基于河北省河道采砂规划的砂石供需分析

霍惠玉，赵云云，赵名彦，李雪松，李芳然

（1.河北省水利科学研究院，石家庄 050051；2.河北省水资源研究与水利技术试验推广中心，石家庄 050061）

河道砂石是河床的重要组成部分，兼具自然与经济双重属性。河砂是水生生物栖息生长的媒介，是河道生态平衡的重要物质要素，同时也是维持河道水质、水文稳定的重要因素［1-3］。由于河砂可观的经济效益和居高不下的市场需求，河砂无序滥采乱象导致了河床与河面比降变化［4］、河道形态结构、河势河态、河流水质、生物环境改变，进而引发河道生态系统的严重破坏，对河道航运、行洪安全产生恶劣影响［5-6］。采砂坑快速、大范围的迁移运动更可能危及堤岸及跨河建筑物的安全［7-8］。

河北省河道砂石规模化开采已持续多年，目前河北省内编制过采砂规划的部分河道控制开采总量已接近枯竭，但随着京津冀城建、基建步伐加快，砂石需求量近远期持续增长，高利益驱使下非法采砂活动曾经猖獗［9-10］，目前已得到了有效遏制，合理保护、开采、利用河砂资源，推进河道采砂管理制度化、规范化是实现河北省河湖生态环境保护和生态修复治理的重要环节。2020年初，河北省人大通过的《河北省河湖保护和治理条例》也针对河道采砂规划、河道整治与管理的各项措施、政策的制定实施作出明确规定［11］。从对砂石资源科学、合理利用角度出发，从供应需求链源头考虑，对河北省历史采砂规划、现状河砂分布、储量以及需求量化摸查，对河北省河砂资源的远期供需情况进行分析研究，结合目前河道采砂存在的主要问题，提出相应的解决对策，以便为河砂利用与采砂管理提供参考。

1 河北省历史规划河道采砂范围及开采特点

河北省境内河流地跨3个流域，即辽河、海河以及内陆河流域，3个流域细分11个水系，河道采砂涉及其中7个水系，分别为辽河水系、滦河及冀东沿海诸河水系、北三河水系、永定河水系、大清河水系、子牙河水系和漳卫河水系等，采砂规划河道情况见表1。

表1 各水系采砂规划河道情况Tab.1 River situations of sand excavation planning in each water system

河北省境内多为季节性河流，径流量年际、年内变化较大，河道砂石主要通过洪水携带泥沙进行补给。但各大流域的骨干行洪河道上游多数建有蓄水工程，大部分泥沙被拦蓄在库区内，下游的河道泥沙补给量越来越少，并且河北省河流近几十年处于枯水期，各水系径流量明显偏少，因此河北省河道砂石开采以历史储量为主。

河北省采砂历史规划河道主要分布在山区以及山前平原地带（山区与平原过渡地带），冲积平原区采砂规划河道数量相对较少。河道砂石组成由山区以及山前平原地带的砂砾（中砂、粗砂）、卵石（含砂量比例逐渐增大）向冲积平原区的细砂、粉砂过渡，因此砂石质量较好的区域多位于山前平原地带。由于采砂规划河道多数处于常年无水状态，河道砂石开采主要以旱采为主［12］，仅个别河道与水库采砂（滦河、长河、永定河-洋河以及水库等）存在水采或混合采（旱采与水采相结合）行为。

2 河道砂石剩余储量及开采潜力分析

2.1 剩余储量估算

2.1.1 估算方法

通过对2012—2018年河北省以及各市批复的采砂规划控制开采量的统计分析，确定河北省采砂规划河段的可采区［13］位置与范围；再利用卫星影像对采砂河段现状情况解译判读［14］，确定规划河道（河段）已开采的范围以及深度；最后对主要河道进行实地勘查，对遥感解译结果进行复核，在此基础上进一步明确砂石开采现状，估算采砂规划河道控制开采量的剩余储量。

2.1.2 估算结果分析

据统计，河北省各市河道采砂规划控制开采量及剩余储量见表2、图1。截至2018年末，河北省编制过采砂规划的河道采砂控制开采量的剩余储量大约有4.65亿m3。其中，大清河与子牙河水系的潴龙河、白沟河、新盖房枢纽以及沧州和衡水境内的滹沱河采砂规划可采区主要为耕地，砂层、土层交互分布，开采难度大；廊坊市目前全面禁采，并且廊坊境内采砂规划控制开采剩余储量已接近枯竭。因此，扣除难以开采区域剩余储量与廊坊市境内少量剩余储量，河北省实际采砂规划控制开采量的剩余储量大约为3.89亿m3。

图1 采砂规划控制开采量与剩余储量对比Fig.1 Comparison of the control quantity of sandstone and surplus in cities

表2 各市采砂规划控制开采量以及剩余储量Tab.2 The control quantity of sandstone and surplus in cities

根据河北省内各市估算结果，各市砂石剩余储量分布差异显著，其原因为：石家庄、保定、邢台主要砂石储量位于山区与平原区过渡地带，开采历史较长，控制开采量剩余储量较少；邯郸境内的砂石主要以卵石为主，当地近年来岩石机制砂（经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75 mm的岩石、矿山尾矿或者工业废渣颗粒［15］）应用较多，河道砂石开采相对较少；唐山、秦皇岛、张家口河道内砂石控制开采量剩余比例较大，因为唐山、秦皇岛靠近渤海湾，辽宁省的砂石可以通过海运供给2个城市，从而降低规划河道的开采量；廊坊、沧州以及衡水地区砂石剩余储量很少且不易利用。

2.2 河道砂石开采潜力分析

滦河水系：已编制过采砂规划的河道采砂控制开采量剩余储量较丰富；大黑汀水库以上山区规划河道有一定泥沙补给且开采深度多为1.5～2.0 m，合理规划能够可持续利用；大黑汀水库以下主要以开采滦河干流的历史砂石储量为主。未编制过采砂规划且流域面积大于500 km2的河流主要集中于唐山与秦皇岛的冀东沿海水系，部分河段存在一定的开采潜力。

子牙河水系与大清河水系：两个水系采砂现状较为相似，编制过采砂规划且砂石质地较好的河道多位于山前平原区域，开采深度多为3～6 m，经过多年开采，控制可开采的剩余储量较少。未编制过采砂规划且流域面积大于500 km2的河流主要分布在保定、石家庄、邯郸、邢台、衡水以及沧州的河北中部冲积平原地带，其砂石开采难度较大且不易利用。部分山区河道虽然具有砂石资源但由于运输距离较远，不适宜开采。

永定河水系：开采潜力主要集中在张家口地区编制过采砂规划的河道及未编制过采砂规划的东洋河万全县境内河道内。

北三河水系：有7条河流编制了采砂规划，但总体开采程度不高。未编制过采砂规划的河道基本位于平原且靠近城市，开采潜力较低。

漳卫河水系：漳卫河水系已编制采砂规划的清漳河邯郸段滩地多为耕地，河道采砂相对规整，无较大沙坑，砂石资源剩余储量相对较丰富。

辽河水系：承德市平泉县老哈河及其支流已编制了采砂规划，开采潜力主要集中在编制过采砂规划的河道内。

河北省今后河砂开采将主要以规划剩余储量为主，本文根据剩余储量估算值进行供需分析。

3 河北省年均砂石需求及供需分析

3.1 砂石需求量估算

3.1.1 估算方法

河道砂石作为建筑材料，主要是用于混凝土的生产，混凝土生产中水泥与砂石存在一定的配比［16］，因此可以根据水泥量估算出砂石消耗量［17］，进而估算得出砂石需求量。徐建华等［18］研究表明，水泥与砂石的质量配比介于1.19～1.82（砂石容重1.31～2.42 t／m3）。参考《混凝土配合比设计手册》［19］，最终以1∶1.49作为水泥、砂石质量配比，并利用河北省2014—2017年各个地市散装水泥消耗量统计数据，对河北省砂石消耗以及年均砂石需求量进行估算，并利用2012—2017年经济年鉴中河北省水泥产量［20］对砂石需求量进行复核，结果见表3～4。根据河北省向北京、天津地区供应的河砂量及混凝土以外的砂石消耗量对砂石需求量进行补充修正，最终得出砂石需求量估算值。

3.1.2 估算结果

表3、表4的计算结果显示，根据散装水泥量估算的砂石需求量（21 254.346万m3）比根据省内水泥产量估算的砂石需求量（70 554.98万m3）偏少。其主要原因：一是散装水泥主要是供应河北省境内，河北省的部分砂石还供应至天津、北京等地；二是砂石的使用并不仅限于商品混凝土，还会被用于其他的基础设施建设，如铁路轨道铺设、高速公路路面施工或与石灰等其他材料结合等。

表3 散装水泥估算砂石需求量Tab.3 Estimated quantity of sandstone consumption by bulk cement quantity

表4 河北省水泥生产量估算砂石需求量Tab.4 Estimated quantity of sandstone consumption by cement production of Hebei Province

综合考虑以上消耗途径，对根据散装水泥消耗量估算的年均砂石需求量进行了如下补充修正。

北京地区砂石骨料市场的调研报告显示，河北省砂石资源供应份额占北京市总体份额的40%左右。近年北京年均砂石消耗量大约1.5亿m3，扣除来自河北矿山的岩石机制砂，由河北省供应的河道砂石量约0.3亿m3；天津砂石年均消耗量大约0.34亿m3，其中大约有0.09亿m3砂石来源于河北省［21-22］。将以上砂石量纳至河北省砂石需求总量中。

通过调查与资料分析，除混凝土消耗的砂石以外，其余砂石消耗量约为混凝土消耗的砂石量的40%，将该部分砂石量纳至河北省砂石需求总量中。

综合以上消耗进行修正后，估算河北省年均砂石需求量大约为1.13～1.34亿m3。再次根据河北省水泥产量对该数值进行对比复核，计算结果显示，河北省年均砂石需求量复核值为1.17亿m3（包含部分天津与北京以及混凝土以外的砂石消耗），这与估算值1.13～1.34亿m3基本一致。

3.2 河北省砂石供需分析

根据估算的河北省规划河道控制开采量的剩余储量（3.89亿m3）、砂石年均需求量（1.13～1.34亿m3），综合考虑目前经济发展水平，河北省砂石余量可以满足3～4年的供应。根据河北省各市的年均砂石需求量以及采砂规划控制可采量的剩余储量进行分析，各市的砂石供需情况如下：

石家庄、保定、邢台、邯郸：这4个城市年均砂石需求量较大，砂石可供应量日趋严峻，特别是石家庄、保定市情况更加突出。随着雄安新区的建设开展，未来砂石供应缺口巨大。

唐山、承德、张家口、秦皇岛：剩余储量能够满足5年以上的砂石供应。

沧州、衡水、廊坊：砂石资源较为缺乏，这3个城市主要利用外来砂石资源，其将会对周边地市产生砂石供应压力。

4 砂石供需矛盾影响因素分析及解决建议

砂石供需长期存在不平衡，河北省砂石价格在2018年出现了跳跃性增长，各地砂石价格提高了2～4倍，砂石供应缺口逐渐增大，省内砂石供需矛盾日趋突出。其主要原因有以下几个方面：

河北省经过多年砂石持续开采，能够供给优质砂石的河道资源储量所剩不多，特别是山前平原河道趋近枯竭，如：大清河水系的唐河、沙河、磁河、南拒马河、北拒马河，子牙河水系的滹沱河、白马河、汦河等。该区域涉及的石家庄、保定、邯郸以及邢台等市经济建设发展较快，对砂石需求旺盛，但由于砂石运距多在100～150 km范围内，滦河水系与永定河水系的砂石无法供给，无法缓解经济发展快速地区的砂石供需矛盾。

从砂石补充来源来看，河北省河道内建有大量水库，受河砂沉积作用影响，向水库下游输砂受到干预，导致上游来砂量非常少，可供开发利用的河砂资源有限。

河北省加快推进生态文明建设，贯彻落实新发展理念，深入践行“两山”理念，大力推进“首都两区”建设。这对河北省河湖保护与管理提出更高的要求，河湖保护与管理将由过去的粗放型、破坏式开发砂石资源转变为保护式、集约型高效利用模式，减少了河砂开发利用。

针对以上几点，在实地调研及分析论证的基础上提出以下建议，以供参考。

积极探索河砂资源替代利用，采用机制砂替代河砂，推进砂石供给侧结构性改革［23］。机制砂的原料不只是灰岩、花岗岩、玄武岩、片麻岩、砂岩等多种山石，现阶段更加提倡采用尾矿废渣、废弃鹅卵石、矸石、建筑垃圾等废料制砂，实现变废为宝，打造循环经济［24］。机制砂在国内已经发展很多年，以往只是水利水电工程使用，到如今基建全面采用经历了近30年，其加工技术以及各项指标均能满足施工要求，因此，机制砂可作为天然砂的理想替代品。

结合河道治理，有效利用砂石资源。采砂规划坚持治河与采砂相结合，采砂规划要与流域综合规划、防洪规划、河道治理规划等相衔接，明确河道治理任务、治理标准、总体布局、采砂控制及规划实施监管等措施，并采用“一河一规划”的方式，保证河道治理和采砂的系统性、连续性。

总结河道治理与采砂实施经验，探索创新运行模式。邢台、保定、张家口对创新采砂经营模式进行了有益的探索。可推广邢台市政府与企业合作模式，坚持政府引导、市场运作，用砂石资源换河湖治理，不仅盘活了河道内的砂石资源，也有力推动了河道治理，取得了显著效果。

探索水库淤积砂的开发利用。河砂在水库淤积不仅造成水库库容损失、对下游灌区的灌溉调蓄能力降低，还导致河砂资源被拦截，向下游输送量大大减少。探索水库淤积砂开发与综合利用方式，实现释放水库库容、增加砂石供应的双赢。