施 植物措施
中图分类号：TD854 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0054-02
我国矿产资源丰富，但随着近些年的发展，其储量仍无法满足日益增长的社会需求[1]。矿产资源开发在促进经济发展的同时也因破坏了自然环境和过分消耗了自然资源而成为生态地位最低的行业[2]。从我国的行业特点分析，矿区是生态环境破坏和水土流失较为严重的地区[3]。因此，在矿产资源开发过程中应结合水土流失特点，把水土保持与土地复垦、生态重建相结合，走一条良性可持续发展的道路[4]。
1 矿山排土场现状
矿山建设造成植被破坏、地表裸露改变了微地形，从而产生水土流失，其危害主要是破坏了原生生态环境，产生地质灾害和影响矿区小气候[3]。我国矿山开采初期都没有采取有效的水土流失防治措施，落后的开采加工运输各环节更加剧了水土流失。矿山生产形成的排土场不仅占压地表，同时易产生次生地质灾害，引发更严重的生态危害[5]。
1.1 马钢姑山矿钟山排土场概况
马钢（集团）控股有限公司姑山矿业公司已经有近九十年的开采历史，钟山排土场是由钟山铁矿露天采场闭坑后堆积形成，位于姑山采场西北约2km，东侧紧靠马芜高速公路，毗邻青山河。该排土场用于堆放姑山采场露天开采剥离的岩土，排放时大量表土层被堆积在排土场最下层，排土场斜坡为石渣和姑山矿采场剥离的第四纪流沙混排坡面，土壤渗透系数低，水土流失严重。
该排土场现已停用，占地面积22.8hm2，最高堆置标高60m，形成5个排土平台，标高分别为60m、50m、40m、30m、20m，台阶宽度为15～30m，排土场土地性质见表1。排土场早期局部有积水现象，自然植被以有害的葎草和苍耳为主，生态效益极为低下。经治理现已形成生态重建区、生态经济林区、生态防护区、农业复垦区、试验生态恢复区等生态治理区，植被覆盖度达70%以上，改善了区域环境及景观。
1.2 马钢南山矿凹山排土场概况
马钢南山矿凹山排土场位于凹山采场东部，占地面积300hm2，其总容量为1.3亿t岩石，承担着凹山采场和东山采场的排土任务，现已服务期满。该排土场形成时间较早，其所排废渣以表土、岩石、围岩等组成，受废石排弃影响，颜色分层较为明显，100cm左右为紫红色砾石，下层均为土黄色砾石。表层废石虽有部分风化，但基本不具备土壤性质，其结构松散，有机质含量低，土壤级配差，保水性差，降雨后废石淋溶水多呈紫红色，pH值2～4之间，对于一般植物即使发芽，其在酸性条件下也难以成活。凹山排土场土壤性质见表2。
目前，该排土场堆积高度约为150m，分为+80m、+105m、+130m等多个平
台。因排土边坡堆放不规则，时常发生泻溜、沟蚀等状况，沟蚀面积占边坡的50%以上。从现有植被来看，自然恢复植被仅有狗尾草、马唐、野蔷薇等，人工恢复植被有合欢、紫穗槐、狗牙根等。
2 排土场水土流失防治
我国在水土保持工作主要是借助现代的科学理论和方法，开展了水土流失调查，同时进行了水土保持经验的推广等，为全国大范围的水土流失防治工作奠定了基础[6]。马钢姑山矿钟山排土场和南山矿凹山排土场在水土流失治理时，均采用了工程措施与植物措施相结合、生态优先的治理理念，结合排土场现状有针对性的布置了治理措施。
2.1 水土流失治理体系
矿区在实施水土流失防治措施后，其水土流失可大量减少，其中植物措施的实施有利于改变当地植被覆盖率，增加土壤蓄渗，减缓降水汇流等作用[7]。排土场是水土流失的重点区域之一，其在矿区水土流失治理中就变的更为重要。
⑴钟山排土场水土流失治理措施。
钟山排土场采用挡墙拦挡、挖掘排水沟、土地整治、植被恢复等措施，增强排土场稳定性，恢复生态环境，以防止边坡坍塌，消除滑坡等隐患。
①表土回填。
表土回填利用距钟山排土场运距2km的姑山露天采场西帮扩帮剥离的流砂及粘土，采用40t级自卸汽车运往钟山排土场进行回填，覆土厚度不应小于0.5m，土源充足时建议不小于1.0m。
②边坡防护。
覆土后的排土场边坡应放缓为1∶2，其台阶高度为12m，为了保证边坡稳定及平台宽度，+20m平台南、北两侧边坡坡脚处需设置挡土墙及护坡，挡土墙高度1～3m，坡面铺砌采用浆砌片石护坡，护坡厚度为400mm。
③排水工程。
钟山排土场汇水面积较小，四周地势平坦，现有排水系统完整。根据排土场台阶分布，确定在30m、40m平台开挖排水沟，汇集地表水于贮水池，供绿化用水。贮水池溢流水经排水沟排至芜马高速公路排水系统。排水沟为浆砌片石排水沟，断面400mm×400～600mm，浆砌片石厚度400mm。
④植物措施。
根据钟山排土场立地和环境条件，实行乔、灌、草相结合，并对部分经济价值较高树种造林采取客土，促进林区及时形成，加速排土场植被恢复，减少水土流失。植物措施所选品种：乔木树种包括香椿、杜仲、青檀及绒毛白腊；灌木树种为紫穗槐和黑莓；藤本为金银花，草本为金针菜和三叶草。
⑵凹山排土场水土流失治理措施。
①拦挡措施。 目前，凹山采场弃渣已基本沉实，坡脚除部分高陡区域可能发生滑坡外，其余均相对稳定。治理区采用在平台距边缘0.5m区域设置简易土埂拦挡，土埂高度0.3m，梯形断面，顶宽0.3m，边坡1：1。
②排水措施。
排土场治理区设置了沿道路及分区的排水沟，以汇集地表径流。排水沟采用浆砌砖结构、矩形断面，尺寸为0.5m×0.5m×0.3m，排水沟将场地汇水导排至下游平台的集水坑内。
③土地整治。
整治平台采用反坡方式进行土地平整，坡度保持在3‰，同时对平台区域进行深翻，深翻厚度为0.5m，深翻区域保证其熟化至少2个月，后在深翻的土地上覆盖了0.5m后的污泥进行土壤改良，坡度仍为3‰。
④植物措施。
凹山排土場植物栽植选取了浅根性、不进入食物链的品种。该区域栽植的植物品种为合欢、刺槐、紫穗槐、狗牙根及百喜草。其中乔木栽植株行距为3m×3m，灌木栽植为1.5m×1.5m，撒播草籽为60kg/hm2。另外，植物措施在进行过程中进行了灌溉、补植 等养护措施。
2.2 水土保持效果分析
经现场调查，钟山排土场在迎风坡面和平台建设了防风林和生态防护林，解决了排土场扬尘问题。目前，该排土场植被成活率达91.7%，土地复垦率超过80%，现有拦挡、排水系统运行基本良好，通过乔灌草配置其环境改善效果显著。治理后，其水土保持六项指标分别为扰动土地整治率达到95%，水土流失总治理度为91%，拦渣率97%，土壤流失控制比为1，林草植被恢复率为92%，林草覆盖率70%，排土场治理区的水土流失基本得到了治理，景观及环境效益明显。凹山排土场治理区所选种的植物成活率达85%，排水系统运行基本良好，水土流失防治六项指标分别为扰动土地整治率达到92%，水土流失总治理度为90%，拦渣率95%，土壤流失控制比为1，林草植被恢复率为91%，林草覆盖率65%，排土场治理区的水土流失基本得到了治理。
3 讨论及建议
随着目前绿色矿山创建及国家环保要求的提高，矿山的生态环境治理也越来越受到重视。从两个排土场的水土流失治理方式来看，其均采用了土地整治、客土回填后植被恢复。钟山排土场从生态学等角度布设了拦挡、边坡整治、排水设施、植物措施等，对其水土流失治理发挥了重要作用，也为后期治理升级奠定了基础。凹山排土场在治理过程中，其采用的治理措施与钟山排土场基本相同，因其弃渣的特殊性，除水土流失防治外，还考虑了土壤改良、污泥利用及抗性植物选择，其治理效果能够满足要求且治理后土壤质量有所提高，为后期种植其他植物奠定了基础。两个排土场水土流失治理虽达到了防治要求，但其仍存在一定的问题。钟山排土场存在的部分边坡因覆土厚度较厚，下部无拦挡或无拦挡高度不足，产生了覆土滑坡，水土流失加剧；部分区域在缺乏管护的情况下，有害的自然植被入侵较快，严重影响治理效果；部分排水沟道存在淤积情况，影响排水效果。凹山排土场覆土在强降雨作用下因颗粒较细，其下游低洼处可见细粒淤积，部分排水沟排水效果不佳，覆土后自然植被进入较快，影响了植物措施效果。因此，针对冶金矿山排土场石砾含量较高、养分低等特点，其水土流失治理应使剥离、排土、治理在时空上紧密结合，形成剥离-排土-治理一体化均衡模式。对于覆土整治区应在覆土前有针对性的进行夯实，以形成隔离层，同时应确定合理的边坡覆土厚度及拦挡高度，在边坡进行植物栽植时应选择浅根性的植物，以保证边坡稳定。另外，应加强工程措施和植物措施的养护，以满足水土流失治理效果。
参考文献
[1] 古德生，吴超.金属矿山科技和环境问题及其思考[J].科技导报，2011，29（12）：11.
[2] 李海波，李克顺，李亚东.我国矿业废弃地复垦现状及对策分析[J].环境科学与技术，2005，28（增）：59-60，101.
[3] 姜培曦，孟广涛，王晓南，等.矿山水土流失现状分析及防治措施[J].矿业学报，2008（10）：80-83.
[4] 李亚龙，高强，张平仓.水土保持植物措施在矿山土地复垦中的应用[J].2009，26（5）：23-27.
[5] 吕春娟，白中科，赵景逵.矿区土壤侵蚀与水土保持研究进展[J].水土保持学报，2003，17（6）：85-88，91.
[6] 孙厚才，赵健.中外水土保持理念对比[J].长江科学院学报，2008，25（3）：9-13.
[7] 周连碧，张梅.浅谈铁矿开采水土保持与生态环境保护[J].矿冶，2008，16（1）：78-81.