西部生态脆弱矿区土壤环境影响评价研究

秦红正

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

煤炭产量与消费量长期占我国一次能源主导地位。2017年，我国能源消费结构中煤炭占60.4%[1]，2050年前，煤炭在我国能源一次结构中的比例仍保持在50%以上[2]。鄂尔多斯聚煤盆地跨陕、甘、宁、蒙、晋5省(区)，盆地内煤炭保有储量占全国总储量的38.8%[3]。该区作为煤炭主导开发区域，煤层赋存稳定、煤层埋藏浅，而生态阈值低、抗扰动能力差且水资源短缺。在长期退耕还林还草、禁牧还草以及山水林草湖草战略实施下，部分地区沙地面积逐步减小，植被覆盖度显著提高。该区是我国西部脆弱矿区的典型代表，作为煤炭开采与黄河流域生态保护与高质量发展叠加区，土壤保护具有重要的意义。根据《环境影响评价技术导则 土壤环境》(以下简称“土壤导则”)，煤矿项目属于Ⅱ类项目，土壤环境影响多表现为污染与生态的复合影响。

1 一般项目土壤环境影响分析

1.1 土壤环境生态影响特征

建设期土壤环境生态影响主要表现为施工中的表土扰动和施工车辆碾压造成植被破坏以及土壤结构恶化。根据土地复垦以及水土保持相关规定，表土需进行单独剥离与保存，建设期土壤生态影响多纳入生态环境影响评价。井工煤矿生产期土壤生态影响的主要诱因为地表沉陷，在东部高潜水位地区表现为浅积水下的土壤沼泽化；在西部干旱半干旱地区，表现为地下水位尤其是高矿化度矿井水水位变化诱发或加剧土壤盐渍化或次生盐渍化，敏感性多为盐化与碱化敏感，土壤生态影响型评价等级多为二级。

1.2 土壤环境污染影响特征

煤矿项目建设期土壤污染源主要包括生活污水以及施工车辆、机械尾气排放与可能的漏油等，可通过施工管理和车辆维修保养等控制，建设期矸石处置将对土壤环境产生不同影响，应作为建设期土壤污染环境影响评价的重点。煤矿生产期污染影响主要表现在工业场地、矸石排放、堆置与综合利用场地以及露天煤矿排土场[4]。土壤污染物诱因主要包括大气污染物沉降、水污染物入渗以及固体废物堆环境影响。煤矿项目工业场地等各场地占地规模多为中型或小型，场地周边多为耕地、牧草地等敏感与较敏感目标，污染影响型评价工作等级多为二级或三级。

煤矿项目运行期环境空气污染源主要包括锅炉烟气、工业场地粉尘、道路扬尘、加油站VOCs。在环评提出的环保措施下，大气污染物实现达标排放且满足所在区大气环境质量底线，在此基础上，大气污染物降落到土壤中的部分对土壤环境影响较小，一般情况均可忽略。

煤矿生产运行期水污染源主要为矿井水、生活污水与选煤厂煤泥水，矿井水中主要污染物为SS、COD、石油类和溶解性总固体，生活污水中主要污染物为BOD、COD、SS和氨氮等。矿井水经处理后用于生活用水、锅炉补充用水、选煤厂复用水或绿化用水，配套煤化工或电厂用水等不同回用途径，对于确需排放的矿井水目前要求达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准后可排放。生活污水产生量较小，污染物以有机物为主，处理后水质满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T 18920—2002)中道路洒水和城市绿化用水以及《煤炭洗选工程设计规范》(GB 50359—2005)中选煤厂补充用水水质标准的要求或其他用途的要求。选煤厂产生的零星煤泥水主要为生产系统各建筑物冲洗地面，经处理后回用，不外排。因此，一般煤矿无污水外排于土壤，不会由于排水造成土壤污染。

工业场地主要影响途径为垂直入渗，由于工业场地垂直入渗的影响对象既包括土壤还包括地下水，因此一般项目环评中会从地下水保护角度根据场地包气带防污性能提出不同的防渗要求，从而保护地下水水质，同时预防对土壤的污染。因此，场地垂直入渗对土壤的影响也较小。

煤矿项目的固体废物主要包括煤矸石、生活垃圾、污泥与煤泥。建有锅炉的项目还会有锅炉灰渣、脱硫渣等。需存放少量危险废物的应在场地内建暂存库。生活垃圾与生活水处理站污泥一般送至当地垃圾处理厂集中处置，煤泥脱水后随末煤销售，锅炉灰渣、脱硫渣用于建筑材料。对于高矿化度矿井水处理后产生的杂盐，与危废暂存，交由有资质单位处置。因此，对土壤环境产生影响的固体废物主要为建设期掘进矸石与生产期洗选矸石。矸石一般属于第Ⅰ类一般工业固体废物，且根据目前环保要求，临时排放的矸石多为建设期掘进矸石或综合利用未落实前排放的矸石。临时排矸场对土壤的影响主要表现为场地内降雨入渗、场地外的降尘影响以及地面漫流影响。我国东部地区土地利用以耕地为主，一般情况下矸石实行综合利用或复垦工程。在西部地区，由于蒸发量远大于降雨量，降雨入渗以及地面漫流主要发生在降雨集中季节以及暴雨条件下，对临时排矸场采取截排水措施可有效控制地面漫流。通过矸石淋溶试验以及国内外学者对矸石堆放场地周边土壤污染分析与研究可知，其整体污染程度较轻。西部地区风速较大，临时排矸场扬尘可能成为周边土壤污染的重要途径，因此需对临时排矸场采取边排放边复垦，临时排矸场平台及边坡及时覆土以及生态恢复，可有效控制其周边土壤污染。根据相关研究，临时排矸场周边土壤污染程度与距临时排矸场距离呈非线性负相关，随土壤深度变化趋势不显著[5，6]。

2 白家海子土壤生态环境影响评价

2.1 自然环境现状

白家海子井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西南部的乌审旗境内，地理坐标为东经108°49′56″～109°03′11″、北纬38°16′03″～38°24′00″。井田地处鄂尔多斯高原毛乌素沙漠中东部，地势西北高东中部低，区内地形比较平坦，滩地与沙丘相间。为典型的中温带半干旱大陆性气候，基本特征是冬长寒冷、春季多风、夏短暑热，年降水量为194.7～531.6mm，平均为396.0mm，且多集中于7、8、9三个月内；年蒸发量为2297.4～2833.7mm，平均为2534.2mm。白家海子煤矿生态地质环境属于潜水沙漠绿洲型[7]，地表主要被第四系风积沙和萨拉乌苏组砂层所覆盖，在沟谷地区分布有全新统沉积物。浅层地下水资源较为丰富，地下水埋深0.92～14.63m，多处于植物生长的最佳地下水埋深。地表植被以小型草本灌木类植物。土壤类型主要为风沙土，局部地段为盐土。

2.2 土壤生态影响识别

白家海子井田面积169.19km2，矿井设计生产能力为15.0Mt/a，服务年限为96.8a。可采煤层6层，其中全区可采4层(2-2、3-1、4-1、6-1煤层)。分两个水平开采，其中一水平开采2-2煤与3-1煤，服务年限均为41a。2-2煤埋深613.60～818.15m，自北东东向南西西煤层的埋藏深度逐渐增大，煤层厚度3.50～8.85m，平均4.86m。3-1煤距2-2煤层间距28.75～70.39m，平均55.51m，煤层间距在东北部小，约30～40m左右，向南西逐渐增大至60～70m左右。煤层厚度5.24～7.85m，平均6.77m。调查评价范围同生态调查评价面积，以井田外扩5km。土壤调查评价区以风沙土为主，在北部与东部分布有少部分盐土。对井田及周边18个土壤样地采样分析，pH值为7.11～9.27，其中，11个点pH值为8.5～9，4个点pH>9，属于碱化敏感；一个采样点SSC>2，属于盐化较敏感，土壤敏感性取极值为碱化敏感。地表沉陷可能导致潜水埋深变小，加剧蒸发，造成土壤盐渍化或次生盐渍化。

2.3 土壤环境生态影响型现状质量监测与评价

土壤监测布点原则均匀性与代表性，采样点涵盖主要土地利用类型、土壤类型、植被类型，在主要土地利用类型、耕地以及首采区及附近加密布点。白家海子井田农用地与其他土地分别占到了评价范围的88.2%与7.05%。其中，天然牧草地、灌木林地、水浇地、有林地分别占到了农用地的51.6%、33.7%、9.8%、4.8%；沙地与盐碱地分别占到了其他土地的82.2%与17.7%。土壤类型包括风沙土、盐土与草甸土，三者分别占到了调查评价范围的94.1%、4.7%与1.2%。主要植被类型为沙蒿+沙生杂类草沙地植被、锦鸡儿+沙蒿+沙生杂类草沙地植被，分别占到了有植被区面积的53.7%与31.1%。

2019年4月与7月对19个土壤样地采样分析，结果见表1。

表1 生态影响型土壤环境质量现状监测结果

从表1可以看出，19个采样点的8项监测指标均小于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB/15618—2018)风险筛选值。最大占标率排前三的依次为9#点的砷、14#点的铬以及17#点的锌，占标率依次为34.08%、29.36%与14.40%。均值占标率排前三的因子依次为砷、铬、锌，占标率分别为19.63%、19.16%、10.72%。根据土壤导则表D.1与表D.2，15#盐地表现为轻度盐化与轻度碱化；11个采样点表现为轻度碱化；4个表现为中度碱化；4个无盐化与碱化，所有土壤pH均大于7，呈碱性反应。主要成因为原生地质环境以及气候条件形成。

2.4 土壤环境生态影响预测

白家海子井田第四系潜水埋深0.92～14.63m，土壤盐渍化与碱化的影响属于地下水埋深变动造成，煤炭开采环境影响主要诱因为地表沉陷。裂缝区的水盐运移对于该区域植物生长具有潜在的影响[8]。重点对井田开采前10年、采矿证年限服务年限30年进行预测，开采煤层为2-2煤层，平均采厚4.86m，直接顶板岩性主要为粉砂岩及砂质泥岩，地表变形预测取下沉系数0.75，主要影响正切2.0，水平移动系数0.3，将预测结果叠加地下水等水位图、地形等高线图，以下沉10mm等值线为沉陷范围边界，综合考虑蒸发因素，预测结果表明：第一阶段最大下沉值约4m，沉陷面积57hm2，积水面积0.28km2；第二阶段最大下沉值约5m，沉陷面积166hm2，占到了井田面积的98%，积水面积4.82km2。积水来源为第四系浅层水，若采用潜水泵抽排，积水抽排后可能由于蒸发加剧而加剧土壤盐渍化程度。

土壤盐化预测对照土壤导则表F.1，综合地下水埋深、干燥度、土壤本地含盐量、地下水溶解性总固体、土壤质地，采用式(1)计算土壤盐化综合评分值(Sa)。

式中，n为影响因素指标数目；Ixi为影响因素i指标评分；Wxi为影响因素i指标权重。

通过图形叠加得到盐渍化预测结果，如图1、图2所示。开采前10年与30年盐化预测结果见表2。

图1 开采10年土壤盐化预测

图2 开采30年土壤盐化预测

表2 土壤盐化预测结果表

2.5 预防控制对策

生态影响型控制目标主要为防治土壤盐渍化。西部生态脆弱塌陷区治理以加强生态建设为主[9]，同时对局部耕地集中分布区进行重点治理。由于该区次生盐渍化的主要诱因为地表沉陷导致水位埋深降低或浅层水出露，因此首要措施为源头防控，即控制地表沉陷，在该区可采用限采高留煤柱等绿色保水开采技术[10]以及固废充填封存等减沉技术[11]。其次，在开采前对预测积水区采取预疏排等超前复垦技术[12]，降低地下水水位，由于前期积水区主要位于井田北部海流图河附近，评价建议将积水疏排到河道中。但从土壤环境治理的角度，建议在积水疏排中采取明沟与暗管排水结合[13]，一定程度上将淋洗土壤中的钠离子，降低土壤盐化与碱化程度。后期根据开采进度进行地质与水文地质勘探，在此基础上进行积水预测并改进防治措施。第三，在可能造成盐渍化的区域通过田间测试或室内分析其盐渍化程度，根据监测结果因地制宜，采取合理耕翻、土地平整、粮草轮作[14]、腐殖酸[15]、微生物改良与培肥。在草地区种植耐盐碱植物。

3 讨 论

1)土壤生态影响范围主要为井田开采沉陷范围，且土壤影响的表现形式、危害程度与井田内土地利用、植被状况密切相关，因此土壤现状调查评价范围宜采用生态现状调查范围。

2)煤矿项目井田面积大，沉陷影响范围广，时间长，开采沉陷具有一定的不确定性，因此土壤生态影响预测同地表沉陷预测遵循近细远粗原则，对开采前10年进行图形叠加等定量或半定量分析方法，后期进行定性预测。根据开采进度结合地表沉陷监测[16]进行土壤跟踪监测。

3)在盐化地区，对土壤现状调查与跟踪监测可基于多光谱影像反演[17]结合典型样地的采样分析与室内检测。

4)风沙区地表沉陷导致土壤容重、含水率、田间持水量与pH、有机质等化学性质改变的时效性各不相同[18]。以耕地或牧草地为主的区域，土壤监测因子除《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》以及《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》的因子外，还应包括影响耕地或牧草生产的土壤容重、土壤有机质等理化特性指标。

5)土壤含水率是西部干旱半干旱地区植被生长的重要指标，且与含盐量密切相关。由于土壤含水率随季节、降雨、灌溉等变化而显著变化，土壤含盐量跟踪监测应结合含水率变化情况选在适宜时间进行，实现水盐信息的迅速获取[19]。

6)土壤生态影响与地下水埋深、地下水矿化度、沉陷深度、地表植被等密切相关，因此跟踪监测采样点位布置结合地下水跟踪监测以及沉陷观测进行。同时为进一步掌握土壤盐化与地下水、地表沉陷的关系，在开采沉陷区普遍监测的同时对前期开采典型工作面加密布点。