干旱草原區(qū)露天煤礦環(huán)境影響后評(píng)價(jià)探討

秦紅正

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

我國(guó)適合露天開(kāi)發(fā)的煤炭資源占總量的10%～15%，隨著國(guó)家勘探投入的不斷加大，適合于露天開(kāi)采的煤炭資源/儲(chǔ)量大幅增加[1]，同時(shí)由于露天煤礦生產(chǎn)能力大、開(kāi)采成本低、資源回收率高、安全條件好等特點(diǎn)而得以迅速發(fā)展[2]。目前，我國(guó)已有生產(chǎn)和在建露天煤礦400余座，開(kāi)采規(guī)模400萬(wàn)t以上的大型露天煤礦30余座，設(shè)計(jì)(核定)產(chǎn)能4.2億t/a。煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃也將露天煤礦作為重點(diǎn)建設(shè)的先進(jìn)產(chǎn)能之一。從分布區(qū)看，90%以上適合露天開(kāi)采的煤炭資源分布于新疆和內(nèi)蒙古等生態(tài)脆弱區(qū)[3]。隨著露天煤礦開(kāi)采比例的逐年加大，直接造成礦區(qū)土壤-植被生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，引起的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題尤為突出[4]。表土不足、水資源短缺、適宜物種少是該區(qū)生態(tài)恢復(fù)的主要限制性因素[5]，與此對(duì)應(yīng)，非污染環(huán)境影響成為環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的重中之重[6]。

1 環(huán)境影響后評(píng)價(jià)在干旱草原區(qū)露天煤礦事后監(jiān)管中的重要性

1.1 干旱草原區(qū)露天煤礦生態(tài)功能重要

全國(guó)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(qū)，各礦區(qū)內(nèi)露天煤礦均為特大型或大型露天煤礦。以上礦區(qū)均處于《全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃》“兩屏三帶”生態(tài)安全格局中的“北方防沙帶”主體功能區(qū)，在生態(tài)如此脆弱的地區(qū)開(kāi)發(fā)露天煤礦，若無(wú)完善的生態(tài)約束與環(huán)境管理體制為生態(tài)恢復(fù)與重建提供保障，無(wú)疑對(duì)區(qū)域生態(tài)“雪上加霜”，嚴(yán)重威脅國(guó)家的生態(tài)安全。

1.2 干旱草原區(qū)露天煤礦將成為未來(lái)煤礦項(xiàng)目環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的重點(diǎn)對(duì)象

全過(guò)程控制是露天煤礦環(huán)境保護(hù)的核心內(nèi)容，也是充分發(fā)揮環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度管理效能的重要手段。從目前環(huán)境管理體系分析，主要包括：事前的煤礦礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)、項(xiàng)目環(huán)評(píng)；事中的環(huán)境監(jiān)理與竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收；事后的后評(píng)價(jià)或跟蹤評(píng)價(jià)。從時(shí)間跨度上，事前與事中監(jiān)管主要集中于露天煤礦開(kāi)采前以及投產(chǎn)后一定時(shí)間內(nèi)，而事后監(jiān)管是露天煤礦生態(tài)恢復(fù)監(jiān)管中時(shí)間跨度最長(zhǎng)、監(jiān)管任務(wù)最重的階段，其時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)至閉礦，其監(jiān)管的重要抓手為后評(píng)價(jià)制度。

從發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，環(huán)境影響評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，特別是《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》頒布后的近十年，日趨成熟與完善[7]。而環(huán)境影響后評(píng)價(jià)盡管于20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究，且2002年頒布的《中華人民共和國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》正式引入了“環(huán)境影響后評(píng)價(jià)”的概念[8]。但在《環(huán)境影響后評(píng)價(jià)管理辦法(試行)》實(shí)施以來(lái)，評(píng)價(jià)項(xiàng)目不足20個(gè)。截至2018年初，原環(huán)境保護(hù)部審批露天煤礦項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告39個(gè)，其中內(nèi)蒙古22個(gè)，占到了總量的93%，位居全國(guó)之首。未來(lái)一段時(shí)間干旱草原區(qū)露天煤礦的環(huán)境影響后評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)技術(shù)、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)等亟待完善。

2 干旱草原區(qū)露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響特征

2.1 生態(tài)系統(tǒng)破壞程度重、時(shí)間長(zhǎng)

露天煤礦開(kāi)采的生態(tài)影響顯著特征表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的徹底破壞，相對(duì)一般區(qū)域，干旱草原礦區(qū)原地勢(shì)平坦、土地利用結(jié)構(gòu)單一，從而露天煤礦開(kāi)采對(duì)景觀格局的影響較其他區(qū)域更加顯著。其生態(tài)恢復(fù)實(shí)現(xiàn)途徑是集“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)、生物多樣性重組與保護(hù)”的系列過(guò)程[9]。在此過(guò)程中，土地利用的結(jié)構(gòu)與功能重新形成并逐步趨于穩(wěn)定，使得生態(tài)恢復(fù)與破壞在全部?jī)?nèi)排后達(dá)到平衡。

2.2 重建生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡期較長(zhǎng)

干旱草原區(qū)露天煤礦所處自然條件多表現(xiàn)為干旱少雨，土壤侵蝕嚴(yán)重，原生態(tài)系統(tǒng)本底較脆弱。從時(shí)間跨度上分析，生態(tài)破壞與生態(tài)恢復(fù)同步發(fā)生，貫穿礦區(qū)開(kāi)采始終，剝離巖土排棄、堆放為地貌重塑的開(kāi)始；表土單獨(dú)剝離(有時(shí)是草皮的剝離)是生態(tài)恢復(fù)土壤重構(gòu)的基礎(chǔ)；表土回填是土壤重構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最終采掘場(chǎng)與排土場(chǎng)將形成平臺(tái)與邊坡相間的梯田地貌，在此地貌上重建的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性還取決于后期持續(xù)管護(hù)。在損毀生態(tài)系統(tǒng)的重建過(guò)程中，土壤、植被恢復(fù)過(guò)程漫長(zhǎng)，重建生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定平衡的時(shí)間延長(zhǎng)。

2.3 生態(tài)恢復(fù)的限制性因素

1)土壤肥力低與可能的污染。干旱草原區(qū)露天煤礦土壤大多為典型栗鈣土，其成土母質(zhì)主要是黃土狀沉積物、各種巖石風(fēng)化物、河流沖積物、風(fēng)沙沉積物等，再加上氣候干旱、風(fēng)蝕嚴(yán)重，因此形成的土壤質(zhì)量較差，土壤養(yǎng)分含量較低。此外，在露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中，將地下數(shù)十米甚至數(shù)百米挖掘出的巖土堆砌在礦區(qū)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(zhuǎn)至地上，很可能會(huì)對(duì)礦區(qū)地表土壤和地下水造成污染。

2)生態(tài)恢復(fù)表土不足。表土在礦區(qū)土地復(fù)墾中起到十分關(guān)鍵的作用。干旱草原區(qū)露天煤礦表土存量遠(yuǎn)不能滿足土地復(fù)墾的需求量，主要原因有兩個(gè)：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(méi)有對(duì)壓占場(chǎng)地進(jìn)行表土剝離，造成了大量表土浪費(fèi)；二是目前地表剝離作業(yè)仍以隨機(jī)排土的方式為主，不能?chē)?yán)格按照復(fù)墾規(guī)定進(jìn)行排土作業(yè)，對(duì)現(xiàn)有表土利用效率低，受行業(yè)景氣指數(shù)、運(yùn)輸成本制約，引入客土尚不可行，也易造成取土區(qū)域的生態(tài)破壞。

3)生態(tài)恢復(fù)水資源短缺。水資源短缺，嚴(yán)重阻礙了干旱草原區(qū)露天煤礦中重建植被的生長(zhǎng)。短時(shí)間內(nèi)解決該問(wèn)題的方法是在礦區(qū)土地復(fù)墾中選擇耐旱性植物類(lèi)型，減少對(duì)水資源的依賴，在將來(lái)有條件的情況下建立集水工程以及灌溉設(shè)施。

4)水土流失嚴(yán)重。露天開(kāi)采對(duì)地表的劇烈擾動(dòng)，進(jìn)一步加劇了水土流失。干旱草原區(qū)露天煤礦排土場(chǎng)主要組成部分為巖土混合疏松物質(zhì)，其特點(diǎn)是地面粗糙率大、抗侵蝕能力差，加之當(dāng)?shù)貧夂驐l件惡劣，使得植被恢復(fù)緩慢，導(dǎo)致在排土場(chǎng)邊坡和平臺(tái)容易產(chǎn)生大量水土流失，造成周?chē)貐^(qū)土壤沙化和鹽漬化加劇，植被難以生長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境急劇惡化。

3 干旱草原區(qū)露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的特點(diǎn)與重點(diǎn)

3.1 生態(tài)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的特點(diǎn)

1)從時(shí)間上，由于露天煤礦服務(wù)期較長(zhǎng)，而生態(tài)重建過(guò)程貫穿礦區(qū)開(kāi)采的整個(gè)過(guò)程。因此，后評(píng)價(jià)應(yīng)在生態(tài)恢復(fù)的不同階段分別開(kāi)展。即露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)次數(shù)不限于一次。且在一次后評(píng)價(jià)過(guò)程中，需對(duì)于開(kāi)發(fā)前、開(kāi)發(fā)過(guò)程中不同時(shí)段分階段進(jìn)行回顧性評(píng)價(jià)。

2)從空間上，露天煤礦的主要生態(tài)系統(tǒng)為重建生態(tài)系統(tǒng)，因此后評(píng)價(jià)應(yīng)以排土場(chǎng)、內(nèi)排土場(chǎng)作為評(píng)價(jià)的主要空間范圍。由于露天開(kāi)采粉塵污染、地下水變化對(duì)周邊自然生態(tài)系統(tǒng)的影響，后評(píng)價(jià)的空間范圍應(yīng)在礦田范圍基礎(chǔ)上適當(dāng)外擴(kuò)。

3)從評(píng)價(jià)方法上，由于評(píng)價(jià)空間范圍廣，且為實(shí)現(xiàn)對(duì)照的原生態(tài)系統(tǒng)已不復(fù)存在，因此從手段上常采用“時(shí)空替代法”、3S技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)與實(shí)地調(diào)查結(jié)合。

3.2 生態(tài)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的重點(diǎn)與指標(biāo)

3.2.1 評(píng)價(jià)重點(diǎn)

露天煤礦生態(tài)恢復(fù)的廣義內(nèi)容包括“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)、生物多樣性重組與保護(hù)”。露天煤礦主要生態(tài)系統(tǒng)為重建生態(tài)系統(tǒng)，因此后評(píng)價(jià)的重點(diǎn)為重建生態(tài)系統(tǒng)。其中，地貌重塑的影響結(jié)果主要為土壤侵蝕的差異性，土壤侵蝕又是對(duì)限制性因素克服程度以及影響重建生態(tài)可持續(xù)的重要影響因素；土壤環(huán)境質(zhì)量在短期內(nèi)差異不顯著，而土地利用、植被覆蓋是露天煤礦恢復(fù)過(guò)程中短期內(nèi)可反映生態(tài)系統(tǒng)重建效果的重要表征。因此，干旱草原區(qū)露天煤礦環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的重點(diǎn)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(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)確定的基本原則有兩方面：一是指標(biāo)在不同恢復(fù)階段以及不同恢復(fù)程度上表現(xiàn)為顯著差異性；二是指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性。隨著露天開(kāi)采以及復(fù)墾過(guò)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(huì)發(fā)生顯著變化，從而使得通過(guò)歷史追溯遙感數(shù)據(jù)獲取該類(lèi)指標(biāo)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(biāo)分別為土地利用結(jié)構(gòu)、植被覆蓋度、土壤侵蝕程度。植被覆蓋度采用歸一化指數(shù)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(jù)《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)劃分為微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈六個(gè)級(jí)別。

4 案例分析

4.1 礦區(qū)概況

勝利露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市西北部的勝利蘇木境內(nèi)，總體呈東北西南條帶狀分布。礦區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)主要由構(gòu)造剝蝕地形、剝蝕堆積地形、侵蝕堆積地形和熔巖臺(tái)地等四個(gè)地貌單元組成。礦田內(nèi)及其周?chē)貏?shì)平坦，地形略呈西高東低。礦區(qū)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(nèi)。礦區(qū)植被屬非地帶性草甸草場(chǎng)類(lèi)，植被類(lèi)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(lèi)”、“芨芨草-雜草類(lèi)”、“芨芨草-羊草+雜草類(lèi)”。土壤類(lèi)型屬于栗鈣土，土層呈弱堿性反應(yīng)，局部地區(qū)有堿化現(xiàn)象，土壤質(zhì)地以細(xì)沙和粉沙為主。

礦區(qū)共設(shè)置了3個(gè)外排土場(chǎng)，北排土場(chǎng)、南排土場(chǎng)、沿幫排土場(chǎng)，如圖1所示。其中，北排土場(chǎng)設(shè)在一采區(qū)東北側(cè)約0.5km處，2005年開(kāi)始排放，2007年到界，排土總?cè)萘繛?2.09Mm3，占地1.13km2，于2008年全部綠化復(fù)墾；南排土場(chǎng)設(shè)在一采區(qū)東南側(cè)約0.3km處，2006年開(kāi)始排放，2010年到界，排土總?cè)萘繛?1.81Mm3，占地1.88km2，2006年開(kāi)始排放，2010年到界，2011年全部綠化復(fù)墾；沿幫排土場(chǎng)緊臨一采區(qū)東北幫處，排土總?cè)萘繛?43.00Mm3，占地5.18km2，2008年開(kāi)始排放，2012年12月到界，2015年實(shí)現(xiàn)全部綠化。現(xiàn)該礦已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)排。

圖1 勝利露天煤礦礦區(qū)范圍示意圖

4.2 遙感數(shù)據(jù)源及處理

勝利一號(hào)露天煤礦一期工程2008年建成，2009年正式投產(chǎn)；2012年8月二期工程建成。遙感數(shù)據(jù)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(shù)字圖像。

4.3 后評(píng)價(jià)時(shí)間與范圍

后評(píng)價(jià)的回顧周期貫穿煤礦開(kāi)發(fā)至開(kāi)展后評(píng)價(jià)時(shí)。分別選取2005年、2010年、2013年、2016年、2018年作為后評(píng)價(jià)的典型時(shí)間。其中，2005年代表煤礦開(kāi)采前，2010年代表生產(chǎn)初期，2013年代表二期工程驗(yàn)收初期，2016年代表二期工程生產(chǎn)期，2018年代表現(xiàn)狀。

4.4 生態(tài)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)結(jié)論

4.4.1 土地利用覆被變化

采用《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010—2017)二級(jí)分類(lèi)體系，根據(jù)實(shí)地調(diào)查和遙感衛(wèi)星影像，分析不同時(shí)期土地利用結(jié)構(gòu)變化，土地利用結(jié)構(gòu)變化如圖2所示。

圖2 土地利用結(jié)構(gòu)變化圖

從圖2可知，勝利一號(hào)露天煤礦的土地利用結(jié)構(gòu)變化主要表現(xiàn)為天然牧草地、其他草地等農(nóng)用地以及采礦用地、交通運(yùn)輸用地之間的轉(zhuǎn)化。在建礦初期，隨著工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)以及采礦范圍與外排土場(chǎng)范圍擴(kuò)大，天然牧草地逐步轉(zhuǎn)換為采礦用地以及裸地。在2010年之后，隨著排土場(chǎng)生態(tài)整治措施的實(shí)施，排土場(chǎng)逐漸恢復(fù)為林地或草地等具有生態(tài)效益的土地利用功能。排土場(chǎng)壓占區(qū)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌莸匾约捌渌值?。同時(shí)隨著采礦活動(dòng)發(fā)展，周邊人為活動(dòng)加劇，農(nóng)村宅基地面積有所增加。

4.4.2 植被覆蓋度影響評(píng)價(jià)

在遙感解譯的基礎(chǔ)上采用TWINSPAN分類(lèi)和DCA排序，對(duì)勝利一號(hào)露天煤礦周邊植被群落類(lèi)型進(jìn)行劃分。各階段植被類(lèi)型分布如圖3所示。

圖3 不同時(shí)期各植被類(lèi)型分布圖

從圖3可知，勝利一號(hào)露天煤礦評(píng)價(jià)范圍以低覆蓋度草地和中低覆蓋度草地為主，各階段內(nèi)二者之和均占到了評(píng)價(jià)范圍的一半以上。從對(duì)比結(jié)果可知，勝利一號(hào)露天煤礦開(kāi)采前期(環(huán)評(píng)階段2005年)，裸地面積僅占評(píng)價(jià)面積的10.56%，隨著開(kāi)采工作面的推進(jìn)以及排土場(chǎng)對(duì)草地的壓占，2010、2013年裸地面積及占比整體呈增加趨勢(shì)，2016年隨著外排土場(chǎng)全部完成生態(tài)恢復(fù)，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(xù)擴(kuò)大，而內(nèi)排推進(jìn)速度低于采坑推進(jìn)速度，導(dǎo)致裸地占比面積增加。

4.4.3 土壤侵蝕影響評(píng)價(jià)

根據(jù)《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)和遙感影像解譯結(jié)果，勝利一號(hào)露天煤礦周邊土壤侵蝕目前以風(fēng)蝕為主。生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期間，大量的棄土棄渣排往排土場(chǎng)，其邊坡表層尚未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期沉降，土質(zhì)疏松，易產(chǎn)生風(fēng)蝕和水蝕。路面和道旁兩側(cè)形成侵蝕溝后，降雨期易造成徑流集中，引起水土流失。各評(píng)價(jià)期土壤侵蝕強(qiáng)度分布如圖4所示。

圖4 不同時(shí)期土壤侵蝕程度分布圖

從圖4可以看出，環(huán)評(píng)階段(2005年)土壤侵蝕模數(shù)較低，到2013年，隨著采掘場(chǎng)剝離巖土覆蓋層和排土場(chǎng)壓占，對(duì)原地貌的劇烈破壞，同時(shí)形成排土場(chǎng)邊坡和平臺(tái)等再塑地貌，使項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度明顯加大。2013—2016年，外排土場(chǎng)實(shí)施一系列工程措施和植物措施，且內(nèi)排土場(chǎng)已完成一期生態(tài)恢復(fù)工作，工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)擾動(dòng)地表采用工程整治和林草植被恢復(fù)，鐵路專(zhuān)用線裝車(chē)環(huán)線邊坡采取了沙障防護(hù)，在沙障內(nèi)進(jìn)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(qū)土壤侵蝕模數(shù)逐漸減少；水土流失情況較原地貌有明顯好轉(zhuǎn)。2016—2018年，由于內(nèi)排恢復(fù)速度受到客觀因素限制，導(dǎo)致土壤侵蝕程度加劇。

5 結(jié) 語(yǔ)

干旱草原區(qū)露天煤礦因所在區(qū)自然環(huán)境較差，生態(tài)恢復(fù)所需時(shí)間較長(zhǎng)，要評(píng)價(jià)其生態(tài)環(huán)境影響范圍和程度，判斷生態(tài)恢復(fù)效果，可選擇土地利用類(lèi)型、植被覆蓋度、土壤侵蝕程度等可量化生態(tài)指標(biāo)，采用3S遙感技術(shù)，可獲得項(xiàng)目開(kāi)發(fā)不同時(shí)期的生態(tài)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)比分析，可以對(duì)開(kāi)發(fā)與生態(tài)恢復(fù)不同階段的生態(tài)影響作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上提出更加完善的生態(tài)恢復(fù)方案。