寧夏紅一煤礦生態(tài)治理措施與環(huán)境影響評價

王 鐸

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新設(shè)備和新技術(shù)的引進(jìn)，煤炭開采儲量大幅度增加[1]。煤炭作為寧夏回族自治區(qū)的主要礦產(chǎn)資源，因其煤質(zhì)優(yōu)良，低灰、低硫、發(fā)熱量高等特點(diǎn)，預(yù)計到2020年寧夏地區(qū)煤炭產(chǎn)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(chǎn)生活占據(jù)十分重要的地位。但是，煤炭過度開采必然使得地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，打破原有的生態(tài)平衡，進(jìn)而引發(fā)一系列環(huán)境問題[3]。煤炭開采的環(huán)境影響評價一般是在充分利用現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要的環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測、試驗、預(yù)測和類比調(diào)查，力求全面、客觀、公正地評價施工過程對環(huán)境的影響情況，并對研究過程中提出的環(huán)境保護(hù)措施進(jìn)行分析論證 , 根據(jù)評價結(jié)論，提出相應(yīng)的合理的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的、可行的環(huán)境保護(hù)措施[4]。研究區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，生態(tài)環(huán)境及其脆弱，大規(guī)模的開采煤炭資源必然會對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境造成極大的危害[5]。本文通過對建設(shè)期的環(huán)境影響評價和生產(chǎn)期的環(huán)境影響預(yù)測，針對不同的影響對象實(shí)施不同的生態(tài)治理措施，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)銀川市興慶區(qū)(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(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗約70 km，西南距臨河鎮(zhèn)約10 km。研究區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，，冬季嚴(yán)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(fā)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(shù)2800～3000 h。風(fēng)季多集中在春秋兩季，最大風(fēng)力達(dá)8級，一般為4～5級，多為北及西北風(fēng)，春季時有沙塵暴天氣。一般10月下旬結(jié)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(jié)果與分析

3.1 建設(shè)期生態(tài)環(huán)境影響評價

3.1.1 建設(shè)期對土地利用的影響

建設(shè)期對生態(tài)環(huán)境的影響主要來自對土地利用的影響?？傉嫉孛娣e56.42 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(chǎn)功能和生態(tài)功能，土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V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(fù)一定面積的生態(tài)植被，因此對區(qū)域生態(tài)環(huán)境不會造成較大影響。臨時占地在施工結(jié)束后經(jīng)土地整治可恢復(fù)原有的用地類型，不會對土地利用結(jié)構(gòu)造成較大影響。

3.1.2 建設(shè)期對植被的影響

建設(shè)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(shè)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(chǎn)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(qū)域內(nèi)無珍稀植物及國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物種。占地區(qū)中的永久占地區(qū)在施工結(jié)束后將轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)用地，植被類型同時轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨I(yè)場地綠化為主要目的的人工植被。而建設(shè)期對植被的影響主要發(fā)生在場地開挖、道路及線路建設(shè)中，此類施工活動過程均需進(jìn)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(yùn)輸、機(jī)械與人員踐踏均會對施工區(qū)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(yán)格控制，可減少施工對臨時占地區(qū)植被的影響?？傊嫉貐^(qū)面積相對井田面積以及其內(nèi)的植被區(qū)，占地比例較小，且在施工結(jié)束后通過合理的工程與生物措施將臨時占地恢復(fù)為原有土地功能及植被蓋度，因此對環(huán)境影響不大。

3.1.3 建設(shè)期土壤侵蝕的影響

建設(shè)期間由于施工機(jī)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(qū)域內(nèi)植被破壞，加劇水土流失，根據(jù)本研究的水保方案預(yù)測，在不采取任何防治措施的情況下，建設(shè)期間可能新增水土流失量8919 t。施工過程中還應(yīng)做好施工場地的規(guī)劃，明確棄土棄渣點(diǎn)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(jié)束后應(yīng)及時采取植被恢復(fù)措施，一般2～3年內(nèi)可基本恢復(fù)原有土地利用功能。

3.2 生產(chǎn)期生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測與評價

3.2.1 礦井開采對土地利用的影響預(yù)測與評價

將地表沉陷預(yù)測結(jié)果與土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊加分析，根據(jù)預(yù)測結(jié)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(dá)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(dá)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(yù)測階段影響的土地利用類型及面積統(tǒng)計

3.2.2 礦井開采對耕地的影響預(yù)測與評價

受沉陷影響的耕地均為旱地，根據(jù)地形、地表沉陷與裂縫情況，參考《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中的采煤沉陷土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)，對沉陷土地?fù)p毀程度進(jìn)行分級，評價預(yù)測了各個開采階段穩(wěn)態(tài)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(jié)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(chǎn)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(yán)重，出現(xiàn)方向明顯的裂縫、坡、坎等，影響耕種，導(dǎo)致減產(chǎn)。因此應(yīng)當(dāng)對沉陷破壞的耕地進(jìn)行復(fù)墾整治，恢復(fù)耕種功能，并按照國家和地方的相關(guān)規(guī)定對農(nóng)民造成的損失進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)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(yù)測與評價

根據(jù)地形、地表沉陷與裂縫情況，參考《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中的采煤沉陷土地?fù)p毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)，對沉陷土地?fù)p毀程度進(jìn)行分級。采煤沉陷區(qū)園地、林地和草地的損毀程度分級標(biāo)準(zhǔn)，評價預(yù)測了各個開采階段穩(wěn)態(tài)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(jié)束時，沒有草地受到沉陷影響，林地的面積亦很??；到第二階段開采結(jié)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(jié)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(qū)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(chǎn)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(fù)，輕度破壞的草地自然恢復(fù)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(chǎn)力可能會有所降低，應(yīng)采取人工整地、補(bǔ)植補(bǔ)播與自然恢復(fù)相結(jié)合的方式，及時恢復(fù)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(yù)測與評價

井田內(nèi)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(nèi)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(cè)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(xiàn)倒伏或根系裸露，林木生產(chǎn)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(fù)；對于中度和重度破壞的公益林采取人工整地、補(bǔ)植補(bǔ)播與自然恢復(fù)相結(jié)合的方式，也可以恢復(fù)植被覆蓋度。因此采取人工干預(yù)與自然恢復(fù)相結(jié)合的措施能夠保證受影響的國家二級公益林生物量恢復(fù)，生態(tài)功能不受到影響。

3.2.5 礦井開采對土壤沙化的影響預(yù)測與評價

采煤沉陷區(qū)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(qū)面積的15%。研究區(qū)氣候干旱多風(fēng)，土壤富含沙粒，煤炭開采后使地表發(fā)生位移，地表覆蓋層將受到一定影響；另外沉陷盆地效應(yīng)對地表影響較大，特別是在沉陷邊緣地帶，因地表下沉產(chǎn)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(yán)重。若不及時對該區(qū)域進(jìn)行防護(hù)和治理，遇到暴雨或大風(fēng)季節(jié)，地表將受到嚴(yán)重的沖刷，土壤進(jìn)一步沙化，治理難度進(jìn)一步加大，從而給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)帶來負(fù)面影響。根據(jù)《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》提供的指標(biāo)體系進(jìn)行土壤沙化敏感性分析，不敏感區(qū)域基本不會發(fā)生沙漠化，敏感區(qū)域就有發(fā)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(fā)量2722 mm，評價區(qū)內(nèi)濕潤指數(shù)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(fēng)的天數(shù)多于50 d，分級賦值為7，屬于高度敏感；土壤質(zhì)地為沙質(zhì)，極其敏感。由表4可以看出，研究區(qū)屬于沙漠化高度敏感區(qū)，容易發(fā)生土地沙漠化，在人為干擾而不能恢復(fù)的情況下，高度敏感區(qū)域就會向極敏感區(qū)方向發(fā)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(xiàn)。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(qū)域土壤沙化現(xiàn)象加劇。總而言之，在進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)的同時應(yīng)及時防治區(qū)域土壤沙化和土壤侵蝕強(qiáng)度的加劇，有效的手段就是增加區(qū)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(fēng)固沙，減少土壤沙化，防止風(fēng)蝕。隨著采煤工作面和采區(qū)的推進(jìn)，密切觀察采空區(qū)邊界上方沙丘的變化趨勢，及時采取預(yù)防和保護(hù)措施，防止因人為破壞而導(dǎo)致的土地沙化。

表4 沙漠化敏感性分級指標(biāo)

3.2.6 礦井開采對生態(tài)系統(tǒng)的影響預(yù)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(jù)采煤沉陷土地?fù)p毀程度分級參考標(biāo)準(zhǔn)，一般中度破壞會導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降20%，重度破壞導(dǎo)致土地生產(chǎn)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(yīng)減少的生產(chǎn)力統(tǒng)計見表5。通過計算第三階段開采結(jié)束時地表沉陷造成農(nóng)作物、林地和草地生產(chǎn)力減少共計3618.24 t。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價可以看出，平均凈生產(chǎn)力為5.15 t/(hm2·a)，礦井開采后平均生產(chǎn)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(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力較為低下，地表沉陷破壞后可能會增加，使研究區(qū)內(nèi)原有的生態(tài)系統(tǒng)衰退到低一級生態(tài)系統(tǒng)的可能性。因此在開采過程中需要通過實(shí)施合理的生態(tài)恢復(fù)措施，及時恢復(fù)破壞的土地生產(chǎn)力，保持生態(tài)系統(tǒng)的原有生產(chǎn)力水平，維持生態(tài)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，通過生態(tài)整治措施能夠使得煤礦開發(fā)不破壞區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

表5 第三階段開采結(jié)束時生產(chǎn)力下降預(yù)測表

3.3 生態(tài)治理措施

生產(chǎn)期生態(tài)整治措施主要包括對地表沉陷區(qū)的治理、補(bǔ)植、生態(tài)恢復(fù)等措施。地表沉陷區(qū)主要生態(tài)整治措施包括：生產(chǎn)期間對于中度及重度破壞的林地采取人工扶正、補(bǔ)植、整地等措施恢復(fù)植被；對于中度及重度破壞的草地采取撒播草籽、自然恢復(fù)的措施恢復(fù)植被。另外采取植樹種草、封育等措施增加植被蓋度防風(fēng)固沙，密切觀察采空區(qū)邊界上方沙丘的變化趨勢，及時采取預(yù)防和保護(hù)措施，防止因人為破壞而導(dǎo)致的土地沙化。生產(chǎn)期間地面沉陷區(qū)的生態(tài)整治措施主要包括：裂縫充填、生態(tài)恢復(fù)、后期養(yǎng)護(hù)等。

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

耕地的恢復(fù)措施：第三階段開采后耕地破壞面積將達(dá)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(chǎn)期間主要對耕地采取的生態(tài)恢復(fù)措施包括：土地平整、土地翻耕等。根據(jù)耕地不同破壞程度采取不同的恢復(fù)措施：對塌陷輕度損毀區(qū)域耕地進(jìn)行平整；中度及重度損毀區(qū)域耕地進(jìn)行平整、翻耕，翻耕深度控制在0.2 m左右。

園地的恢復(fù)措施：第三階段開采后園地破壞面積將達(dá)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(chǎn)期間主要對園地采取的生態(tài)恢復(fù)措施包括：土地平整、果樹扶正、施肥等。根據(jù)園地不同破壞程度采取不同的恢復(fù)措施：對塌陷輕度損毀區(qū)域園地進(jìn)行平整、果樹扶正；中度及重度損毀區(qū)域園地進(jìn)行平整、施肥。

林地的恢復(fù)措施：第三階段開采后林地破壞面積將達(dá)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(chǎn)期間林地恢復(fù)的主要目的是修復(fù)受損的林地，控制可能發(fā)生的水土流失。鑒于區(qū)域脆弱的生態(tài)環(huán)境，不再對擬損毀的林地進(jìn)行平整，采取的林地恢復(fù)措施主要有扶正、補(bǔ)種樹木、撒播草籽和管護(hù)，沉穩(wěn)后開始進(jìn)行補(bǔ)種，補(bǔ)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(jié)束后三個時段撒播草籽。

草地的恢復(fù)措施：第三階段開采后草地破壞面積將達(dá)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(jù)土壤沙化預(yù)測結(jié)果，如果不采取及時的植被恢復(fù)措施，研究區(qū)目前的沙漠化高度敏感程度，容易向極敏感程度方向發(fā)展，導(dǎo)致土地沙漠化的發(fā)生。而土地沙化的影響主要通過地表植被變化來體現(xiàn)，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(qū)域土壤沙化現(xiàn)象加劇。而由于井田內(nèi)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(yù)進(jìn)行恢復(fù)；井田北部小面積存在原始荒漠草原，防止土壤沙化進(jìn)一步加劇的關(guān)鍵問題是恢復(fù)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(yōu)勢，修復(fù)受損的草地，保證受塌陷影響的區(qū)域植被覆蓋度不下降，并控制可能發(fā)生的水土流失。設(shè)計采用人力補(bǔ)播的方法，在雨季來臨后到入秋前，補(bǔ)播草籽，損毀前草籽播撒1a即可，建議開采中和開采結(jié)束后草籽連續(xù)播撒3a，恢復(fù)為草地。低濕地可以種植優(yōu)良牧草，建立高效優(yōu)質(zhì)的人工打草場，禁止濫采濫挖，逐步建成生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，林牧業(yè)全面發(fā)展的沙地生態(tài)區(qū)。另外，隨著采煤工作面和采區(qū)的推進(jìn)，應(yīng)密切觀察采空區(qū)邊界上方沙丘的變化趨勢，如果發(fā)現(xiàn)沙化加劇，應(yīng)立即采取措施，及時恢復(fù)植被，遏制沙化面積的擴(kuò)大。

4 結(jié)論

在全球氣候變化的大背景下，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，寧夏紅一煤礦開采的第三階段對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成一定的影響，經(jīng)過生態(tài)治理措施可以恢復(fù)到原有的條件。通過對礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境影響評價，可為礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，對實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有參考意義。