寧夏紅一煤礦生態治理措施與環境影響評價

王 鐸

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

1 引言

隨著科學技術的不斷進步，新設備和新技術的引進，煤炭開采儲量大幅度增加[1]。煤炭作為寧夏回族自治區的主要礦產資源，因其煤質優良，低灰、低硫、發熱量高等特點，預計到2020年寧夏地區煤炭產量將突破億噸[2]。煤礦資源作為主要的能源資源之一，在人類的生產生活占據十分重要的地位。但是，煤炭過度開采必然使得地質環境遭到破壞，打破原有的生態平衡，進而引發一系列環境問題[3]。煤炭開采的環境影響評價一般是在充分利用現有資料的基礎上，進行必要的環境現狀監測、試驗、預測和類比調查，力求全面、客觀、公正地評價施工過程對環境的影響情況，并對研究過程中提出的環境保護措施進行分析論證 , 根據評價結論，提出相應的合理的、經濟實用的、可行的環境保護措施[4]。研究區屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候，生態環境及其脆弱，大規模的開采煤炭資源必然會對當地的地質環境造成極大的危害[5]。本文通過對建設期的環境影響評價和生產期的環境影響預測，針對不同的影響對象實施不同的生態治理措施，為進一步實現該區域生態系統的良性循環提供物質基礎。

2 研究區概況

研究區位于寧夏回族自治區銀川市興慶區(106°31′00″～106°34′46″E，38°21′37″～38°27′16″N)，南北長約9.5 km，東西寬約2～5 km，面積33.4907 km2。井田西距銀川市約30 km，東距內蒙古自治區鄂托克前旗約70 km，西南距臨河鎮約10 km。研究區屬于溫帶大陸性氣候，，冬季嚴寒，夏季酷熱，冷熱多變，晝夜溫差大。年最高氣溫36 ℃、最低氣溫-21 ℃，平均氣溫10.0 ℃，平均濕度53%，降雨多集中在7～9月份，年均降水量200 mm，年均蒸發量1600 mm，是年均降雨量的8倍，無霜期185 d左右，年均日照時數2800～3000 h。風季多集中在春秋兩季，最大風力達8級，一般為4～5級，多為北及西北風，春季時有沙塵暴天氣。一般10月下旬結冰，至翌年3月解凍，凍土最大深度66 cm。主要喬木林種有云杉(Piceaasperata)、油松(Pinustabuliformis)、山楊(Populusdavidiana)等，灌木有榆樹(UlmuspumilaL.)、山杏(Armeniacasibirica)、錦雞兒(Caraganasinica)等。土壤類型主要為山地灰鈣土、草甸土和灰褐土。

3 結果與分析

3.1 建設期生態環境影響評價

3.1.1 建設期對土地利用的影響

建設期對生態環境的影響主要來自對土地利用的影響。總占地面積56.42 hm2，其中永久占地45.18 hm2，臨時占地11.24 hm2，占地類型主要為草地。永久占地在一定程度上影響到地表植被生長，使部分土地失去了原有的生物生產功能和生態功能，土地利用類型轉變為采礦用地。但由于永久占地面積很小，并且通過場地綠化等措施可以恢復一定面積的生態植被，因此對區域生態環境不會造成較大影響。臨時占地在施工結束后經土地整治可恢復原有的用地類型，不會對土地利用結構造成較大影響。

3.1.2 建設期對植被的影響

建設期永久占地面積45.18 hm2，占地類型主要為草地。通過疊圖分析，建設期間工程占地的主要植被類型為沙蒿群落。沙蒿群落的生產力為113.85 g/m2，通過計算工程占地造成生物量損失量為51.44 t。占地區域內無珍稀植物及國家重點保護野生植物種。占地區中的永久占地區在施工結束后將轉變為工業用地，植被類型同時轉變為以工業場地綠化為主要目的的人工植被。而建設期對植被的影響主要發生在場地開挖、道路及線路建設中，此類施工活動過程均需進行植被清理、地表開挖，造成植被的直接破壞。同時，施工中的運輸、機械與人員踐踏均會對施工區即周邊植被造成不同程度的影響。但通過臨時占地施工范圍的嚴格控制，可減少施工對臨時占地區植被的影響。總之，占地區面積相對井田面積以及其內的植被區，占地比例較小，且在施工結束后通過合理的工程與生物措施將臨時占地恢復為原有土地功能及植被蓋度，因此對環境影響不大。

3.1.3 建設期土壤侵蝕的影響

建設期間由于施工機械碾壓、材料的堆放、施工人員踐踏、臨時占地、棄土、棄渣的堆放等，可能會造成一定區域內植被破壞，加劇水土流失，根據本研究的水保方案預測，在不采取任何防治措施的情況下，建設期間可能新增水土流失量8919 t。施工過程中還應做好施工場地的規劃，明確棄土棄渣點和施工范圍，盡可能減少施工影響范圍，減輕對地表植被和土壤的破壞；施工結束后應及時采取植被恢復措施，一般2～3年內可基本恢復原有土地利用功能。

3.2 生產期生態環境影響預測與評價

3.2.1 礦井開采對土地利用的影響預測與評價

將地表沉陷預測結果與土地利用現狀圖進行疊加分析，根據預測結果，受到地表沉陷影響面積最大的是其他草地。第三階段開采完畢時受沉陷影響的其他草地面積將達到1244.42 hm2，占沉陷面積的45.85%；另外井田開采后有一部分的果園、喬木林地和旱地也會受到沉陷影響，第三階段開采完畢時受到沉陷影響的果園、喬木林地和旱地的面積分別將達到739.59 hm2、426.86 hm2和46.19 hm2，占沉陷面積的27.25%、15.73%和1.70%(表1)。

表1 沉陷預測階段影響的土地利用類型及面積統計

3.2.2 礦井開采對耕地的影響預測與評價

受沉陷影響的耕地均為旱地，根據地形、地表沉陷與裂縫情況，參考《土地復墾方案編制規程》中的采煤沉陷土地損毀程度分級標準，對沉陷土地損毀程度進行分級，評價預測了各個開采階段穩態時耕地的破壞情況。由表2可知，開采第一階段沒有耕地受到沉陷影響；第二階段和第三階段受到沉陷影響的耕地面積很小，并且主要以輕度破壞為主；第三階段開采結束時受到中度破壞和重度破壞的耕地面積分別為18.01 hm2和7.72 hm2。耕地類型全部為旱地，主要分布在井田東南部的村莊周圍，生產力下降92.57 t。受到輕度破壞的耕地，地面存在輕微變形，不影響耕種；受到中度和重度破壞的耕地，地面塌陷破壞比較嚴重，出現方向明顯的裂縫、坡、坎等，影響耕種，導致減產。因此應當對沉陷破壞的耕地進行復墾整治，恢復耕種功能，并按照國家和地方的相關規定對農民造成的損失進行相應的補償。

表2 礦井開采各個階段對耕地的損毀情況

3.2.3 礦井開采對園地和林草植被的影響預測與評價

根據地形、地表沉陷與裂縫情況，參考《土地復墾方案編制規程》中的采煤沉陷土地損毀程度分級標準，對沉陷土地損毀程度進行分級。采煤沉陷區園地、林地和草地的損毀程度分級標準，評價預測了各個開采階段穩態時園地、林地和草地的破壞情況。由表3可以看出，開采第一階段結束時，沒有草地受到沉陷影響，林地的面積亦很小；到第二階段開采結束時受到沉陷影響的林地和草地的面積較小，且均以輕度破壞為主。第三階段開采結束時，受中度破壞的園地、林地和草地面積分別為257.52 hm2、155.52 hm2和404.07 hm2，受重度破壞的園地、林地和草地面積分別為149.33 hm2、87.65 hm2和248.34 hm2。研究區的園地主要為葡萄園，林地主要為人工栽植的喬木林地，草地類型主要為其他草地，生產力降低760.65t。受沉陷影響，園地和林草地的破壞程度以輕度破壞為主，對于個別歪斜的果樹和林木采取人工扶正的措施即可恢復，輕度破壞的草地自然恢復即可；對于中度和重度破壞的園地采取人工整地、改良土壤的措施；受沉陷中度及重度破壞的林地和草地，生產力可能會有所降低，應采取人工整地、補植補播與自然恢復相結合的方式，及時恢復植被覆蓋度。

表3 礦井開采各個階段對園地、林地和草地的破壞情況

3.2.4 礦井開采對公益林的影響預測與評價

井田內分布有小面積的公益林，面積為2.83 km2，公益林等級為國家二級公益林。地表沉陷的各個階段會對公益林造成一定程度的破壞，通過疊加公益林與沉陷等值線圖可以看出，開采第一階段受到破壞的公益林面積為96.29 hm2，主要為輕度破壞，中度破壞面積為14.24 hm2。開采第二階段，受到破壞的公益林面積為148.45 hm2，中度破壞和重度破壞面積分別22.91 hm2為8.43 hm2。開采第三階段，受到破壞的公益林面積為283.18 hm2，中度破壞和重度破壞面積分別49.69 hm2和16.68 hm2。井田內分布的公益林主要為森林休閑公園種植人工林，主要植物種類為樟子松、油松、側柏、柳、楊及沙地柏等觀賞植物。受到沉陷影響后，人工林會出現倒伏或根系裸露，林木生產力可能會有所降低。輕度破壞的公益林采取人工扶正的措施即可恢復；對于中度和重度破壞的公益林采取人工整地、補植補播與自然恢復相結合的方式，也可以恢復植被覆蓋度。因此采取人工干預與自然恢復相結合的措施能夠保證受影響的國家二級公益林生物量恢復，生態功能不受到影響。

3.2.5 礦井開采對土壤沙化的影響預測與評價

采煤沉陷區的土壤沙化主要是由植被生長受影響而形成的土壤沙化地帶，約占沉陷區面積的15%。研究區氣候干旱多風，土壤富含沙粒，煤炭開采后使地表發生位移，地表覆蓋層將受到一定影響；另外沉陷盆地效應對地表影響較大，特別是在沉陷邊緣地帶，因地表下沉產生的地表裂縫與傾斜會使地形坡度改變，而坡度是決定徑流沖刷能力的基本因素之一。坡度越大則徑流量越大，沖刷量也越大，引起的水土流失和土地侵蝕越嚴重。若不及時對該區域進行防護和治理，遇到暴雨或大風季節，地表將受到嚴重的沖刷，土壤進一步沙化，治理難度進一步加大，從而給當地生態環境建設帶來負面影響。根據《生態功能區劃暫行規程》提供的指標體系進行土壤沙化敏感性分析，不敏感區域基本不會發生沙漠化，敏感區域就有發生沙漠化的可能。銀川市多年平均降雨量約200 mm，多年平均蒸發量2722 mm，評價區內濕潤指數為0.07，分級賦值為7，屬于高度敏感；冬春季大于6 m/s大風的天數多于50 d，分級賦值為7，屬于高度敏感；土壤質地為沙質，極其敏感。由表4可以看出，研究區屬于沙漠化高度敏感區，容易發生土地沙漠化，在人為干擾而不能恢復的情況下，高度敏感區域就會向極敏感區方向發展。礦井開采對土地沙化影響主要通過地表植被變化來體現。煤礦開采后，受地表沉陷的影響，草地受到破壞，植被覆蓋度降低，沉陷盆地邊緣受到重度破壞的草地可能退化為裸地或沙地，沙地連成片可能形成移動式沙丘，造成區域土壤沙化現象加劇。總而言之，在進行礦產開發的同時應及時防治區域土壤沙化和土壤侵蝕強度的加劇，有效的手段就是增加區域的植被蓋度，通過植樹種草、封育等措施增加植被蓋度可防風固沙，減少土壤沙化，防止風蝕。隨著采煤工作面和采區的推進，密切觀察采空區邊界上方沙丘的變化趨勢，及時采取預防和保護措施，防止因人為破壞而導致的土地沙化。

表4 沙漠化敏感性分級指標

3.2.6 礦井開采對生態系統的影響預測與評價

受地表沉陷的影響，開采各個階段的耕地、園地和林草植被破壞程度均以輕度為主，中度和重度破壞的所占比例很小。根據采煤沉陷土地損毀程度分級參考標準，一般中度破壞會導致土地生產力下降20%，重度破壞導致土地生產力下降60%。全井田開采后耕地和林草植被的破壞情況及相對應減少的生產力統計見表5。通過計算第三階段開采結束時地表沉陷造成農作物、林地和草地生產力減少共計3618.24 t。根據生態系統現狀評價可以看出，平均凈生產力為5.15 t/(hm2·a)，礦井開采后平均生產力將減少到4.58 t/(hm2·a)。因此可以看出地表沉陷造成的破壞程度較小，但由于未受到干擾時研究區內生態系統生產力較為低下，地表沉陷破壞后可能會增加，使研究區內原有的生態系統衰退到低一級生態系統的可能性。因此在開采過程中需要通過實施合理的生態恢復措施，及時恢復破壞的土地生產力，保持生態系統的原有生產力水平，維持生態系統的相對穩定性，通過生態整治措施能夠使得煤礦開發不破壞區域生態系統的完整性。

表5 第三階段開采結束時生產力下降預測表

3.3 生態治理措施

生產期生態整治措施主要包括對地表沉陷區的治理、補植、生態恢復等措施。地表沉陷區主要生態整治措施包括：生產期間對于中度及重度破壞的林地采取人工扶正、補植、整地等措施恢復植被；對于中度及重度破壞的草地采取撒播草籽、自然恢復的措施恢復植被。另外采取植樹種草、封育等措施增加植被蓋度防風固沙，密切觀察采空區邊界上方沙丘的變化趨勢，及時采取預防和保護措施，防止因人為破壞而導致的土地沙化。生產期間地面沉陷區的生態整治措施主要包括：裂縫充填、生態恢復、后期養護等。

裂縫充填：裂縫治理工程可采用人工治理和機械治理兩種方式進行。人工治理是指以人工作業為主的簡易工程治理技術，土地類型及土壤理化性質基本不變；另一種是機械治理，機械治理一般使用推土機和鏟運機械，適于裂縫較大較嚴重的區域治理。無論采用哪種方式，都必須保證不低于原土地生產力的情況下進行。

耕地的恢復措施：第三階段開采后耕地破壞面積將達到46.19 hm2，其中中度和重度破壞面積分別為18.01 hm2和7.72 hm2。生產期間主要對耕地采取的生態恢復措施包括：土地平整、土地翻耕等。根據耕地不同破壞程度采取不同的恢復措施：對塌陷輕度損毀區域耕地進行平整；中度及重度損毀區域耕地進行平整、翻耕，翻耕深度控制在0.2 m左右。

園地的恢復措施：第三階段開采后園地破壞面積將達到739.59 hm2，其中中度和重度破壞面積分別為257.52 hm2和149.33 hm2。生產期間主要對園地采取的生態恢復措施包括：土地平整、果樹扶正、施肥等。根據園地不同破壞程度采取不同的恢復措施：對塌陷輕度損毀區域園地進行平整、果樹扶正；中度及重度損毀區域園地進行平整、施肥。

林地的恢復措施：第三階段開采后林地破壞面積將達到426.86 hm2，其中中度和重度破壞面積分別為155.52 hm2和87.65 hm2。生產期間林地恢復的主要目的是修復受損的林地，控制可能發生的水土流失。鑒于區域脆弱的生態環境，不再對擬損毀的林地進行平整，采取的林地恢復措施主要有扶正、補種樹木、撒播草籽和管護，沉穩后開始進行補種，補種量由原地類的栽植密度和損毀程度確定，針對林地在損毀前、開采中和開采結束后三個時段撒播草籽。

草地的恢復措施：第三階段開采后草地破壞面積將達到1244.42 hm2，其中中度和重度破壞面積分別為404.07 hm2和248.34 hm2。根據土壤沙化預測結果，如果不采取及時的植被恢復措施，研究區目前的沙漠化高度敏感程度，容易向極敏感程度方向發展，導致土地沙漠化的發生。而土地沙化的影響主要通過地表植被變化來體現，植被覆蓋度降低，草地可能退化為裸地或沙地，沙地連成片可能形成移動式沙丘，造成區域土壤沙化現象加劇。而由于井田內主要為果園、人工林、人工草地、光伏電站等人工景觀，受到沉陷影響后很容易通過人為干預進行恢復；井田北部小面積存在原始荒漠草原，防止土壤沙化進一步加劇的關鍵問題是恢復荒漠草原的植被蓋度。沙化防治的主要措施包括：封沙、封灘、育林、育草、飛播治沙等，利用水源優勢，修復受損的草地，保證受塌陷影響的區域植被覆蓋度不下降，并控制可能發生的水土流失。設計采用人力補播的方法，在雨季來臨后到入秋前，補播草籽，損毀前草籽播撒1a即可，建議開采中和開采結束后草籽連續播撒3a，恢復為草地。低濕地可以種植優良牧草，建立高效優質的人工打草場，禁止濫采濫挖，逐步建成生態環境良性循環，林牧業全面發展的沙地生態區。另外，隨著采煤工作面和采區的推進，應密切觀察采空區邊界上方沙丘的變化趨勢，如果發現沙化加劇，應立即采取措施，及時恢復植被，遏制沙化面積的擴大。

4 結論

在全球氣候變化的大背景下，生態環境極其脆弱，寧夏紅一煤礦開采的第三階段對當地的生態環境造成一定的影響，經過生態治理措施可以恢復到原有的條件。通過對礦區的地質環境影響評價，可為礦山地質環境治理恢復提供科學依據，對實現生態環境可持續發展具有參考意義。