露天矿水流失预测中数学模型的作用

来源：职称阁分类：教育论文时间：2018-09-11 11:03热度：

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露天矿水流失预测中数学模型的作用

　　关键词：露天矿;水土流失;侵蚀模数

　　引言

　　开发建设项目在建设过程中的侵蚀模数预测方法[1]有类比法、实测法、经验法和实验研究成果法。类比法，需根据已建的类似建设项目实验观测资料，来预测拟建项目土壤侵蚀模数;实测法，多应用于已建项目的水土流失预测;经验法，当项目区相关水土流失基础数据匮乏，不能采用其它方法时可用经验法;实验研究成果法，根据项目区土壤侵蚀类型、地貌类型、排渣场渣体质地采用不同的数学模型进行量化计算。目前，实验研究成果法计算侵蚀模数时，在对数学模型中的参数取值上参差不齐，存在一定偏差。对辽宁省的各类侵蚀模数实验研究成果进行了汇总，经查阅相关规范及资料，给出了相应参数的取值范围，使数学模型计算的侵蚀模数更为准确。

　　1地区总体概况

　　1.1侵蚀类型

　　辽宁省土壤侵蚀面积约为总土地面积的28%，侵蚀类型以轻度水力侵蚀[2]为主(约为总侵蚀面积的63%)。水力侵蚀约为侵蚀总面积的92%，风力侵蚀约为侵蚀总面积的8%[3]。

　　1.2地貌类型

　　辽宁省按地貌类型，大致分为辽宁西部低山丘陵区、辽宁中部丘陵漫岗区和辽宁东部中低山区。辽宁西部低山丘陵区自然条件恶劣，干旱少雨，水资源贫乏，土地面积大，土壤侵蚀严重，包括朝阳、锦州、阜新和葫芦岛4市[3]，占全省总侵蚀面积的49%。宁东部中低山区雨量充沛，植被状况相对较好，包括鞍山、本溪、丹东、抚顺及铁岭5市[3]，占全省总侵蚀面积的30%。辽宁中部丘陵漫岗区降雨适中，气候条件优越，土壤侵蚀轻微，包括沈阳、辽阳、盘锦、营口和大连5市[3]，占全省总侵蚀面积的21%。

　　2侵蚀模数的确定

　　2.1土壤侵蚀模数背景值的确定

　　一般根据《辽宁省第四次土壤侵蚀遥感普查成果公报》辽宁省水利厅(2007年版)，结合现场调查并咨询项目区水土保持专家，确定项目区平均土壤侵蚀模数背景值。辽宁省水土流失区域内平均侵蚀模数约为2800t/km2•a[3]。

　　2.2扰动后土壤侵蚀模数的确定

　　开发建设项目建设生产过程中侵蚀模数可采用《辽宁省土壤侵蚀的定量分析》水土保持研究第4卷第4期1997年12月[4]、《矿渣侵蚀预测模型研究初探》中国水土保持2002年第5期[5]和《浑善达克沙地南缘风蚀量的研究》干旱区资源与环境第24卷第6期2010年6月[6]的研究成果，土壤侵蚀模数数学模型汇总见表1。

　　3数学模型在露天矿水土流失预测中的应用

　　结合区域自然环境和项目类别，列举5个代表性的建设项目，就不同侵蚀类型区，采取数学模型计算土壤侵蚀模数。

　　3.1项目简介

　　3.1.1本溪辽东宏源长石矿业有限公司长石矿项目位于辽宁省本溪满族自治县草河城镇和凤城市赛马镇，新建建设生产类项目，生产规模为200万t/a，大型矿山。矿区面积2.3711km2，可利用资源储量7359.99万t。开采方式为露天开采，采用公路开拓汽车运输开拓方式。开采服务年限为14.35a。项目组成包括露天采场、废石周转场、表土堆放场、办公生活区、运输道路、供电线路和给排水工程。露天采场坡度为15°～25°，办公生活区和运输道路的坡度不于15°。废石周转场堆渣坡度为22°。3.1.2朝阳嘉能特钢有限公司神仙沟铁矿开采工程神仙沟铁矿位于辽宁省凌源市小城子镇，改扩建建设生产类项目，生产规模为5.0万t/a，小型矿山。矿区面积0.2484km2，可采储量18.01万t。开采方式为地下开采，采用竖井开拓方式。开采服务年限为3.6a。项目组成包括工业场地、露天采场、原办公生活区、运输道路、排土场、电源及输电线路和给排水工程。露天采场坡度为15°～25°，排土场堆渣坡度为22°，其他区域坡度不于15°。3.1.3辽宁金石科技膨润土采矿及深加工项目项目位于阜新蒙古族自治县大五家子镇，为新建建设生产类项目，开采规模为60万t/a，资源储量5852万t。开采方式为地下开采，采用中央并列式通风，斜井串车提升。开采服务年限为68a。本项目由膨润土采矿场、进场道路、弃渣场和加工厂组成，其中弃渣场堆渣坡度为22°。3.1.4抚顺东露天矿东露天矿位于抚顺煤田的东部，井田面积约9.21km2，开采矿种为煤、油页岩富矿。改扩建建设生产类项目，大型矿山。开采方式为露天开采，矿山剩余服务年限73a。项目组成包括采掘场、外排土场、工业场地、矸石堆场等，其中矸石堆场堆渣坡度为15°。3.1.5华电昌图长发风电厂项目位于辽宁省铁岭市昌图县长发乡和后窑乡，新建建设类，装机容量49.5MW，拟安装19台单机容量2.5MW风机与1台单机容量2.0MW风机;工程等别为Ⅱ等。项目组成包括升压站、风电机组工程、集电线路、风电场道路工程和施工生产生活。项目区年平均温度6.8℃，年平均风速3.3m/s，无雪覆盖的年平均风日数155d，土壤抗蚀系数1.5，汇水区结构系数取1.0，汇水区面积2.5km2，风蚀物容重取1.6g/cm3。

　　3.2侵蚀模数计算结果

　　采用实验研究成果中的侵蚀模数数学模型对以上5个项目的部分区域进行侵蚀模数计算。侵蚀模数数学模型中涉及的降雨侵蚀力R汇总见表2，常见渣料的容重见表3。土壤侵蚀模数计算结果见表4。

　　4结语

　　采用实验研究成果计算露天矿水土流失侵蚀模数时，项目区侵蚀类型和地貌类型，决定所要采用的数学模型。简要概括了辽宁省的土壤侵蚀现状和总体地貌特征，将侵蚀模数数学模型的研究成果举例应用到各类型项目的土壤侵蚀模数的预测中，统计了各类数学模型中涉及到的部分参数的取值范围，望能在露天开采项目的土壤侵蚀模数计算中起到参考作用。

　　参考文献：

　　[1]GB50433—2008开发建设项目水土保持技术规范[S].北京：建设部、国家质量监督检查检疫总局，2008.

　　[2]SL190—2007土壤侵蚀分类分级标准[S].北京：水利部，2008.

　　[3]辽宁省第四次土壤侵蚀遥感普查成果公报[R].沈阳：辽宁省水利厅，2007.

　　[4]李红月，何建明.辽宁省土壤侵蚀的定量分析[J].水土保持研究，1997，4(4)：28-31.

　　[5]林素兰，宋国献.矿渣侵蚀预测模型研究初探[J].中国水土保持，2002(5)：13-14.

　　[6]郑兵，吕伟，姚洪林，等.浑善达克沙地南缘风蚀量的研究[J].干旱区资源与环境，2010，24(6)：112-117.

　　[7]辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法[M].沈阳：辽宁省水文水资源勘测局，1998.

　　[8]GB50009—2012建筑结构荷载规范[S].北京：建设部、国家质量监督检查检疫总局，2012.

　　作者：刘立艳单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

文章名称：露天矿水流失预测中数学模型的作用

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