农业生态重建方法探究

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  摘 要:露天矿挖损压占土地、破坏植被、次生地质灾害、水土流失和土地沙漠化等,是露天矿区常见的生态问题。本文从帐篷沟露天矿区生态环境现状入手,结合露天矿采掘、排弃工艺,探讨帐篷沟露天矿区生态重建的内容与特点、生态重建技术及土地复垦措施。
  关键词:露天煤矿;生态重建;土地复垦;植被恢复
  中图分类号:TD88 文献标识码:A
  1 生态环境现状
  帐篷沟露天煤矿位于吉木萨尔县城北90km处,行政区划属吉木萨尔县管辖。开采境界地表走向最大长度4.3km,地表倾向宽度1.72~2.18km,地表面积7.4km2,最大开采深度295m。境界内可采原煤量419.89Mt。建设规模为10.0Mt/a,服务年限为38.3a。
  帐篷沟露天煤矿属于准噶尔盆地温性荒漠与绿洲农业生态功能区。矿内植物资源共计5科、18属、27种。其中有国家二级保护植物梭梭和白梭梭,没有发现任何珍稀濒危物种。植物群落较为单一,仅有梭梭群落一种。矿区植被覆盖度约10%。
  露天矿占地区域大部分为梭梭 盐生假木贼 杂类草平原荒漠戈壁,景观基底为荒漠戈壁景观,其次为极少量人工建筑等人工景观。项目区水土流失广布,土壤侵蚀模数背景值为2500t/km2·a,属中度风力侵蚀。
  矿区生态环境质量EI为24.72,生态系统环境状况属较差水平。随着人类活动和开发的加大,区域生态系统存在向低级别生态系统演变的趋势。
  2 生态保护与建设规划原则
  矿区生态重建和土地复垦是个复杂的多学科、多专业的系统工程。首先优化覆土、排土工艺和土地整治的方法,为生物措施复垦做好准备;其次完成土壤熟化,在熟化过程中,一定要结合水土保持工程,有效控制水土流失量。树立矿区可持续发展的重要观念,统筹安排,对复垦土地再利用的方向进行全面规划。
  针对帐篷沟露天矿恶劣的自然生态环境,露天采矿对地表生态环境破坏面积较大的特点,确定矿区生态重建及土地复垦措施的布设原则如下:自然资源的补偿原则;受损区域的恢复原则;人类需求与生态完整性维护相协调的原则;突出重点,分区治理的原则。
  3 生态环境恢复与重建工程总体布局
  3.1 露天矿周边植被自然恢复区
  矿区气候为中温带大陆性半沙漠气候,地貌为低山荒漠。本区土地利用类型为荒漠戈壁,土壤肥力低,石质土在矿区广布。
  矿区生态环境脆弱,为改善露天矿周边地区的生态环境,在煤矿开采过程中,生态环境恢复与重建工作要加强井田范围内“封育”管理,以自然恢复为主。
  3.2 内排土场生态防护重建区
  露天矿坑具备内排条件后自下而上分层逐台阶实行内部排土。在首采区生态重建工程中,在边坡与上一层平台相接处设置土埂,围埂高2.5m、长10km;在边坡与下部平台相接处布置排水沟;在内排土场最终平台上进行以“封育”管理和草本植物培肥为主体的生态建设。
  3.3 外排土场生态重建区
  外排土场的生态重建是露天矿生态恢复重建工作的重点。
  3.3.1 外排土场剥离表土的防护
  外排土场剥离表土单独存放在外排土场,以备排土场稳定平台和边坡上覆土整地使用。堆土周边设置纤维布临时挡护措施,并在堆土场表面种草。
  3.3.2 排土边坡压盖
  排土场的排弃物料主要为煤层顶板以上的砂岩、砂质泥岩、泥岩及第四系层砂、土等混合物料,采用对煤层顶板剥离弃渣进行筛选,利用剥离岩层产生的片块石,对排土场已形成的最终边坡及平台进行压盖防治措施。压盖厚度约为10cm。
  3.3.3 外排土场平台生态建设
  外排土场平台覆土前用推土机平整弃土平台,使整个平台向排水沟形成一定坡度的倒坡,避免平台水流对排土场的冲刷。排土场土地利用方向转为牧业用地时,平均覆土0.30m,灌木用地覆土厚0.50m,灌木采用带状覆土或穴状覆土方式。
  结合平台植物措施,用网格围埂将平台分割成100m宽的条块,在条块中央每隔20m设横档,网格内整平后植树种草。平台网格围埂高0.5m。
  3.3.4 外排土场排水系统
  从外排土场最高平台开始,自上而下,分区划片,归整流路,形成完善的纵横网状排水系统。横向的排水渠主要为平台内缘排水沟,平台修整为微倒坡,外侧修建挡水土埂,使径流汇流入排水区域内;纵向排水渠可考虑排土场道路的排水沟,或利用较缓的切沟进行加固处理形成。
  3.4 工业场地绿化美化区
  根据工业场地不同作业区的工作性质与生态需求,遵循以人为本、绿化美化作业区和综合防护的原则安排与布局生态恢复重建工程。
  4 土地复垦措施
  土地复垦问题的关键和核心是保持水土、调控水肥和改善生境。解决这些问题的技术途径是工程复垦和生物复垦,即先从工程复垦的角度进行合理的土体再造和地貌重塑,消除影响植被恢复的生存性限制因子;再从生物复垦的角度进行必要的水土保持措施和生土熟化,缓解影响土地生产力提高且无法靠工程复垦措施解决的限制性因子。
  4.1 基本原则
  4.1.1 土地复垦与露天矿开采计划相结合
  合理安排,实施边开采、边复垦、边利用。
  4.1.2 土地复垦与当地农业规划相结合
  与气象、土壤条件相适应,与土地利用总体规划相协调,与当地的城镇、道路等建设及生态环境保护统一规划,进行地区综合治理,有利于生产、生活,美化环境,促进生态的良性循环。
  4.1.3 土地复垦机制建议采取下述办法:
  4.1.3.1由矿方组织实施,费用专款专用,从生产成本中列支。矿方组织实施前应取得当地政府和土地管理部门的同意,在政府部门的监督管理下進行。   4.1.3.2矿方按吨煤提取5元作为露天矿生态治理与恢复资金,年度复垦资金由该笔费用中列支。
  4.2 工艺设计
  针对排土场土地复垦出现的问题,从工程复垦角度的工艺设计主要包括排土场基底构筑工艺、排土场主体构筑工艺、平台构筑工艺、排土场排洪渠构筑工艺等。
  4.2.1 排土场基底构筑工艺
  排土场基底为松散的第四系土,根据计算,排土场边坡在排弃高度100m,边坡角度20°,边坡内部有一定的地下水的情况下,稳定系数为1.35,边坡可基本保持稳定。
  排土场的稳定取决于地表下地质层的土体承载力,还取决于土体的含水量。土体含水量低,则土体强度高,稳定承载力强。基底构筑的核心就是形成“疏水型”的基底,确保基底地面排水通畅。
  排土场边坡是由人工堆积而成,在某种程度上,可通过人为的调整来提高排土场边坡的稳定性。具体措施如下:
  4.2.1.1依据剥离物的强度调整排弃顺序
  坚硬物料排在边坡的下部就有利于边坡的稳定。排土場中部可适当排弃一些强度低的物料,而周边对边坡稳定要求较高的地区则必须排弃一些强度较高的物料。
  4.2.1.2完善采掘场、排土场周边防排水体系
  在排土场排弃前,建立周边排水系统。在排弃时,基底尽量排弃块大的、坚硬的、见水不易泥化的物料,尽量不要破坏原有的导流条件,保持基底排泄畅通。
  4.2.1.3加强排土场基底管理
  a.必要时对基底做麻面防滑处理,既有利于疏排水流畅,又增大与物料摩擦力,确保内排土场边坡稳定。
  b.在局部稳定性较差的地区;可作一些局部物料加强措施,并与排水措施相结合,提高不稳定区域的物料强度。
  4.2.2 排土场主体构筑的工艺
  排土场主体是指以排土场基底修筑完毕后到排土场的表层覆土前的空间范围。因现代大型露天矿区排弃速度远大于岩土自然沉降的速度;故很可能造成在排土场使用过程中就发生整体失稳,导致无法进行排弃。所以在排土场主体构筑时,除了按要求扇形推进,多点同时进行排弃外,还应注意以下4个问题:
  4.2.2.1在能满足地表覆土厚度的前提下,尽量采取岩、土混排工艺,在排弃的过程中,细颗粒的物料可部分充填充到岩块缝隙中,削减非均匀沉降的程度。
  4.2.2.2逐层地垫、逐层压实,减轻后期的非均匀沉降。
  4.2.2.3排弃台阶和运输道路结合处为严重的压实地面,入渗率低;属不透水层,且有一定的向外倾斜坡度,在废弃的运输路面上排弃岩土时;应选择难风化、粗粒级的岩石,以防成为软弱层,引发局部滑动、裂缝。
  4.2.2.4带式输送机接近的部位,也应排弃难风化、粗粒级的岩石。
  4.2.3 排土场平台构筑工艺
  排土场基底构筑和主体构筑过程是地貌重塑过程,而排土场平台构筑过程实际上就是人工进行土体再造,形成复垦种植层的过程。
  排土场土地复垦自形成稳定平台的第2年开始;以后每年随开采进度推进。大于0.4m厚的第四系表土单独剥离并贮存,用做排土场稳定平台、边坡上的种植土(铺设0.3m厚)。排土场最终稳定边坡角设计成20°,坡面较缓,有利于边坡复垦。
  4.2.4 排土场边坡构筑工艺
  4.2.4.1周边挡土围便
  排土场坡脚6~10m处修筑3m高挡土围堰,围堰为土石结构;平台亦采用网格围堰分隔,围堰高0.5m。
  4.2.4.2排土场平台拦水、蓄水工程设计
  整个排土场平台设计为由外向内略倾斜的反坡,坡度不小于3‰。用推土机平整台面。平台内侧修筑排水沟,平台外侧修筑挡水坝,疏导水流,使积水汇入排水系统,防止边坡切沟侵蚀。
  4.2.5 排土场排水渠构筑工艺
  排土场根据分流划片、划出汇水单元、水流就近排放的原则,选择每个汇水单元面积为0.05km2,从最高排土场平台开始,从上而下地修筑排水渠道,建立根纵向完整的排水系统。
  4.2.6 生物复垦工艺设计
  矿区内植物群落以超旱生的半灌木与灌木最为普遍,构成了区内的荒漠植物群落。为亚洲荒漠区中分布最广泛的荒漠植被。在极端干旱的砾石戈壁上构成大面积较稀疏低矮而贫乏的戈壁荒漠植物群落。
  本着因地制宜的原则,根据不同地形,种植不同特性的植物。排土场绿化配置方式:边坡以种植灌木为主,平台以种植牧草为主,在排土场的平缓地区,大面积种植梭梭、琵琶柴、猪毛菜等植被,改良土壤,形成人工草地可利用状态。
  4.2.6.1排土场整地、覆土
  待排土场平台和边坡稳定后及时整地。种植灌木时,边坡沿等高线采用鱼鳞坑整地;坑内填表层土,填土厚度0.3m。鱼鳞坑不仅能改变坡面小地形,蓄水保土,而且能拦蓄和调节坡面径流,改变坡面流态,避免径流集中和坡面冲刷,减少水土流失。
  4.2.6.2植被恢复
  在排土场平台和边坡恶劣的土壤和气候条件下,不适宜乔木树种的生长,采取灌草结合为宜。灌木带为3~5行,宽3~5m;带间距离15~25m。中间作为植草带,草本中可用猪毛菜、地白蒿、叉毛蓬等。
  工业场地及道路两侧,可以考虑进行绿化设计,草灌结合,绿化系数至少达到15%。选取吸滞粉尘、降噪音能力强的,且适合当地生长的品种。
  由于本矿矿区缺水,绿化应按以水定地的原则量水而行;首先应根据可利用的生活污水确定绿化面积,利用可能收集的生活污水经集中处理后作为水源进行矿区绿化。
  4.2.7 土壤改良措施
  矿区土壤含盐量较高,根据准东五彩湾煤电化基地开发建设服务中心提供的资料和矿区土壤理化指标分析结果,可实施换土、掺风化煤法改良土壤,保证树木成活和正常生长。具体方法如下:
  在造林地进行穴状整地,规格50cm×50cm,挖出的腌渍土全部运出造林地,然后在穴内覆盖10cm黄沙压盐碱,栽植红柳、沙拐枣、沙枣、胡杨、新疆杨等树种,之后按7:3比例回填沙漠黄沙和风化煤。
  为了保证造林树木能够正常生长,应秋季对造林地进行整地铺沙、树坑换土工作。树坑经冬季积雪能改变树坑土壤周围质地结构,可提高春季栽植树木的成活率。春季植树后,视土壤墒情,连续浇灌多次水,可冲刷树坑及周围盐碱,并能提高树木成活率。
  5 结语
  生态重建是改善环境、造福人类的系统工程,是全面提升生态效益、经济效益和社会效益的事业。露天矿区经过土地复垦生态重建后,植被覆盖率提高,水土保持作用明显,生态环境大为改观,改善了矿区的小气候,实现了矿产资源开发与生态环境保护的协调发展。
  作者简介:刘立艳(1979-),女,汉族,工程师,大学本科,主要从事水土保持与生态环境评价方面的工作。
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