干旱草原区露天煤矿环境影响后评价探讨

秦红正

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

我国适合露天开发的煤炭资源占总量的10%～15%，随着国家勘探投入的不断加大，适合于露天开采的煤炭资源/储量大幅增加[1]，同时由于露天煤矿生产能力大、开采成本低、资源回收率高、安全条件好等特点而得以迅速发展[2]。目前，我国已有生产和在建露天煤矿400余座，开采规模400万t以上的大型露天煤矿30余座，设计(核定)产能4.2亿t/a。煤炭工业发展“十三五”规划也将露天煤矿作为重点建设的先进产能之一。从分布区看，90%以上适合露天开采的煤炭资源分布于新疆和内蒙古等生态脆弱区[3]。随着露天煤矿开采比例的逐年加大，直接造成矿区土壤-植被生态系统严重退化，引起的生态环境问题尤为突出[4]。表土不足、水资源短缺、适宜物种少是该区生态恢复的主要限制性因素[5]，与此对应，非污染环境影响成为环境影响后评价的重中之重[6]。

1 环境影响后评价在干旱草原区露天煤矿事后监管中的重要性

1.1 干旱草原区露天煤矿生态功能重要

全国十四大煤炭基地中，位于蒙东(东北)基地中的扎赉诺尔、宝日希勒、伊敏、大雁、霍林河、平庄、白音华、胜利等均位于干旱草原区，各矿区内露天煤矿均为特大型或大型露天煤矿。以上矿区均处于《全国主体功能区规划》“两屏三带”生态安全格局中的“北方防沙带”主体功能区，在生态如此脆弱的地区开发露天煤矿，若无完善的生态约束与环境管理体制为生态恢复与重建提供保障，无疑对区域生态“雪上加霜”，严重威胁国家的生态安全。

1.2 干旱草原区露天煤矿将成为未来煤矿项目环境影响后评价的重点对象

全过程控制是露天煤矿环境保护的核心内容，也是充分发挥环境影响评价制度管理效能的重要手段。从目前环境管理体系分析，主要包括：事前的煤矿矿区规划环评、项目环评；事中的环境监理与竣工环境保护验收；事后的后评价或跟踪评价。从时间跨度上，事前与事中监管主要集中于露天煤矿开采前以及投产后一定时间内，而事后监管是露天煤矿生态恢复监管中时间跨度最长、监管任务最重的阶段，其时间应延长至闭矿，其监管的重要抓手为后评价制度。

从发展现状来看，环境影响评价经过近30年的发展，特别是《环境影响评价法》颁布后的近十年，日趋成熟与完善[7]。而环境影响后评价尽管于20世纪90年代开始研究，且2002年颁布的《中华人民共和国环境影响评价法》正式引入了“环境影响后评价”的概念[8]。但在《环境影响后评价管理办法(试行)》实施以来，评价项目不足20个。截至2018年初，原环境保护部审批露天煤矿项目环评报告39个，其中内蒙古22个，占到了总量的93%，位居全国之首。未来一段时间干旱草原区露天煤矿的环境影响后评价评价技术、评价内容、评价指标等亟待完善。

2 干旱草原区露天煤矿生态环境影响特征

2.1 生态系统破坏程度重、时间长

露天煤矿开采的生态影响显著特征表现为生态系统的彻底破坏，相对一般区域，干旱草原矿区原地势平坦、土地利用结构单一，从而露天煤矿开采对景观格局的影响较其他区域更加显著。其生态恢复实现途径是集“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”的系列过程[9]。在此过程中，土地利用的结构与功能重新形成并逐步趋于稳定，使得生态恢复与破坏在全部内排后达到平衡。

2.2 重建生态系统动态平衡期较长

干旱草原区露天煤矿所处自然条件多表现为干旱少雨，土壤侵蚀严重，原生态系统本底较脆弱。从时间跨度上分析，生态破坏与生态恢复同步发生，贯穿矿区开采始终，剥离岩土排弃、堆放为地貌重塑的开始；表土单独剥离(有时是草皮的剥离)是生态恢复土壤重构的基础；表土回填是土壤重构的关键环节。最终采掘场与排土场将形成平台与边坡相间的梯田地貌，在此地貌上重建的生态系统可持续性还取决于后期持续管护。在损毁生态系统的重建过程中，土壤、植被恢复过程漫长，重建生态系统达到动态稳定平衡的时间延长。

2.3 生态恢复的限制性因素

1)土壤肥力低与可能的污染。干旱草原区露天煤矿土壤大多为典型栗钙土，其成土母质主要是黄土状沉积物、各种岩石风化物、河流冲积物、风沙沉积物等，再加上气候干旱、风蚀严重，因此形成的土壤质量较差，土壤养分含量较低。此外，在露天煤矿开采过程中，将地下数十米甚至数百米挖掘出的岩土堆砌在矿区地表，造成的后果是将不同深度岩层中的重金属元素由地下深部转至地上，很可能会对矿区地表土壤和地下水造成污染。

2)生态恢复表土不足。表土在矿区土地复垦中起到十分关键的作用。干旱草原区露天煤矿表土存量远不能满足土地复垦的需求量，主要原因有两个：一是多地表土层厚度仅为20～30cm，下部为沙化土壤，表土存量本身就不足，且在排土初期没有对压占场地进行表土剥离，造成了大量表土浪费；二是目前地表剥离作业仍以随机排土的方式为主，不能严格按照复垦规定进行排土作业，对现有表土利用效率低，受行业景气指数、运输成本制约，引入客土尚不可行，也易造成取土区域的生态破坏。

3)生态恢复水资源短缺。水资源短缺，严重阻碍了干旱草原区露天煤矿中重建植被的生长。短时间内解决该问题的方法是在矿区土地复垦中选择耐旱性植物类型，减少对水资源的依赖，在将来有条件的情况下建立集水工程以及灌溉设施。

4)水土流失严重。露天开采对地表的剧烈扰动，进一步加剧了水土流失。干旱草原区露天煤矿排土场主要组成部分为岩土混合疏松物质，其特点是地面粗糙率大、抗侵蚀能力差，加之当地气候条件恶劣，使得植被恢复缓慢，导致在排土场边坡和平台容易产生大量水土流失，造成周围地区土壤沙化和盐渍化加剧，植被难以生长，生态环境急剧恶化。

3 干旱草原区露天煤矿生态环境影响后评价的特点与重点

3.1 生态环境影响后评价的特点

1)从时间上，由于露天煤矿服务期较长，而生态重建过程贯穿矿区开采的整个过程。因此，后评价应在生态恢复的不同阶段分别开展。即露天煤矿生态环境影响后评价次数不限于一次。且在一次后评价过程中，需对于开发前、开发过程中不同时段分阶段进行回顾性评价。

2)从空间上，露天煤矿的主要生态系统为重建生态系统，因此后评价应以排土场、内排土场作为评价的主要空间范围。由于露天开采粉尘污染、地下水变化对周边自然生态系统的影响，后评价的空间范围应在矿田范围基础上适当外扩。

3)从评价方法上，由于评价空间范围广，且为实现对照的原生态系统已不复存在，因此从手段上常采用“时空替代法”、3S技术、无人机技术与实地调查结合。

3.2 生态环境影响后评价的重点与指标

3.2.1 评价重点

露天煤矿生态恢复的广义内容包括“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”。露天煤矿主要生态系统为重建生态系统，因此后评价的重点为重建生态系统。其中，地貌重塑的影响结果主要为土壤侵蚀的差异性，土壤侵蚀又是对限制性因素克服程度以及影响重建生态可持续的重要影响因素；土壤环境质量在短期内差异不显著，而土地利用、植被覆盖是露天煤矿恢复过程中短期内可反映生态系统重建效果的重要表征。因此，干旱草原区露天煤矿环境影响后评价的重点包括三方面，分别是土地利用覆被、植被覆盖以及土壤侵蚀程度。

3.2.2 评价指标

评价指标确定的基本原则有两方面：一是指标在不同恢复阶段以及不同恢复程度上表现为显著差异性；二是指标数据的可获得性。随着露天开采以及复垦过程，土地影响范围、土地利用方式、植被覆盖度、土壤侵蚀程度等均会发生显著变化，从而使得通过历史追溯遥感数据获取该类指标具有可行性。土地利用覆被变化、植被覆盖度变化以及土壤侵蚀程度变化的指标分别为土地利用结构、植被覆盖度、土壤侵蚀程度。植被覆盖度采用归一化指数划分为裸地、低覆盖度、中低覆盖度、中覆盖度与高覆盖度。土壤侵蚀程度根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—2007)划分为微度、轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈六个级别。

4 案例分析

4.1 矿区概况

胜利露天煤矿位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市西北部的胜利苏木境内，总体呈东北西南条带状分布。矿区内地貌形态主要由构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形、侵蚀堆积地形和熔岩台地等四个地貌单元组成。矿田内及其周围地势平坦，地形略呈西高东低。矿区属北温带大陆性气候，年平均降水量不足300mm，降雨多集中在7—9月内。矿区植被属非地带性草甸草场类，植被类型主要为“贝加尔针茅+羊草+线叶菊”、“线叶菊+贝加尔针茅+羊草”、“芨芨草-针茅+羊草+杂草类”、“芨芨草-杂草类”、“芨芨草-羊草+杂草类”。土壤类型属于栗钙土，土层呈弱碱性反应，局部地区有碱化现象，土壤质地以细沙和粉沙为主。

矿区共设置了3个外排土场，北排土场、南排土场、沿帮排土场，如图1所示。其中，北排土场设在一采区东北侧约0.5km处，2005年开始排放，2007年到界，排土总容量为32.09Mm3，占地1.13km2，于2008年全部绿化复垦；南排土场设在一采区东南侧约0.3km处，2006年开始排放，2010年到界，排土总容量为61.81Mm3，占地1.88km2，2006年开始排放，2010年到界，2011年全部绿化复垦；沿帮排土场紧临一采区东北帮处，排土总容量为143.00Mm3，占地5.18km2，2008年开始排放，2012年12月到界，2015年实现全部绿化。现该矿已经全部实现内排。

图1 胜利露天煤矿矿区范围示意图

4.2 遥感数据源及处理

胜利一号露天煤矿一期工程2008年建成，2009年正式投产；2012年8月二期工程建成。遥感数据源为0.5m分辨率的GeoEye遥感影像及全色0.6m和多光谱2.4m分辨率的QuickBird遥感数字图像。

4.3 后评价时间与范围

后评价的回顾周期贯穿煤矿开发至开展后评价时。分别选取2005年、2010年、2013年、2016年、2018年作为后评价的典型时间。其中，2005年代表煤矿开采前，2010年代表生产初期，2013年代表二期工程验收初期，2016年代表二期工程生产期，2018年代表现状。

4.4 生态环境影响后评价结论

4.4.1 土地利用覆被变化

采用《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)二级分类体系，根据实地调查和遥感卫星影像，分析不同时期土地利用结构变化，土地利用结构变化如图2所示。

图2 土地利用结构变化图

从图2可知，胜利一号露天煤矿的土地利用结构变化主要表现为天然牧草地、其他草地等农用地以及采矿用地、交通运输用地之间的转化。在建矿初期，随着工业场地建设以及采矿范围与外排土场范围扩大，天然牧草地逐步转换为采矿用地以及裸地。在2010年之后，随着排土场生态整治措施的实施，排土场逐渐恢复为林地或草地等具有生态效益的土地利用功能。排土场压占区逐步转变为其他草地以及其他林地。同时随着采矿活动发展，周边人为活动加剧，农村宅基地面积有所增加。

4.4.2 植被覆盖度影响评价

在遥感解译的基础上采用TWINSPAN分类和DCA排序，对胜利一号露天煤矿周边植被群落类型进行划分。各阶段植被类型分布如图3所示。

图3 不同时期各植被类型分布图

从图3可知，胜利一号露天煤矿评价范围以低覆盖度草地和中低覆盖度草地为主，各阶段内二者之和均占到了评价范围的一半以上。从对比结果可知，胜利一号露天煤矿开采前期(环评阶段2005年)，裸地面积仅占评价面积的10.56%，随着开采工作面的推进以及排土场对草地的压占，2010、2013年裸地面积及占比整体呈增加趋势，2016年随着外排土场全部完成生态恢复，裸地面积占地降低，而低覆盖度、中低覆盖度草地占比均显著增加。2016—2018随着采坑的持续扩大，而内排推进速度低于采坑推进速度，导致裸地占比面积增加。

4.4.3 土壤侵蚀影响评价

根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)和遥感影像解译结果，胜利一号露天煤矿周边土壤侵蚀目前以风蚀为主。生产运营期间，大量的弃土弃渣排往排土场，其边坡表层尚未经过长期沉降，土质疏松，易产生风蚀和水蚀。路面和道旁两侧形成侵蚀沟后，降雨期易造成径流集中，引起水土流失。各评价期土壤侵蚀强度分布如图4所示。

图4 不同时期土壤侵蚀程度分布图

从图4可以看出，环评阶段(2005年)土壤侵蚀模数较低，到2013年，随着采掘场剥离岩土覆盖层和排土场压占，对原地貌的剧烈破坏，同时形成排土场边坡和平台等再塑地貌，使项目区土壤侵蚀强度明显加大。2013—2016年，外排土场实施一系列工程措施和植物措施，且内排土场已完成一期生态恢复工作，工业场地内扰动地表采用工程整治和林草植被恢复，铁路专用线装车环线边坡采取了沙障防护，在沙障内进行撒播小叶锦鸡、沙米、苜蓿、披碱草、羊柴等。因此2016年较之2013年，矿区土壤侵蚀模数逐渐减少；水土流失情况较原地貌有明显好转。2016—2018年，由于内排恢复速度受到客观因素限制，导致土壤侵蚀程度加剧。

5 结 语

干旱草原区露天煤矿因所在区自然环境较差，生态恢复所需时间较长，要评价其生态环境影响范围和程度，判断生态恢复效果，可选择土地利用类型、植被覆盖度、土壤侵蚀程度等可量化生态指标，采用3S遥感技术，可获得项目开发不同时期的生态指标，通过对比分析，可以对开发与生态恢复不同阶段的生态影响作出准确的评价，在此基础上提出更加完善的生态恢复方案。