煤矿区土地综合整治技术研究——以蔚县为例

赵振国， 曾繁富， 宋洪柱， 齐荣贵

(中国煤炭地质总局第一勘探局，河北邯郸 056004)

1 研究区域概况

蔚县位于河北省西北部，张家口西南，距首都北京约240km，是河北省“综合改革试验县”之一，张家口市四个“窗口县之一”，也是国家扶贫开发“三合一”重点县(图1)。蔚县是这一发展带的次中心城市，拥有良好的风景资源，是首都的“生态廊道”和“后花园”。

蔚县县域经济发展一直得益于境内丰富的煤炭资源，形成了“一煤独大”的经济发展格局，产业结构单一，发展后劲不足，如何正确处理生态保护和经济发展的关系，实现转型高质量发展，成为亟待解决的问题。党的十八大以来，蔚县县委、县政府按照从“一煤独大”向“多业并举”转变，把经济转型发展作为首要目标，坚持在绿色发展中谋求转型，以保障生态红线、保证粮食安全为任务，积极探索符合时代特点、县域特征、产业特色的转型发展新路。

2 研究区域现状调查

研究区域属于黄土地貌低缓丘陵区，全年降雨量约400mm，雨量集中且发布不均，暴雨主要发生在6～8月，以来势猛、时间短、强度大的强对流性暴雨为主，容易引发洪涝和地质灾害[1]。

蔚县是全国100个重点产煤县之一，煤炭开采在带来经济繁荣时，也对生态环境造成严重破坏，容易引发地面塌陷、地面沉降等地质灾害。冲沟侵蚀是区域内最突出的生态环境问题，水土流失严重，杂草丛生，土地资源利用低效；沟道两侧的不稳定边坡可以衍生崩塌等地质灾害，威胁两岸的耕地。坡面丘陵地形遭受强烈的分割，沟道纵横交错，图斑破碎，水土流失严重，耕作条件差，土地资源利用低效，生态环境脆弱。

图1 研究区域交通位置Figure 1 Study area traffic position

大量的水土流失，崩塌等地质灾害会破坏道路和造成河道淤积，道路、防洪等基础设施老旧、缺失现象严重，农业耕作条件差，当地粮食安全问题保障不足，生产生活环境不稳定。

研究区内煤矿已经全部关闭，但采空区在阳眷镇、白草村乡和涌泉庄乡均有一定数量的分布。采矿痕迹已经不明显，仅有少量采矿塌陷和伴生地裂缝。一方面被破坏的生态需要修复，另一方面蔚县的发展急需新的动能。沟谷纵横，蕴藏着十分丰富的后备土地资源和粮食增产潜力，所以研究区域急需进行土地综合整治(图2)。

3 主要治理思路及方法

土地综合整治总体思路是打造“山水林田湖草”生命共同体，宜耕则耕、宜林则林、宜草则草，统筹规划生产、生活和生态空间，在消灾减灾，改善生态的基础上，增加耕地，助力乡村振兴。

主要治理对象是采空塌陷区、坡地和沟道。对采空形成陷坑、地裂缝进行回填，损毁的道路进行修复；对坡地和沟道，分为“坡耕地消灾保水增产模式”和“沟道造地消灾综合整治模式”。主要工程措施为土地平整工程、水利工程、道路工程和生态环境工程(图3)。

3.1 采空塌陷区治理

煤炭开采会改变了矿区水文地质条件，造成大面积塌陷，出现地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等，严重破坏土体结构，影响土壤水分布特征[2]。郭巧玲等的研究也表明[3]：裂缝的存在会使相同深度土层的土壤含水量减少，且随着裂缝宽度的增加，土壤含水量减小幅度不断增大。塌陷坑和裂缝的存在，水土保持功能降低，改变原有地形地貌，加剧降雨形成的水流对土壤的侵蚀[4]，人为造成水土流失。

对研究区内的轻度裂缝，采用“就地取土-填平裂隙-平整土地”的措施进行充填，一般不会产生太大的危害；宽而浅的裂缝采用“分层回填-分层压实-平整土地”的方法进行处理；深而窄的裂缝采用“下部注浆充填-上部覆土-平整土地”的方式进行处理，覆土不小于50cm。对于塌陷坑，采用“剥离表土-分层回填-分层压实-表土覆盖-平整土地”的方式进行处理。

通过一系列的措施，消除地质灾害的隐患，确保在耕作过程中不产生较明显的不均匀沉降。

3.2 坡耕地消灾保水增产模式

坡耕地土壤蓄水能力差，遇暴雨极易产生地表径流，冲刷耕作层，从而导致土壤质地退化、粮食减产；同时坡耕地水土流失严重，在加剧自然灾害发生的同时对生态环境造成严重损害[5]。对坡耕地进行“坡改梯”改造能显著改善土壤理化性质，提高土壤肥力[6]。坡改梯工程的实施，不仅能有效地防治水土流失，而且能改善耕地条件，提高土地生产力[7]。

a.冲沟侵蚀； b.坡面丘陵； c.被冲毁的河道； d.田间道路； e.塌陷坑； f.地裂缝图2 研究区地貌照片Figure 2 Study area landform photos

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

对研究区内25°以下的坡耕地结合地形特点全面整治成有利于保水、防冲刷、适合机械生产的大块梯田，其主要治理技术是上挖下填，对坡面进行改造，修建田坎，重新划分田块，修筑道路和排水渠，种植行道树，从而起到减少水土流失，改善耕作条件，保持土壤肥力的作用。

污泥热解采用METTLER TOLEDO的TGA/SDTA851型热重分析仪进行。在氮气气氛下对污泥的热失重进行分析与研究，氮气流量为40 mL/min。在给定升温速率下从室温加热至终温为800 ℃结束，升温速率分别为10、20、50 ℃/min。每次试验的干污泥样品重量在28～41 mg。

坡面田块遵循“大弯就势，小弯裁直”的原则布置，每个田块内部沿等高线方向(横坡)布设长条形梯田，原则上不小于8m，主要考虑土石方平衡(坡度影响)及耕作条件。

通过一系列的工程措施，将跑水、跑土、跑肥的坡耕地变成保水、保土、保肥的水平梯田，生产路、田间路配置到位，便于机械耕作，提高劳动效率；配合科技的推广，将大幅度提高粮食和经济作物产量，稳定增加农民收入。通过种植行道树、坡面防护等措施，能够起到减少水土流失，降低地质灾害发生频率的作用，同时能够大幅度改善生态(图4)。

图4 坡地治理示意图Figure 4 Schematic diagram of slope land governance

3.3 沟道造地消灾综合整治模式

沟道是流域中水、养分的富集地，通过综合整治后十分适宜耕作，蕴藏着丰富的潜在耕地资源。有研究表明，黄土丘陵沟壑区沟道耕地粮食产量远远大于坡耕地[8]。沟道土地综合整治对水资源高效利用和保障粮食安全都具有非常重要意义[9]。

对沟道采用多种工程措施相互补充、林草相结合的方式进行综合整治，旨在新增耕地的同时提高项目区的水土保持能力， 即 “沟道造地消灾综合整治模式”。

沟道的主要治理技术是对陡坎进行削坡，消除崩塌隐患，多余的土石方用于低洼处的充填，在沟底重构土壤层，划分田块，施有机肥，翻耕形成高标准农田；陡坎上部设置拦水梗，防止雨水冲刷边坡，坡面上种植绿植进行防护。

在沟底修建生产道路，以满足生产要求为准；同时修复原有的水系连通，构建“干-支-渠”分层防控，“堤-坝-跌”系统配套、“乔-灌-草”缓冲带相结合的分层防控，减少冲刷，防范面源污染的多级水利防控系统。

沟道的修整尽量延续原有的水流通道，合理的“裁弯取直”，因为过度的截弯取直会导致水流速度增加，不能有效涵养水源，无法短时间内发挥其自我净化的功能[10]。实施过程中干沟、支沟和排水渠相互贯通，重塑水力联系；护堤、挡水坝、跌水相结合减缓水力冲刷， 截留泥沙； 干沟旁设立“乔-灌-草”缓冲带用以减少农业非点源污染。通过一系列的工程措施使各水体之间的物质、能量、生物得以传输，减少对耕地、边坡的冲刷，减少农业面源污染，有效保护河流生态。

4 效益分析

项目实施后新增耕地约4万亩(1亩=666.67m2)，新增粮食产能2 000万kg(按500kg/亩计算)，将增加农民收入约5 000万元(按2.5元/kg计算)，同时能够改善耕作条件，惠及群众10万余人。同时，补充耕地指标交易后的政策红利也非常可观，缓解了财政压力，为基础设施的建设提供了资金保障。

图5 沟道治理示意图Figure 5 Schematic diagram of channel governance

新增耕地后期管护将解决全县1.3万退役军人就业问题，同时能够改善耕作条件，更适宜现代农业的发展，对乡村振兴起到积极作用。

在各类道路两侧种植行道树10万余株，在水土流失严重区栽植各类水保林5万余亩，在荒山荒坡生态脆弱区种植各类乔木林5万余亩，将使得荒山披绿,生态系统更加稳定，人与自然更为和谐。在实现碳中和、碳达峰的众多方式中，植树造林举足轻重，是重要的生态降碳措施。项目实施后，有利于改善生态，更好的发挥首都生态廊道的作用，有利于保护首都北京的生物多样性。

5 结论

通过对首都“生态廊道”蔚县土地综合整治过程中关键技术研究，得出以下结论：

1)通过项目的实施能新增耕地约4万亩，有效的环节“占补平衡”的压力，同时能够增加财政收入，为蔚县的发展注入新动能。

2)对采空塌陷区内的塌陷坑、地裂缝进行了回填、压实或注浆的处理，恢复土地原有属性，消除了地灾安全隐患。

3)提出了“坡耕地消灾保水增产模式”和“沟道造地消灾综合整治模式”两种模式。

4)构建“干-支-渠”分层防控，“堤-坝-跌”系统配套、“乔-灌-草”缓冲带相结合的多级防灾、减污染的综合水利模式。

5)土地整治过程中要规划先行，一步到位，尊重自然规律，尊重地区的差异化，统筹“生态空间、生活空间、生产空间”，打造空间均衡、功能完善、人水和谐、生态优美的现代美丽乡村。