白楊河礦區(qū)煤炭開采對流域生態(tài)系統(tǒng)的影響

李 娜

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

為落實生態(tài)文明，減少礦區(qū)開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響，礦區(qū)總體規(guī)劃須在規(guī)劃草案編制過程中，同步開展礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評。煤炭礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評主要是從源頭預防和減輕礦區(qū)規(guī)劃實施對環(huán)境的影響，從環(huán)境保護方面優(yōu)化和調整礦區(qū)總體規(guī)劃，指導礦區(qū)規(guī)劃項目的綠色開發(fā)[1]。通過深入論證區(qū)域資源環(huán)境承載能力和規(guī)劃實施環(huán)境影響預測分析，提出基于資源環(huán)境可承載的、確保礦區(qū)生態(tài)環(huán)境安全的礦區(qū)煤炭資源開發(fā)空間布局管制、煤礦建設規(guī)模和建設時序優(yōu)化調整建議，以及礦區(qū)煤炭建設項目環(huán)境準入條件[2]，這是落實《“十三五”環(huán)境影響評價改革實施方案》中要求以生態(tài)保護紅線、 環(huán)境質量底線、資源利用上線和環(huán)境準入負面清單(簡稱“三線一單”)的有效手段之一。尤其是西部生態(tài)脆弱區(qū)煤礦區(qū)建設給礦區(qū)環(huán)境保護工作帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)[3]，礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評應守住生態(tài)底線，注重生態(tài)環(huán)境影響評價和環(huán)境敏感點的影響分析[4]。

本次研究為嚴格落實習近平生態(tài)文明思想和“加強生態(tài)環(huán)境保護，努力建設天藍地綠水清的美麗新疆”的重要指示精神，以維護白楊河流域水源涵養(yǎng)等重要生態(tài)功能、水環(huán)境功能等為導向，嚴格控制礦區(qū)開發(fā)強度，優(yōu)化開發(fā)方案，提出規(guī)劃的優(yōu)化調整建議。

1 規(guī)劃概況

白楊河礦區(qū)位于新疆塔城地區(qū)和什托洛蓋煤田的西部，是新疆繼三塘湖煤田、準東煤田之后的又一特大型整裝煤田。礦區(qū)距克拉瑪依市90km，東距塔城和什托洛蓋鎮(zhèn)約8km，行政區(qū)劃屬于新疆塔城地區(qū)。

2015年國家發(fā)改委批復的該礦區(qū)面積3293.61km2，劃分為17個井田、3個勘查區(qū)、3個公益林保護區(qū)，礦區(qū)總規(guī)模74.6Mt/a，可采儲量11534Mt，均衡服務年限77a。白楊河礦區(qū)尚未大規(guī)模開發(fā)。

2 研究區(qū)概況和生態(tài)保護目標

2.1 研究區(qū)地形地貌

白楊河礦區(qū)位于準西北和什托洛蓋盆地的中西段，北鄰吾爾喀什爾山和塞米斯臺山，南靠加依爾山、成吉思汗山、哈拉阿勒特山?？傮w上是一北高南低，東西略高，中部白楊河流域稍低的傾斜盆地。

2.2 生態(tài)功能區(qū)劃

根據(jù)《新疆生態(tài)功能區(qū)劃》，白楊河礦區(qū)屬于準噶爾盆地溫性荒漠與綠洲農業(yè)生態(tài)區(qū)—準噶爾盆地北部灌木半灌木荒漠生態(tài)亞區(qū)—白楊河河谷林、烏爾禾雅丹地貌保護生態(tài)功能區(qū)，其主要生態(tài)服務功能是“土壤保持、景觀多樣性維護、旅游”。其主要保護目標是保護河谷林、保護地貌景觀。

2.3 生態(tài)保護目標

該研究區(qū)主要的生態(tài)保護目標為：從礦區(qū)中部由北向南穿過的白楊河及其支流，分布于白楊河兩岸的公益林及豐富的第四系水資源，該流域生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域生態(tài)安全、生物多樣性保護具有重要作用。

3 礦區(qū)煤炭開采對流域生態(tài)系統(tǒng)的影響研究

3.1 礦區(qū)典型煤礦采煤沉陷影響預測

白楊河礦區(qū)含煤巖組有侏羅系中統(tǒng)西山窯組(J2x)和下統(tǒng)八道灣組(J1b)。礦區(qū)內共含可采和局部可采煤層60層，平均可采總厚為130.21m，主要可采煤層10層。

本次研究通過劃分區(qū)域，在礦區(qū)東、中、西部選擇了5個礦井作為典型代表礦井，運用概率積分法模型，對礦區(qū)煤炭開采地表沉陷進行了模型預測，并對其他12個礦井的地表沉陷情況及影響進行了類比分析。礦區(qū)規(guī)劃17個礦井的地表下沉最大值預測結果見表1。

根據(jù)地表沉陷預測結果，礦區(qū)開采后沉陷面積約1513.39km2，位于白楊河兩岸礦井開采后的地表下沉值在40m以上。

3.2 礦區(qū)采煤沉陷對地表徑流的影響研究

礦區(qū)內白楊河流域涉及的河流主要有白楊河、布爾闊臺河、鐵廠溝河(也叫科克塔勒河)。本研究運用ArcGIS空間分析工具，利用30m精度的DEM數(shù)字高程圖，對礦區(qū)及周邊區(qū)域進行流域水文分析，分別計算和分析礦區(qū)沉陷前和沉陷后地形地貌特征、流域分布特征及其相應的地表水文變化特征。采煤沉陷前后礦區(qū)地表水系變化對比如圖1所示。

圖1 白楊河礦區(qū)采煤沉陷前后地表水系變化對比

圖1顯示，規(guī)劃井田全部開采后由于地表下沉深度、面積較大，白楊河流域四條河流在礦區(qū)內受地表沉陷影響的區(qū)域出現(xiàn)較大程度的改道。其中，布爾闊臺河在礦區(qū)南部將向東改道，鐵廠溝河在礦區(qū)南部將向北改道，白楊河在礦區(qū)中南部將向西南改道，白楊河東側季節(jié)性支流徑流方向也將向西北偏移。河流改道可能在沉陷區(qū)內形成漫灘，增大地表水蒸發(fā)量，導致河流干涸、斷流。

由于河流中部開發(fā)的礦井煤層數(shù)較多，煤層累積采厚較厚，從而出現(xiàn)比較明顯的下沉盆地，進而影響河流的地表形態(tài)、匯水條件，對下游公益林的補給和克拉瑪依市的城市供水產生嚴重的影響。

3.3 礦區(qū)采煤沉陷對白楊河流域植被的影響研究

3.3.1 地表沉陷對植被的影響規(guī)律

煤礦開采過程中，地表塌陷區(qū)根據(jù)塌陷形式的不同分為兩種程度的干擾區(qū)：一種是采區(qū)邊緣，沉陷盆地邊緣容易形成地表裂縫，同時微地形發(fā)生改變，這一區(qū)域植被擾動較大，生長于該區(qū)域的植會受到嚴重破壞，可能導致死亡；另一種形式是整體下沉，即位于沉陷盆地內部，該區(qū)域內土壤結構發(fā)生一定程度改變，其他都無較大影響，稱為輕度干擾區(qū)，生長在該區(qū)域內的植被受沉陷影響不大，個別出現(xiàn)歪斜、退化的現(xiàn)象，通過自然演替能夠恢復植被蓋度。

地表植被一般通過汲取大氣降水或地下水來維持生長需求，李衛(wèi)紅[5]等研究顯示，在干旱區(qū)內陸河流域在地下水位梯度上，植被蓋度于地下水埋深大于4m時開始出現(xiàn)明顯下降趨勢，不同地下水位條件下植被蓋度變化趨勢如圖2所示。

圖2 不同地下水位條件下植被蓋度變化趨勢

在沉陷盆地邊緣，由于地表裂縫的形成以及微地形的變化導致區(qū)域水環(huán)境發(fā)生改變，可能影響該區(qū)域植被類型的分布以及植物生長情況。在塌陷初期草本植被退化明顯，可能演替為以一年生為主的群落類型，植被蓋度下降，使得區(qū)域生態(tài)效益及生態(tài)保護功能降低。位于沉陷盆地邊緣的灌叢和木本植物會因為地形改變而發(fā)生傾斜，一些矮小的灌木會因為地下水位的變化而出現(xiàn)退化，甚至死亡；對于胡楊、梭梭等根系較為發(fā)達、耐旱、耐鹽堿的超旱生植物種來說，長勢會出現(xiàn)衰退，一般不會死亡。而對于沉陷盆地底部的植被，由于匯水和地下水位升高，該區(qū)域的植被蓋度有可能升高。

3.3.2 礦區(qū)采煤沉陷對白楊河河岸林的影響研究

1)白楊河流域植被分布規(guī)律。白楊河南北向流經礦區(qū)，為礦區(qū)主要的地表水源，河兩岸植物種相對豐富，分布在河兩岸的胡楊林為區(qū)域重要生態(tài)保護目標。本次研究對白楊河兩岸的植被進行了樣方調查，對植被類型、生長狀況及樣方所處區(qū)域的環(huán)境因子進行了分類整理。根據(jù)調查結果，白楊河兩岸植被分布情況按照地貌、植被和徑流特點自北向南可分為：白楊鎮(zhèn)水庫壩址至出山口段、出山口至白楊河洼地段、白楊河洼地至白楊河水庫段，共計3段。

白楊鎮(zhèn)水庫壩址至出山口段。址至出山口段河長約為9.2km，河流兩岸的灘地上分布有河谷次生林，樹種主要為苦楊、樺樹、柳樹等喬木，林下分布有少量的灌木，灌木主要為薔薇、白刺等，河谷草地主要植物組成有芨芨草、苦豆子、蘆葦、黃花苜蓿、拂子茅、禾草等，蓋度約為10%～20%。該段白楊河河谷屬于“V”型河谷，谷底狹窄，水流湍急，河道彎曲，谷底寬度20～30m。由于受河谷地形的限制，該段河谷林主要分布在水分條件相對較好的河漫灘及近河低階地上，該區(qū)是河谷林的主要分布區(qū)，河谷林郁閉度不高，分布較為狹窄。目前，該區(qū)主要依靠地下水、河水側滲和河流洪水漫灌，以供給河谷林草生長所需水分，基本處于天然狀態(tài)下維持河谷林草生境條件下的生態(tài)平衡。

白楊河出山口至白楊河洼地。這段河段長43km，地貌單元為山前傾斜礫質平原，由西北向東南傾斜。河流已出山谷進入平原，河床已無明顯的河灘和兩岸階地之分，加之本段河水垂直滲漏較大，使得兩岸植被的水分供給條件變差，本河段已無河谷林分布，取而代之的是以檉柳為主的荒漠植被，并且植被蓋度極低，小于3%。本段荒漠植被主要依靠天然降水維持其生長所需水分條件。

白楊河洼地至白楊河水庫。白楊河洼地至白楊河水庫段，地貌單元為細土平原，河谷寬闊，河流階地發(fā)育，一、二級階地上植被發(fā)育，河谷林以次生林為主，主要樹種有胡楊、苦楊、榆樹等，林下灌木主要為檉柳，河谷草地主植物組成有蘆葦、芨芨草等。白楊河礦區(qū)植被分布情況如圖3所示。該區(qū)植被以草甸植被為主，沿河分布長度約17km，分布范圍較廣，最寬處可達2km 左右。根據(jù)地形特點，白楊河河水已無法對該區(qū)進行漫灌，此區(qū)因地形變緩、地層顆粒變細，導致地下徑流受阻，以泉水溢出的形式回歸地表，排泄到白楊河，地下水水位較高，而河谷林草生長所需的水分條件也主要依靠本區(qū)較高的地下水位。

圖3 白楊河礦區(qū)植被分布情況

2)礦區(qū)開發(fā)對白楊河河岸林的影響。①白楊鎮(zhèn)水庫壩址至白楊河出山口河段，由于該段河流位于采煤沉陷區(qū)的上游，礦區(qū)開發(fā)沒有影響該段河流的地形地貌和匯水條件，因而對該區(qū)域植被沒有影響；②河流流經礦區(qū)的中部洼地段，該區(qū)域地勢平坦，植被分布廣泛且蓋度較高，但是因礦區(qū)集中開發(fā)的大型礦井集中在該區(qū)域，可采煤層12～24層，累積可采厚度20～60m，經模型預測最大沉陷深度在40m以上。沉陷后一方面會改變植被生長的地形地貌環(huán)境，一方面會改變植被生長賴以生存的地下水，因此該段植被蓋度可能會降低，長勢走向衰?。虎弁莸叵掠魏佣?，雖然該區(qū)域沒有礦區(qū)的開發(fā)，不在沉陷區(qū)內，但由于上游地形地貌、匯水條件的改變，會使得下游河道改道，補給量大大減少，因而也可能出現(xiàn)植被蓋度降低，植被長勢退化等現(xiàn)象。

4 結 論

白楊河流域地處準噶爾盆地西北緣，位于《全國生態(tài)功能區(qū)劃》確定的天山水源涵養(yǎng)與生物多樣性保護重要區(qū)，位于《新疆主體功能區(qū)規(guī)劃》中的塔額濕地草原生態(tài)功能區(qū)和準噶爾西部荒漠生態(tài)功能區(qū)，以及《新疆生態(tài)功能區(qū)劃》中的白楊河河谷林、烏爾禾雅丹地貌保護生態(tài)功能區(qū)，區(qū)域生態(tài)功能敏感、重要。規(guī)劃礦區(qū)及周邊分布有白楊河源頭水系、飲用水水源保護區(qū)、國家和地方級公益林等重要環(huán)境敏感區(qū)；同時，區(qū)域水資源匱乏，流經礦區(qū)的白楊河為下游城鎮(zhèn)生活、工業(yè)、農業(yè)、牧業(yè)用水的主要水源和下游艾里克湖的主要地表徑流補給源。礦區(qū)煤炭大規(guī)模開采后地表沉陷深度、沉陷面積較大，對白楊河地表形態(tài)和徑流條件、地表水和地下水的補排關系均將產生較大影響；新增取水將進一步加大區(qū)域水資源供需矛盾，影響城鎮(zhèn)居民用水、工農業(yè)用水安全，減少艾里克湖及周邊濕地生態(tài)補水。

礦區(qū)開發(fā)應堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展。嚴格控制礦區(qū)開發(fā)強度，優(yōu)化開發(fā)方案，白礫山一號等9座礦井對白楊河流域地表水徑流條件、地表水和地下水的補排關系、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能等均將造成較大不良影響，存在重大環(huán)境制約，建議暫不開發(fā)。