煤礦區(qū)土地綜合整治技術(shù)研究
——以蔚縣為例

趙振國， 曾繁富， 宋洪柱， 齊榮貴

(中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北邯鄲 056004)

1 研究區(qū)域概況

蔚縣位于河北省西北部，張家口西南，距首都北京約240km，是河北省“綜合改革試驗縣”之一，張家口市四個“窗口縣之一”，也是國家扶貧開發(fā)“三合一”重點(diǎn)縣(圖1)。蔚縣是這一發(fā)展帶的次中心城市，擁有良好的風(fēng)景資源，是首都的“生態(tài)廊道”和“后花園”。

蔚縣縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直得益于境內(nèi)豐富的煤炭資源，形成了“一煤獨(dú)大”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，發(fā)展后勁不足，如何正確處理生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展，成為亟待解決的問題。黨的十八大以來，蔚縣縣委、縣政府按照從“一煤獨(dú)大”向“多業(yè)并舉”轉(zhuǎn)變，把經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展作為首要目標(biāo)，堅持在綠色發(fā)展中謀求轉(zhuǎn)型，以保障生態(tài)紅線、保證糧食安全為任務(wù)，積極探索符合時代特點(diǎn)、縣域特征、產(chǎn)業(yè)特色的轉(zhuǎn)型發(fā)展新路。

2 研究區(qū)域現(xiàn)狀調(diào)查

研究區(qū)域?qū)儆邳S土地貌低緩丘陵區(qū)，全年降雨量約400mm，雨量集中且發(fā)布不均，暴雨主要發(fā)生在6～8月，以來勢猛、時間短、強(qiáng)度大的強(qiáng)對流性暴雨為主，容易引發(fā)洪澇和地質(zhì)災(zāi)害[1]。

蔚縣是全國100個重點(diǎn)產(chǎn)煤縣之一，煤炭開采在帶來經(jīng)濟(jì)繁榮時，也對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，容易引發(fā)地面塌陷、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。沖溝侵蝕是區(qū)域內(nèi)最突出的生態(tài)環(huán)境問題，水土流失嚴(yán)重，雜草叢生，土地資源利用低效；溝道兩側(cè)的不穩(wěn)定邊坡可以衍生崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，威脅兩岸的耕地。坡面丘陵地形遭受強(qiáng)烈的分割，溝道縱橫交錯，圖斑破碎，水土流失嚴(yán)重，耕作條件差，土地資源利用低效，生態(tài)環(huán)境脆弱。

圖1 研究區(qū)域交通位置Figure 1 Study area traffic position

大量的水土流失，崩塌等地質(zhì)災(zāi)害會破壞道路和造成河道淤積，道路、防洪等基礎(chǔ)設(shè)施老舊、缺失現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)耕作條件差，當(dāng)?shù)丶Z食安全問題保障不足，生產(chǎn)生活環(huán)境不穩(wěn)定。

研究區(qū)內(nèi)煤礦已經(jīng)全部關(guān)閉，但采空區(qū)在陽眷鎮(zhèn)、白草村鄉(xiāng)和涌泉莊鄉(xiāng)均有一定數(shù)量的分布。采礦痕跡已經(jīng)不明顯，僅有少量采礦塌陷和伴生地裂縫。一方面被破壞的生態(tài)需要修復(fù)，另一方面蔚縣的發(fā)展急需新的動能。溝谷縱橫，蘊(yùn)藏著十分豐富的后備土地資源和糧食增產(chǎn)潛力，所以研究區(qū)域急需進(jìn)行土地綜合整治(圖2)。

3 主要治理思路及方法

土地綜合整治總體思路是打造“山水林田湖草”生命共同體，宜耕則耕、宜林則林、宜草則草，統(tǒng)籌規(guī)劃生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間，在消災(zāi)減災(zāi)，改善生態(tài)的基礎(chǔ)上，增加耕地，助力鄉(xiāng)村振興。

主要治理對象是采空塌陷區(qū)、坡地和溝道。對采空形成陷坑、地裂縫進(jìn)行回填，損毀的道路進(jìn)行修復(fù)；對坡地和溝道，分為“坡耕地消災(zāi)保水增產(chǎn)模式”和“溝道造地消災(zāi)綜合整治模式”。主要工程措施為土地平整工程、水利工程、道路工程和生態(tài)環(huán)境工程(圖3)。

3.1 采空塌陷區(qū)治理

煤炭開采會改變了礦區(qū)水文地質(zhì)條件，造成大面積塌陷，出現(xiàn)地裂縫、塌陷坑、塌陷洞等，嚴(yán)重破壞土體結(jié)構(gòu)，影響土壤水分布特征[2]。郭巧玲等的研究也表明[3]：裂縫的存在會使相同深度土層的土壤含水量減少，且隨著裂縫寬度的增加，土壤含水量減小幅度不斷增大。塌陷坑和裂縫的存在，水土保持功能降低，改變原有地形地貌，加劇降雨形成的水流對土壤的侵蝕[4]，人為造成水土流失。

對研究區(qū)內(nèi)的輕度裂縫，采用“就地取土-填平裂隙-平整土地”的措施進(jìn)行充填，一般不會產(chǎn)生太大的危害；寬而淺的裂縫采用“分層回填-分層壓實(shí)-平整土地”的方法進(jìn)行處理；深而窄的裂縫采用“下部注漿充填-上部覆土-平整土地”的方式進(jìn)行處理，覆土不小于50cm。對于塌陷坑，采用“剝離表土-分層回填-分層壓實(shí)-表土覆蓋-平整土地”的方式進(jìn)行處理。

通過一系列的措施，消除地質(zhì)災(zāi)害的隱患，確保在耕作過程中不產(chǎn)生較明顯的不均勻沉降。

3.2 坡耕地消災(zāi)保水增產(chǎn)模式

坡耕地土壤蓄水能力差，遇暴雨極易產(chǎn)生地表徑流，沖刷耕作層，從而導(dǎo)致土壤質(zhì)地退化、糧食減產(chǎn)；同時坡耕地水土流失嚴(yán)重，在加劇自然災(zāi)害發(fā)生的同時對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害[5]。對坡耕地進(jìn)行“坡改梯”改造能顯著改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力[6]。坡改梯工程的實(shí)施，不僅能有效地防治水土流失，而且能改善耕地條件，提高土地生產(chǎn)力[7]。

a.沖溝侵蝕； b.坡面丘陵； c.被沖毀的河道； d.田間道路； e.塌陷坑； f.地裂縫圖2 研究區(qū)地貌照片F(xiàn)igure 2 Study area landform photos

圖3 主要治理思路Figure 3 Main governance ideas

對研究區(qū)內(nèi)25°以下的坡耕地結(jié)合地形特點(diǎn)全面整治成有利于保水、防沖刷、適合機(jī)械生產(chǎn)的大塊梯田，其主要治理技術(shù)是上挖下填，對坡面進(jìn)行改造，修建田坎，重新劃分田塊，修筑道路和排水渠，種植行道樹，從而起到減少水土流失，改善耕作條件，保持土壤肥力的作用。

污泥熱解采用METTLER TOLEDO的TGA/SDTA851型熱重分析儀進(jìn)行。在氮?dú)鈿夥障聦ξ勰嗟臒崾е剡M(jìn)行分析與研究，氮?dú)饬髁繛?0 mL/min。在給定升溫速率下從室溫加熱至終溫為800 ℃結(jié)束，升溫速率分別為10、20、50 ℃/min。每次試驗的干污泥樣品重量在28～41 mg。

坡面田塊遵循“大彎就勢，小彎裁直”的原則布置，每個田塊內(nèi)部沿等高線方向(橫坡)布設(shè)長條形梯田，原則上不小于8m，主要考慮土石方平衡(坡度影響)及耕作條件。

通過一系列的工程措施，將跑水、跑土、跑肥的坡耕地變成保水、保土、保肥的水平梯田，生產(chǎn)路、田間路配置到位，便于機(jī)械耕作，提高勞動效率；配合科技的推廣，將大幅度提高糧食和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量，穩(wěn)定增加農(nóng)民收入。通過種植行道樹、坡面防護(hù)等措施，能夠起到減少水土流失，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率的作用，同時能夠大幅度改善生態(tài)(圖4)。

圖4 坡地治理示意圖Figure 4 Schematic diagram of slope land governance

3.3 溝道造地消災(zāi)綜合整治模式

溝道是流域中水、養(yǎng)分的富集地，通過綜合整治后十分適宜耕作，蘊(yùn)藏著豐富的潛在耕地資源。有研究表明，黃土丘陵溝壑區(qū)溝道耕地糧食產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于坡耕地[8]。溝道土地綜合整治對水資源高效利用和保障糧食安全都具有非常重要意義[9]。

對溝道采用多種工程措施相互補(bǔ)充、林草相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合整治，旨在新增耕地的同時提高項目區(qū)的水土保持能力， 即 “溝道造地消災(zāi)綜合整治模式”。

溝道的主要治理技術(shù)是對陡坎進(jìn)行削坡，消除崩塌隱患，多余的土石方用于低洼處的充填，在溝底重構(gòu)土壤層，劃分田塊，施有機(jī)肥，翻耕形成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田；陡坎上部設(shè)置攔水梗，防止雨水沖刷邊坡，坡面上種植綠植進(jìn)行防護(hù)。

在溝底修建生產(chǎn)道路，以滿足生產(chǎn)要求為準(zhǔn)；同時修復(fù)原有的水系連通，構(gòu)建“干-支-渠”分層防控，“堤-壩-跌”系統(tǒng)配套、“喬-灌-草”緩沖帶相結(jié)合的分層防控，減少沖刷，防范面源污染的多級水利防控系統(tǒng)。

溝道的修整盡量延續(xù)原有的水流通道，合理的“裁彎取直”，因為過度的截彎取直會導(dǎo)致水流速度增加，不能有效涵養(yǎng)水源，無法短時間內(nèi)發(fā)揮其自我凈化的功能[10]。實(shí)施過程中干溝、支溝和排水渠相互貫通，重塑水力聯(lián)系；護(hù)堤、擋水壩、跌水相結(jié)合減緩水力沖刷， 截留泥沙； 干溝旁設(shè)立“喬-灌-草”緩沖帶用以減少農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染。通過一系列的工程措施使各水體之間的物質(zhì)、能量、生物得以傳輸，減少對耕地、邊坡的沖刷，減少農(nóng)業(yè)面源污染，有效保護(hù)河流生態(tài)。

4 效益分析

項目實(shí)施后新增耕地約4萬畝(1畝=666.67m2)，新增糧食產(chǎn)能2 000萬kg(按500kg/畝計算)，將增加農(nóng)民收入約5 000萬元(按2.5元/kg計算)，同時能夠改善耕作條件，惠及群眾10萬余人。同時，補(bǔ)充耕地指標(biāo)交易后的政策紅利也非?？捎^，緩解了財政壓力，為基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了資金保障。

圖5 溝道治理示意圖Figure 5 Schematic diagram of channel governance

新增耕地后期管護(hù)將解決全縣1.3萬退役軍人就業(yè)問題，同時能夠改善耕作條件，更適宜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對鄉(xiāng)村振興起到積極作用。

在各類道路兩側(cè)種植行道樹10萬余株，在水土流失嚴(yán)重區(qū)栽植各類水保林5萬余畝，在荒山荒坡生態(tài)脆弱區(qū)種植各類喬木林5萬余畝，將使得荒山披綠,生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，人與自然更為和諧。在實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰的眾多方式中，植樹造林舉足輕重，是重要的生態(tài)降碳措施。項目實(shí)施后，有利于改善生態(tài)，更好的發(fā)揮首都生態(tài)廊道的作用，有利于保護(hù)首都北京的生物多樣性。

5 結(jié)論

通過對首都“生態(tài)廊道”蔚縣土地綜合整治過程中關(guān)鍵技術(shù)研究，得出以下結(jié)論：

1)通過項目的實(shí)施能新增耕地約4萬畝，有效的環(huán)節(jié)“占補(bǔ)平衡”的壓力，同時能夠增加財政收入，為蔚縣的發(fā)展注入新動能。

2)對采空塌陷區(qū)內(nèi)的塌陷坑、地裂縫進(jìn)行了回填、壓實(shí)或注漿的處理，恢復(fù)土地原有屬性，消除了地災(zāi)安全隱患。

3)提出了“坡耕地消災(zāi)保水增產(chǎn)模式”和“溝道造地消災(zāi)綜合整治模式”兩種模式。

4)構(gòu)建“干-支-渠”分層防控，“堤-壩-跌”系統(tǒng)配套、“喬-灌-草”緩沖帶相結(jié)合的多級防災(zāi)、減污染的綜合水利模式。

5)土地整治過程中要規(guī)劃先行，一步到位，尊重自然規(guī)律，尊重地區(qū)的差異化，統(tǒng)籌“生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間”，打造空間均衡、功能完善、人水和諧、生態(tài)優(yōu)美的現(xiàn)代美麗鄉(xiāng)村。