沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策_侯朋.pdf

doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2023.02.010Vol.18 No.02 June,2023第 18 卷 第2期 2023 年 6 月http:/ 石家庄 050090）摘 要：张家口市沽源县位于河北省西北部，地处北京上风上水位置，与北京“山同脉、水同源、气相通”，肩负着为首都保水源、阻风沙、送清风的重任，是拱卫首都生态安全的重要屏障。由于历史原因，县域内存在多处采砂、采石迹地，造成落石、边坡失稳、基岩裸露、植被缺失、地貌景观破坏、土地损毁、扬尘污染等一系列矿山地质环境问题。为促进京津冀协同发展以及“首都水源涵养功能区和生态环境支撑区”建设，沽源县采砂、采石迹地的生态修复治理形势紧迫。针对沽源县采砂、采石迹地存在的地质环境问题，结合沽源县坝上地区生态环境的特点，提出了地质灾害治理、地形地貌修复、恢复绿化等生态修复方案。关键词：采砂、采石迹地；地质环境问题；生态修复Geological and environmental problems and countermeasures of the sand-mining lands and abandoned quarries in Guyuan CountyHOU Peng（Hebei Hydrological Engineering and Geological Prospecting Institute Co.,Ltd.,Shijiazhuang 050090,Hebei,China）Abstract:Guyuan County of Zhangjiakou is located in northwestern Hebei Province and to the up north of Beijing,connecting the capital with the same mountains and rivers,and enjoying the same atmospheric environment.As an important barrier safe-guarding the ecological security of Beijing,it shoulders the important tasks of preserving water sources,blocking sandstorms,and passing fresh air to the capital.Due to historical reasons,there exist many sand-mining lands and abandoned quarries with a series of mine geological and environmental problems,such as rock fall,slope instability,bedrock exposure,lack of vegetation,landscape destruction,land damage,dust pollution,etc.In order to promote the coordinated development of Beijing-Tianjin-Hebei and the construction of Capital Water Conservation Function Zone and Ecological Environment Support Zone,this county faces the urgent tasks in ecological restoration and governance of the sand-mining lands and abandoned quarries.Aim-ing at the geological and environmental problems existing in the sand-mining lands and abandoned quarries in Guyuan County and combined with the characteristics of the ecological environment in the Bashang area,this paper puts forward ecological restoration schemes such as geological disaster management,topographic and geomorphological restoration,and restoration of greening.Keywords:sand-mining lands and abandoned quarries;geological and environmental problems;ecological restoration张家口市沽源县地处内蒙古高原向华北平原的过渡带，位于首都水源涵养功能区和京津冀生态环境支撑区（贾楠，2021），是构建首都“伞”型生态环境支撑格局的第二道生态屏障，县域内分布着首都环线高速公路、收稿日期：2023-03-28；修回日期：2023-04-19作者简介：侯朋（1987-），男，学士，工程师，主要从事地质矿产调查、矿山生态修复工作。E-mail：引用格式：侯朋，2023.沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策J.城市地质，18（2）：192-200192侯朋 沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策http:/ 自然地理条件1.1 交通位置沽源县位于河北省西北部坝上地区，东邻承德市丰宁县，南与赤城县、崇礼县相连，西与张北县、康保县毗邻，北与内蒙古正蓝旗、多伦县接壤（李建花，2021），县内有国省干线7条。采砂、采石迹地遍布整个县域，区内有矿山道路相通，交通便利。1.2 气象与水文沽源县地处内蒙古高原南缘，气候属温带大陆性草原气候（沽源县人民政府，2023），特点是冬长夏短，风多雨少，降水集中。气候寒冷，年平均气温1.6，雨量分布不均，由东南向西北呈减少分布，年降水量426 mm，主要集中在68月份，多以暴雨形式出现；冬春风多且大，风向多西北和偏西，主要的气候灾害有干旱、冰雹、大风和寒潮。由于森林覆被率增加，小气候改善，降雨期延长，气温提高，出现暖冬现象，积雪减少，气候呈现为“冬无严寒、夏无酷热”之态。沽源境内有潮白河、滦河、葫芦河三大水系，包括大小河流15条、水库5座、淖泊12处（李莉，2018），河流总长365 km，流域面积3 646 km2。地下水以坝缘山地分水岭为界，南部为中低山水文地质大区，北部为坝上高原水文地质大区，其中包括基岩裂隙和孔隙水两个亚区（苏海霞，2008）。迹地内地表水排泄条件良好，无地表径流，基岩裸露，不利于水分渗流，地下水补给来源为大气降水，并多以地表径流形式排泄，只有部分补给地下水。1.3 地形地貌沽源县地处内蒙古高原东南边缘，阴山余脉横贯东西，地势南高北低、东高西低，海拔高度1 4001 800 m（郭万翠，2008）。根据自然地理特征，全县可划分为2 个自然区域：一是南部坝缘中低山区，山高坡陡，径谷坦荡；二是中北部及西部波状高原区，地势低缓平坦，为典型的波状高平原特征（张素芳等，2013）（图1）。1.4 地层岩性迹地出露地层岩性，从老到新依次主要为太古宇红旗营子岩群第二岩段、侏罗系张家口组火成岩、新生界第三系黏土以及第四系粉砂、砂质黏土、碎石土等（图2）。1）太古宇红旗营子岩群第二岩段该地层为沽源县内出露最老的岩层，仅在沽源县西部九连城镇和南部丰源店乡等地出露，面积较小，岩性组合以含石榴子黑云变粒岩、石榴子黑云浅粒岩为主，夹大量“条纹状”浅粒岩及长石石英岩和大理岩。2）中生界侏罗系张家口组一段主要分布于沽源县南部丰源店和长梁一带，主要由一套酸性火山碎屑岩组成，岩性组合为灰紫色、紫灰色流纹质熔结凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩、流纹质弱熔结凝灰岩夹流纹质凝灰岩、角砾凝灰岩及石英粗面岩。3）中生界侏罗系张家口组二段为沽源县分布最广的地层，大面积分布于县域北部、中部和南部，莲花滩一带分布面积最大，为一套以粗面岩为特征的岩石组合，岩性组合为暗紫、黄褐色粗面岩、石英粗面夹紫灰色、紫色流纹岩及少量灰紫色流纹质凝灰岩或呈互层产出。193第 18 卷 第2期 2023 年 6 月4）中生界侏罗系张家口组三段主要分布于沽源县中部和东部地区，分布较广，该段东部与西部岩石组合也存在较大的差异，西部岩性则以浅灰色钾质流纹岩（凝灰熔岩）、流纹质凝灰岩、石英粗面岩为特征，黑曜岩出现率较多，常呈不规则层状夹于凝灰岩和流纹岩中；东部岩性以流纹质凝灰岩为主夹流纹岩，上部夹沉凝灰岩、凝灰质砂岩，沸石化凝灰岩，局部形成了沸石矿。5）新生界上新统（N2）仅在西部九连城镇有零星分布，面积较小，主要为红色黏土夹砂砾。6）新生界第四系（Q）第四系松散堆积物极为发育，沽源县境内均有分布，南部分布相对较少，根据其出露的地貌位置、切割关系及岩性组合特征等划分为以下成因类型。第四系冲积沼积（Q4al-h）：主要分布于沟谷两侧、山坡脚下等地，分布较广，为松散堆积砂砾石、砂质黏土、细砂、含砂淤泥等。第四系冲积+风积（Q3-4al+eol）：主要分布于沟谷两侧、山坡脚下等地，分布较广，岩性以浅黄、灰色细砂、粉砂、亚砂土、黏质砂土为主。砂粒成分以石英为主，少量长石及岩屑，颗粒形态呈圆次圆状，结构松散，分选较好。第四系冲坡积+风积（Q3-4ald+eol）：县域内较发育，分布范围较大，主体岩性由灰色、黄色细砂、砂土及亚砂土、黏质砂土、含砾砂质黏土等组成。1.5 土壤植被沽源县因受特定的地质、气候、生物、地形、成土年龄诸因素的影响，形成了以栗钙土为主的土壤类型。受局部地形、水、热、生物条件的影响，由东南向西北N0 10 20 km以火成岩为主的低山小区以火成岩为主的丘陵小区丘间宽谷地小区缓斜地小区坡平地小区洼地小区以火成岩为主的中山小区地面分水岭亚区界线及编号小区界线及编号沽源县界线图例图1 沽源县地貌图Fig.1 Geomorphological map of Guyuan County194侯朋 沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策http:/ 2.997%，其中耕地为 2.62%（沽源县人民政府，2020）。沽源县处于我国草原和稀树草原植被区域内，主要由耐寒的旱生多年生草本植物组成，共有6类植被类型，即森林灌丛植被、山地草甸植被、干草原植被、草甸植被、盐生草甸植被、人造植被（苏海霞，2008）。沽源县现有天然草场 9.2 万 hm2，人工草场 2.5 万 hm2（沽源县人民法院，2021），植被覆盖率高；林业资源丰富，森林覆盖率达35.64%，主要分布在山坡，有杨树、樟子松、柏树等。迹地内植被覆盖多为草本植物，有紫花苜蓿、格桑花、野艾蒿、披碱草、羊草、车前草等，局部山坡分布少量的沙棘、柠条、杨树、松树等，矿山开采区内植被遭受较严重破坏。2 地质环境问题2.1 迹地分布情况经调查，共计确定沽源县无责任主体采砂、采石迹地139处（图3），离散分布在沽源县的14个乡镇，分别为平定堡镇、小厂镇、黄盖淖镇、九连城镇、高山堡乡、小河子乡、二道渠乡、闪电河乡、长梁乡、丰源店乡、西辛营乡、莲花滩乡、白土窑乡和大二号回族乡。2.2 地质环境现状经调查，139 处迹地一般位于山坡顶部或半山腰处，开采深度深浅不一，开采面高低不同，四周多为天然牧草地、林地或耕地，其中采砂迹地27处，采石迹图2 沽源县地质图Fig.2 Geological map of Guyuan County195第 18 卷 第2期 2023 年 6 月地112处。迹地内岩石裸露，植被缺失，地形地貌景观遭到破坏，地质环境污染严重。1）平台经统计，139处采砂、采石迹地内共有平台208处，总占地面积约1 092 097 m2，平台大小不均匀，地势较平坦。平台多为废弃矿渣堆积及矿山生产开挖形成，呈不规则形状，多遍布渣堆，上部以渣石为主，下部为基岩，植被破坏严重，与周围环境不协调。（图4-a）2）斜坡迹地内存在斜坡280处，总坡面面积约1 119 542.6 m2，主要为机械开挖形成，坡面为天然山体，有少量浮石，高度不等，最大坡高95 m，倾角范围2088。斜坡多为岩质边坡，少量为岩土质边坡和土质边坡，上部为第四纪土层，下部为基岩，坡面植被破坏严重，岩石裸露，几乎无植被覆盖。（图4-b）3）渣堆迹地内存在渣堆42处，长18130 m，高度19 m，总占地面积约46 180.5 m2，总方量约139 526 m3，多为废弃渣石、碎石堆弃形成，堆放于平台上，主要由废弃石渣或渣土组成，粒径大小201 500 mm，岩性以破碎的粗面岩、凝灰岩等废渣为主，中等风化，渣堆及周边有少量杂草灌木生长。（图4-c）4）残山残山是指原山体四周被开采，遗留的孤立山体（杨澍，2005）。经统计，迹地内共存在大小不等残山15处，长11230 m，宽7130 m，高316 m，总占地面积约58 966 m2，表面无植被覆盖，岩石裸露，弱中风化，岩石裂隙较发育，局部存在岩石崩落、掉块等地质灾害隐患。（图4-d）5）台阶台阶为迹地内坡面上局部存在的不连续的小平台等，共计存在台阶3处，长2158 m，宽约5 m，总面积约624.3 m2，台阶表面岩石裸露，弱中风化，局部高低不平，无植被生长。（图4-b）2.3 地质环境问题由于长期不规范开采，迹地内基岩破碎，地形复杂，地貌类型多样，矿山开发过程中岩土体天然应力-应变状态的改变极大地提高了废弃矿山发生崩塌、滑0 5 10 kmN治理点位置湖泊县界乡镇界线及名称图3 采砂、采石迹地分布图Fig.3 Distribution map of the sand-mining lands and abandoned quarries196侯朋 沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策http:/ et al.，2018）。沽源县采砂采石迹地矿山地质问题分类见表。砂石开采活动对矿山地质环境造成了严重破坏，遗留的废弃迹地存在残山、浮石、边坡失稳等地质灾害问题，威胁周边人民群众生产生活安全。开采形成的平台、边坡岩石裸露、高低不平，渣堆分布凌乱，残山耸立突兀，导致原始地形地貌、岩土结构和自然景观遭到破坏，与周边环境极不协调；产生的废弃渣石及裸露平台等压占或损毁了大量的草地、耕地及林地资源，造成土地资源的严重浪费，同时伴随植被覆盖率降低、农作物减产、水土流失等问题；资料显示，大型废弃矿山的扬尘影响范围达1012 km2（何潭振，2016），对下风向区域影响最为严重，沽源县距北京270 km，位于西北风沙南侵京津地区的主要通道，在风力作用下，矿区扬尘危及北京的大气质量。3 生态修复方案由于沽源县地处冀北坝上高原，气候寒冷，海拔高、风沙多、降水少、土层薄，生态环境脆弱，破坏后恢复难度较大。鉴于沽源县生态环境的脆弱性以及迹地的具体特点，对迹地进行生态修复治理时严守破坏边界，坚持不扩大原有破坏范围，不增加新的破坏面积的原则，治理过程中严格以现有实际破坏范围为边界，避表1矿山地质环境问题分类Tab.1Classification of geological environment problems in mines问题类别地质灾害隐患地貌景观破坏土地压占损毁扬尘污染表现形式岩土体变形、边坡失稳、落石基岩裸露、植被缺失、地形地貌破坏废弃残山、渣石乱堆、平台裸露扬尘隐患后果人员伤亡及经济损失自然、人文景观破坏、扬尘污染植被破坏、农作物减产大气污染(a)平台(b)斜坡及台阶(c)渣堆(d)残山图4 治理区典型照片Fig.4 Typical photo in governance district197第 18 卷 第2期 2023 年 6 月免对周边原始山体破坏，最终达到消除地质灾害隐患，恢复区域生态植被，实现“蓝天、碧水、青山”的治理效果。3.1 地质灾害治理方案矿山环境治理首要任务就是地质灾害治理，大部分迹地内无明显的危岩体，但部分迹地存在掌子面、高陡的残山和边坡，残山表面及边坡坡面局部堆有浮石，且裂隙较发育，存在滑落、崩落的可能。为彻底消除地质灾害隐患，通过机械+人工相结合的方式进行浮石清理（李钦韬等，2020），机械臂长所及的区域内采用机械炮锤配合挖掘机清理，无工作面以及高位区域，采用人工方式清理，并坚持安全第一的原则。清理时由上而下，先清理松散、不稳定的石块，再将表面其余浮石全部清除，彻底消除地质灾害隐患。3.2 地形地貌修复方案沽源县地处冀北山区与内蒙古高原的过渡区，特殊的地理位置形成了独具特色的地形地貌，除南部坝缘外大部分地区为典型波状高原地貌，山低丘缓，原野广阔，地势和缓，高差不大。因此地形地貌修复不适合棱角分明、人工痕迹明显的治理工程，应因地制宜，尽量使治理后的地形平缓过渡，与周边的地貌协调一致。治理区内的平台和台阶，可根据周边地形地势情况进行挖高填低、台面平整，平台上存在的渣堆，就近平整到低洼区域，或清运出治理区外。对于同一治理区内的多个分散平台，可根据现场情况按照就近相连，通过土石方挖填将其连通为较大的平台，形成成片的可利用地。治理后同一标高的平台坡度控制在5以内，平台四角标高超过5的，使其平滑过渡形成缓坡（河北省自然资源厅，2023）。边坡主要有2类，一类是位于治理区内部，连接各平台的边坡；一类是位于治理区最外缘的边坡。对于内部边坡，主要采取削坡减荷、坡面平整的方式，消除边坡失稳隐患，使其达到自然平滑连接平台的作用，并满足后期覆土绿化的坡度要求；对于最外缘的边坡，由于沽源县生态环境脆弱，破坏后恢复难度比一般地区高很多，因而采取不扩大破坏范围的方式，保持边坡外缘不动，在坡脚填方堆坡，不具备堆坡条件的可利用坡面微地貌，局部整治成小台阶覆土绿化，形成“点缀”景观。迹地内存在多处遗留的孤立山体，四周被开采，在周边波状高原地貌映衬下显得极不协调。残山治理采用机械爆破、机械挖运等工程技术手段方式进行清除，自上而下分层破碎、清除，使其与周边地貌相协调。破碎后的石料就近填埋到低洼区域。渣堆多分布于平台上，大小不一、堆积松散，渣堆治理主要采用推土机等机械将其清除，就近推至低洼处填平压实，恢复平台的地形地貌。3.3 绿化方案沽源县生态环境有一定的特殊性，整体土层厚度较小，多为0.10.3 m，植被以草本植被为主，少量乔木，同时海拔较高，平均海拔1 536 m，根据当地治理经验，该地区不适宜爬山虎等攀缘类植被生长。结合沽源县生态环境的特点，对整治后的平整区和放坡区外运土壤进行覆土，客土运达后采用推土机推平，覆土厚度0.3 m，掺和有机肥进行土壤改良，使土壤有机质达到植被生长所需的水平。覆土后进行土地翻耕、松土，增加土壤透气性，使土、肥充分融合，提高地力（张锐，2021）。根据治理区的自然条件，对平台、内部边坡及台阶覆土后撒播混合草籽，草籽选用榆树、柠条、丁香、紫花苜蓿、格桑花、披碱草、羊草的乔灌草花混合籽，种植比例1223355，每亩撒种子35 kg。对外缘边坡，在坡脚处的平台上挖坑种植一排樟子松和一排小叶杨，种植株距23 m，行距3 m，起到遮挡白斑和美化环境的作用。由于当地土地肥力较差，苗木选用土球苗，提高幼苗成活率。4 效益分析4.1 生态效益采砂、采石迹地数量众多，分布零散，如同一个个“伤疤”遍布在整个沽源县，总破坏面积达210 hm2之多。修复治理后可使裸露的土地得到复绿，预计可恢复绿化面积约 210 hm2，可有效地改善当地的矿山地质环境。同时，治理后消除了岩石崩落等地质灾害隐患，地形地貌景观得以恢复，使恶化的生态环境逐渐步入良性198侯朋 沽源县采砂、采石迹地地质环境问题及治理对策http:/ 经济效益通过修复治理可消除迹地的环境污染，周边景观得到改善和提高，减轻了区域经济发展中存在的不利因素，为区域经济与环境的协调可持续发展奠定了坚实的基础，带动周边地区经济发展，增加就业机会，促进地方经济的可持续发展。开展矿山环境修复工作，恢复地貌景观，改善水土环境，当地可以大力发展生态观光农业、旅游产业等，带动当地依托于绿色经济的深层次开发，实现养山富民，进一步增加劳动力就业。迹地修复后预计可恢复210 hm2的绿地面积，提升了沽源县生态系统的碳汇增量，当地政府可组织申请核证碳汇增量并进行交易，充分发挥林草碳汇在实现碳中和目标中的重要作用。4.3 社会效益对迹地进行修复治理，消除了地质灾害隐患，改善迹地及周边生态环境，为沽源县人民和外地游人创造了良好的生产生活环境，提升沽源县的对外形象。有效解决“破窗效应”。地质环境条件改善后，使迹地不再因地质环境条件恶劣而被继续乱挖乱采，一定程度上能有效防止胡乱挖采现象的发生，避免迹地遭受更大的破坏。能够有效改善项目区及周边区域地质环境，为当地发展生态观光农业、旅游产业、带动当地依托于绿色经济的深层次开发提供环境基础，进一步增加劳动力就业，助力当地乡村振兴。采砂、采石迹地的矿山地质环境问题在沽源县及周边坝上地区具有典型性和代表性，对同类矿山地质环境问题的治理起到良好的示范效应，为解决类似问题提供可借鉴的宝贵经验。5 结论沽源县存在大量零散分布的采砂、采石迹地，岩石裸露、植被缺失，总破坏面积达210 hm2，矿山地质环境破坏严重，严重影响了整个沽源县的生态环境质量，限制了沽源县第二道生态屏障作用的发挥，对其进行生态修复十分必要和紧迫。沽源县地处坝上地区，生态环境具有一定的特殊性，海拔高、降水少、土层薄、气候寒冷，生态环境脆弱，植被以草本为主，乔木较少，且爬山虎等攀缘类植被不适宜生长。因此绿化施工应以草本为主，乔木为辅，建议选用乔灌草花混合草籽，乔木选用土球苗，利于苗木的成活。本文中引用的数据，是集合河北水文工程地质勘察院有限责任公司多年在张家口市从事矿山地质环境调查、设计、施工的数据而成。参考文献沽源县人民法院，2021.奋进中的沽源县人民法院 EB/OL.（2021-09-02）2023-05-15.http：/ R.郭万翠，2008.沽源县生态系统服务价值变化及土地利用优化研究 D.北京：首都师范大学.何潭振，2016.京津冀“PM2.5红线”怎么划？解读 京津冀协同发展生态环境保护规划 J.地球（2）：54-56.河北省自然资源厅（海洋局），2023.京津冀地区废弃矿山地质环境治理及生态修复6个方案分析 EB/OL.（2023-02-08）2023-05-15.http：/ 构建绿色屏障 护佑首都生态 N/OL.河北日报，2021-2-26（7）2023-5-15.http：/ J.种子科技，39（5）：98-99.李莉，2018.张家口市沽源县农村饮水安全巩固提升对策研究 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