CN112726766A - 一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，降水管控单元包括矿渣蓄水体，矿渣蓄水体位于山坡掌子面与控水分流坝之间，控水分流坝通过排水设施使矿渣蓄水体饱和后的余水流向下一降水管控单元和另一侧的矿山平台，矿渣蓄水体地表间隔设有横向布置的种植垄台，种植垄台的台面为向内倾斜结构，矿山平台边缘设有围护土埂，围护土埂内侧区域设有方格形状的减冲渣垄，减冲渣垄之间种植有草木植被。本发明能够降低水土流失和泥石流自然灾害的发生，提高自然降水利用率，适用于矿山生态环境修复技术领域。

Description

一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统

技术领域

本发明属于矿山生态环境修复技术领域，具体的说，涉及一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统。

背景技术

一、自然环境条件

河北西部太行山区年平均降水量300-600mm，年最大蒸发量平均为1100mm以上，属于干旱、半干旱气候。尤其降水分布不均，降水集中在6月下旬至9月上旬三个月，占全年总降水量的60％-70％，其它9个月的总降水量只占全年总降水量30％-40％，造成春旱发生频繁。夏季雨水相对较多，但雨量过于集中，大多以地表径流的形式流失，植物对夏季大气降水的利用率不足30％，同时造成土壤养分流失，导致土壤贫瘠。

二、矿山环境修复治理项目区的基本条件

由于以往的不规范开采，矿山环境修复治理项目区原有植被遭到破坏，使原有土地失去涵养水土的功能。区内形成以掌子面、采坑、平台、渣堆、渣坡为主的地貌，该类地貌在压占损毁大量植被及土地资源的同时为泥石流的形成提供物源条件，在雨季易形成崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害隐患和严重的水土流失现象。

三、传统矿山环境治理的模式及其设计缺陷

以往的治理模式，一般以掌子面底部砌筑种植槽，种植攀爬植物；平台依坡就势，覆土绿化；采坑和渣堆消高填低；降水随地形地势修筑的截排水设施外排；渣坡降坡，修筑水平沟或安装育林板蓄水蓄土等通用技术为手段。其中，对宝贵的降水强调以排为主，意在排出可能造成地质灾害产生的不利因素——降水，同时减轻对平台、渣坡的冲刷，保证水土不随降水径流流失，但也损失了宝贵的降水，无法满足对矿山生态环境修复治理工程中最大限度地提高自然降水利用率的迫切要求，是其最大的设计缺陷。

另外，传统模式一般在项目区低洼处建设较大的蓄水池，汛期蓄积降雨，为旱季养护提供水源，而矿山生态环境修复治理工程与其它绿化工程的重大区别为：在2-3年的养护期结束后，苗木将彻底脱离人工养护。故即使蓄积了足够的水源也无用。只有在受控状态下排泄多余降水，将足量有用降水涵养于“渣土水库”中，才可以为植物提供旱季所需水源。

发明内容

本发明提供一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，在矿山生态环境修复治理中，能够保持水土，涵养水源，降低水土流失和泥石流自然灾害的发生，提高自然降水利用率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，所述降水管控单元包括采用矿渣、石块和废弃渣土堆积于山坡脚下的矿渣蓄水体，矿渣蓄水体位于山坡掌子面与控水分流坝之间，控水分流坝通过排水设施使矿渣蓄水体饱和后的余水流向下一降水管控单元和另一侧的矿山平台，矿渣蓄水体地表间隔设有横向布置用于灌木或小乔木种植的种植垄台，种植垄台的台面为向内倾斜结构，矿山平台边缘设有围护土埂，围护土埂内侧区域设有方格形状的减冲渣垄，减冲渣垄之间种植有草木植被。

进一步的，所述控水分流坝靠近矿山平台一侧底部设有分流槽，排水设施包括穿过控水分流坝的若干个用于矿渣蓄水体的饱和后的余水流向分流槽的排水管，还包括穿过分流槽的若干个用于分流槽内水流流向矿山平台的控水分流管，分流槽低端经排水槽和急流槽与下一级降水管控单元相连。

进一步的，所述控水分流管设置于分流槽转弯弓背处，排水管入口处设有包网反滤层。

进一步的，所述排水管和控水分流管倾斜设置，排水管直径为100mm，管体倾斜角度为5％，控水分流管直径为50mm，管体倾斜角度为10％，控水分流管入口高于分流槽槽底。

进一步的，所述控水分流坝依山坡掌子面底部地形设计、并呈带状分布于矿渣蓄水体和矿山平台之间，控水分流坝的坝体采用浆砌片石或其它圬工结构筑造而成，控水分流坝与山坡掌子面距离不小于500cm，控水分流坝高度高于内侧矿渣蓄水体高度且不低于120cm，内侧矿渣蓄水体高度不超过100cm。

进一步的，所述种植垄台沿其长度方向开设有用于填充种植客土的横沟，横沟内填充有用于植被生长的种植客土。

进一步的，所述种植垄台横向间隔不超过100cm，种植垄台宽度不小于60cm，台面内倾坡度为5％，横沟宽度为30cm，深度为30cm。

进一步的，所述矿山平台由上而下依次为渣土保护层、客土层和原地层。

进一步的，所述渣土保护层采用粒径小于2cm的废弃渣石铺设而成，减冲渣垄采用粒径大于2cm的废弃渣石聚拢而成，围护土埂上种植有灌木或小乔木。

进一步的，所述渣土保护层厚度不大于3cm，客土层厚度不低于20cm，减冲渣垄高度为20cm，围护土埂高度不低于50cm。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本系统包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，各降水管控单元采用矿渣、石块和废弃渣土堆积于山坡脚下形成矿渣蓄水体，作为降水调蓄载体，为降水削峰填谷，因其内部结构空间较大，具有良好的降水涵养和存储功能，雨量大时，山顶汇水区存有留存植被，降水在此形成地表径流沿着山坡掌子面流下，随同上一级降水管控单元由排水设施排出的降水流经矿渣蓄水体，受控水分流坝的拦截，首先涵养在山坡脚下的矿渣蓄水体中，大量降水被储存处理，避免直接流走，造成水土流失，同时，种植垄台的台面为向内倾斜结构，进一步起到蓄水限流功能，使表面的降水更好的存储于下方的矿渣蓄水体中，为地表种植的灌木和小乔木储备养护水源，供给种植的灌木和小乔木；在雨量较小时，矿山山顶汇水区无法形成径流，该种植垄台自身的蓄水限流功能充分发挥作用，做到有用降水滴水不下山；

矿渣蓄水体饱和后的余水通过控水分流坝后经排水设施分为两部分，一部分排至下一降水管控单元的矿渣蓄水体继续蓄水，另一部分排至本降水管控单元的矿山平台，供给矿山平台的草木植被使用。矿山平台边缘设置了围护土埂，进一步蓄积矿渣蓄水体排入的部分余水和降水形成的水量，防止矿山平台上的降水直接流走，造成水土流失发生泥石流自然灾害，围护土埂内侧设有方格形的减冲渣垄，阻滞或阻断矿山平台的地表径流，降低径流动能，减轻水土冲刷，延长入渗时间，增加短时强降雨的入渗量；

综上，本发明在矿山生态环境修复治理中，能够保持水土，涵养水源，降低水土流失和自然灾害的发生，提高自然降水利用率，适用于矿山生态环境修复技术领域。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的平面结构示意图；

图3为本发明实施例中控水分流坝、分流槽、排水管和控水分流管位置关系示意图；

图4为图1中A处的局部放大图；

图5为图1中B处的局部放大图；

图6为图2中C-C剖视图。

标注部件：1-留存植被，2-山坡掌子面，3-攀爬植物，4-种植客土，5-灌木或小乔木，6-种植垄台，7-控水分流坝，71-包网反滤层，72-排水管，73-分流槽，74-控水分流管，8-矿山平台，81-原地层，82-采坑蓄水体，83-客土层，84-渣土保护层，9-减冲渣垄，10-围护土埂，11-矿渣蓄水体，12-排水槽，13-草木植被。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，如图1、图2所示，所述降水管控单元包括采用矿渣、石块和废弃渣土堆积于山坡脚下的矿渣蓄水体11，所述矿渣蓄水体11位于山坡掌子面2与控水分流坝7之间，矿渣蓄水体11位于控水分流坝7一侧，控水分流坝7通过排水设施使矿渣蓄水体饱和后的余水流向下一降水管控单元和另一侧的矿山平台8，矿渣蓄水体11地表间隔设有横向布置用于灌木或小乔木5种植的种植垄台6，种植垄台6的台面为向内倾斜结构，矿山平台8边缘设有围护土埂，围护土埂10上种植有灌木或小乔木5，围护土埂10内侧区域设有方格形状的减冲渣垄9，减冲渣垄9之间种植有草木植被13。山坡坡脚工程设置：将场地及周边废弃渣土堆积于山坡掌子面2底部，堆积次序为下粗上细。堆积高度依照地形条件确定，坡比以经试验的自然休止角为限。顶部覆不小于50cm种植客土4，呈内倾式，内倾坡度为5％，种植客土4上种植攀爬植物3，依附山坡掌子面2生长，对坡体进行防护，避免径流冲刷造成水土流失。

本发明的有益效果在于：本系统包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，各降水管控单元采用矿渣、石块和废弃渣土堆积于山坡脚下形成矿渣蓄水体11，作为降水调蓄载体，为降水削峰填谷，因其内部结构空间较大，具有良好的降水涵养和存储功能，雨量大时，山顶汇水区存有留存植被1，降水在此形成地表径流沿着山坡掌子面2流下，随同上一级降水管控单元由排水设施排出的降水流经矿渣蓄水体11，受控水分流坝7的拦截，首先涵养在山坡脚下的矿渣蓄水体11中，大量降水被储存处理，避免直接流走，造成水土流失，同时，种植垄台6的台面为向内倾斜结构，进一步起到蓄水限流功能，使表面的降水更好的存储于下方的矿渣蓄水体11中，为地表种植的灌木和小乔木5储备养护水源，供给种植的灌木和小乔木5；在雨量较小时，矿山山顶汇水区无法形成径流，该种植垄台6自身的蓄水限流功能充分发挥作用，做到有用降水滴水不下山；

矿渣蓄水体11饱和后的余水通过控水分流坝7后经排水设施分为两部分，一部分排至下一降水管控单元的矿渣蓄水体11继续蓄水，另一部分排至本降水管控单元的矿山平台8，供给矿山平台8的草木植被使用。矿山平台8边缘设置了围护土埂10，进一步蓄积矿渣蓄水体11排入的部分余水和降水形成的水量，防止排放到矿山平台8上的降水直接流走，造成水土流失，严重时发生泥石流自然灾害，围护土埂10内侧设有方格形的减冲渣垄9，阻滞或阻断矿山平台8的地表径流，降低径流动能，减轻水土冲刷，延长入渗时间，增加短时强降雨的入渗量。

作为本发明一个优选的实施例，如图4所示，所述控水分流坝7靠近矿山平台8一侧底部设有分流槽73，排水设施包括穿过控水分流坝7的若干个用于矿渣蓄水体11的饱和后的余水流向分流槽73的排水管72，还包括穿过分流槽73的若干个用于分流槽73内水流流向矿山平台8的控水分流管74，分流槽73低端经排水槽12和急流槽与下一级降水管控单元相连，具体的，所述排水槽12设于矿山平台8的外侧较低位置，与围护土埂10、控水分流坝7相连，共同对矿山平台8构成全包围结构，排水槽12与急流槽呈“丁”字形连接，排水槽12与急流槽高端相连，排水槽12的最低位置开设有豁口，豁口连接急流槽，如图6所示，排水槽12的槽顶高于相邻矿山平台处标高5-10cm，设置这个高度既要达到排水效果，还有拦截淤积物的效果，让雨水有个沉淀的空间，清水进沟，泥沙留下，实现步步阻滞，由急流槽排出的余水流向下一级降水管控单元的矿渣蓄水体11，矿山平台8靠近控水分流坝7的一侧为内侧，其余周边为外侧，排水槽12为一个或者多个，设置于矿山平台8外侧较低位置，其数量根据下一级山体结构设置，排水管72入口处设有包网反滤层71。控水分流管74设于分流槽73转弯弓背处，利用弓背处水流速度高于内侧的特点，分流槽73内侧水流速度低，外侧也就是弓背处水流速度高，泥沙一般会积存到内侧位置，设置控水分流管74于弓背处，以避免泥沙流入控水分流管造成堵塞影响排水。矿渣蓄水体11饱和后经包网反滤层71和排水管72排入分流槽73，分流槽73内高于控水分流管74入口高度的部分流水排入矿山平台8进行蓄水，控水分流管74的入口设置包网反滤层71，起到滤水挡砂的作用，避免堵塞。当降水量大，围护土埂10内积水较多时，围护土埂10内高出排水槽12的槽顶的余水将通过急流槽流向下一级降水管控单元的矿渣蓄水体11进一步蓄水，使多余的余水受管控的排出，避免矿山平台8上积水过多，不受管控的从围护土埂10直接四处溢流，造成水土流失或者泥石流自然灾害。当降水量较少时，分流槽73内水流经控水分流管74流向矿山平台8，矿山平台8上围护土埂10内的水量较少，不会从排水槽12的顶部溢出后从急流槽排出。

进一步的，所述排水管72和控水分流管74倾斜设置，排水管72直径为100mm，管体倾斜角度为5％，控水分流管74直径为50mm，管体倾斜角度为10％，控水分流管74入口高于分流槽73槽底，优选高出2cm。利用设置于山坡脚下矿渣蓄水体11一侧的控水分流坝7，通过排水管72和控水分流管74将定量降水分配给矿山平台8，供给矿山平台8蓄积和使用，雨量大时，超量的降水漫过减冲渣垄9，经过分流槽73和排水槽12后再经急流槽进入下一降水管控单元进行蓄水。控水分流管74入口高于分流槽73槽底，且高出2cm，进一步避免泥沙流入控水分流管造成堵塞影响排水。

作为本发明一个优选的实施例，如图3所示，所述控水分流坝7依山坡掌子面2底部地形设计、并呈带状分布于矿渣蓄水体11和矿山平台8之间，控水分流坝7的坝体采用浆砌片石或其它圬工结构筑造而成，控水分流坝7与山坡掌子面2距离不小于500cm，控水分流坝7高度高于内侧矿渣蓄水体11高度且不低于120cm，内侧矿渣蓄水体11高度不超过100cm。

进一步的，所述种植垄台6沿其长度方向开设有用于填充种植客土4的横沟，横沟内填充有用于植被生长的种植客土4。所述种植垄台6横向间隔不超过100cm，种植垄台6宽度不小于60cm，台面内倾坡度为5％，横沟宽度为30cm，深度为30cm。将种植客土4填充于横沟中，种植客土4保证不会被水流冲刷走，且台面为内倾式结构，起到一定的阻流蓄水的作用，同时也降低了水流的冲刷强度，降低水土流失。一般情况下依照山坡掌子面2底部地形随形设置控水分流坝7，若对应的山坡掌子面2上方汇水面积明显大于周边，可在此处调大坝体的外弓曲度，以满足增加控水分流坝7内渣土填筑量和分流槽73外弓处水流的高流速排沙需要。

作为本发明一个优选的实施例，如图5所示，所述矿山平台8由上而下依次为渣土保护层84、客土层83和原地层81，原地层81的采坑或凹坑通过大粒径废弃渣石填筑形成采坑蓄水体82。

进一步的，所述渣土保护层84采用粒径小于2cm的废弃渣石铺设而成，减冲渣垄9采用粒径大于2cm的废弃渣石聚拢而成，围护土埂10采用浆砌片石或其它圬工结构筑造而成。所述矿山平台8的渣土保护层84厚度不大于3cm，客土层83厚度不低于20cm，减冲渣垄9高度为20cm，围护土埂10高度不低于50cm。渣土保护层84与减冲渣垄9组成的方格一同起到抵抗径流冲刷、减少水土流失，减少蒸发量的作用，采坑蓄水体82利用采坑及其它下凹地形填筑渣石，形成渣石暗井积蓄降水。当矿山平台8存在多层台阶时，也可以依等高线设置减冲渣垄9，以达到逐级滞水、消能，最终实现增加雨水下渗、蓄水、降低水土流失量和保墒的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：包括若干个依据山势由高向低逐级设置的降水管控单元，相邻降水管控单元通过排水设施相连实现逐级蓄水，所述降水管控单元包括采用矿渣、石块和废弃渣土堆积于山坡脚下的矿渣蓄水体，矿渣蓄水体位于山坡掌子面与控水分流坝之间，控水分流坝通过排水设施使矿渣蓄水体饱和后的余水流向下一降水管控单元和另一侧的矿山平台，矿渣蓄水体地表间隔设有横向布置用于灌木或小乔木种植的种植垄台，种植垄台的台面为向内倾斜结构，矿山平台边缘设有围护土埂，围护土埂内侧区域设有方格形状的减冲渣垄，减冲渣垄之间种植有草木植被。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述控水分流坝靠近矿山平台一侧底部设有分流槽，排水设施包括穿过控水分流坝的若干个用于矿渣蓄水体的饱和后的余水流向分流槽的排水管，还包括穿过分流槽的若干个用于分流槽内水流流向矿山平台的控水分流管，分流槽低端经排水槽和急流槽与下一级降水管控单元相连。

3.根据权利要求2所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述控水分流管设置于分流槽转弯弓背处，排水管入口处设有包网反滤层。

4.根据权利要求2所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述排水管和控水分流管倾斜设置，排水管直径为100mm，管体倾斜角度为5％，控水分流管直径为50mm，管体倾斜角度为10％，控水分流管入口高于分流槽槽底。

5.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述控水分流坝依山坡掌子面底部地形设计、并呈带状分布于矿渣蓄水体和矿山平台之间，控水分流坝的坝体采用浆砌片石或其它圬工结构筑造而成，控水分流坝与山坡掌子面距离不小于500cm，控水分流坝高度高于内侧矿渣蓄水体高度且不低于120cm，内侧矿渣蓄水体高度不超过100cm。

6.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述种植垄台沿其长度方向开设有用于填充种植客土的横沟，横沟内填充有用于植被生长的种植客土。

7.根据权利要求6所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述种植垄台横向间隔不超过100cm，种植垄台宽度不小于60cm，台面内倾坡度为5％，横沟宽度为30cm，深度为30cm。

8.根据权利要求1所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述矿山平台由上而下依次为渣土保护层、客土层和原地层。

9.根据权利要求8所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述渣土保护层采用粒径小于2cm的废弃渣石铺设而成，减冲渣垄采用粒径大于2cm的废弃渣石聚拢而成，围护土埂上种植有灌木或小乔木。

10.根据权利要求8所述的一种适用于矿山生态环境修复治理的降水管控系统，其特征在于：所述渣土保护层厚度不大于3cm，客土层厚度不低于20cm，减冲渣垄高度为20cm，围护土埂高度不低于50cm。

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