干旱草原區露天煤礦環境影響后評價探討

秦紅正

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

我國適合露天開發的煤炭資源占總量的10%～15%，隨著國家勘探投入的不斷加大，適合于露天開采的煤炭資源/儲量大幅增加[1]，同時由于露天煤礦生產能力大、開采成本低、資源回收率高、安全條件好等特點而得以迅速發展[2]。目前，我國已有生產和在建露天煤礦400余座，開采規模400萬t以上的大型露天煤礦30余座，設計(核定)產能4.2億t/a。煤炭工業發展“十三五”規劃也將露天煤礦作為重點建設的先進產能之一。從分布區看，90%以上適合露天開采的煤炭資源分布于新疆和內蒙古等生態脆弱區[3]。隨著露天煤礦開采比例的逐年加大，直接造成礦區土壤-植被生態系統嚴重退化，引起的生態環境問題尤為突出[4]。表土不足、水資源短缺、適宜物種少是該區生態恢復的主要限制性因素[5]，與此對應，非污染環境影響成為環境影響后評價的重中之重[6]。

1 環境影響后評價在干旱草原區露天煤礦事后監管中的重要性

1.1 干旱草原區露天煤礦生態功能重要

全國十四大煤炭基地中，位于蒙東(東北)基地中的扎賚諾爾、寶日希勒、伊敏、大雁、霍林河、平莊、白音華、勝利等均位于干旱草原區，各礦區內露天煤礦均為特大型或大型露天煤礦。以上礦區均處于《全國主體功能區規劃》“兩屏三帶”生態安全格局中的“北方防沙帶”主體功能區，在生態如此脆弱的地區開發露天煤礦，若無完善的生態約束與環境管理體制為生態恢復與重建提供保障，無疑對區域生態“雪上加霜”，嚴重威脅國家的生態安全。

1.2 干旱草原區露天煤礦將成為未來煤礦項目環境影響后評價的重點對象

全過程控制是露天煤礦環境保護的核心內容，也是充分發揮環境影響評價制度管理效能的重要手段。從目前環境管理體系分析，主要包括：事前的煤礦礦區規劃環評、項目環評；事中的環境監理與竣工環境保護驗收；事后的后評價或跟蹤評價。從時間跨度上，事前與事中監管主要集中于露天煤礦開采前以及投產后一定時間內，而事后監管是露天煤礦生態恢復監管中時間跨度最長、監管任務最重的階段，其時間應延長至閉礦，其監管的重要抓手為后評價制度。

從發展現狀來看，環境影響評價經過近30年的發展，特別是《環境影響評價法》頒布后的近十年，日趨成熟與完善[7]。而環境影響后評價盡管于20世紀90年代開始研究，且2002年頒布的《中華人民共和國環境影響評價法》正式引入了“環境影響后評價”的概念[8]。但在《環境影響后評價管理辦法(試行)》實施以來，評價項目不足20個。截至2018年初，原環境保護部審批露天煤礦項目環評報告39個，其中內蒙古22個，占到了總量的93%，位居全國之首。未來一段時間干旱草原區露天煤礦的環境影響后評價評價技術、評價內容、評價指標等亟待完善。

2 干旱草原區露天煤礦生態環境影響特征

2.1 生態系統破壞程度重、時間長

露天煤礦開采的生態影響顯著特征表現為生態系統的徹底破壞，相對一般區域，干旱草原礦區原地勢平坦、土地利用結構單一，從而露天煤礦開采對景觀格局的影響較其他區域更加顯著。其生態恢復實現途徑是集“地貌重塑、土壤重構、植被重建、景觀重現、生物多樣性重組與保護”的系列過程[9]。在此過程中，土地利用的結構與功能重新形成并逐步趨于穩定，使得生態恢復與破壞在全部內排后達到平衡。

2.2 重建生態系統動態平衡期較長

干旱草原區露天煤礦所處自然條件多表現為干旱少雨，土壤侵蝕嚴重，原生態系統本底較脆弱。從時間跨度上分析，生態破壞與生態恢復同步發生，貫穿礦區開采始終，剝離巖土排棄、堆放為地貌重塑的開始；表土單獨剝離(有時是草皮的剝離)是生態恢復土壤重構的基礎；表土回填是土壤重構的關鍵環節。最終采掘場與排土場將形成平臺與邊坡相間的梯田地貌，在此地貌上重建的生態系統可持續性還取決于后期持續管護。在損毀生態系統的重建過程中，土壤、植被恢復過程漫長，重建生態系統達到動態穩定平衡的時間延長。

2.3 生態恢復的限制性因素

1)土壤肥力低與可能的污染。干旱草原區露天煤礦土壤大多為典型栗鈣土，其成土母質主要是黃土狀沉積物、各種巖石風化物、河流沖積物、風沙沉積物等，再加上氣候干旱、風蝕嚴重，因此形成的土壤質量較差，土壤養分含量較低。此外，在露天煤礦開采過程中，將地下數十米甚至數百米挖掘出的巖土堆砌在礦區地表，造成的后果是將不同深度巖層中的重金屬元素由地下深部轉至地上，很可能會對礦區地表土壤和地下水造成污染。

2)生態恢復表土不足。表土在礦區土地復墾中起到十分關鍵的作用。干旱草原區露天煤礦表土存量遠不能滿足土地復墾的需求量，主要原因有兩個：一是多地表土層厚度僅為20～30cm，下部為沙化土壤，表土存量本身就不足，且在排土初期沒有對壓占場地進行表土剝離，造成了大量表土浪費；二是目前地表剝離作業仍以隨機排土的方式為主，不能嚴格按照復墾規定進行排土作業，對現有表土利用效率低，受行業景氣指數、運輸成本制約，引入客土尚不可行，也易造成取土區域的生態破壞。

3)生態恢復水資源短缺。水資源短缺，嚴重阻礙了干旱草原區露天煤礦中重建植被的生長。短時間內解決該問題的方法是在礦區土地復墾中選擇耐旱性植物類型，減少對水資源的依賴，在將來有條件的情況下建立集水工程以及灌溉設施。

4)水土流失嚴重。露天開采對地表的劇烈擾動，進一步加劇了水土流失。干旱草原區露天煤礦排土場主要組成部分為巖土混合疏松物質，其特點是地面粗糙率大、抗侵蝕能力差，加之當地氣候條件惡劣，使得植被恢復緩慢，導致在排土場邊坡和平臺容易產生大量水土流失，造成周圍地區土壤沙化和鹽漬化加劇，植被難以生長，生態環境急劇惡化。

3 干旱草原區露天煤礦生態環境影響后評價的特點與重點

3.1 生態環境影響后評價的特點

1)從時間上，由于露天煤礦服務期較長，而生態重建過程貫穿礦區開采的整個過程。因此，后評價應在生態恢復的不同階段分別開展。即露天煤礦生態環境影響后評價次數不限于一次。且在一次后評價過程中，需對于開發前、開發過程中不同時段分階段進行回顧性評價。

2)從空間上，露天煤礦的主要生態系統為重建生態系統，因此后評價應以排土場、內排土場作為評價的主要空間范圍。由于露天開采粉塵污染、地下水變化對周邊自然生態系統的影響，后評價的空間范圍應在礦田范圍基礎上適當外擴。

3)從評價方法上，由于評價空間范圍廣，且為實現對照的原生態系統已不復存在，因此從手段上常采用“時空替代法”、3S技術、無人機技術與實地調查結合。

3.2 生態環境影響后評價的重點與指標

3.2.1 評價重點

露天煤礦生態恢復的廣義內容包括“地貌重塑、土壤重構、植被重建、景觀重現、生物多樣性重組與保護”。露天煤礦主要生態系統為重建生態系統，因此后評價的重點為重建生態系統。其中，地貌重塑的影響結果主要為土壤侵蝕的差異性，土壤侵蝕又是對限制性因素克服程度以及影響重建生態可持續的重要影響因素；土壤環境質量在短期內差異不顯著，而土地利用、植被覆蓋是露天煤礦恢復過程中短期內可反映生態系統重建效果的重要表征。因此，干旱草原區露天煤礦環境影響后評價的重點包括三方面，分別是土地利用覆被、植被覆蓋以及土壤侵蝕程度。

3.2.2 評價指標

評價指標確定的基本原則有兩方面：一是指標在不同恢復階段以及不同恢復程度上表現為顯著差異性；二是指標數據的可獲得性。隨著露天開采以及復墾過程，土地影響范圍、土地利用方式、植被覆蓋度、土壤侵蝕程度等均會發生顯著變化，從而使得通過歷史追溯遙感數據獲取該類指標具有可行性。土地利用覆被變化、植被覆蓋度變化以及土壤侵蝕程度變化的指標分別為土地利用結構、植被覆蓋度、土壤侵蝕程度。植被覆蓋度采用歸一化指數劃分為裸地、低覆蓋度、中低覆蓋度、中覆蓋度與高覆蓋度。土壤侵蝕程度根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)劃分為微度、輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈六個級別。

4 案例分析

4.1 礦區概況

勝利露天煤礦位于內蒙古自治區錫林郭勒盟錫林浩特市西北部的勝利蘇木境內，總體呈東北西南條帶狀分布。礦區內地貌形態主要由構造剝蝕地形、剝蝕堆積地形、侵蝕堆積地形和熔巖臺地等四個地貌單元組成。礦田內及其周圍地勢平坦，地形略呈西高東低。礦區屬北溫帶大陸性氣候，年平均降水量不足300mm，降雨多集中在7—9月內。礦區植被屬非地帶性草甸草場類，植被類型主要為“貝加爾針茅+羊草+線葉菊”、“線葉菊+貝加爾針茅+羊草”、“芨芨草-針茅+羊草+雜草類”、“芨芨草-雜草類”、“芨芨草-羊草+雜草類”。土壤類型屬于栗鈣土，土層呈弱堿性反應，局部地區有堿化現象，土壤質地以細沙和粉沙為主。

礦區共設置了3個外排土場，北排土場、南排土場、沿幫排土場，如圖1所示。其中，北排土場設在一采區東北側約0.5km處，2005年開始排放，2007年到界，排土總容量為32.09Mm3，占地1.13km2，于2008年全部綠化復墾；南排土場設在一采區東南側約0.3km處，2006年開始排放，2010年到界，排土總容量為61.81Mm3，占地1.88km2，2006年開始排放，2010年到界，2011年全部綠化復墾；沿幫排土場緊臨一采區東北幫處，排土總容量為143.00Mm3，占地5.18km2，2008年開始排放，2012年12月到界，2015年實現全部綠化。現該礦已經全部實現內排。

圖1 勝利露天煤礦礦區范圍示意圖

4.2 遙感數據源及處理

勝利一號露天煤礦一期工程2008年建成，2009年正式投產；2012年8月二期工程建成。遙感數據源為0.5m分辨率的GeoEye遙感影像及全色0.6m和多光譜2.4m分辨率的QuickBird遙感數字圖像。

4.3 后評價時間與范圍

后評價的回顧周期貫穿煤礦開發至開展后評價時。分別選取2005年、2010年、2013年、2016年、2018年作為后評價的典型時間。其中，2005年代表煤礦開采前，2010年代表生產初期，2013年代表二期工程驗收初期，2016年代表二期工程生產期，2018年代表現狀。

4.4 生態環境影響后評價結論

4.4.1 土地利用覆被變化

采用《土地利用現狀分類》(GB/T 21010—2017)二級分類體系，根據實地調查和遙感衛星影像，分析不同時期土地利用結構變化，土地利用結構變化如圖2所示。

圖2 土地利用結構變化圖

從圖2可知，勝利一號露天煤礦的土地利用結構變化主要表現為天然牧草地、其他草地等農用地以及采礦用地、交通運輸用地之間的轉化。在建礦初期，隨著工業場地建設以及采礦范圍與外排土場范圍擴大，天然牧草地逐步轉換為采礦用地以及裸地。在2010年之后，隨著排土場生態整治措施的實施，排土場逐漸恢復為林地或草地等具有生態效益的土地利用功能。排土場壓占區逐步轉變為其他草地以及其他林地。同時隨著采礦活動發展，周邊人為活動加劇，農村宅基地面積有所增加。

4.4.2 植被覆蓋度影響評價

在遙感解譯的基礎上采用TWINSPAN分類和DCA排序，對勝利一號露天煤礦周邊植被群落類型進行劃分。各階段植被類型分布如圖3所示。

圖3 不同時期各植被類型分布圖

從圖3可知，勝利一號露天煤礦評價范圍以低覆蓋度草地和中低覆蓋度草地為主，各階段內二者之和均占到了評價范圍的一半以上。從對比結果可知，勝利一號露天煤礦開采前期(環評階段2005年)，裸地面積僅占評價面積的10.56%，隨著開采工作面的推進以及排土場對草地的壓占，2010、2013年裸地面積及占比整體呈增加趨勢，2016年隨著外排土場全部完成生態恢復，裸地面積占地降低，而低覆蓋度、中低覆蓋度草地占比均顯著增加。2016—2018隨著采坑的持續擴大，而內排推進速度低于采坑推進速度，導致裸地占比面積增加。

4.4.3 土壤侵蝕影響評價

根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)和遙感影像解譯結果，勝利一號露天煤礦周邊土壤侵蝕目前以風蝕為主。生產運營期間，大量的棄土棄渣排往排土場，其邊坡表層尚未經過長期沉降，土質疏松，易產生風蝕和水蝕。路面和道旁兩側形成侵蝕溝后，降雨期易造成徑流集中，引起水土流失。各評價期土壤侵蝕強度分布如圖4所示。

圖4 不同時期土壤侵蝕程度分布圖

從圖4可以看出，環評階段(2005年)土壤侵蝕模數較低，到2013年，隨著采掘場剝離巖土覆蓋層和排土場壓占，對原地貌的劇烈破壞，同時形成排土場邊坡和平臺等再塑地貌，使項目區土壤侵蝕強度明顯加大。2013—2016年，外排土場實施一系列工程措施和植物措施，且內排土場已完成一期生態恢復工作，工業場地內擾動地表采用工程整治和林草植被恢復，鐵路專用線裝車環線邊坡采取了沙障防護，在沙障內進行撒播小葉錦雞、沙米、苜蓿、披堿草、羊柴等。因此2016年較之2013年，礦區土壤侵蝕模數逐漸減少；水土流失情況較原地貌有明顯好轉。2016—2018年，由于內排恢復速度受到客觀因素限制，導致土壤侵蝕程度加劇。

5 結 語

干旱草原區露天煤礦因所在區自然環境較差，生態恢復所需時間較長，要評價其生態環境影響范圍和程度，判斷生態恢復效果，可選擇土地利用類型、植被覆蓋度、土壤侵蝕程度等可量化生態指標，采用3S遙感技術，可獲得項目開發不同時期的生態指標，通過對比分析，可以對開發與生態恢復不同階段的生態影響作出準確的評價，在此基礎上提出更加完善的生態恢復方案。