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1、1稀土开采工艺改进后的水土流失现状和水土保持对策 刘 毅2002 年 4 月 4 日【摘 要】稀土开采是造成江西省龙南县土地沙漠化的直接原因，稀土开采工艺的改变，使产生水土流失的方式发生变化.稀土开采工艺由池浸法改为原地浸矿法，表面上减少了水土流失，但随着时间的推移，造成浸矿的山体滑坡严重，并且具有滑坡时间和地点的不确定性，因而治理目标不明确.过去池浸法产生的尾砂堆流失量仍很大，因此矿区治理任务仍很艰巨，要搞好矿区水土保持，必须加强监督力度和深度，搞好水资源保护，提高综合治理水平和发挥专项资金效率.【关键词】池浸法；原地浸矿法；水土流失；综合治理；稀土矿区；江西省龙南县稀土矿区水土流失是由人为
2、破坏地面和堆置尾砂弃物而造成水土资源的破坏和损失.稀土开采是造成成江西省龙南县土地沙漠化的直接原因，现在已有 667hm2 土地沙化，并以每年 60hm2 的速度增加.稀土矿区的水土保持是有效拦截尾砂的关键，是水资源和土地资源整治的重要组成部分，是恢复良好生态环境和保证矿区安全生产的重要保障.江西省龙南县 19701996 年开采的稀土，都是采用池浸法生产的，即把含有稀土的土壤运到固定的水池，沉浸后 24h，再回收液2体.从 1997 年开始，则采用原地浸矿法开采稀土，即从山坡上开挖灌液孔，从孔中灌注硫铵液，然后从山脚开沟回收液体.稀土矿区的山体分为三层：A 层是由花岗岩发育的红壤表土层，厚度
3、为 15m，土壤鲜红，石英砂粒较细，直径为 0.22mm，具有较好的粘结性；B 层是含有稀土的心土层，厚度为 430m，含有较多粗粒石英，直径为 210mm，土色为灰白；C 层则是较坚硬的花岗岩母质层，水分渗透性弱.1 两种采矿法造成水土流失的方式开采工艺的改变，对植被和土壤的破坏程度不相同，造成水土流失的方式和产生水土流失量也不相同，因而防治目标和防治措施也不相同.1.1 池浸法造成水土流失的方式池浸法由四个方面造成水土流失：首先是砍光树、铲净草皮，使表土丧失天然保护作用；第二是剥离了 A 层红壤表土层，形成 1万5 万 m3/hm2 的松散红土层，水土流失主要以悬移质的方式流失，含泥沙量为
4、 250400kg/m3；第三是 B 层含有稀土的土壤经池浸后变成了尾砂，石英含量达 80以上，尾砂堆侵蚀沟密度达 90以上，水土流失主要以推移质的方式流失；第四是裸露后的花岗岩质层风化速度加快，形成新的水土流失源.池浸法开采面宽、动土量大，水土流失也大，但剥离的红壤表土层和池浸后的尾砂都堆放在一定的坑沟里，防治目标明确，工程拦截效果明显.池浸扰乱了水资源系统，破坏了表土植被和土壤，致3使地下储水功能丧失，地表水文平衡改变，平均初渗量是没开采前的 810 倍.1.2 原地浸矿法造成水土流失的方式原地浸矿法由三个方面造成水土流失.第一种是对植被的破坏，表现为两种情况：一种是开挖灌液孔和工人来往践
5、踏对植被的破坏；另一种是灌注硫铵液，造成植被根系萎缩，生长停滞，致使植物的根系逐步丧失固水保土作用.第二种是开挖灌液孔产生大量的泥沙.第三种是生产过程中，由于灌液孔布置不合理，灌注液体超量，或者达到一定雨强的而水通过灌液孔易造成山体滑坡、崩塌.由于原地浸矿法动土量比池浸法少，表面上减少了水土流失，但随着时间的推移，满山遍坡的灌液孔不断崩塌，或造成山体滑坡，而且崩塌、滑坡在时间上和地点上具有不确定性，造成治理目标的不明确，在治理上难以达到有的放矢.2 稀土矿区水土流失现状2.1 池浸法产生的尾砂仍是水土流失的重要来源根据龙南县稀土矿生产科的测定，池浸法生产稀土按体积比每生产 1kg 稀土需挖取土
6、方 1.11.4m3.根据统计，19701996 年累计共生产稀土 6985.89t，测算形成的尾砂有 768 万978 万 m3，加上开路、建池、建房，形成的裸露尾砂有 1500 万 m3 以上.尾砂沙性重、松散，抗冲性能小，据测定抗冲指数为 0.19，侵蚀模数达 2万4 万 t（km2年） ，池浸后的水如果没有经过处理，pH 值为4，铅含量为 210mg/m3.42.2 原地浸矿的山体是水土流失的重大隐患原地浸矿的灌液孔一般深 1.53m，孔与孔之间的距离为23m，由于开挖灌液孔山坡产生的泥沙量达 7000m3/hm2，为达到离子交换，灌注的硫铵液浓度至少为 3，土壤浸液时间为150400
7、d.由于硫铵液浓度大、土壤浸液时间长，造成树草根系萎缩、树叶枯黄，丧失了天然保护作用，加上灌液孔布置不合理，或者灌液超量，造成表土崩塌量达 150m3/hm2 以上. 2.3 原地浸矿法开采点多、面广，呈现水土流失源的多样性由于原地浸矿法开采工艺较简单，从灌液到出稀土时间短，经济效益好，并改制为个体、股份制经营，使得开采点多、面广.根据水保、地矿、环保几家联合调查，目前已办理开采证的有 40 多家，收集尾矿点的（在坑尾收集业主排放的废水，重新沉淀生产稀土的）有 31 家，开采面积 1800hm2.目前这些开采业主文化程度参差不齐，对开采工艺掌握的水平有高有低，这就是形成水土流失地段不确定性的主
8、要原因，而且其中 929hm2 准备开采的稀土矿都是在水土保持设施范围以外，开采面积也从 20 世纪 80 年代的 32km2 扩展到现在的 70 多 km2.矿业主对水土保持生态环境建设理解不同，也是造成水土流失多样性的重要原因.2.4 矿区特殊小气候矿区大量的尾砂堆，厚达 315m，尾砂物理性粘粒含量为6.2619.2，石英粒含量达 80以上.到了夏伏季节，尾砂地5表温度达 62.5，采地温度达 58.5，尾砂堆石英含量大、反射强、水分蒸发量大，在矿区易形成水气小循环.根据几年的观察统计，79 月，由于台风引起的降雨频率矿区高于全县，并且台风引起的降雨时间短、降雨量大、汇流时间短、径流量大
9、，极易形成严重水土流失.如 1996 年 8 月 13 日，降雨量达 64.2mm/h，大量的泥沙冲毁了 3 座主要的拦砂坝，石方量达 1500m3，完全被淤埋的农田达23.36hm2，直接经济损失 165 万元.2001 年 8 月 25 日全县都没有下雨，但矿区却下了大暴雨.3 水土保持对策目前，矿区建造各种类型的拦砂坝 152 座，拦截尾砂 1 亿多m3，恢复植被 79.06hm2，其中 33hm2 为百喜草种籽采摘基地，矿区建立了一个水保矿区综合实验基地，从事种养业年产值可达 60 万元。稀土矿区治理是龙南县水土保持工作的一个重点，对此龙南县县委、县政府都高度重视，制定了一系列相关政策
10、，龙南县水土保持局在治理过程中也积累了大量的经验.在新的生产工艺和新的水土保持生态环境形势下，搞好矿区水土保持必须贯彻好水保法关于“谁破坏、谁治理”的原则，行使好“五权（指方案审批权、收费权、监督检查权、竣工验收权、处罚权） ，落实好“三同时”制度，正确处理好治标与治本的关系，是恢复良好生态环境和降低治理成本的关键。3.1 严格执法，加强水保监督力度6充分行使好“五权” ，对新办矿点严格执行“三同时”制度，水保工程措施要严格按照水保部门设计的方案和要求进行施工，并且这些工程款不能抵作以后上交的防治费，仅此项就节约资金 150 多万元。目前，稀土矿区已实施水保方案的矿点有 26 个，累计收取水保
11、防治费达 1600 万元，处理破坏水保设施案件 6 起，由矿业主建筑、维修破坏的水保设施资金达 15 万元.通过依法行政，严格执法，保证了“三同时”制度的正常实施。3.2 把好水土保持方案编制关，加强监督力度针对原地浸矿法产生水土流失的特点，在矿业主申报水保方案时，要求：（1）必须有开挖灌液孔的弃土堆放点；（2）矿业主根据形式、土层合理布置灌液孔，防止崩塌、滑坡现象；（3）开采后的灌液孔要进行回填，并按照水保局的要求，在不同山坡地段上种植不同的树草.为保证措施的落实，与矿业主签订相关责任状，并按每 600 元/hm2 收取一定的保证金。3.3 提高综合治理水平提高综合治理水平是降低成本的关键.
12、要在稀土矿区搞好试验对比工作，不断总结提高和推广。3.3.1 发挥工程措施的拦截效果，降低工程造价龙南县水保局在池浸法开采过程中，采取了“逢坑必建坝，大坝套小坝，层层拦截”的办法来锁住黄沙，此法曾在全国第二次稀土会议上被称作稀土矿区水土流失防治工作的“龙南模式” ，在池浸7法开采的 32km2 范围内建造拦砂坝 140 多座，坝体有土坝、干砌石重力坝、浆砌石重力坝、双曲重力拱坝、土石结合坝等，坝体拦截泥砂库容从几百方到 23 万 m3.总结了不少稀土矿区工程治理的经验，但由于拦砂坝工程成本高，对于仍处于经济比较落后的县情来说，也是一种开发与发展的矛盾.因此水保科技人员经过长期的摸索、总结，探索
13、出了一条适合稀土矿区、经济合理、坝体安全稳固的办法，即根据小流域的集雨面积、未来开发方向和规模、对下游人民群众的生命安全等因素，先在小支流中建造土坝，在比较集中汇流地段中建造干砌石重力坝，对于处于“关卡”的坑尾处建造浆砌重力坝。3.3.2 选择适宜的草灌乔，充分发挥植物的固水保土作用开采前的山坡上是一个草灌乔生长良好的亚热带绿针阔叶林，其郁闭度达 85以上，水质清澈.乔木以马尾松、杉木、枫香、木荷、紫楠、黄檀为主，灌木以小叶石楠、杜鹃、毛冬青、黄端木、胡枝子为主，草木有芒箕、雀稗、有刺芒野枯草、四脉金茅、狗尾草.池浸法开采后的尾砂堆砂粒含量达 80以上，养分含量小，不保水，透水性高，根据人工降
14、雨试验，透水性为 12.34mm/min.暴雨一来，水土流失严重，夏伏季节温度高，植物生长困难.为此，我们把尾砂堆分成三区，在三区上做好水平条带，移盖客土，根据三区的水土流失特点和规律，种植相应的树草.第一区为尾砂堆顶至山腰.这区由于汇水量不大，侵蚀沟为细沟和浅沟，乔木以种植木荷为主，灌木种植紫穗槐、黄荆，草以猪屎豆、圆果雀稗、狗尾草等乡土草8种为主.第二区从山腰至山脚.这区汇水量集中，容易产生崩塌，侵蚀沟较深，以种植耐瘠、耐沙淹、耐高温的植物蔓荆，充分发挥其发达的根系的固沙防风作用.第三区是从山脚至河旁，这区为尾砂冲击扇，土地是悬移质沉淀下来的红壤土，粒结性强，肥力高，种植苦楝、湿地松、梧桐
15、，河旁种植杨树、柳树，灌木以胡枝子、刺槐为主，草木以百喜草、猪屎豆、象草为主，并混合种黄竹.实践证明，这种组合的植物群组，适应性强，生长快，能达到理想的郁闭度，治理成本较低，拦截泥沙效果明显.3.4 水资源利用和保护龙南县属中亚热带湿润气候，全年平均降雨量为 1560mm，36月份降雨量占全年的 55，79 月份占 26，近几年达 35.稀土矿区地表年径流量为 0.62 亿 m3，地下多年平均储水量 0.19 亿 m3，占地表年径流量的 30.6，年均蒸发量 1376mm.由于开采稀土和废弃尾砂造成了地表水损失、地下水损失和水质污染，并缩短了汇流时间，提前了洪峰出现时间.由于植被丧失了天然固水
16、保土作用，如在野猪湖矿区原来多年平均流量为 0.26m3/s，现在仅有 0.1m3/s，并且水的泥沙含量达2070，已严重影响下游 35hm2 农田灌溉用水，而湿稀土生产需水量为 8001700m3/t，如果稀土市场旺销，每年生产稀土50006000t，需水量 400 万1020 万 m3，这些排出的水质不经过处理，则废水的 NH3-N 含量达 35004000mg/L，经过地表水和地下水稀释，春季的 NH3-N 含量达 80110mg/L、秋季的 NH3-N 含量达990160mg/L，pH 值在 5.66.5 之间，而水稻生产适宜的 NH3-N 含量为 25mg/L.水质污染问题已由县环保局责成每个矿业主从源头控制，经过多次循环利用和净化处理.并在坑尾处建立污水处理站，采用五级沉淀和加碱爆气法，使 NH3-N 含量控制在 40mg/L 以下.3.5 发挥专项资金效益首先建立一个稳定的稀土砂防治费收取渠道.长期以来，龙南县政府根据稀土产量，统一收取防治费，由水保局统一安排使用和治理，这
