白杨河矿区煤炭开采对流域生态系统的影响

李 娜

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

为落实生态文明，减少矿区开发对生态环境的影响，矿区总体规划须在规划草案编制过程中，同步开展矿区规划环评。煤炭矿区规划环评主要是从源头预防和减轻矿区规划实施对环境的影响，从环境保护方面优化和调整矿区总体规划，指导矿区规划项目的绿色开发[1]。通过深入论证区域资源环境承载能力和规划实施环境影响预测分析，提出基于资源环境可承载的、确保矿区生态环境安全的矿区煤炭资源开发空间布局管制、煤矿建设规模和建设时序优化调整建议，以及矿区煤炭建设项目环境准入条件[2]，这是落实《“十三五”环境影响评价改革实施方案》中要求以生态保护红线、 环境质量底线、资源利用上线和环境准入负面清单(简称“三线一单”)的有效手段之一。尤其是西部生态脆弱区煤矿区建设给矿区环境保护工作带来了新的机遇和挑战[3]，矿区规划环评应守住生态底线，注重生态环境影响评价和环境敏感点的影响分析[4]。

本次研究为严格落实习近平生态文明思想和“加强生态环境保护，努力建设天蓝地绿水清的美丽新疆”的重要指示精神，以维护白杨河流域水源涵养等重要生态功能、水环境功能等为导向，严格控制矿区开发强度，优化开发方案，提出规划的优化调整建议。

1 规划概况

白杨河矿区位于新疆塔城地区和什托洛盖煤田的西部，是新疆继三塘湖煤田、准东煤田之后的又一特大型整装煤田。矿区距克拉玛依市90km，东距塔城和什托洛盖镇约8km，行政区划属于新疆塔城地区。

2015年国家发改委批复的该矿区面积3293.61km2，划分为17个井田、3个勘查区、3个公益林保护区，矿区总规模74.6Mt/a，可采储量11534Mt，均衡服务年限77a。白杨河矿区尚未大规模开发。

2 研究区概况和生态保护目标

2.1 研究区地形地貌

白杨河矿区位于准西北和什托洛盖盆地的中西段，北邻吾尔喀什尔山和塞米斯台山，南靠加依尔山、成吉思汗山、哈拉阿勒特山。总体上是一北高南低，东西略高，中部白杨河流域稍低的倾斜盆地。

2.2 生态功能区划

根据《新疆生态功能区划》，白杨河矿区属于准噶尔盆地温性荒漠与绿洲农业生态区—准噶尔盆地北部灌木半灌木荒漠生态亚区—白杨河河谷林、乌尔禾雅丹地貌保护生态功能区，其主要生态服务功能是“土壤保持、景观多样性维护、旅游”。其主要保护目标是保护河谷林、保护地貌景观。

2.3 生态保护目标

该研究区主要的生态保护目标为：从矿区中部由北向南穿过的白杨河及其支流，分布于白杨河两岸的公益林及丰富的第四系水资源，该流域生态系统对区域生态安全、生物多样性保护具有重要作用。

3 矿区煤炭开采对流域生态系统的影响研究

3.1 矿区典型煤矿采煤沉陷影响预测

白杨河矿区含煤岩组有侏罗系中统西山窑组(J2x)和下统八道湾组(J1b)。矿区内共含可采和局部可采煤层60层，平均可采总厚为130.21m，主要可采煤层10层。

本次研究通过划分区域，在矿区东、中、西部选择了5个矿井作为典型代表矿井，运用概率积分法模型，对矿区煤炭开采地表沉陷进行了模型预测，并对其他12个矿井的地表沉陷情况及影响进行了类比分析。矿区规划17个矿井的地表下沉最大值预测结果见表1。

根据地表沉陷预测结果，矿区开采后沉陷面积约1513.39km2，位于白杨河两岸矿井开采后的地表下沉值在40m以上。

3.2 矿区采煤沉陷对地表径流的影响研究

矿区内白杨河流域涉及的河流主要有白杨河、布尔阔台河、铁厂沟河(也叫科克塔勒河)。本研究运用ArcGIS空间分析工具，利用30m精度的DEM数字高程图，对矿区及周边区域进行流域水文分析，分别计算和分析矿区沉陷前和沉陷后地形地貌特征、流域分布特征及其相应的地表水文变化特征。采煤沉陷前后矿区地表水系变化对比如图1所示。

图1 白杨河矿区采煤沉陷前后地表水系变化对比

图1显示，规划井田全部开采后由于地表下沉深度、面积较大，白杨河流域四条河流在矿区内受地表沉陷影响的区域出现较大程度的改道。其中，布尔阔台河在矿区南部将向东改道，铁厂沟河在矿区南部将向北改道，白杨河在矿区中南部将向西南改道，白杨河东侧季节性支流径流方向也将向西北偏移。河流改道可能在沉陷区内形成漫滩，增大地表水蒸发量，导致河流干涸、断流。

由于河流中部开发的矿井煤层数较多，煤层累积采厚较厚，从而出现比较明显的下沉盆地，进而影响河流的地表形态、汇水条件，对下游公益林的补给和克拉玛依市的城市供水产生严重的影响。

3.3 矿区采煤沉陷对白杨河流域植被的影响研究

3.3.1 地表沉陷对植被的影响规律

煤矿开采过程中，地表塌陷区根据塌陷形式的不同分为两种程度的干扰区：一种是采区边缘，沉陷盆地边缘容易形成地表裂缝，同时微地形发生改变，这一区域植被扰动较大，生长于该区域的植会受到严重破坏，可能导致死亡；另一种形式是整体下沉，即位于沉陷盆地内部，该区域内土壤结构发生一定程度改变，其他都无较大影响，称为轻度干扰区，生长在该区域内的植被受沉陷影响不大，个别出现歪斜、退化的现象，通过自然演替能够恢复植被盖度。

地表植被一般通过汲取大气降水或地下水来维持生长需求，李卫红[5]等研究显示，在干旱区内陆河流域在地下水位梯度上，植被盖度于地下水埋深大于4m时开始出现明显下降趋势，不同地下水位条件下植被盖度变化趋势如图2所示。

图2 不同地下水位条件下植被盖度变化趋势

在沉陷盆地边缘，由于地表裂缝的形成以及微地形的变化导致区域水环境发生改变，可能影响该区域植被类型的分布以及植物生长情况。在塌陷初期草本植被退化明显，可能演替为以一年生为主的群落类型，植被盖度下降，使得区域生态效益及生态保护功能降低。位于沉陷盆地边缘的灌丛和木本植物会因为地形改变而发生倾斜，一些矮小的灌木会因为地下水位的变化而出现退化，甚至死亡；对于胡杨、梭梭等根系较为发达、耐旱、耐盐碱的超旱生植物种来说，长势会出现衰退，一般不会死亡。而对于沉陷盆地底部的植被，由于汇水和地下水位升高，该区域的植被盖度有可能升高。

3.3.2 矿区采煤沉陷对白杨河河岸林的影响研究

1)白杨河流域植被分布规律。白杨河南北向流经矿区，为矿区主要的地表水源，河两岸植物种相对丰富，分布在河两岸的胡杨林为区域重要生态保护目标。本次研究对白杨河两岸的植被进行了样方调查，对植被类型、生长状况及样方所处区域的环境因子进行了分类整理。根据调查结果，白杨河两岸植被分布情况按照地貌、植被和径流特点自北向南可分为：白杨镇水库坝址至出山口段、出山口至白杨河洼地段、白杨河洼地至白杨河水库段，共计3段。

白杨镇水库坝址至出山口段。址至出山口段河长约为9.2km，河流两岸的滩地上分布有河谷次生林，树种主要为苦杨、桦树、柳树等乔木，林下分布有少量的灌木，灌木主要为蔷薇、白刺等，河谷草地主要植物组成有芨芨草、苦豆子、芦苇、黄花苜蓿、拂子茅、禾草等，盖度约为10%～20%。该段白杨河河谷属于“V”型河谷，谷底狭窄，水流湍急，河道弯曲，谷底宽度20～30m。由于受河谷地形的限制，该段河谷林主要分布在水分条件相对较好的河漫滩及近河低阶地上，该区是河谷林的主要分布区，河谷林郁闭度不高，分布较为狭窄。目前，该区主要依靠地下水、河水侧渗和河流洪水漫灌，以供给河谷林草生长所需水分，基本处于天然状态下维持河谷林草生境条件下的生态平衡。

白杨河出山口至白杨河洼地。这段河段长43km，地貌单元为山前倾斜砾质平原，由西北向东南倾斜。河流已出山谷进入平原，河床已无明显的河滩和两岸阶地之分，加之本段河水垂直渗漏较大，使得两岸植被的水分供给条件变差，本河段已无河谷林分布，取而代之的是以柽柳为主的荒漠植被，并且植被盖度极低，小于3%。本段荒漠植被主要依靠天然降水维持其生长所需水分条件。

白杨河洼地至白杨河水库。白杨河洼地至白杨河水库段，地貌单元为细土平原，河谷宽阔，河流阶地发育，一、二级阶地上植被发育，河谷林以次生林为主，主要树种有胡杨、苦杨、榆树等，林下灌木主要为柽柳，河谷草地主植物组成有芦苇、芨芨草等。白杨河矿区植被分布情况如图3所示。该区植被以草甸植被为主，沿河分布长度约17km，分布范围较广，最宽处可达2km 左右。根据地形特点，白杨河河水已无法对该区进行漫灌，此区因地形变缓、地层颗粒变细，导致地下径流受阻，以泉水溢出的形式回归地表，排泄到白杨河，地下水水位较高，而河谷林草生长所需的水分条件也主要依靠本区较高的地下水位。

图3 白杨河矿区植被分布情况

2)矿区开发对白杨河河岸林的影响。①白杨镇水库坝址至白杨河出山口河段，由于该段河流位于采煤沉陷区的上游，矿区开发没有影响该段河流的地形地貌和汇水条件，因而对该区域植被没有影响；②河流流经矿区的中部洼地段，该区域地势平坦，植被分布广泛且盖度较高，但是因矿区集中开发的大型矿井集中在该区域，可采煤层12～24层，累积可采厚度20～60m，经模型预测最大沉陷深度在40m以上。沉陷后一方面会改变植被生长的地形地貌环境，一方面会改变植被生长赖以生存的地下水，因此该段植被盖度可能会降低，长势走向衰败；③洼地下游河段，虽然该区域没有矿区的开发，不在沉陷区内，但由于上游地形地貌、汇水条件的改变，会使得下游河道改道，补给量大大减少，因而也可能出现植被盖度降低，植被长势退化等现象。

4 结 论

白杨河流域地处准噶尔盆地西北缘，位于《全国生态功能区划》确定的天山水源涵养与生物多样性保护重要区，位于《新疆主体功能区规划》中的塔额湿地草原生态功能区和准噶尔西部荒漠生态功能区，以及《新疆生态功能区划》中的白杨河河谷林、乌尔禾雅丹地貌保护生态功能区，区域生态功能敏感、重要。规划矿区及周边分布有白杨河源头水系、饮用水水源保护区、国家和地方级公益林等重要环境敏感区；同时，区域水资源匮乏，流经矿区的白杨河为下游城镇生活、工业、农业、牧业用水的主要水源和下游艾里克湖的主要地表径流补给源。矿区煤炭大规模开采后地表沉陷深度、沉陷面积较大，对白杨河地表形态和径流条件、地表水和地下水的补排关系均将产生较大影响；新增取水将进一步加大区域水资源供需矛盾，影响城镇居民用水、工农业用水安全，减少艾里克湖及周边湿地生态补水。

矿区开发应坚持生态优先、绿色发展。严格控制矿区开发强度，优化开发方案，白砾山一号等9座矿井对白杨河流域地表水径流条件、地表水和地下水的补排关系、区域生态系统功能等均将造成较大不良影响，存在重大环境制约，建议暂不开发。