沽源縣采砂、采石跡地地質環境問題及治理對策

摘 要：張家口市沽源縣位于河北省西北部，地處北京上風上水位置，與北京“山同脈、水同源、氣相通”，肩負著為首都保水源、阻風沙、送清風的重任，是拱衛首都生態安全的重要屏障。由于歷史原因，縣域內存在多處采砂、采石跡地，造成落石、邊坡失穩、基巖裸露、植被缺失、地貌景觀破壞、土地損毀、揚塵污染等一系列礦山地質環境問題。為促進京津冀協同發展以及“首都水源涵養功能區和生態環境支撐區”建設，沽源縣采砂、采石跡地的生態修復治理形勢緊迫。針對沽源縣采砂、采石跡地存在的地質環境問題，結合沽源縣壩上地區生態環境的特點，提出了地質災害治理、地形地貌修復、恢復綠化等生態修復方案。

關鍵詞：采砂、采石跡地；地質環境問題；生態修復

Geological and environmental problems and countermeasures of the sand-mining lands and abandoned quarries in Guyuan County

HOU 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 safeguarding 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. Aiming 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

張家口市沽源縣地處內蒙古高原向華北平原的過渡帶，位于首都水源涵養功能區和京津冀生態環境支撐區（賈楠，2021），是構建首都“傘”型生態環境支撐格局的第二道生態屏障，縣域內分布著首都環線高速公路、海張高速公路和二秦高速公路，戰略地位十分獨特（張家口市人民政府，2022）。近年來隨著京津冀協同發展國家戰略及京津冀地區發展長遠規劃的確立（劉嘉麒，2021），當地鄉村振興戰略的實施，以及北京－張家口冬奧會后奧運時代發展機遇的到來，使得位于第二道生態屏障的沽源縣迎來新的發展機遇（沽源縣自然資源和規劃局，2021）。但由于社會經濟活動，沽源縣砂石料開采歷史較長，已有20余年，形成大量的無責任主體采砂、采石跡地（以下簡稱跡地），跡地內形成了大量的掌子面、開采平臺、殘山、渣堆、邊坡等，破壞了地表原始植被，導致巖石裸露、水土流失，嚴重影響了當地生態平衡。跡地的地質環境和生態現狀與新時代踐行綠水青山就是金山銀山的理念嚴重不符，亟須治理（姜霞等，2019）。

本文分析了沽源縣采石采砂跡地存在的地質環境問題，結合沽源縣壩上地區生態環境的特點，制定了適合本地區的生態修復方案，詳述了地質災害治理、地形地貌修復和恢復綠化的技術措施，為沽源縣采砂采石跡地修復提供了技術參考，對周邊壩上地區類似問題具有借鑒意義。

1" 自然地理條件

1.1" 交通位置

沽源縣位于河北省西北部壩上地區，東鄰承德市豐寧縣，南與赤城縣、崇禮縣相連，西與張北縣、康保縣毗鄰，北與內蒙古正藍旗、多倫縣接壤（李建花，2021），縣內有國省干線7條。采砂、采石跡地遍布整個縣域，區內有礦山道路相通，交通便利。

1.2" 氣象與水文

沽源縣地處內蒙古高原南緣，氣候屬溫帶大陸性草原氣候（沽源縣人民政府，2023），特點是冬長夏短，風多雨少，降水集中。氣候寒冷，年平均氣溫1.6 ℃，雨量分布不均，由東南向西北呈減少分布，年降水量426 mm，主要集中在6—8月份，多以暴雨形式出現；冬春風多且大，風向多西北和偏西，主要的氣候災害有干旱、冰雹、大風和寒潮。由于森林覆被率增加，小氣候改善，降雨期延長，氣溫提高，出現暖冬現象，積雪減少，氣候呈現為“冬無嚴寒、夏無酷熱”之態。

沽源境內有潮白河、灤河、葫蘆河三大水系，包括大小河流15條、水庫5座、淖泊12處（李莉，2018），河流總長365 km，流域面積3 646 km2。地下水以壩緣山地分水嶺為界，南部為中低山水文地質大區，北部為壩上高原水文地質大區，其中包括基巖裂隙和孔隙水兩個亞區（蘇海霞，2008）。跡地內地表水排泄條件良好，無地表徑流，基巖裸露，不利于水分滲流，地下水補給來源為大氣降水，并多以地表徑流形式排泄，只有部分補給地下水。

1.3" 地形地貌

沽源縣地處內蒙古高原東南邊緣，陰山余脈橫貫東西，地勢南高北低、東高西低，海拔高度1 400～1 800 m（郭萬翠，2008）。根據自然地理特征，全縣可劃分為2 個自然區域：一是南部壩緣中低山區，山高坡陡，徑谷坦蕩；二是中北部及西部波狀高原區，地勢低緩平坦，為典型的波狀高平原特征（張素芳等，2013）（圖1）。

1.4" 地層巖性

跡地出露地層巖性，從老到新依次主要為太古宇紅旗營子巖群第二巖段、侏羅系張家口組火成巖、新生界第三系黏土以及第四系粉砂、砂質黏土、碎石土等（圖2）。

1）太古宇紅旗營子巖群第二巖段

該地層為沽源縣內出露最老的巖層，僅在沽源縣西部九連城鎮和南部豐源店鄉等地出露，面積較小，巖性組合以含石榴子黑云變粒巖、石榴子黑云淺粒巖為主，夾大量“條紋狀”淺粒巖及長石石英巖和大理巖。

2）中生界侏羅系張家口組一段

主要分布于沽源縣南部豐源店和長梁一帶，主要由一套酸性火山碎屑巖組成，巖性組合為灰紫色、紫灰色流紋質熔結凝灰巖、流紋質角礫凝灰巖、流紋質弱熔結凝灰巖夾流紋質凝灰巖、角礫凝灰巖及石英粗面巖。

3）中生界侏羅系張家口組二段

為沽源縣分布最廣的地層，大面積分布于縣域北部、中部和南部，蓮花灘一帶分布面積最大，為一套以粗面巖為特征的巖石組合，巖性組合為暗紫、黃褐色粗面巖、石英粗面夾紫灰色、紫色流紋巖及少量灰紫色流紋質凝灰巖或呈互層產出。

4）中生界侏羅系張家口組三段

主要分布于沽源縣中部和東部地區，分布較廣，該段東部與西部巖石組合也存在較大的差異，西部巖性則以淺灰色鉀質流紋巖（凝灰熔巖）、流紋質凝灰巖、石英粗面巖為特征，黑曜巖出現率較多，常呈不規則層狀夾于凝灰巖和流紋巖中；東部巖性以流紋質凝灰巖為主夾流紋巖，上部夾沉凝灰巖、凝灰質砂巖，沸石化凝灰巖，局部形成了沸石礦。

5）新生界上新統（N2）

僅在西部九連城鎮有零星分布，面積較小，主要為紅色黏土夾砂礫。

6）新生界第四系（Q）

第四系松散堆積物極為發育，沽源縣境內均有分布，南部分布相對較少，根據其出露的地貌位置、切割關系及巖性組合特征等劃分為以下成因類型。

第四系沖積—沼積（Q4al-h）：主要分布于溝谷兩側、山坡腳下等地，分布較廣，為松散堆積砂礫石、砂質黏土、細砂、含砂淤泥等。

第四系沖積+風積（Q3-4al+eol）：主要分布于溝谷兩側、山坡腳下等地，分布較廣，巖性以淺黃、灰色細砂、粉砂、亞砂土、黏質砂土為主。砂粒成分以石英為主，少量長石及巖屑，顆粒形態呈圓―次圓狀，結構松散，分選較好。

第四系沖坡積+風積（Q3-4ald+eol）：縣域內較發育，分布范圍較大，主體巖性由灰色、黃色細砂、砂土及亞砂土、黏質砂土、含礫砂質黏土等組成。

1.5" 土壤植被

沽源縣因受特定的地質、氣候、生物、地形、成土年齡諸因素的影響，形成了以栗鈣土為主的土壤類型。受局部地形、水、熱、生物條件的影響，由東南向西北分布有森林土、栗鈣土、草甸土、沼澤土、鹽土5大類，10個亞類，35個土屬，112個土種。沽源縣栗鈣土面積共29.12萬hm2，占全縣面積的81%，可分為3個亞類：暗栗鈣土、栗鈣土和草甸栗鈣土。土壤有機質平均為2.997%，其中耕地為2.62%（沽源縣人民政府，2020）。

沽源縣處于我國草原和稀樹草原植被區域內，主要由耐寒的旱生多年生草本植物組成，共有6類植被類型，即森林灌叢植被、山地草甸植被、干草原植被、草甸植被、鹽生草甸植被、人造植被（蘇海霞，2008）。沽源縣現有天然草場9.2萬hm2，人工草場2.5萬hm2（沽源縣人民法院，2021），植被覆蓋率高；林業資源豐富，森林覆蓋率達35.64%，主要分布在山坡，有楊樹、樟子松、柏樹等。

跡地內植被覆蓋多為草本植物，有紫花苜蓿、格桑花、野艾蒿、披堿草、羊草、車前草等，局部山坡分布少量的沙棘、檸條、楊樹、松樹等，礦山開采區內植被遭受較嚴重破壞。

2" 地質環境問題

2.1" 跡地分布情況

經調查，共計確定沽源縣無責任主體采砂、采石跡地139處（圖3），離散分布在沽源縣的14個鄉鎮，分別為平定堡鎮、小廠鎮、黃蓋淖鎮、九連城鎮、高山堡鄉、小河子鄉、二道渠鄉、閃電河鄉、長梁鄉、豐源店鄉、西辛營鄉、蓮花灘鄉、白土窯鄉和大二號回族鄉。

2.2" 地質環境現狀

經調查，139處跡地一般位于山坡頂部或半山腰處，開采深度深淺不一，開采面高低不同，四周多為天然牧草地、林地或耕地，其中采砂跡地27處，采石跡地112處。跡地內巖石裸露，植被缺失，地形地貌景觀遭到破壞，地質環境污染嚴重。

1）平臺

經統計，139處采砂、采石跡地內共有平臺208處，總占地面積約1 092 097 m2，平臺大小不均勻，地勢較平坦。平臺多為廢棄礦渣堆積及礦山生產開挖形成，呈不規則形狀，多遍布渣堆，上部以渣石為主，下部為基巖，植被破壞嚴重，與周圍環境不協調。（圖4-a）

2）斜坡

跡地內存在斜坡280處，總坡面面積約1 119 542.6 m2，主要為機械開挖形成，坡面為天然山體，有少量浮石，高度不等，最大坡高95 m，傾角范圍20～88°。斜坡多為巖質邊坡，少量為巖土質邊坡和土質邊坡，上部為第四紀土層，下部為基巖，坡面植被破壞嚴重，巖石裸露，幾乎無植被覆蓋。（圖4-b）

3）渣堆

跡地內存在渣堆42處，長18～130 m，高度1～9 m，總占地面積約46 180.5 m2，總方量約139 526 m3，多為廢棄渣石、碎石堆棄形成，堆放于平臺上，主要由廢棄石渣或渣土組成，粒徑大小20～1 500 mm，巖性以破碎的粗面巖、凝灰巖等廢渣為主，中等風化，渣堆及周邊有少量雜草灌木生長。（圖4-c）

4）殘山

殘山是指原山體四周被開采，遺留的孤立山體（楊澍，2005）。經統計，跡地內共存在大小不等殘山15處，長11～230 m，寬7～130 m，高3～16 m，總占地面積約58 966 m2，表面無植被覆蓋，巖石裸露，弱—中風化，巖石裂隙較發育，局部存在巖石崩落、掉塊等地質災害隱患。（圖4-d）

5）臺階

臺階為跡地內坡面上局部存在的不連續的小平臺等，共計存在臺階3處，長21～58 m，寬約5 m，總面積約624.3 m2，臺階表面巖石裸露，弱—中風化，局部高低不平，無植被生長。（圖4-b）

2.3" 地質環境問題

由于長期不規范開采，跡地內基巖破碎，地形復雜，地貌類型多樣，礦山開發過程中巖土體天然應力-應變狀態的改變極大地提高了廢棄礦山發生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質災害發生的風險（劉軍等，2019；Jeong et al.，2018）。沽源縣采砂采石跡地礦山地質問題分類見表１。

砂石開采活動對礦山地質環境造成了嚴重破壞，遺留的廢棄跡地存在殘山、浮石、邊坡失穩等地質災害問題，威脅周邊人民群眾生產生活安全。開采形成的平臺、邊坡巖石裸露、高低不平，渣堆分布凌亂，殘山聳立突兀，導致原始地形地貌、巖土結構和自然景觀遭到破壞，與周邊環境極不協調；產生的廢棄渣石及裸露平臺等壓占或損毀了大量的草地、耕地及林地資源，造成土地資源的嚴重浪費，同時伴隨植被覆蓋率降低、農作物減產、水土流失等問題；資料顯示，大型廢棄礦山的揚塵影響范圍達10～12 km2（何潭振，2016），對下風向區域影響最為嚴重，沽源縣距北京270 km，位于西北風沙南侵京津地區的主要通道，在風力作用下，礦區揚塵危及北京的大氣質量。

3" 生態修復方案

由于沽源縣地處冀北壩上高原，氣候寒冷，海拔高、風沙多、降水少、土層薄，生態環境脆弱，破壞后恢復難度較大。鑒于沽源縣生態環境的脆弱性以及跡地的具體特點，對跡地進行生態修復治理時嚴守破壞邊界，堅持不擴大原有破壞范圍，不增加新的破壞面積的原則，治理過程中嚴格以現有實際破壞范圍為邊界，避免對周邊原始山體破壞，最終達到消除地質災害隱患，恢復區域生態植被，實現“藍天、碧水、青山”的治理效果。

3.1" 地質災害治理方案

礦山環境治理首要任務就是地質災害治理，大部分跡地內無明顯的危巖體，但部分跡地存在掌子面、高陡的殘山和邊坡，殘山表面及邊坡坡面局部堆有浮石，且裂隙較發育，存在滑落、崩落的可能。為徹底消除地質災害隱患，通過機械+人工相結合的方式進行浮石清理（李欽韜等，2020），機械臂長所及的區域內采用機械炮錘配合挖掘機清理，無工作面以及高位區域，采用人工方式清理，并堅持安全第一的原則。清理時由上而下，先清理松散、不穩定的石塊，再將表面其余浮石全部清除，徹底消除地質災害隱患。

3.2" 地形地貌修復方案

沽源縣地處冀北山區與內蒙古高原的過渡區，特殊的地理位置形成了獨具特色的地形地貌，除南部壩緣外大部分地區為典型波狀高原地貌，山低丘緩，原野廣闊，地勢和緩，高差不大。因此地形地貌修復不適合棱角分明、人工痕跡明顯的治理工程，應因地制宜，盡量使治理后的地形平緩過渡，與周邊的地貌協調一致。

治理區內的平臺和臺階，可根據周邊地形地勢情況進行挖高填低、臺面平整，平臺上存在的渣堆，就近平整到低洼區域，或清運出治理區外。對于同一治理區內的多個分散平臺，可根據現場情況按照就近相連，通過土石方挖填將其連通為較大的平臺，形成成片的可利用地。治理后同一標高的平臺坡度控制在5°以內，平臺四角標高超過5°的，使其平滑過渡形成緩坡（河北省自然資源廳，2023）。

邊坡主要有2類，一類是位于治理區內部，連接各平臺的邊坡；一類是位于治理區最外緣的邊坡。對于內部邊坡，主要采取削坡減荷、坡面平整的方式，消除邊坡失穩隱患，使其達到自然平滑連接平臺的作用，并滿足后期覆土綠化的坡度要求；對于最外緣的邊坡，由于沽源縣生態環境脆弱，破壞后恢復難度比一般地區高很多，因而采取不擴大破壞范圍的方式，保持邊坡外緣不動，在坡腳填方堆坡，不具備堆坡條件的可利用坡面微地貌，局部整治成小臺階覆土綠化，形成“點綴”景觀。

跡地內存在多處遺留的孤立山體，四周被開采，在周邊波狀高原地貌映襯下顯得極不協調。殘山治理采用機械爆破、機械挖運等工程技術手段方式進行清除，自上而下分層破碎、清除，使其與周邊地貌相協調。破碎后的石料就近填埋到低洼區域。

渣堆多分布于平臺上，大小不一、堆積松散，渣堆治理主要采用推土機等機械將其清除，就近推至低洼處填平壓實，恢復平臺的地形地貌。

3.3" 綠化方案

沽源縣生態環境有一定的特殊性，整體土層厚度較小，多為0.1～0.3 m，植被以草本植被為主，少量喬木，同時海拔較高，平均海拔1 536 m，根據當地治理經驗，該地區不適宜爬山虎等攀緣類植被生長。

結合沽源縣生態環境的特點，對整治后的平整區和放坡區外運土壤進行覆土，客土運達后采用推土機推平，覆土厚度0.3 m，摻和有機肥進行土壤改良，使土壤有機質達到植被生長所需的水平。覆土后進行土地翻耕、松土，增加土壤透氣性，使土、肥充分融合，提高地力（張銳，2021）。

根據治理區的自然條件，對平臺、內部邊坡及臺階覆土后撒播混合草籽，草籽選用榆樹、檸條、丁香、紫花苜蓿、格桑花、披堿草、羊草的喬灌草花混合籽，種植比例1∶2∶2∶3∶3∶5∶5，每畝撒種子3～5 kg。對外緣邊坡，在坡腳處的平臺上挖坑種植一排樟子松和一排小葉楊，種植株距2～3 m，行距3 m，起到遮擋白斑和美化環境的作用。由于當地土地肥力較差，苗木選用土球苗，提高幼苗成活率。

4" 效益分析

4.1" 生態效益

采砂、采石跡地數量眾多，分布零散，如同一個個“傷疤”遍布在整個沽源縣，總破壞面積達210 hm2之多。修復治理后可使裸露的土地得到復綠，預計可恢復綠化面積約210 hm2，可有效地改善當地的礦山地質環境。

同時，治理后消除了巖石崩落等地質災害隱患，地形地貌景觀得以恢復，使惡化的生態環境逐漸步入良性循環，有助于推進京津冀生態支撐區、生態涵養區建設，進一步擴大和優化生態空間。

4.2" 經濟效益

通過修復治理可消除跡地的環境污染，周邊景觀得到改善和提高，減輕了區域經濟發展中存在的不利因素，為區域經濟與環境的協調可持續發展奠定了堅實的基礎，帶動周邊地區經濟發展，增加就業機會，促進地方經濟的可持續發展。

開展礦山環境修復工作，恢復地貌景觀，改善水土環境，當地可以大力發展生態觀光農業、旅游產業等，帶動當地依托于綠色經濟的深層次開發，實現養山富民，進一步增加勞動力就業。

跡地修復后預計可恢復210 hm2的綠地面積，提升了沽源縣生態系統的碳匯增量，當地政府可組織申請核證碳匯增量并進行交易，充分發揮林草碳匯在實現碳中和目標中的重要作用。

4.3" 社會效益

對跡地進行修復治理，消除了地質災害隱患，改善跡地及周邊生態環境，為沽源縣人民和外地游人創造了良好的生產生活環境，提升沽源縣的對外形象。

有效解決“破窗效應”。地質環境條件改善后，使跡地不再因地質環境條件惡劣而被繼續亂挖亂采，一定程度上能有效防止胡亂挖采現象的發生，避免跡地遭受更大的破壞。

能夠有效改善項目區及周邊區域地質環境，為當地發展生態觀光農業、旅游產業、帶動當地依托于綠色經濟的深層次開發提供環境基礎，進一步增加勞動力就業，助力當地鄉村振興。

采砂、采石跡地的礦山地質環境問題在沽源縣及周邊壩上地區具有典型性和代表性，對同類礦山地質環境問題的治理起到良好的示范效應，為解決類似問題提供可借鑒的寶貴經驗。

5" 結論

沽源縣存在大量零散分布的采砂、采石跡地，巖石裸露、植被缺失，總破壞面積達210 hm2，礦山地質環境破壞嚴重，嚴重影響了整個沽源縣的生態環境質量，限制了沽源縣第二道生態屏障作用的發揮，對其進行生態修復十分必要和緊迫。

沽源縣地處壩上地區，生態環境具有一定的特殊性，海拔高、降水少、土層薄、氣候寒冷，生態環境脆弱，植被以草本為主，喬木較少，且爬山虎等攀緣類植被不適宜生長。因此綠化施工應以草本為主，喬木為輔，建議選用喬灌草花混合草籽，喬木選用土球苗，利于苗木的成活。

本文中引用的數據，是集合河北水文工程地質勘察院有限責任公司多年在張家口市從事礦山地質環境調查、設計、施工的數據而成。

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