秦紅正

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

我國適合露天開發(fā)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(chǎn)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(fā)展[2]。目前，我國已有生產(chǎn)和在建露天煤礦400余座，開采規(guī)模400萬t以上的大型露天煤礦30余座，設(shè)計(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]，與此對應(yīng)，非污染環(huán)境影響成為環(huán)境影響后評價的重中之重[6]。

1 環(huán)境影響后評價在干旱草原區(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)開發(fā)露天煤礦，若無完善的生態(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，無疑對區(qū)域生態(tài)“雪上加霜”，嚴(yán)重威脅國家的生態(tài)安全。

1.2 干旱草原區(qū)露天煤礦將成為未來煤礦項目環(huán)境影響后評價的重點對象

全過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)境影響評價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、項目環(huán)評；事中的環(huán)境監(jiān)理與竣工環(huán)境保護(hù)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(jiān)管主要集中于露天煤礦開采前以及投產(chǎn)后一定時間內(nèi)，而事后監(jiān)管是露天煤礦生態(tài)恢復(fù)監(jiān)管中時間跨度最長、監(jiān)管任務(wù)最重的階段，其時間應(yīng)延長至閉礦，其監(jiān)管的重要抓手為后評價制度。

從發(fā)展現(xiàn)狀來看，環(huán)境影響評價經(jīng)過近30年的發(fā)展，特別是《環(huán)境影響評價法》頒布后的近十年，日趨成熟與完善[7]。而環(huán)境影響后評價盡管于20世紀(jì)90年代開始研究，且2002年頒布的《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》正式引入了“環(huán)境影響后評價”的概念[8]。但在《環(huán)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(huán)境保護(hù)部審批露天煤礦項目環(huán)評報告39個，其中內(nèi)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(qū)露天煤礦的環(huán)境影響后評價評價技術(shù)、評價內(nèi)容、評價指標(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、時間長

露天煤礦開采的生態(tài)影響顯著特征表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的徹底破壞，相對一般區(qū)域，干旱草原礦區(qū)原地勢平坦、土地利用結(jié)構(gòu)單一，從而露天煤礦開采對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)”的系列過程[9]。在此過程中，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)與破壞在全部內(nèi)排后達(dá)到平衡。

2.2 重建生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡期較長

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(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(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)的重建過程中，土壤、植被恢復(fù)過程漫長，重建生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)穩(wěn)定平衡的時間延長。

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，在露天煤礦開采過程中，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，很可能會對礦區(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：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(jìn)行表土剝離，造成了大量表土浪費；二是目前地表剝離作業(yè)仍以隨機(jī)排土的方式為主，不能嚴(yán)格按照復(fù)墾規(guī)定進(jìn)行排土作業(yè)，對現(xiàn)有表土利用效率低，受行業(yè)景氣指數(shù)、運輸成本制約，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。短時間內(nèi)解決該問題的方法是在礦區(qū)土地復(fù)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(shè)施。

4)水土流失嚴(yán)重。露天開采對地表的劇烈擾動，進(jìn)一步加劇了水土流失。干旱草原區(qū)露天煤礦排土場主要組成部分為巖土混合疏松物質(zhì)，其特點是地面粗糙率大、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)致在排土場邊坡和平臺容易產(chǎn)生大量水土流失，造成周圍地區(qū)土壤沙化和鹽漬化加劇，植被難以生長，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)境影響后評價的特點與重點

3.1 生態(tài)環(huán)境影響后評價的特點

1)從時間上，由于露天煤礦服務(wù)期較長，而生態(tài)重建過程貫穿礦區(qū)開采的整個過程。因此，后評價應(yīng)在生態(tài)恢復(fù)的不同階段分別開展。即露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響后評價次數(shù)不限于一次。且在一次后評價過程中，需對于開發(fā)前、開發(fā)過程中不同時段分階段進(jìn)行回顧性評價。

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)，因此后評價應(yīng)以排土場、內(nèi)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(tài)系統(tǒng)的影響，后評價的空間范圍應(yīng)在礦田范圍基礎(chǔ)上適當(dāng)外擴(kuò)。

3)從評價方法上，由于評價空間范圍廣，且為實現(xiàn)對照的原生態(tài)系統(tǒng)已不復(fù)存在，因此從手段上常采用“時空替代法”、3S技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)與實地調(diào)查結(jié)合。

3.2 生態(tài)環(huán)境影響后評價的重點與指標(biāo)

3.2.1 評價重點

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)，因此后評價的重點為重建生態(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(biāo)

評價指標(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。隨著露天開采以及復(fù)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(fā)生顯著變化，從而使得通過歷史追溯遙感數(shù)據(jù)獲取該類指標(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)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)劃分為微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈六個級別。

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地等四個地貌單元組成。礦田內(nèi)及其周圍地勢平坦，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(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(shè)在一采區(qū)東北側(cè)約0.5km處，2005年開始排放，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；南排土場設(shè)在一采區(qū)東南側(cè)約0.3km處，2006年開始排放，2010年到界，排土總?cè)萘繛?1.81Mm3，占地1.88km2，2006年開始排放，2010年到界，2011年全部綠化復(fù)墾；沿幫排土場緊臨一采區(qū)東北幫處，排土總?cè)萘繛?43.00Mm3，占地5.18km2，2008年開始排放，2012年12月到界，2015年實現(xiàn)全部綠化?，F(xiàn)該礦已經(jīng)全部實現(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 后評價時間與范圍

后評價的回顧周期貫穿煤礦開發(fā)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(chǎn)初期，2013年代表二期工程驗收初期，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)境影響后評價結(jié)論

4.4.1 土地利用覆被變化

采用《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)二級分類體系，根據(jù)實地調(diào)查和遙感衛(wèi)星影像，分析不同時期土地利用結(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、交通運輸用地之間的轉(zhuǎn)化。在建礦初期，隨著工業(yè)場地建設(shè)以及采礦范圍與外排土場范圍擴(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，隨著排土場生態(tài)整治措施的實施，排土場逐漸恢復(fù)為林地或草地等具有生態(tài)效益的土地利用功能。排土場壓占區(qū)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌莸匾约捌渌值?。同時隨著采礦活動發(fā)展，周邊人為活動加劇，農(nóng)村宅基地面積有所增加。

4.4.2 植被覆蓋度影響評價

在遙感解譯的基礎(chǔ)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(jìn)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(nèi)二者之和均占到了評價范圍的一半以上。從對比結(jié)果可知，勝利一號露天煤礦開采前期(環(huán)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(jìn)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(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 土壤侵蝕影響評價

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)和遙感影像解譯結(jié)果，勝利一號露天煤礦周邊土壤侵蝕目前以風(fēng)蝕為主。生產(chǎn)運營期間，大量的棄土棄渣排往排土場，其邊坡表層尚未經(jīng)過長期沉降，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。各評價期土壤侵蝕強(qiáng)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(huán)評階段(2005年)土壤侵蝕模數(shù)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(qū)土壤侵蝕強(qiáng)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(nèi)排土場已完成一期生態(tài)恢復(fù)工作，工業(yè)場地內(nèi)擾動地表采用工程整治和林草植被恢復(fù)，鐵路專用線裝車環(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

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)所需時間較長，要評價其生態(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)，可獲得項目開發(fā)不同時期的生態(tài)指標(biāo)，通過對比分析，可以對開發(fā)與生態(tài)恢復(fù)不同階段的生態(tài)影響作出準(zhǔn)確的評價，在此基礎(chǔ)上提出更加完善的生態(tài)恢復(fù)方案。