基于抗灾能力的矿渣型泥石流风险评价方法——以小秦岭金矿区为例

考虑到近年来国家对小秦岭金矿区矿山泥石流防治工程投入、山区居民抗灾意识逐步增强等实际情况,从承灾体抗灾能力对风险的减弱作用出发,尝试提出了矿渣型泥石流抗灾能力评价指标及评价方法,并将其运用到泥石流风险评价模型中。抗灾能力评价结果表明,研究区所有支沟的泥石流抗灾指数普遍不高,抵御泥石流风险的能力不强。风险评价结果显示,18条支沟中仅有东桐峪的北沟泥石流风险性高,其余均为中等风险级别。这一结果低于传统泥石流风险评价模型的评价结果,是区域内泥石流沟谷中承灾体主动或被动抵抗泥石流危害能力的体现。     

小秦岭金矿区7·23蒿岔峪泥石流成灾模式及启示

矿山泥石流是山地矿山最主要、危害最严重的地质灾害类型。小秦岭金矿区是中国矿渣型泥石流灾害及其隐患的典型矿区,研究其成灾模式对于科学防治具有重要的指导作用。通过2010年7月23日泥石流沟的勘查、泥石流泥位与颗粒级配测量、降雨参数分析等,表明短历时、高强度大暴雨(142.9mm/6.42h、雨强52.6mm/h、4.6mm/10min)是7·23泥石流形成的直接激发因素。沟道内挤占行洪通道的人工残存坡地及选矿尾渣为泥石流提供了66.7%的物源。泥石流堆积扇粗颗粒(粒径≥2mm)含量高达92.4%,泥石流最大流速为9.61m/s,最大流量455.05m~3/s,推算泥石流历时112.5s,系一次性、中型规模的水石流,但却造成了8死4伤的灾难。其致灾模式是强暴雨的片蚀作用导致沟源高陡斜坡上的残坡积物形成梳状浅层滑坡群,下滑至沟底,在坡面迅速汇集的山洪作用下转化成沟谷稀性泥石流。沿程通过冲蚀、侧蚀、底蚀作用,不断加大了泥石流规模,沟口残缺的浆砌水泥挡墙堵溃放大了泥石流的灾害效应。固渣、排水、疏浚沟道是治理堵溃型矿山泥石流的有效方法。     

采矿废渣颗粒粒径对矿渣型泥石流起动的控制作用——以小秦岭金矿区为例

泥石流物源的颗粒级配大小对于泥石流的起动具有重要的控制作用,亦是泥石流防治工程设计的重要参数。采矿废石渣构成的矿渣型泥石流,物源特性不同于一般的泥石流。通过对小秦岭金矿区采矿废石渣、尾矿沙、残坡积土的颗粒级配、孔隙度、透水性能的研究,与其他地区泥石流物源级配进行了差异对比,探讨了采矿废渣颗粒级配对泥石流起动的制约影响。研究表明,采矿废石渣松散无联结,粒径变化于0.075~470mm之间,其中大于2mm的砾级含量占总渣量的93.33%,平均粒径为61.2mm,以卵石级为主,粘粒物质几乎没有。粒径小于5mm的废石渣的渗透系数是选矿尾矿渣的103.5陪、残坡积土的2倍、蒋家沟泥石流物源的4.9倍,实际上采矿废石渣堆的渗透系数比试验测试的数据更大。废石渣的松散无联接、高孔隙率及极高渗透性的特点,决定了常遇降水难以导致废石渣堆起动。结合研究区历史上发生的泥石流,构建了堵溃型矿渣型泥石流起动模式,据此提出了清理占据行洪通道的废渣、疏浚行洪通道、修建拦渣挡墙的泥石流防治理念,避免拦沟修筑重力坝。     

小秦岭大湖峪矿渣型泥石流的物源特征及其危险度评价

河南省灵宝市大湖峪峪道金矿开采活动强烈,采矿废渣成为当地泥石流主要的物源隐患。在2007年对峪道内采矿废渣堆进行实地调查的基础上,依据矿渣型泥石流的特点,选择渣堆规模、河道堵塞程度、渣堆稳定性、沟谷纵坡降比、河流弯曲度和沟谷汇水面积6个因子,利用层次分析法确定各因子的权重,进而对大湖峪主峪道及其支沟进行了泥石流危险度评价。结果表明,13条沟谷中有10条为高危险度区,其中东峪黑峪子沟、东峪主峪道、西峪东槽桐沟和槽桐沟均为泥石流极高危险区。大湖峪泥石流危险度评价结果为泥石流的防治和预警提供了科学依据。     

潼关金矿区矿渣型泥石流熵权评价

在简述信息熵概念的基础上,对陕西潼关金矿区8条泥石流沟堆积的采矿废石量、沟谷纵坡降比等9个定量、定性调查指标进行了统计,求出各指标熵Hj、熵权Wj以及沟谷指标可能的概率值fij后,计算得出了潼关金矿区矿渣型泥石流潜势度信息熵的综合评价值;探讨了熵权评价与主观赋权评价的结果差异的原因及建议.     

陕西潼关金矿区泥石流潜势度评价

陕西潼关金矿区位于小秦岭北坡，区内发生的泥石流灾害，其物源90％是采矿弃渣。本文选择采矿弃渣量、纵坡降比、渣堆补给长度与沟长比、沟岸山坡坡度、河流弯曲程度、河流堵塞情况、渣堆稳定性、流域面积、历史上有无泥石流灾害发生等9个泥石流发生的因子，在给定因子权重排序的基础上，采用因子权值与因子赋值相乘后相加的方法，求得18条沟谷泥石流潜势度指数及其排序。在降雨量相同的条件下，潜势度指数可似比风险度指数。     

小秦岭金矿区土壤重金属生物有效性与影响因素

土壤中重金属生物有效性与影响因素分析是土壤重金属风险管控的关键问题。通过实地调查、现场采样、实验测试、综合分析等方法,分析了研究区100km2内Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属元素的有效态含量特征,研究了这些重金属有效态含量之间、有效态含量与全量、有效态与土壤pH、有机质含量、粒度等基本理化参数之间的相关性,分析了重金属污染来源。结果表明,土壤中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属有效态的平均含量分别为2.29mg/kg、594mg/kg、2.52mg/kg、6.30mg/kg、2.16mg/kg、48.14mg/kg、50.21mg/kg,其变异系数大小为：Hg＞Pb＞Cu＞Zn＞Cd＞As＞Cr。Hg的变异系数最大,是由于金矿选矿活动采用混汞法提金排放的尾矿堆（库）分布不均。Hg、Pb、Cd、Cu、Zn有效态量与全量之间均存在显著的相关性;土壤有机质与重金属有效态之间存在显著的相关性;土壤pH与有效态重金属之间存在显著的负相关性;土壤粒度对重金属有效态的累积影响不明显。     

小秦岭金矿区土壤重金属生物有效性与影响因素

土壤中重金属生物有效性与影响因素分析是土壤重金属风险管控的关键问题。通过实地调查、现场采样、实验测试、综合分析等方法,分析了研究区100km2内Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属元素的有效态含量特征,研究了这些重金属有效态含量之间、有效态含量与全量、有效态与土壤pH、有机质含量、粒度等基本理化参数之间的相关性,分析了重金属污染来源。结果表明,土壤中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属有效态的平均含量分别为2.29mg/kg、594mg/kg、2.52mg/kg、6.30mg/kg、2.16mg/kg、48.14mg/kg、50.21mg/kg,其变异系数大小为:HgPbCuZnCdAsCr。Hg的变异系数最大,是由于金矿选矿活动采用混汞法提金排放的尾矿堆(库)分布不均。Hg、Pb、Cd、Cu、Zn有效态量与全量之间均存在显著的相关性;土壤有机质与重金属有效态之间存在显著的相关性;土壤pH与有效态重金属之间存在显著的负相关性;土壤粒度对重金属有效态的累积影响不明显。     

华北克拉通南缘小秦岭金矿区基性脉岩时代及地质意义

产于太古代-古元古代变质地体中的石英脉型金矿是世界上最重要的金矿类型之一, 大多数金矿区内基性脉岩非常发育, 空间上与含金石英脉密切相关.但目前对基性脉岩与石英脉型金矿的成因联系尚未取得一致认识.以华北克拉通南缘小秦岭金矿区为例, 对典型矿区(东闯、大湖、枪马)采矿巷道内的基性脉岩开展精确的U-Pb年代学研究.4个脉岩样品给出一致的锆石207Pb/206Pb加权平均年龄(1 819±10 Ma, 1σ); 1个样品中的黑云母给出了略微年轻的40Ar/39Ar坪年龄(1 719.0±21.0 Ma, 2σ).定年结果表明: (1)小秦岭金矿区内大量基性脉岩形成于古元古代晚期, 是华北克拉通东西块体在1.85 Ga左右发生碰撞后伸展作用的产物; (2)前人获得的基性脉岩K-Ar和Rb-Sr年龄(187.6~75.9 Ma)可能并非脉岩真实侵位年龄, 而是代表这些脉岩遭受中生代构造-热事件影响的扰动年龄(或冷却年龄).最新的成矿年代学研究结果表明, 小秦岭地区绝大多数金矿床形成于早白垩世130~120 Ma, 大大晚于上述古元古代基性脉岩的侵位时代, 因此两者之间没有成因联系(尽管它们的空间关系十分密切).小秦岭地区是否存在与金矿床同时的晚中生代基性岩浆活动, 对于讨论本区金矿床的矿床成因和成矿构造环境非常重要, 但本文工作尚不能明确回答这一问题, 今后需要对矿区内各期基性脉岩进行系统的同位素定年.      

小秦岭某金矿区土壤-农作物重金属元素富集规律

土壤-农作物重金属富集规律是土壤和农作物重金属风险管控的关键问题。通过实地调查、现场采样、实验测试、综合分析等方法,重点研究了金矿活动影响区内的土壤Hg、Pb、Cr、As、Cu、Zn等重金属元素的全量、有效态含量特征,以及小麦不同部位与立地土壤中重金属含量之间的关系。结果表明:土壤Hg、Pb、Cu元素累积显著,Hg、Pb含量平均超标倍数为6.65、2.04倍;土壤中Hg(34.44%)、Pb(83.31%)、Cu(44.24%)、Zn(40.82%)的有效态含量占相应重金属全量的比例高,是危害农作物的主要元素;小麦籽中Hg、Pb、Zn元素平均超标率分别为26.33%、100%、26.32%;除Zn元素外,Hg、Pb、Cr、As、Cu含量全部符合籽粒茎杆根须土壤的规律;重金属含量的富集率平均值排序为Zn(30.54%)Cu(10.33%)Pb(0.45%)As(0.38%)Hg(0.14%)Cr(0.13%),Zn、Cu是小麦富集能力强的重金属元素。     

矿业活动区农田土壤重金属累积风险的评判方法——以小秦岭金矿区为例

金属矿产资源开发活动通常会导致矿区土壤重金属含量的累积,选用科学的评价标准及方法成为评判、区分矿业活动农田土壤重金属累积影响和风险的关键问题。在简述土壤背景值和土壤环境质量标准含义的基础上,提出采用与矿区其他环境条件基本相同或相近的邻区耕作层土壤重金属元素的平均含量作为评判矿业活动重金属对耕作层土壤的累积影响的对照值。以2011年小秦岭金矿区80件耕作层土壤重金属含量为例,金矿开发活动区耕作层土壤重金属的累积风险研究表明,土壤重金属低风险以上样品数占总样品数百分比的排序为HgCdPbCu,矿业活动对土壤重金属累积的贡献率排序为HgCuPbCdZn。土壤中的Cr、As、Zn元素有轻度累积但无风险。土壤中Hg元素的累积风险面积达到了187.77km2,占到研究区总面积的47.08%。其中,中、高风险的面积为99.55km2,土壤重金属累积风险极其严重。研究结果科学地评判了矿业活动对耕作层土壤重金属的累积影响及其贡献,为土壤污染防治指明了方向。     

矿业活动区农田土壤重金属累积风险的评判方法——以小秦岭金矿区为例

金属矿产资源开发活动通常会导致矿区土壤重金属含量的累积,选用科学的评价标准及方法成为评判、区分矿业活动农田土壤重金属累积影响和风险的关键问题。在简述土壤背景值和土壤环境质量标准含义的基础上,提出采用与矿区其他环境条件基本相同或相近的邻区耕作层土壤重金属元素的平均含量作为评判矿业活动重金属对耕作层土壤的累积影响的对照值。以2011年小秦岭金矿区80件耕作层土壤重金属含量为例,金矿开发活动区耕作层土壤重金属的累积风险研究表明,土壤重金属低风险以上样品数占总样品数百分比的排序为Hg>Cd>Pb>Cu,矿业活动对土壤重金属累积的贡献率排序为Hg>Cu>Pb>Cd>Zn。土壤中的Cr、As、Zn元素有轻度累积但无风险。土壤中Hg元素的累积风险面积达到了187.77km2,占到研究区总面积的47.08%。其中,中、高风险的面积为99.55km2,土壤重金属累积风险极其严重。研究结果科学地评判了矿业活动对耕作层土壤重金属的累积影响及其贡献,为土壤污染防治指明了方向。     

小秦岭金矿区西峪河底泥重金属元素污染的潜在生态危害评价

重金属元素易于累积,生态效应影响强烈。分析了陕豫接壤的西峪河水系沉积物中Hg、Pb、Cd、As、Cr、Cu、Zn 7种重金属元素的含量,根据地区参比值,评价了金矿活动对西峪河底泥的污染。结果显示Hg、Pb是主要的污染元素;进而用潜在生态危害指数法探讨了重金属元素污染的潜在生态危害性,认为整个西峪河流域的Hg、Pb潜在生态危害很强,Cd具有强的潜在生态危害,而Cr、As、Zn的潜在生态危害性轻微。     

小秦岭大湖金矿矿床地球化学异常分带模型

大湖金矿在构造上位于华北地台南缘中段,是一个石英脉型大型金矿.本文应用格里戈良分带指数法对该金矿8线周围330m、295m、260m三个中段各微量元素和烃类组分含量变化规律以及矿体周围各元素(组分)异常展布特征经行计算分析总结,得出其原生晕分带序列为:烃类、Hg(矿前缘)→As、Sb(矿头)→Au、Ag、Pb、Cu、Ni、Mo、Bi、W(矿中)→Sn、Zn、Co(矿尾),以此为基础建立了该矿床的地球化学异常分带模型,并总结了其地球化学找矿标志.     

汶川强震区泥石流起动模型试验分析

强震使大量松散堆积物堆积于高山峡谷内,由于持续降雨的作用,导致泥石流在汶川灾区频繁发生。降雨强度和物源与泥石流的起动有着密切联系,分析雨强和物源与泥石流起动的相关关系,可得不同雨强下,不同物源区泥石流起动的特征。通过对典型泥石流沟（映秀镇烧火坪侧沟,牛莲花心沟）进行野外样品采集,将两条泥石流沟进行对比室内试验。控制起动坡度,降雨强度与颗粒级配得出不同坡度下泥石流起动的表面流形成流量,起动流量。同时,与非强震区（西昌市琅环乡）的泥石流简单对比,得到强震区泥石流起动的临界条件及雨强,为泥石流的预测和治理提供相应的理论依据。通过大量的试验结果,泥石流起动首先会形成表面流,然后形成冲沟,随着物源区雨强的增加,最终形成大面积松散堆积物失稳,整体起动。泥石流起动与汇水区面积成一定关系。     

豫西某金矿矿渣转化为泥石流物源的危险性评价

矿渣在沟谷的堆积形态、压占比例影响其在特定降雨概率下的稳定性。文中以豫西某金矿2条主沟16个渣堆为研究对象,提出在不同降雨概率雨力条件下单个渣堆稳定性计算方法。即近10年来最大观测雨强、25年一遇（P=4%）雨强、50年一遇雨强（P=2%）、100年一遇雨强（P=1%）条件下的启动流速（Uc）以及泄洪流速（Us）,令稳定系数Fs=Uc/Us,计算出渣堆的稳定系数,研究成果对于不同特定雨力工况下渣堆的危险性评价及分类防治有一定意义。     

小秦岭金矿区小麦和玉米重金属的健康风险评价

重金属污染引发的农产品质量安全问题已成为全社会关注的焦点。为了解小秦岭金矿开发引起的重金属污染风险,采集了同点位的农田土壤、小麦和玉米籽粒样品,测定了其中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu和Zn的含量及其在土壤中的形态;采用指数法和RAC风险评价法分析了土壤重金属的污染风险,采用转移因子和目标风险指数法评价了小麦、玉米籽粒中重金属的健康风险。结果表明:小秦岭金矿区土壤中Hg、Pb、Cd、Cu、Zn含量受矿业活动影响强度大,在土壤中累积明显;土壤中Hg、Cd、Pb、Cu总量超过了国家限值,呈现污染;Cd、Hg、Cu具有潜在生态风险。小麦和玉米籽粒中Pb以及玉米籽粒中的Cd的平均含量高于国家标准,呈现一定程度的污染;部分小麦样品中的Hg、Cd和部分玉米样品中的Cd超过WHO/FAO安全限值,小麦和玉米籽粒中度Pb平均含量超过欧盟安全标准,说明具有潜在的健康风险。重金属的转移因子表明Cd、Zn及Cu比其他重金属更容易从土壤转移到小麦和玉米籽粒中;通过小麦对重金属的摄入量略高于玉米,远低于WHO/FAO推荐剂量;目标风险指数评价表明,只消费小麦或玉米基本不产生健康风险,但同时消费矿区生长的小麦和玉米具有较高的Pb健康风险。