西部生態(tài)脆弱礦區(qū)土壤環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究

秦紅正

(中國煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

煤炭產(chǎn)量與消費(fèi)量長(zhǎng)期占我國一次能源主導(dǎo)地位。2017年，我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占60.4%[1]，2050年前，煤炭在我國能源一次結(jié)構(gòu)中的比例仍保持在50%以上[2]。鄂爾多斯聚煤盆地跨陜、甘、寧、蒙、晉5省(區(qū))，盆地內(nèi)煤炭保有儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的38.8%[3]。該區(qū)作為煤炭主導(dǎo)開發(fā)區(qū)域，煤層賦存穩(wěn)定、煤層埋藏淺，而生態(tài)閾值低、抗擾動(dòng)能力差且水資源短缺。在長(zhǎng)期退耕還林還草、禁牧還草以及山水林草湖草戰(zhàn)略實(shí)施下，部分地區(qū)沙地面積逐步減小，植被覆蓋度顯著提高。該區(qū)是我國西部脆弱礦區(qū)的典型代表，作為煤炭開采與黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展疊加區(qū)，土壤保護(hù)具有重要的意義。根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 土壤環(huán)境》(以下簡(jiǎn)稱“土壤導(dǎo)則”)，煤礦項(xiàng)目屬于Ⅱ類項(xiàng)目，土壤環(huán)境影響多表現(xiàn)為污染與生態(tài)的復(fù)合影響。

1 一般項(xiàng)目土壤環(huán)境影響分析

1.1 土壤環(huán)境生態(tài)影響特征

建設(shè)期土壤環(huán)境生態(tài)影響主要表現(xiàn)為施工中的表土擾動(dòng)和施工車輛碾壓造成植被破壞以及土壤結(jié)構(gòu)惡化。根據(jù)土地復(fù)墾以及水土保持相關(guān)規(guī)定，表土需進(jìn)行單獨(dú)剝離與保存，建設(shè)期土壤生態(tài)影響多納入生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)。井工煤礦生產(chǎn)期土壤生態(tài)影響的主要誘因?yàn)榈乇沓料?，在東部高潛水位地區(qū)表現(xiàn)為淺積水下的土壤沼澤化；在西部干旱半干旱地區(qū)，表現(xiàn)為地下水位尤其是高礦化度礦井水水位變化誘發(fā)或加劇土壤鹽漬化或次生鹽漬化，敏感性多為鹽化與堿化敏感，土壤生態(tài)影響型評(píng)價(jià)等級(jí)多為二級(jí)。

1.2 土壤環(huán)境污染影響特征

煤礦項(xiàng)目建設(shè)期土壤污染源主要包括生活污水以及施工車輛、機(jī)械尾氣排放與可能的漏油等，可通過施工管理和車輛維修保養(yǎng)等控制，建設(shè)期矸石處置將對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生不同影響，應(yīng)作為建設(shè)期土壤污染環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。煤礦生產(chǎn)期污染影響主要表現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)地、矸石排放、堆置與綜合利用場(chǎng)地以及露天煤礦排土場(chǎng)[4]。土壤污染物誘因主要包括大氣污染物沉降、水污染物入滲以及固體廢物堆環(huán)境影響。煤礦項(xiàng)目工業(yè)場(chǎng)地等各場(chǎng)地占地規(guī)模多為中型或小型，場(chǎng)地周邊多為耕地、牧草地等敏感與較敏感目標(biāo)，污染影響型評(píng)價(jià)工作等級(jí)多為二級(jí)或三級(jí)。

煤礦項(xiàng)目運(yùn)行期環(huán)境空氣污染源主要包括鍋爐煙氣、工業(yè)場(chǎng)地粉塵、道路揚(yáng)塵、加油站VOCs。在環(huán)評(píng)提出的環(huán)保措施下，大氣污染物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放且滿足所在區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量底線，在此基礎(chǔ)上，大氣污染物降落到土壤中的部分對(duì)土壤環(huán)境影響較小，一般情況均可忽略。

煤礦生產(chǎn)運(yùn)行期水污染源主要為礦井水、生活污水與選煤廠煤泥水，礦井水中主要污染物為SS、COD、石油類和溶解性總固體，生活污水中主要污染物為BOD、COD、SS和氨氮等。礦井水經(jīng)處理后用于生活用水、鍋爐補(bǔ)充用水、選煤廠復(fù)用水或綠化用水，配套煤化工或電廠用水等不同回用途徑，對(duì)于確需排放的礦井水目前要求達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)后可排放。生活污水產(chǎn)生量較小，污染物以有機(jī)物為主，處理后水質(zhì)滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18920—2002)中道路灑水和城市綠化用水以及《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50359—2005)中選煤廠補(bǔ)充用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求或其他用途的要求。選煤廠產(chǎn)生的零星煤泥水主要為生產(chǎn)系統(tǒng)各建筑物沖洗地面，經(jīng)處理后回用，不外排。因此，一般煤礦無污水外排于土壤，不會(huì)由于排水造成土壤污染。

工業(yè)場(chǎng)地主要影響途徑為垂直入滲，由于工業(yè)場(chǎng)地垂直入滲的影響對(duì)象既包括土壤還包括地下水，因此一般項(xiàng)目環(huán)評(píng)中會(huì)從地下水保護(hù)角度根據(jù)場(chǎng)地包氣帶防污性能提出不同的防滲要求，從而保護(hù)地下水水質(zhì)，同時(shí)預(yù)防對(duì)土壤的污染。因此，場(chǎng)地垂直入滲對(duì)土壤的影響也較小。

煤礦項(xiàng)目的固體廢物主要包括煤矸石、生活垃圾、污泥與煤泥。建有鍋爐的項(xiàng)目還會(huì)有鍋爐灰渣、脫硫渣等。需存放少量危險(xiǎn)廢物的應(yīng)在場(chǎng)地內(nèi)建暫存庫。生活垃圾與生活水處理站污泥一般送至當(dāng)?shù)乩幚韽S集中處置，煤泥脫水后隨末煤銷售，鍋爐灰渣、脫硫渣用于建筑材料。對(duì)于高礦化度礦井水處理后產(chǎn)生的雜鹽，與危廢暫存，交由有資質(zhì)單位處置。因此，對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生影響的固體廢物主要為建設(shè)期掘進(jìn)矸石與生產(chǎn)期洗選矸石。矸石一般屬于第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物，且根據(jù)目前環(huán)保要求，臨時(shí)排放的矸石多為建設(shè)期掘進(jìn)矸石或綜合利用未落實(shí)前排放的矸石。臨時(shí)排矸場(chǎng)對(duì)土壤的影響主要表現(xiàn)為場(chǎng)地內(nèi)降雨入滲、場(chǎng)地外的降塵影響以及地面漫流影響。我國東部地區(qū)土地利用以耕地為主，一般情況下矸石實(shí)行綜合利用或復(fù)墾工程。在西部地區(qū)，由于蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，降雨入滲以及地面漫流主要發(fā)生在降雨集中季節(jié)以及暴雨條件下，對(duì)臨時(shí)排矸場(chǎng)采取截排水措施可有效控制地面漫流。通過矸石淋溶試驗(yàn)以及國內(nèi)外學(xué)者對(duì)矸石堆放場(chǎng)地周邊土壤污染分析與研究可知，其整體污染程度較輕。西部地區(qū)風(fēng)速較大，臨時(shí)排矸場(chǎng)揚(yáng)塵可能成為周邊土壤污染的重要途徑，因此需對(duì)臨時(shí)排矸場(chǎng)采取邊排放邊復(fù)墾，臨時(shí)排矸場(chǎng)平臺(tái)及邊坡及時(shí)覆土以及生態(tài)恢復(fù)，可有效控制其周邊土壤污染。根據(jù)相關(guān)研究，臨時(shí)排矸場(chǎng)周邊土壤污染程度與距臨時(shí)排矸場(chǎng)距離呈非線性負(fù)相關(guān)，隨土壤深度變化趨勢(shì)不顯著[5，6]。

2 白家海子土壤生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

2.1 自然環(huán)境現(xiàn)狀

白家海子井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市西南部的烏審旗境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°49′56″～109°03′11″、北緯38°16′03″～38°24′00″。井田地處鄂爾多斯高原毛烏素沙漠中東部，地勢(shì)西北高東中部低，區(qū)內(nèi)地形比較平坦，灘地與沙丘相間。為典型的中溫帶半干旱大陸性氣候，基本特征是冬長(zhǎng)寒冷、春季多風(fēng)、夏短暑熱，年降水量為194.7～531.6mm，平均為396.0mm，且多集中于7、8、9三個(gè)月內(nèi)；年蒸發(fā)量為2297.4～2833.7mm，平均為2534.2mm。白家海子煤礦生態(tài)地質(zhì)環(huán)境屬于潛水沙漠綠洲型[7]，地表主要被第四系風(fēng)積沙和薩拉烏蘇組砂層所覆蓋，在溝谷地區(qū)分布有全新統(tǒng)沉積物。淺層地下水資源較為豐富，地下水埋深0.92～14.63m，多處于植物生長(zhǎng)的最佳地下水埋深。地表植被以小型草本灌木類植物。土壤類型主要為風(fēng)沙土，局部地段為鹽土。

2.2 土壤生態(tài)影響識(shí)別

白家海子井田面積169.19km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為15.0Mt/a，服務(wù)年限為96.8a。可采煤層6層，其中全區(qū)可采4層(2-2、3-1、4-1、6-1煤層)。分兩個(gè)水平開采，其中一水平開采2-2煤與3-1煤，服務(wù)年限均為41a。2-2煤埋深613.60～818.15m，自北東東向南西西煤層的埋藏深度逐漸增大，煤層厚度3.50～8.85m，平均4.86m。3-1煤距2-2煤層間距28.75～70.39m，平均55.51m，煤層間距在東北部小，約30～40m左右，向南西逐漸增大至60～70m左右。煤層厚度5.24～7.85m，平均6.77m。調(diào)查評(píng)價(jià)范圍同生態(tài)調(diào)查評(píng)價(jià)面積，以井田外擴(kuò)5km。土壤調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)以風(fēng)沙土為主，在北部與東部分布有少部分鹽土。對(duì)井田及周邊18個(gè)土壤樣地采樣分析，pH值為7.11～9.27，其中，11個(gè)點(diǎn)pH值為8.5～9，4個(gè)點(diǎn)pH>9，屬于堿化敏感；一個(gè)采樣點(diǎn)SSC>2，屬于鹽化較敏感，土壤敏感性取極值為堿化敏感。地表沉陷可能導(dǎo)致潛水埋深變小，加劇蒸發(fā)，造成土壤鹽漬化或次生鹽漬化。

2.3 土壤環(huán)境生態(tài)影響型現(xiàn)狀質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

土壤監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則均勻性與代表性，采樣點(diǎn)涵蓋主要土地利用類型、土壤類型、植被類型，在主要土地利用類型、耕地以及首采區(qū)及附近加密布點(diǎn)。白家海子井田農(nóng)用地與其他土地分別占到了評(píng)價(jià)范圍的88.2%與7.05%。其中，天然牧草地、灌木林地、水澆地、有林地分別占到了農(nóng)用地的51.6%、33.7%、9.8%、4.8%；沙地與鹽堿地分別占到了其他土地的82.2%與17.7%。土壤類型包括風(fēng)沙土、鹽土與草甸土，三者分別占到了調(diào)查評(píng)價(jià)范圍的94.1%、4.7%與1.2%。主要植被類型為沙蒿+沙生雜類草沙地植被、錦雞兒+沙蒿+沙生雜類草沙地植被，分別占到了有植被區(qū)面積的53.7%與31.1%。

2019年4月與7月對(duì)19個(gè)土壤樣地采樣分析，結(jié)果見表1。

表1 生態(tài)影響型土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表1可以看出，19個(gè)采樣點(diǎn)的8項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB/15618—2018)風(fēng)險(xiǎn)篩選值。最大占標(biāo)率排前三的依次為9#點(diǎn)的砷、14#點(diǎn)的鉻以及17#點(diǎn)的鋅，占標(biāo)率依次為34.08%、29.36%與14.40%。均值占標(biāo)率排前三的因子依次為砷、鉻、鋅，占標(biāo)率分別為19.63%、19.16%、10.72%。根據(jù)土壤導(dǎo)則表D.1與表D.2，15#鹽地表現(xiàn)為輕度鹽化與輕度堿化；11個(gè)采樣點(diǎn)表現(xiàn)為輕度堿化；4個(gè)表現(xiàn)為中度堿化；4個(gè)無鹽化與堿化，所有土壤pH均大于7，呈堿性反應(yīng)。主要成因?yàn)樵刭|(zhì)環(huán)境以及氣候條件形成。

2.4 土壤環(huán)境生態(tài)影響預(yù)測(cè)

白家海子井田第四系潛水埋深0.92～14.63m，土壤鹽漬化與堿化的影響屬于地下水埋深變動(dòng)造成，煤炭開采環(huán)境影響主要誘因?yàn)榈乇沓料?。裂縫區(qū)的水鹽運(yùn)移對(duì)于該區(qū)域植物生長(zhǎng)具有潛在的影響[8]。重點(diǎn)對(duì)井田開采前10年、采礦證年限服務(wù)年限30年進(jìn)行預(yù)測(cè)，開采煤層為2-2煤層，平均采厚4.86m，直接頂板巖性主要為粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，地表變形預(yù)測(cè)取下沉系數(shù)0.75，主要影響正切2.0，水平移動(dòng)系數(shù)0.3，將預(yù)測(cè)結(jié)果疊加地下水等水位圖、地形等高線圖，以下沉10mm等值線為沉陷范圍邊界，綜合考慮蒸發(fā)因素，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：第一階段最大下沉值約4m，沉陷面積57hm2，積水面積0.28km2；第二階段最大下沉值約5m，沉陷面積166hm2，占到了井田面積的98%，積水面積4.82km2。積水來源為第四系淺層水，若采用潛水泵抽排，積水抽排后可能由于蒸發(fā)加劇而加劇土壤鹽漬化程度。

土壤鹽化預(yù)測(cè)對(duì)照土壤導(dǎo)則表F.1，綜合地下水埋深、干燥度、土壤本地含鹽量、地下水溶解性總固體、土壤質(zhì)地，采用式(1)計(jì)算土壤鹽化綜合評(píng)分值(Sa)。

式中，n為影響因素指標(biāo)數(shù)目；Ixi為影響因素i指標(biāo)評(píng)分；Wxi為影響因素i指標(biāo)權(quán)重。

通過圖形疊加得到鹽漬化預(yù)測(cè)結(jié)果，如圖1、圖2所示。開采前10年與30年鹽化預(yù)測(cè)結(jié)果見表2。

圖1 開采10年土壤鹽化預(yù)測(cè)

圖2 開采30年土壤鹽化預(yù)測(cè)

表2 土壤鹽化預(yù)測(cè)結(jié)果表

2.5 預(yù)防控制對(duì)策

生態(tài)影響型控制目標(biāo)主要為防治土壤鹽漬化。西部生態(tài)脆弱塌陷區(qū)治理以加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)為主[9]，同時(shí)對(duì)局部耕地集中分布區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)治理。由于該區(qū)次生鹽漬化的主要誘因?yàn)榈乇沓料輰?dǎo)致水位埋深降低或淺層水出露，因此首要措施為源頭防控，即控制地表沉陷，在該區(qū)可采用限采高留煤柱等綠色保水開采技術(shù)[10]以及固廢充填封存等減沉技術(shù)[11]。其次，在開采前對(duì)預(yù)測(cè)積水區(qū)采取預(yù)疏排等超前復(fù)墾技術(shù)[12]，降低地下水水位，由于前期積水區(qū)主要位于井田北部海流圖河附近，評(píng)價(jià)建議將積水疏排到河道中。但從土壤環(huán)境治理的角度，建議在積水疏排中采取明溝與暗管排水結(jié)合[13]，一定程度上將淋洗土壤中的鈉離子，降低土壤鹽化與堿化程度。后期根據(jù)開采進(jìn)度進(jìn)行地質(zhì)與水文地質(zhì)勘探，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行積水預(yù)測(cè)并改進(jìn)防治措施。第三，在可能造成鹽漬化的區(qū)域通過田間測(cè)試或室內(nèi)分析其鹽漬化程度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果因地制宜，采取合理耕翻、土地平整、糧草輪作[14]、腐殖酸[15]、微生物改良與培肥。在草地區(qū)種植耐鹽堿植物。

3 討 論

1)土壤生態(tài)影響范圍主要為井田開采沉陷范圍，且土壤影響的表現(xiàn)形式、危害程度與井田內(nèi)土地利用、植被狀況密切相關(guān)，因此土壤現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)范圍宜采用生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查范圍。

2)煤礦項(xiàng)目井田面積大，沉陷影響范圍廣，時(shí)間長(zhǎng)，開采沉陷具有一定的不確定性，因此土壤生態(tài)影響預(yù)測(cè)同地表沉陷預(yù)測(cè)遵循近細(xì)遠(yuǎn)粗原則，對(duì)開采前10年進(jìn)行圖形疊加等定量或半定量分析方法，后期進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。根據(jù)開采進(jìn)度結(jié)合地表沉陷監(jiān)測(cè)[16]進(jìn)行土壤跟蹤監(jiān)測(cè)。

3)在鹽化地區(qū)，對(duì)土壤現(xiàn)狀調(diào)查與跟蹤監(jiān)測(cè)可基于多光譜影像反演[17]結(jié)合典型樣地的采樣分析與室內(nèi)檢測(cè)。

4)風(fēng)沙區(qū)地表沉陷導(dǎo)致土壤容重、含水率、田間持水量與pH、有機(jī)質(zhì)等化學(xué)性質(zhì)改變的時(shí)效性各不相同[18]。以耕地或牧草地為主的區(qū)域，土壤監(jiān)測(cè)因子除《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》以及《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的因子外，還應(yīng)包括影響耕地或牧草生產(chǎn)的土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)等理化特性指標(biāo)。

5)土壤含水率是西部干旱半干旱地區(qū)植被生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，且與含鹽量密切相關(guān)。由于土壤含水率隨季節(jié)、降雨、灌溉等變化而顯著變化，土壤含鹽量跟蹤監(jiān)測(cè)應(yīng)結(jié)合含水率變化情況選在適宜時(shí)間進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)水鹽信息的迅速獲取[19]。

6)土壤生態(tài)影響與地下水埋深、地下水礦化度、沉陷深度、地表植被等密切相關(guān)，因此跟蹤監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)位布置結(jié)合地下水跟蹤監(jiān)測(cè)以及沉陷觀測(cè)進(jìn)行。同時(shí)為進(jìn)一步掌握土壤鹽化與地下水、地表沉陷的關(guān)系，在開采沉陷區(qū)普遍監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)前期開采典型工作面加密布點(diǎn)。