数学模型在露天矿水土流失预测的应用
数学模型在露天矿水土流失预测的应用 摘要：采用实验研究成果中的侵蚀模数数学模型计算露 天矿水土流失预测中土壤侵蚀模数时，需根据项目区土壤侵 蚀类型、地貌类型、排渣场渣体质地采用不同的计算公式， 计算过程中需对公式中的各参数进行标准化处理。简要探讨 了侵蚀模数数学模型在辽宁省露天矿水土流失预测中的应 用，对其它区域露天开采项目的土壤侵蚀模数计算起到参考 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.