张家口市洋河盆地流域环境水文地质问题及对策 - 副本 (2).doc

张家口洋河盆地区域环境地质问题分析
【摘要】：张家口洋河盆地流域地处冀西北山区，地质环境脆弱，近年来随着城镇化建设的不断加快，对矿产资源和地下水资源开发需求也相应加大，引发了诸多环境地质问题，通过对出现的环境地质问题的分析研究，提出了相应的整改措施，为张家口城市的可持续发展提供参考意见。
[关键词]：地质背景 环境地质 治理措施
[中图分类号] P641 [文献识别码] A
张家口洋河盆地位于冀西北山区，为一山间盆地，盆地流域面积约5400km2，是张家口市区、宣化县（区）、万全县、怀安县、崇礼县的所在区域，人口约240多万人，也是大中型机械、装备、冶金、化工产业聚集分布的区域。在地域上地处蒙古高原与华北平原过渡地带，地表处在一个剥蚀作用较强烈、植被发育条件较差的脆弱地质环境中。近年随着城镇化建设的不断加快，对矿产资源和地下水资源开发需求也相应加大，地质环境必然要发生改变，区域内出现的各种环境地质问题也逐年增多，所产生的不良后果比较突出。
1环境地质背景特征
洋河盆地流域内的大气降水形成的地表和地下水迳流具有完整的补给-径流-排泄循环系统，盆缘外侧至山区分水岭各类基岩分布区构成了地下水补给区；盆缘内洪积、冲洪积倾斜平原构成地下水的补给-径流区，其孔隙含水层（组）为具有统一地下流场的含水体；洋河带状平原区巨厚的孔隙含水层是盆地内地下水的排泄-调节-蓄积区，地下水和地表水在盆地东端的响水铺峪口溢流排除盆地。盆地内各种人类工程活动作用都会系统的影响盆地的地质环境，因此洋河盆地为一完整的环境地质单元。
1.1盆缘基岩山区环境地质区：
张家口洋河盆地周边基岩山区为区域地下水的补给区。主要接受大气降水对地下水的补给，渗入补给程度的强弱主要受分水岭边界、地形地貌、地层产状、岩石结构、岩性的影响，而地形地貌和水系发育又受岩石岩性和地质构造的控制。
1.1.1太古界变质岩和中生界火山碎屑岩亚区：主要分布于洋河盆地西南部盆缘山区的洪塘河、南洋河、西洋河和北部盆缘山区的洗马林河、清水河、柳川河、泡沙河、龙洋河支流流域，地表植被发育稀疏，变质岩区为较硬岩和坚硬岩，地形坡度较缓；火山岩区多为坚硬岩，地形坡度较陡。沟谷断面呈开阔“V”字形发育，岩石似层状构造、垂直节理发育。区内主干河谷水平方向延伸远，支沟呈树枝状分布，纵坡降小于5%，大气降水入渗条件相对较好，风化裂隙带和构造裂隙带为大气降水的渗入地下提供了良好的渗入通道，风化带厚度一般在20～30m，构造裂隙带影响深度40-150m，含基岩风化-构造裂隙潜水，直接受大气降水垂直渗入补给，地下水的循环深度小，水位变化大，富水性不均匀，呈网脉状分布，易受污染。沿河集水廊道、截潜流及机井是解决居民小型供水的主要方法。
1.1.2元古界碳酸盐岩及碎屑岩亚区：分布于洋河盆地东南部的水泉河、塔儿村、冀家庄河支流流域和盆地东部北缘，地表植被不发育，地形起伏较大，主干沟谷断面呈开阔“U”字形发育，水平方向延伸短，纵坡降大，且支沟不发育，岩石岩性为硅质白云岩、白云质灰岩及砂岩，局部有基性岩体侵入，属坚硬岩类，岩石不易风化，原生节理裂隙和层间裂隙较发育，强风化带厚度5～10m，大气降水主要通过节理裂隙垂直运移渗透补给深层地下水，地下水垂向运移循环深度大，含裂隙-岩溶水。水窖和深机井是解决居民供水的主要方法。
1.1.3中生界白垩系碎屑岩区：分布于洗马林河、万全城东河和城西河支流流域，主要出露岩石为泥质胶结的砾岩和砂岩，属软岩类，岩石易风化脱落成松散状，地表植被不发育，地形呈舒缓状丘陵，风化带厚度小于10m，入渗条件差，隔水性好。基岩区大气降水多以地表流的形式汇入下游补给第四系冲洪积-洪积孔隙水。
1.2盆地平原区：
盆地平原区近东西向展布，东西长约90km，南北平均宽约17km，由山前倾斜平原和洋河带状平原构成，基岩地下水通过山前第四系冲洪积层孔隙含水层对盆地地下水进行侧向径流补给，大气降水和洋河支流对盆地地下水进行垂直渗入补给，洋河河床是盆地地下水集中排泄地，为一全排型蓄水构造。
1.2.1山前倾斜平原区：盆缘山区山前形成的冲洪积扇及坡洪积裙构成的倾斜平原是盆地地下水的补给-迳流区，山间河谷地带和扇（裙）轴部的中上游部位沉积物颗粒粗、厚度大，呈单层结构，以砂卵砾石为主，渗透性好，富含第四系松散堆积孔隙潜水，易受污染。扇翼及前缘部位沉积层呈多层结构，以砂砾及粘性土互层为特征，含第四系松散物堆积孔隙潜水-承压水。区内有沿河采水井分布，是城镇和农村生活用水的中、小型供水水源地及农业灌溉的的集中分布区。
1.2.2洋河带状平原区：
洋河带状冲洪平原区上部沉积物为巨厚层中粗砂砾石，单层结构，富含第四系松散物堆积孔隙潜水,与地表水和大气降水联系密切，易受污染；深部为砂卵石粘性土互层，多层结构，主要受深部基岩地下水的侧向径流补给，富含第四系孔隙承压水，不易受污染；总厚度大于200m，两侧次一级水文地质单元地下水主要以溢出泉或侧向迳流的方式向洋河孔隙含水层进行补给，所以洋河孔隙含水层是盆地内调蓄地下水功能较好的“地下水库”。是城市、大型电厂及供热站的大、中型水源地和农业灌溉的集中分布区。
2.工程活动及环境地质问题评述
所谓工程活动主要是指区内矿产资源露天开采、工矿业排尾、道路建设等工程活动。这些活动对地质环境所产生的危害作用后果严重，其治理难易程度也相对较大。
2.1基岩山区采矿活动：
主要以露天开采为主。一是开采超贫磁铁矿（含磁铁变粒岩、角闪岩），mFe的含量一般在4～6%，个别地方8～10%，可选性好，含矿体均呈零散分布，大部分不宜集中规模化开采，在近十年的铁矿开发热潮中，上千处采点遍布于周围山区；二是剥采含金变质岩进行选金堆浸；三是建筑石料采石场。这些采区主要分布于地下水接受补给的盆缘基岩山区。其开采特征为：各采区垂直和水平间距大，由采矿点连接到矿石选矿加工点的运输途经长，盘山道路遍布山体斜坡地带，道路剥蚀面积远大于采区面积，由于是短期行为，采区矿石采完后，道路和剥采区便很快废弃无人负责回填，岩石长期裸露受风蚀和大气降水的冲蚀等外力地质的作用。南部以南洋河和西洋河支流流域的怀安县前、后川变质岩山区最为严重，北部以宣化县柳川河和龙洋河流域变质岩基岩区较为严重，采矿工具主要为大、中型挖掘机，受破坏的山体表部具有剥蚀速度快、破坏面积大、废渣堆积迅速且规模大等特征，各部门过问多且疏于管理，有地灾整治方案且无具体落实施工措施。
环境地质问题：①崩塌：在道路和采区形成山体凌空面，受岩石结构、产状和岩性影响，在自然界昼夜温差和重力等外力的作用下，出露的岩体不断地受到大气降水渗透、冻融、风的侵蚀作用，岩石发生脱落崩塌。②水土流失：由于区内降水集中、强度大、时间短促，原始地形起伏大，人类采矿修路挖方破坏了基岩山区风化带土的原生结构及植被对水的涵养作用，大气降水不能及时下渗，增加了地表径流量，加重了水土流失程度。据初步统计分析盆地流域水土流失面积约4000km2，尤其西洋河、南洋河、柳川河、龙洋河支流流域较为严重，平均土壤侵蚀模数3200t/a，导致边坡失稳失去了对土地的维护作用，使土地产生沟壑被侵蚀，养分大量流失，形成不能耕种的“裸骨地”；导致了各支流河床淤积抬高和流域内小型水库的淤积，增加了洪灾发生概率。③ 影响区域地下水的补给：由于基岩山区采矿活动的影响，导致新鲜岩石裸露，破坏了漫长地质时期形成的风化裂隙带和地表植被层对地下水的涵养作用，使地下水在基岩山区补给下游地下水的网络循环功能消失，降低了大气降水的渗入补给强度，减少了入渗量，缩短了地下水的循环途径，使流向盆地地下含水层补给量减少。
2.2河谷采矿活动：
建筑用砂开采：主要集中在洋河冲洪积倾斜平原次一级支流及上游山间河谷的河床地带，毁坏了周围农田及农田引洪灌溉系统，采砂后残留采坑和废石堆积多沿河道呈串珠状分布。
影响了河道的天然排洪作用，使天然排洪通道不畅，诱发山洪的暴发，毁害农田、村庄、交通、供水等地面设施，造成生命财产损失。
采选磁铁矿砂：主要集中在左卫镇以西段洋河河床、西洋河及南洋河流域河床部位，含磁铁砂矿沉积厚度大，具易开采、易加工、易选特点。采矿船翻挖河道上百公里，毁地占地几千公顷，以左卫以西至满洲坡洋河段、水闸屯以西南洋河一带最为严重。
其不良作用是：①造成了下游河床的淤积，使河床抬高，降低了河床的排洪能力；②增加了沿岸农田灌溉渠道的输沙量，造成灌渠淤积，以洋河南岸的民生渠、芦山渠及北岸的洋河灌渠最为严重；③造成水库淤积导致库容缩小或报废，使水库失去或降低了对流域内的地表水的调蓄功能，如：宣化县的常峪口水库、羊房堡水库，怀安县的水沟口水库、涌泉堡水库、西洋河水库、太平庄水库；④采坑沿河床的无序分布使地下水径流不畅，使地下水面裸露地表增加了水的蒸发浓缩作用，使地下水矿化度和盐分含量增高，土壤盐渍化，局部地带有害有毒离子容易富集超标，水质变差。⑤破坏了传统的水稻种植，使种稻水田湿地变成了旱田或沙滩荒漠。
2.3采矿企业超采地下水和排尾：
研究区内分布有数百家选矿企业，选厂多建在基岩山区峪口两侧和冲沟附近，生产需水量大，凿井开采地下水，随意圈地占沟排放尾矿现象严重。
2.3.1选矿供水井超采地下水：水井一般就近选择，井位多分布于山前峪口洪积扇顶部及山前断裂蓄水构造部位，开采深度大，取水量大，截取了下游地区的地下径流量，影响了下游地区农业用水和生活用水，加大了区域取水深度。
其不良后果：①区域地下水位逐年下降：山前选矿厂大量的开采地下水与农业产生争水现象，加大了地下水的开采深度和开采强度，减少了向下游盆地中心的径流补给量，破坏地下水水均衡条件导致了区域地下水水位的下降，使洋河两岸的线性排泄溢出泉消失、两岸的湿地面积减少、水田变成旱地、洋河河道带巨厚的砂砾层构筑“地下水库”的蓄水量减少，危及沿河的城市供水水源地的供水保障。②地下水位降落漏斗：因局部超采地下水，由于每年的开采量都大于补给量，动用的地下水静储量未能得到及时补给，造成地下水位的连年持续下降，形成常年性地下水位降落漏斗。形成时间较早的有万全县孔家庄漏斗、张家口市腰站堡漏斗，各漏斗地下水水位均在逐年下降，面积逐年扩大，长此下去会导致凿井深度逐年加大增加取水成本、径流条件变差、水质变差、地下水源枯竭、地面下沉。
2.3.2选矿尾砂多沿基岩或黄土冲沟呈粗放型排放，70%的尾矿堆积不合理未按规划设计要求做，非法占地毁地现象严重，主要有怀安县右所堡-王虎屯-李信屯-西湾堡-水闸屯以西一带、西洋河村-沙家屯村一带、第六屯-南忻屯一带；万全县洗马林-柳沟一带；崇礼县前沟、西沟、正沟；宣化县的赵川盆地、东望山一带。
形成的危害有：①导致周围土地沙化及沙尘天气，尾矿库周围土壤由于库内尾水渗出-蒸发作用导致周围土壤盐分积累增加；②尾矿砂多为暗色矿物，夏季吸热蓄热，使周围农田植物被烤灼死亡；③汛期各支流洪水携带采矿区剥岩废石中的细粒壤土和选矿尾砂进入洋河及主干支流河道，使河床淤积抬高。④影响了天然沟谷的排洪泄洪作用。排尾库多分布于盆缘山前地带，排尾库及周围绿化程度差，春秋季节尾砂由于风的吹扬作用，使附近土壤沙化。
2.4沿洋河河床筑路工程建设活动：
洋河是盆地内的最大河流，河道带沉积有巨厚的砂或砂砾石层，犹如一座对盆地内地下水起调蓄作用的大型 “地下水库”， 大气降水、地表水、地下水“三水”转换快且联系紧密，河流两侧有限的带状湿地和水田极为珍贵，具有调节当地气候、净化水源水质的生态呼吸功能，对水和土壤环境的自然净化作用是人类难以模拟做到的，也是城市集中供水水源地所在地，所以水文、工程、环境地质条件复杂，尤其在河道带沿洋河河床设置沥青路面滨河公路、物流转运、加油站等设施既不科学又不合理。
其弊端有：①大面积的侵占了优良的水田和湿地，堵塞了部分“三水”转换的通道，影响了水循环，严重的破坏了周围的生态地质环境；②对周围水源和生态环境的安全存在事故隐患。一旦发生有害有毒物质运输交通事故致有害有毒物质泄漏，会迅速直接渗入地下污染地下水，危及沿河的供水水源地和水田的农业生态及人类的健康安全，而这种污染事故治理难度大恢复周期长，地下水水质在数十年内无法恢复；③道路路面上的残存的有机或无机化学有害成分经大气降水冲涮后迅速流入道路旁侧壤土渗入地下溶入地下水中，造成地下水长期污染；④沿道路形成的线状高温区增加了水的蒸发量，造成湿地、水田逐年减少，破坏了洋河河道两侧的湿地功能作用和自然景观；⑤天然河床面积减少，降低了地下水的垂直补给量，同时也增加了地下水的污染概率。
2.5景观河流工程建设活动：
为了阐明宜建和不宜建人工景观河流的条件，现在将洋河主干流与次一级支流的水文工程环境地质条件进行一下对比。
2.5.1洋河河床沉积层：一是工程地质条件复杂，沉积物主要是新近沉积形成的中砂和中细砂，颗粒级配差，松散易液化，河道宽阔平缓，漫滩发育，阶地为平缓开阔的低阶地，地下水的潜蚀和渗透作用强烈，地下水位埋藏浅且随季节变化升降幅度大，易受季节性冻蚀作用的影响，地基土易变形不稳定，不适宜筑坝做基础地基。二是水文地质条件复杂，洋河冲积平原及主河道的巨厚砂层是大气降水垂直补给地下水的主要通道，是盆地内各支流流域地表水和地下水径流的集中汇集地，其河道接受的垂直渗入补给量占资源量的40-50%，是盆地地下水蓄水的地下水库，对地下水起调蓄作用，是城市供水的大、中型水源地集中分布区，地下水的补给来源和补给途径必须得到保护。地基土颗粒细不稳定，不宜做基础持力层，地下水位埋藏浅，增大了液面蒸发，减少了河道带对地下水的垂直渗入补给量，破坏了地下水的均衡。人工河建设活动工程地质环境与水文地质环境之间的相互影响大，矛盾突出。
2.5.2洋河次一级支流河道沉积层：工程地质条件好，沉积物以冲洪积沉积的砂卵石为主，沉积时间长，密实度大，中粗砂充填，颗粒级配好，承载力大，河道狭窄坡降大，漫滩不发育，阶地为不连续的高阶地，适宜筑坝做建筑物基础地基。水文地质条件较简单，含水层厚度大，地下水位埋藏深度大，地下水径流速度快、排泄条件好，是地下水侧向径流排泄通道，提供的侧向补给量占地下水资源量的50-60%。人工河建设工程对水文地质环境之间的相互影响程度较小。
因此洋河河床沉积与周围次一级支流河床沉积相比较，前者水文地质条件复杂、工程地质条件差，后者相反，二者地质功能作用截然不同，所以在洋河次一级支流结合排洪工程宜建人工景观河，洋河则不宜。
2.6产业园区填方工程的活动：
填方区由于填土成分复杂，颗粒级配差，且未按填方施工要求进行分层填铺压实，填方区土的固结时间短、湿陷性强烈，地下水的潜蚀和渗透破坏作用所产生的地基不均匀沉降等不良工程地质现象较严重，究其原因主要是雨季或融雪季节有较为集中的地表水渗入地下，一是填土不均系数大造成填土发生粒间滑动形成湿陷；二是由于填土的渗透系数K值远大于基底老土层的渗透系数K值，且填土基底地形坡度大，地下水沿新老土体的接触面的渗透运动使填方土体产生水平和垂直位移，这种不良工程地质现象的发生主要受填方土颗粒级配、新老土体的渗透性、基底岩土岩性等因素的控制。
在这些地带基岩区岩石富含蒙脱石矿物，经挖方进行填方后，形成了大面积的填方建设场地，由于地下水的渗透、潜蚀、水解、离子交换作用，填土体产生膨胀-收缩，细粒土流失等不良现象，导致了建筑场地地面开裂和地基不均匀沉降等诸多工程地质问题。
3应对措施
3.1盆缘基岩山区地形地貌梳理整治和植被恢复工程：
彻底关闭周围变质岩基岩山区无恢复治理措施的露天开采超贫磁铁矿和选矿厂，结合周围小流域综合治理，建立矿山地灾恢复治理保证金制度，责令矿山在规定的时间内、在专业监理公司的监督下进行整治。
3.1.1坡面治理：对采矿后废弃的道路、采矿作业面采取工程和生物措施，工程措施以分阶分段水平沟整地为主，生物措施以种草植树造林为主，对25度以上的边坡杜绝开挖破坏，实行封山种草植树造林，恢复生态，减少水土流失。
3.1.2沟壑治理:根据沟谷和沟壑的形态，利用采坑、废石、尾矿库构筑塘坝、拦砂坝等骨干工程，结合谷坊等一般工程，细划治理流域构筑各种拦截和利用径流工程，防止水土流失和沟底下切，坊内育草植树涵养水分。
3.1.3沟头治理：在采矿或其它人为破坏严重的沟头、沟顶，应采取多层围堰防护，堰前设截水沟和涝池，堰间地带修鱼鳞坑，种植根系发达的乔灌木植物，形成沟头沟顶防护带。
3.1.4立法措施：禁止对荒山荒坡的开发活动；禁止一切破坏水环境生态平衡的活动以及破坏水源林、护坡林和与水源保护相关的植被的活动；禁止毁林开荒，禁止砍伐水源涵养林。
3.2在冲洪积倾斜平原区实施农田径流控制工程：
3.2.1建设治理污染控制工程：季节性河道和农灌径流是污染下游农田和湿地物质的载体，大量地表污染物在降水和灌溉垂向径流的作用下，进入地下随水平径流进入洋河冲积平原，影响水质。禁止新建、扩建向水体排放污染物的建设项目，改建项目必须削减污染物排放量；禁止利用未经净化的污水排入灌渠和河道甚至灌溉农田，已有的污灌农田要限期改用清水灌溉；禁止设置无防渗保护措施的工业废渣、生活垃圾、粪便和其他废弃物存放场所。开展农田径流污染控制基本建设工程，通过农田整平、引洪渠、坑、塘、池等工程措施，减少雨季地表径流冲刷和土壤流失，并通过生物系统拦截净化污染物。具体根据各村的农田分布特点在农田主要集中的区域通过建造人工引洪渠道或氧化池塘的形式进行治理，同时要推广绿色农业和普及生态村建设。禁止建立墓地。
3.2.2整治疏理河道加固新建水利工程：倾斜平原区是盆地内的主要农业耕种区域，整治疏理季节性河道及引洪灌渠，恢复原有水利工程的分洪、灌溉作用。对洋河次一级支流进行河道整理，严禁采砂采石活动，结合景观河的建设设置分洪-引洪渠网，尽可能使上游山区和大气降水形成的地表流通过人工渠道网的调节充分的转化为灌溉用水，经灌溉渗入转化为地下水，以地下径流的方式最终排泄到洋河河床。
3.3建立洋河冲积平原区水涵养工程：洋河、南洋河、西洋河河道以砂粒沉积为主，河床纵坡降缓，严禁采砂采矿，取缔沿河道路，严禁在河道冲积平原上修筑商业运营柏油和水泥道路，禁止新建、扩建与供水设施和保护水源无关的建设项目,杜绝经营石油产品及煤炭转运，禁止输送污水的渠道、管道通过本区；鼓励农民进行坑塘养殖、种植水稻等喜湿植物，恢复洋河河床对大气降水和地下水的调蓄功能及两侧湿地对地表径流的净化功能。
3.4其它措施：农村的生活污水处理工艺选择必须因地制宜，切忌搞一个模式，具体必须结合当地的地理环境特点，选择合适的处理方式。最好是遵循生态循环、能源综合利用的道路。对于有较多农田或需要较多有机肥料需求的村庄，可以采取厌氧法处理后制成有机液态肥料进行还田；对于靠近水源地，没有综合利用去向的村庄则建议采取生化法处理，处理后废水回收利用；对于距离水源地较远，有现成的渠道网或池塘的村庄，建议使用氧化塘法处理。
4结论
鉴于洋河盆地有系统完整的地下水补给-径流-排泄循环系统，从分水岭到盆缘上游山区，从盆缘到洋河河谷带状平原区，人类在某一位置的工程活动都会影响到整个盆地地下水补给、径流、水量、水位、水质的改变，使地质环境发生变化，所以区域内建设要在不破坏地质环境、能低成本恢复治理的基础上进行整体规划布局，取缔不科学、无秩序、破坏大的采矿选矿企业，取缔有污染隐患和破换生态地质环境的道路、景观设施、物流设施建设，是整治恢复洋河盆地地质环境的重要措施。