黃河流域下游泰山區域生態地質環境問題及修復模式

魯峰, 王強，韓新，王建偉

(1.山東省地質礦產勘查開發局第一地質大隊, 山東 濟南 250014; 2.山東省地質科學研究院,山東 濟南 250013；3.山東省煤田地質局物探測量隊，山東 濟南 250104)

0 引言

保護生態環境，應對氣候變化，是全球面臨的共同挑戰之一。由于在生態環境方面欠賬太多，當前我國面臨資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的形勢依然十分嚴峻[1]。總體上看，我國生態文明建設水平仍滯后于經濟社會發展，發展與人口資源環境之間的矛盾日益突出，已成為經濟社會可持續發展的重大瓶頸制約。黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局，使生態文明建設的戰略地位更加明確。2015年國務院發布《關于加快推進生態文明建設的意見》，并將生態文明建設列為“十三五”規劃的重要內容。

習近平指出，生態是統一的自然系統，是各種自然要素相互依存而實現循環的自然鏈條。堅持山水林田湖是一個生命共同體的系統思想，是黨的十八屆三中全會確定的一個重要觀點。2019年李克強在政府工作報告中明確把“加強污染防治和生態建設，大力推動綠色發展”作為年度“政府工作任務”之一。強調推進重點流域和近岸海域綜合整治，加強生態系統保護修復，推進山水林田湖草生態保護修復工程試點。要堅持保護優先、自然恢復為主，實施山水林田湖草生態保護和修復工程，全面提升自然生態系統穩定性和生態服務功能，筑牢生態安全屏障。

泰山為五岳之首，是世界自然與文化雙遺產和世界地質公園，是華夏文明的重要發祥地，擁有“東方歷史文化寶庫”和“中華民族精神象征”的美譽，是關系中華民族文化永續發展重點地區。該區自然生態要素齊備，是華北平原重要的生態屏障，在國家生態安全格局中占有特殊的地位，對調節區域氣候、改善空氣質量、提升生態環境功能具有不可替代的作用。同時也是南水北調東線工程的關鍵調蓄補源區，在保障津冀魯供水安全方面具有特殊的地位。

發源于泰山山脈的大汶河，是黃河下游的最大支流。汶水自東向西經建于明朝永樂年間的戴村壩南北分流，向南經運河入淮河，向北經東平湖入黃河。東平湖是南水北調東線工程最末端的天然調蓄湖泊，其水質好壞直接關系南水北調東線調水的成敗，對保障沿線11座城市、4000余萬人飲用水安全具有重要意義。發源于濟南泉群的小清河，是濟南及東部多個沿線城市的重要水源涵養區和供水水源，對區域內工農業發展、生態改善關系重大，保護修復工作極為迫切。

泰山北麓是濟南泉群的補給區。“天下第一泉”是濟南的重要城市名片。濟南泉群關系著2000余年泉水文化的傳承和永續發展，已被列為山東省生態文明建設保護的重點區域。

由于人類工程活動的不斷加劇，泰山區域的生態地質環境遭到了比較嚴重的破壞，生態地質環境問題突出。為貫徹落實綠色發展理念，保障泰山區域的生態功能，山東省于2017年啟動開展泰山山水林田湖草生態保護修復工程試點。

1 工程概況

1.1 位置交通

泰山山水林田湖草生態保護修復工程試點區地處黃河流域下游華北平原南部，以泰山山脈為核心，包括黃河、濟南泉群兩大水體景觀，分屬黃河、淮河兩大流域，南水北調東線工程從本區穿過，總體構成“一山兩水、兩域一線”的重要格局，涵蓋濟南、泰安的16個縣(市、區)，面積13000km2。

泰山區域山水林田湖草生態保護修復工程試點區，劃分為泰山生態區、大汶河-東平湖生態區和小清河生態區3個片區(圖1)。

圖1 工程試點區域生態區劃示意圖

1.2 自然地理概況

1.2.1 氣象

試點區地處暖溫帶大陸性濕潤、半濕潤季風氣候區，冷暖適宜，四季分明。全區多年平均氣溫13.6℃，一月份平均氣溫最低，七月份平均氣溫最高。全區多年(1959—2014年)平均降水量 711.7mm，歷年最大降水量1404.9mm(1964年)，歷年最小降水量263.1mm(1989年)。降水多集中在 6～9月份，占全年的75% 左右。

1.2.2 水文

試點區跨黃河、淮河兩大流域，包括大汶河、小清河兩大水系。大汶河位于黃河下游右岸，流域水系北以泰山山脈和小清河為界，南以蒙山及其余脈和淮河流域為界，東依魯山、西至東平湖，西南部匯入京杭大運河。

大汶河為黃河下游在山東境內最大的支流。主流起源于萊蕪鋼城區黃莊鎮臺子村，流經萊蕪、 泰安岱岳區、泰山區、肥城、寧陽、東平和濟寧汶上等地，于東平縣馬口村注入東平湖，再由東平湖清河門、陳山口出湖閘泄入黃河，全長239km，流域面積 9098km2。根據1980—2016年實測洪水資料統計，多年平均徑流量9.0億m3，最大為24.0億m3(2004年)，最小為0.141億m3(1983年)；最大洪峰流量3850m3/s(1990年)；洪水期最大斷面含沙量7.78kg/m3(1990年)。

京杭大運河南起杭州，北到北京，貫通海河、黃河、淮河、長江、錢塘江五大水系，全長1797km。2002年，大運河被納入了南水北調東線工程。

區內地表水體分布數量較大，除東平湖、雪野湖外，總庫容1000萬m3以上的大中型水庫有19座，目前作為供水水源或備用水源的水庫主要有黃前水庫、光明水庫、金斗水庫、喬店水庫、東周水庫、臥虎山水庫、錦繡川水庫等。東平湖是確保南水北調東線水質安全的“最后一道屏障”。南水北調東線工程利用京杭大運河及與其平行的河道逐級提水北送，先后經過洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖，出東平湖后分兩路輸水：一路向北，輸水到天津；一路向東，經濟南輸水到濰坊、青島、煙臺。

1.2.3 地形地貌

試點區地處魯中山區，整個地勢自東北向西南傾斜，東部為魯中山區的一部分，山脈呈“E”型分布，向西延伸，河谷平原交錯其間，中部為廣闊平原，西部多低山丘陵，西南部為平原，間有洼地、湖泊。區內分布有多種地貌類型，山地、丘陵、平原大致各占全域面積的1/3。

2 生態地質環境問題

泰山山脈地質環境條件復雜，是地質災害高易發區，威脅群眾的生命財產安全[2-3]；區內礦產資源豐富，人類工程活動強度大，礦山環境問題多；地形地貌景觀破壞明顯，植被覆蓋率下降，生態環境脆弱[4-9]，對華北地區的生態安全屏障及保護功能明顯下降。

2.1 主要礦山地質環境問題

2.1.1 采空塌陷

主要分布于新泰市協莊、良莊、泰山能源翟鎮煤礦區，寧陽市南良父村—西磁窯村一帶以及堽城鎮茅莊—伏山鎮十里堡一帶，肥城市查莊、鑫國、華玫、白莊、曹莊、興楊、聚源、東大封一帶，萊蕪魯中礦業、南冶、鄂莊、潘西、小官莊、張家洼、港里礦區以及濟南市區東部孫村、頓丘等煤礦、鐵礦開采區。據調查統計，區內塌陷地總面積68.3km2，其中泰安塌陷地面積62.1km2，常年積水區7.4km2，塌陷深度0.2～6m；萊蕪塌陷地面積 6.2km2，塌陷深度0.6～1m。采空塌陷，尤其是采煤塌陷輕者造成塌陷區內大部分耕地高低不平，影響正常耕種，重者形成常年積水洼地無法耕種。采空塌陷也會造成影響范圍內的道路、房屋等構筑物和基礎設施的損壞。

2.1.2 含水層破壞

礦山地下開采活動一方面通常要長期大量抽排地下水，會使區域地下水位持續下降，甚至造成含水層被疏干，另一方面地下采礦會破壞含水層結構，甚至發生串層，形成嚴重的地下水環境問題。這都會造成區域地下水資源更加短缺。

礦坑排水造成地下水位大幅下降 (圖2)，形成大范圍巖溶水水位降落漏斗，改變了地下水的天然流場，引發巖溶塌陷等地質環境問題或地質災害。

圖2 潘西煤礦年涌水量與奧灰水水位變化曲線

2.1.3 地表水體污染

2.1.4 地形地貌景觀破壞

試點區露天礦山分布較多，礦山開采形成了大量采石陡崖和平臺，不僅破壞了原有的地形地貌景觀，形成了嚴重的視覺污染，同時也留下了崩塌、滑坡及泥石流等地質災害的隱患。

2.2 地質災害

2.2.1 崩塌、滑坡、泥石流

泰山山脈山勢陡峭，地質構造復雜，部分地段山體破損嚴重，是崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的高發區[2,10-13]。據統計，區域內地質災害隱患點315處，受威脅人口10萬余人。2000年8月，泰山東部地區發生泥石流，死亡人數19人，造成重大人員傷亡事故。目前，仍有100余處崩塌、20余處泥石流隱患點亟需治理。

2.2.2 巖溶塌陷

泰萊盆地周邊地區碳酸鹽巖分布廣泛，是巖溶塌陷的高發區[14-15]。截至目前，區內已發生巖溶塌陷160余次，塌陷坑近800個，塌陷面積200余km2。1979年以來，在津浦鐵路泰安段先后發生多次巖溶塌陷，導致鐵路路基、鐵軌變形，鐵路停運，造成了嚴重的經濟損失。2003年5月，泰安東羊婁村發生直徑70m、深度35m的巖溶塌陷坑，給當地群眾生命財產安全產生很大威脅。目前，仍有部分巖溶塌陷隱患區威脅著京滬高鐵、京滬鐵路，京滬、京臺、青蘭高速公路等重要交通干線的安全運行。

2.2.3 地裂縫

位于潮泉鎮孤山上，山體巖性為寒武紀饅頭組、朱砂洞組灰巖、頁巖軟硬巖層互層，山坡傾向南西，坡角25°左右。2003年5月，孤山山體中部發現一條裂縫，長約600m，裂縫走向NE-SN-NW，裂縫呈鋸齒狀凹凸不平，能見深度約6m，不穩定坡體體積720萬m3。該裂縫是由于西南部采石造成，采石場開挖坡角，坡體穩定性降低，在降雨、震動等因素的誘發下，破壞了坡體原有的平衡狀態，使坡體沿一軟弱層面向下蠕動。裂縫最大寬度自2003年的35cm擴大到目前的55cm，最大高差從10cm增長到50cm，威脅山體下方的交通安全。

2.3 土地保護和利用問題

2.3.1 礦業開發破壞和壓占大量土地資源

土地是區域發展的根本載體。采空塌陷損毀，尾礦庫和矸石山壓占等，使耕地面積大幅減少，后備資源嚴重不足。目前，區內鐵礦尾礦及廢石土積存5939.00萬t，占地1.38km2；煤礦矸石積存1821.92萬t，占地2.2071km2。

2.3.2 土地環境承載力有限

隨著經濟社會發展，生態環境退化的趨勢顯現，土地后備資源特別是耕地后備資源十分有限，土地復墾率低。農田的防洪抗旱能力有待加強，土壤肥力不高。土地環境負荷過重。

2.3.3 土地資源不能合理利用

一是不注重種養相結合，因缺乏對平衡施肥的認識、耕作措施不當等原因，造成耕地養份失調，肥力下降；二是因灌溉水水質不達標、農藥殘留等造成的土壤污染日益嚴重；三是受大環境因素的影響，以及農田水利設施的老化和破壞，抵御旱澇災害的能力下降。

2.4 其他生態環境問題

區域內仍存在大面積裸巖荒山，森林覆蓋率低，水源涵養、水土保持等生態功能變差，生物多樣性下降趨勢沒有得到有效遏制。水環境承載力嚴重不足，水生態環境破壞問題顯現，大汶河流域城鎮化率較低，農業農村面臨污染問題突出，部分支流河段污染較重，對南水北調東線水質安全造成潛在隱患，部分飲用水水源補給區存在污染隱患。東平湖作為南水北調線工程最后一個調蓄湖，近年來，上游生態來水匱乏，造成濕地面積減少，部分濕地功能退化[16-21]。

3 生態地質環境治理思路及修復模式研究

3.1 治理原則

(1)堅持以人為本、生態和諧的原則。試點區為一自然生態要素齊備的完整生態功能區，泰山山水林田湖生態保護修復工程堅持以人為本、生態和諧的原則，根據工作總體部署，因地制宜地開展各項工作，改善環境質量，保障生態安全，形成人與自然和諧發展的新格局。

(2)統籌規劃、突出重點的原則。秉承“山水林田湖是一個生命共同體”的重要理念，統籌自然生態各要素進行整體保護、系統修復、綜合治理，分類實施、先易后難、突出重點，大力提升區域生態環境質量[22]。

(3)部門聯動、協調推進的原則。工程實施中堅持政府主導、部門聯動，做好與各行業部門的規劃銜接、協調配合，保障各類工程項目有序推進。

(4)科學設計、精心施工、嚴格管理的原則。加強對區域生態環境問題的調查論證，突出問題導向，采取行之有效的手段措施，科學編制生態保護修復工程設計。施工中要堅持設計的嚴肅性，嚴格執行各類規范標準，強化質量的監督管理，嚴格責任追究，確保施工質量，將其建設成為一個在全國范圍內具有示范意義的優質工程。

3.2 修復模式研究

3.2.1 修復模式

堅持“山水林田湖是一個生命共同體”的生態理念，運用系統的理論和觀點，以解決試點區域生態環境突出問題為導向，以擴大和優化生態空間為目標，兼顧山水林田湖各要素，注重生態修復的整體性、系統性、協同性、關聯性，堅持修山、治污、增綠、擴濕、整地并重，實行跨區域、跨部門聯合機制，統籌實施山水林田湖生態修復工程[23]。

根據試點區域自然地理特征、區域生態環境特點，按照“一山兩水、兩域一線”的總體布局，將試點工程區劃分為泰山東麓、泰山西麓和泰山北麓3個生態保護修復工程區。通過認真梳理、專家論證，安排礦山地質環境治理工程、土地綜合整治工程、地質災害防治工程、地質公園與地質遺跡保護工程和流域生態環境治理工程5大類19小類，其中“一山兩水”涉及生態保護修復工程4大類9小類，“兩域一線”涉及生態保護修復工程5大類15小類。

3.2.2 礦山地質環境治理

(1)采煤塌陷地治理。本著“宜農則農、宜林則林、宜牧則牧、宜漁則漁、宜建則建”的原則，治理工程主要有礦山的采空塌陷區土地平整、露天采坑削坡除險回填整治、農用田間路修筑、排灌渠開挖等。主要分布于區域內的新汶煤田、肥城煤田、寧陽煤田、萊蕪煤田，塌陷地總面積12298.25hm2。

丘陵山區采煤塌陷后地表形態變化不大，無積水現象，局部出現的塌陷坑和裂縫導致耕地、道路及水利設施受損變形。復墾時主要是填堵陷坑及裂縫，平整土地，修筑水平梯田。丘陵山區塌陷地治理應結合山區小流域治理，加強保土保水保肥的農田水利基本建設，修建塘壩、地堰、水平溝、魚磷坑、谷坊等工程，提高攔蓄地表徑流能力，植樹造林，保持水土，改善生態環境和耕作條件。

平原地區采煤塌陷后對地表形態破壞嚴重，塌陷后的地表形態復雜多樣，其治理的模式也不盡相同。按復墾方式可分為填充式復墾和非填充式復墾兩大類，分別采取不同措施進行治理。

(2)礦山生態修復工程。礦山生態修復面積3685hm2，主要分布于泰山、徂徠山等中低山區及重要交通干線兩側，其中泰山東麓涉及泰安新泰市和萊蕪市萊城區、鋼城區、雪野旅游區，共19處，面積2191hm2；泰山西麓涉及泰安肥城市、寧陽縣、東平縣，共4處，面積1229hm2；泰山北麓涉及濟南歷下區、市中區、歷城區、高新區、長清區、平陰縣，共6處，面積265hm2。

露天采礦場，由于上覆土地與植被資源的破壞而形成了裸露的巖石邊坡及大量的荒蕪土地，為了營造良好的生態環境，需對采場進行綜合治理。主要治理措施有：①邊坡巖土松散、坡面角大于安全穩定坡時，應采取削坡減載等措施；②構造破碎造成的巖層邊坡失穩，可采取人為爆破措施，清除危巖，消除隱患；③邊坡加固，對邊坡的穩定加固主要采用錨桿等錨固技術，這是國內外普遍采用的邊坡加固技術；④邊坡高度超過20m時，應設置3m左右的寬平臺，形成臺階形，沿臺階應設橫向排水溝；⑤對邊坡和塘口的綠化主要通過護坡加固、填土，種植松樹、草坪、爬墻虎等草木，對部分邊坡采用插板填土綠化，初期采用護網保護。

(3)礦山采空區充填綜合治理工程。主要分布于濟南市歷下區、歷城區、南山管委、高新區和萊蕪市大王莊鎮、茶業口鎮、牛泉、顏莊、高莊、辛莊等地，共18個片區，采空區體積425278m3。

治理方法主要分為填充法、圍巖崩落法和隔離法。利用后續生產掘進產生的廢石作為充填材料，對就近采空區進行充填處理，廢石層的厚度達到采空區高度的80%以上，滿足沖擊氣浪緩沖層厚度要求，確保采空區安全穩定。對于主運輸巷相鄰的采空區采用混凝土和料石等材料進行封堵，封堵墻厚度不小于800mm；對現有相鄰礦柱凈距超過20m的，采用錨桿加固的方式對預留礦柱進行加固，或增設混凝土保護柱等措施，確保該區域頂部圍巖的穩定性。

(4)串層水井封堵工程。主要分布于泰山東麓新泰市新汶辦事處的石家泉、谷里鎮-小協鎮碗窯頭、垛莊一帶，面積15km2，萊蕪市黃莊—顏莊—高莊一帶，面積8km2。對地下煤田采空區進行充填注漿工程，對串層水井進行封堵，保證水源地正常運行，使工農業得到持續發展。

(5)其他礦山地質環境問題治理工程。廢棄礦井綜合整治工程主要分布于泰山東麓新泰市羊流—泉溝鎮、萊蕪市口鎮—羊里鎮、萊蕪市萊城區，泰山西麓肥城市，共需治理廢棄礦井井口242眼。對水量較大，水質經取樣化驗符合農田灌溉用水標準的廢棄礦井，可整理、改造為農田水利用井，可對改善周邊安全環境，提高抗旱能力，確保農作物豐收。對于不宜改造利用的廢棄礦井，采用廢石填埋封堵，對井口采用混凝土及鋼筋澆注封口。

矸石山治理工程主要分布于新泰市煤礦開采區。煤矸石不僅用來充填塌陷區，造地建城，也可用于發電、建筑材料等；粉煤灰可鍛燒成優質鋁氧和高標號水泥，分選制磚、改良土壤以及復墾造田。實施汶河、張莊村矸石山綜合治理工程。把項目區內矸石進行清理外運，通過場地平整、渣土清理、填土壓實、耕土覆蓋，恢復其土地功能。

3.2.3 土地綜合整治工程

(1)農用地整治工程。 大力開展農用地整治，規劃期內共有4個縣市區安排該類型項目，土地整治面積32544hm2，新增耕地1373.02hm2。按照“占補平衡”原則，大力推進農用地整理開發，補充耕地數量和質量不得低于同期建設占用、災毀損壞、采煤塌陷和農業結構調整等減少的耕地數量，土地利用率明顯提高，土地生態得到改善，土地資源尤其是耕地資源可持續利用能力進一步增強，形成合理、高效、集約和生態良好的土地利用格局，提高土地利用效能。

(2)宜耕后備土地資源開發工程。 適度開展宜耕后備土地資源開發。規劃期內共安排4個縣市區項目，整理面積1159.55hm2，新增耕地899.11hm2。對宜耕后備土地資源采取整治措施，增加耕地面積、改善生態環境的整治模式。

(3)工礦廢棄地復墾調整利用工程。 因地制宜開展工礦廢棄地復墾工作。共有6個縣市區開展工礦廢棄地復墾工程，復墾面積900.76hm2，新增耕地788.39hm2。對廢棄的工業廣場進行土地復墾，對廢棄工業廣場拆除臨時建(構)筑物后，清除地面垃圾、種植觀賞樹木或改良成農田、休閑廣場，也可作為工業用地。

3.2.4 地質災害防治工程

區域內地質災害類型主要以崩塌、滑坡、泥石流和巖溶塌陷為主，其中崩塌、滑坡和泥石流主要分布在泰山北麓、西麓大汶河上游瀛汶河流域和泰山西麓康匯河流域，巖溶塌陷主要分布在泰山南麓的泰萊盆地內，在泰安新泰、東平和濟南泉域補給區長清、平陰等地，局部有巖溶塌陷發育。地質災害防治工程共27個，其中崩塌、滑坡和泥石流防治工程18個，巖溶塌陷防治工程9個。地裂縫治理工程主要分布于萊蕪市黃莊-顏莊-高莊、肥城市潮泉鎮等。采取地裂縫充填、土地平整、搬遷避讓等措施。地質災害的綜合治理工程主要包括監測預報、避讓、限制性措施及工程措施等。

3.2.5 地質公園與地質遺跡保護工程

地質公園及地質遺跡保護工程共12處，總面積352.08m2，其中地質山東省泰山山水林田湖生態保護修復工程試點實施方案 54個公園保護修復工程10處，地質遺跡保護工程2處。按地域分，泰安市9處，均為地質公園保護修復工程；萊蕪3處，其中1處地質公園保護修復工程、2處地質遺跡保護工程。地質公園與地質遺跡主要采取基礎地質環境調查工作進行地質遺跡保護、標識保護系統建設、地質遺跡科普教育基地建設與宣傳措施 、開展科學研究等多種措施進行保護。

3.2.6 流域生態環境治理工程

流域生態環境治理工程共41個，其中人工濕地水質凈化工程項目16個、污染源綜合治理項目5個、飲用水水源地保護項目10個、水系生態環境調查與評估項目1個、生物多樣性保護項目5個、生態環境綜合整治項目4個。全面深化污染治理、循環利用、生態修復的“治用保”流域治污體系，扎實做好“減排”和“增容”兩篇文章。實施全過程水污染防治，通過實施結構調整、清潔生產、末端治理等全過程污染控制，逐步使排污單位達到環境容量能夠基本接納的治污水平；促進水資源節約和循環利用，以循環經濟理念為指導，因地制宜地構建企業和區域再生資源循環利用體系，減少資源消耗和廢棄物排放；加強生態保護與恢復，劃定并嚴守生態紅線，糾正生態破壞行為，修復受損生態環境，加大生物多樣性保護，保護重要區域生態功能。

4 效益及結論

4.1 效益分析

經估算，泰山山水林田湖生態保護修復工程估算總費用為2144058萬元。按實施期劃分，第一期工程費用為612723萬元，第二期工程費用為754425萬元，第三期工程費用為776910萬元。

本次工程將通過礦山地質環境治理、土地綜合整治、地質災害防治、地質公園與地質遺跡保護、流域生態環境治理一系列系統性工程，建立多目標、強功能、高效益的系統修復治理體系，使區域生態環境得到有效修復和保護，生態功能得到強力提升，努力實現泰山山水林田湖生命共同體和諧發展，構筑“泰山大生態帶”的空間結構優勢，為南水北調供水安全、華夏文明永續發展和國家生態安全提供保障，具有顯著的環境效益、生態效益和社會效益。

4.2 結論

通過實施泰山山水林田湖生態保護修復工程，探索區域生態地質環境修復模式，建成集“生態友好、環境美麗、功能完善、文化永續”的生命共同體，打造出“山青、水綠、林郁、田沃、湖美”的泰山大生態帶，將試點區建設成為中華文化永續發展的重點區域，提升其對華北平原的生態屏障功能，保障南水北調水質安全和交通干線運行安全，為北方地區實施山水林田湖生態保護修復提供可借鑒、可復制、可推廣的“泰山經驗”。