準格爾旗礦山生態(tài)保護和修復技術問題分析與對策研究

趙方瑩，袁志瓊，葉振魁，蘇光瑞，趙 蕾

(北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100083)

黃河是中華民族的母親河，黨和國家高度重視黃河流域生態(tài)環(huán)境保護工作，提出黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略。長時期、高強度的煤礦開采不可避免會造成植被損傷、景觀破碎、土地退化等一系列問題[1-3]，黃河流域煤礦開采呈現(xiàn)上游生態(tài)脆弱、中游環(huán)境超載、下游煤炭耗竭日趨嚴峻的局面。推動高標準、高質(zhì)量的礦山生態(tài)保護和修復，是黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略的要求[4]。2020年，國家發(fā)展改革委、自然資源部聯(lián)合印發(fā)了《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復重大工程總體規(guī)劃(2021—2035年)》，強調(diào)黃河重點生態(tài)區(qū)要恢復礦山生態(tài)環(huán)境，實施地形重塑、土壤重構(gòu)、植被重建的綜合治理。

位于黃河幾字彎區(qū)的內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗煤炭儲量和質(zhì)量居全國前列，是重要的煤炭工業(yè)基地。由于礦區(qū)立地條件多樣，礦山生態(tài)保護和修復技術水平有限，當前準格爾旗礦山生態(tài)保護和修復整體質(zhì)量不高，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境未得到有效保護和改善，甚至出現(xiàn)退化現(xiàn)象。做好準格爾旗礦山生態(tài)修復工作對改善礦山生態(tài)環(huán)境、支撐煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、推動黃河流域高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 區(qū)域概況

1.1 基本概況

準格爾旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東部、毛烏素沙漠東南端，北部與包頭市、東部與呼和浩特市隔黃河相望，東南部、南部與山西省的偏關縣與河曲縣以河為界，西南部與陜西省的府谷縣接壤，西部與伊金霍洛旗、東勝區(qū)、達拉特旗搭界，總面積7 692 km2。屬中溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，旗內(nèi)各地氣溫隨緯度變化呈現(xiàn)差異性，年均氣溫7.8 ℃，極端最低氣溫-30.9 ℃，極端最高氣溫40.4 ℃。年均降水量389.4 mm[5]，自東南向西北遞減，降水集中在4—9月，易發(fā)生短時強降水、冰雹、大風等強對流天氣，并誘發(fā)洪澇災害。年均風速1.7 m/s，無霜期約150 d，積雪厚度20～150 mm，最大凍土深度約1.5 m。區(qū)域海拔870～1 366 m，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，自然環(huán)境條件差，坡梁交錯，溝壑縱橫，土地支離破碎，地表為固結(jié)黃土與風積沙，水土流失嚴重。礦區(qū)主要生境植物種類貧乏，植物群落結(jié)構(gòu)簡單，但具有耐旱、抗風沙、抗貧瘠等特點。

1.2 礦山情況

準格爾旗境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)資源13種，其中具有工業(yè)利用價值的有8種，尤其是煤炭資源儲量和質(zhì)量在全國位居前列，已探明煤炭儲量544億t，遠景儲量1 000億t。目前，準格爾旗有井工煤礦56座，總設計生產(chǎn)能力17 906萬t/a，井田面積總計868.25 km2，可采儲量約98.8億t；露天煤礦65座，總設計生產(chǎn)能力17 420萬t/a，井田面積總計608.62 km2，可采儲量約57.9億t。煤礦主要分布在西部的準格爾召鎮(zhèn)，西南部的納日松鎮(zhèn)、沙圪堵鎮(zhèn)以及東部的薛家灣鎮(zhèn)、龍口鎮(zhèn)等。

2 礦山生態(tài)保護和修復存在的問題

2.1 未能構(gòu)建有針對性的生態(tài)修復措施體系

當前礦山生態(tài)保護和修復技術沒有針對不同立地條件的礦山開采創(chuàng)面和損毀區(qū)域采取針對性措施；沒有針對矸石山自燃、矸石淋洗水對地下水的污染采取有效的防治措施；沒有針對排土場地形變化和地面沉降開展合理的治理；缺少雨洪集蓄利用的相關設計；技術措施之間沒有形成體系，缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，生態(tài)修復的有效性沒有體現(xiàn)；部分礦山生態(tài)保護修復技術方案不適宜實際情況，施工技術不到位。

2.2 缺少必要的行洪通道和完善的截排水系統(tǒng)

準格爾旗屬干旱少雨地區(qū)，水土保持管理部門、水土保持方案編制技術人員、礦企業(yè)主的防洪意識淡薄，礦區(qū)建設時缺少完善的、符合設計標準的行洪通道，排土場缺少必要的防洪通道，高陡邊坡缺少完善的截排水系統(tǒng)，當遇到短歷時強降水時極易發(fā)生災害事故，危及人民生命和財產(chǎn)安全。

2.3 排土場坡體的穩(wěn)定防護措施不到位

煤礦的露天開采形成了大面積的排土場。為了減少排土場的占地面積，大多不規(guī)范排棄作業(yè)，排土場的邊坡坡度不統(tǒng)一，大多數(shù)沒有達到自然安息角(36°左右)，更沒有達到地方規(guī)范要求標準(25°)。沒有對排土場邊坡進行合理的削坡分級，也沒有設置坡腳控制性攔擋。沙柳網(wǎng)格是當?shù)爻Ｓ玫钠旅娣雷o措施和植被恢復措施，然而礦山生態(tài)保護和修復中的沙柳網(wǎng)格規(guī)格不標準，無法起到有效的坡面防護作用，造成坡面不穩(wěn)定、水土流失隱患大。

2.4 土壤改良技術有限

土地復墾和生態(tài)保護修復中對整地要求理解不到位，土壤改良技術不規(guī)范，不能根據(jù)土地利用方式的不同合理進行土地綜合整治和土壤改良；為了翻耕等機械化作業(yè)，對礫石含量要求過嚴；僅追求土壤肥力，而忽視最基礎的土壤物理結(jié)構(gòu)，錯把土壤營養(yǎng)當作土壤肥力；為了提高土地生產(chǎn)能力，忽視了區(qū)域土地承載力，造成了土地綜合整治的投資浪費和生態(tài)修復成效的過早退化。

2.5 未能科學合理進行植物選配

礦區(qū)土地復墾選擇的植被種類單一，沒有做到因地制宜選擇植被品種，生態(tài)系統(tǒng)脆弱；過于追求短期生物量增加，未實現(xiàn)秸稈就地還田，提高土壤有機質(zhì)含量，也未實現(xiàn)種植豆科綠肥植物改良土壤；過于追求視覺景觀效果，選擇的苗木規(guī)格偏大，忽視植被生長的土壤、水分需求，造成植被退化現(xiàn)象。

2.6 未實現(xiàn)對黃河的有效保護

準格爾旗位于黃河主河道沿岸，其礦區(qū)排土場、排矸場在沒有設置攔擋措施和臨時排水系統(tǒng)的情況下進行排土排矸作業(yè)，造成嚴重水土流失，影響入黃泥沙量；礦區(qū)下游溝道未設置有效攔擋措施，沒有對采空塌陷區(qū)、排土場、排矸場的徑流進行攔截凈化，導致入黃徑流的水質(zhì)無法保證，影響黃河水質(zhì)。

3 技術對策

3.1 采用小流域綜合治理模式，加強入黃徑流管控

在采空塌陷區(qū)填平裂縫、設置安全圍欄等常態(tài)化治理基礎上，開展以小流域為單元的水土流失綜合治理，結(jié)合實際情況，在保護原有水系和植被的基礎上，進行礦區(qū)土地綜合整治，提高土地產(chǎn)出率。加強對黃河水源水質(zhì)及沿岸生態(tài)環(huán)境的保護，對黃河沿岸5 km范圍內(nèi)和匯水直接進入黃河一級支流的礦區(qū)，在礦區(qū)下游設置淤地壩、谷坊等工程，避免未處理的徑流直接進入黃河。

3.2 疏通行洪通道，設置完善的截、排、蓄水系統(tǒng)

按照防洪影響評價的要求，不得無序占壓河道，應疏通行洪通道，保證行洪安全。建設礦區(qū)場地和坡面排水系統(tǒng)，尤其是建設完善的邊坡截、排、蓄水設施，從根本上解決邊坡侵蝕的問題，結(jié)合排土場的沉陷變形，截、排水溝優(yōu)先采用柔性材質(zhì)，斷面尺寸需滿足行洪設計標準。建設地表徑流集蓄和節(jié)水利用設施，增強抗旱節(jié)水意識，提高水資源利用效率。

3.3 完善坡腳攔擋與坡面防護技術措施體系

對于已完成排土過程的排土場因地制宜設定標高，避免大規(guī)模土地平整；對于已形成的歷史坡面，按照自然安息角設置坡比，充分保護和利用原有坡面的植被和防護措施；對新建排土場或堆放場地，設置邊坡規(guī)范坡度為25°，對不規(guī)范坡度的坡體進行削坡、放坡等處理，通過水平溝、反向水平條、魚鱗坑等整地方式，提高坡面的抗蝕保水性能，加強坡面穩(wěn)定性。

排土場、排矸場應按照“先擋后棄”的原則進行排棄，并對邊坡進行有效防護。對于已建成的未設置坡腳攔擋和排水溝的排土場、排矸場，依據(jù)坡面防護現(xiàn)狀和植被覆蓋情況，研究并論證補充設置邊坡防護措施的可行性；對于新建排土場、排矸場，在坡腳和有需求的坡面設置漿砌石或干砌石擋墻、鉛絲石籠、生態(tài)袋等攔擋措施，在坡面設置預制框格、土工格室、三維網(wǎng)、沙柳網(wǎng)格等，并采用掛網(wǎng)噴播、水平條或魚鱗坑栽植等方式進行生態(tài)防護，確保坡體穩(wěn)定，有效控制水土流失，實現(xiàn)生態(tài)修復。其中，沙柳網(wǎng)格是當?shù)仄旅嬷脖换謴偷某Ｓ眯问?，干枝沙柳網(wǎng)格主要是作為臨時防護措施，在其他植被長成之前起到防風固沙和攔截坡面徑流的作用；活體沙柳網(wǎng)格主要是作為植被措施，起到防風固沙和水土保持的作用[6]。明確干枝和活體沙柳網(wǎng)格的功能差異，才能采取針對性的措施，不能簡單地認為布設了沙柳網(wǎng)格就完成了生態(tài)修復任務。此外，沙柳網(wǎng)格的邊線夾角應為90°，避免隨意做成順坡的菱形，否則會降低沙柳網(wǎng)格攔截徑流的作用，反而成為引導徑流的通道，形成明顯的細溝侵蝕，加劇水土流失。

3.4 科學進行地塊整理和土壤改良

依據(jù)排土場立地條件和土地規(guī)劃利用方向，進行地形整理。對于復耕地塊，適度放大地塊方格規(guī)格尺寸，避免地塊過于破碎化，便于機械化、規(guī)模化作業(yè)。結(jié)合前期土壤檢測結(jié)果，科學進行土壤改良，首先需要調(diào)整達到合理的土壤物理結(jié)構(gòu)，再采取綠肥植物改良或施肥等土壤營養(yǎng)改良措施，實現(xiàn)土壤肥力的有效提升。在復墾為耕地、人工牧草地的區(qū)域全面整地，在人工栽植方式恢復為林地的地塊宜采用局部整地方式。

3.5 因地制宜配置植物措施

明確生態(tài)修復的植被類型，按照“宜樹則樹、宜草則草、宜荒則荒”的原則，生態(tài)修復選擇的植被類型以抗旱節(jié)水、防風固土的鄉(xiāng)土植物優(yōu)先，按照植物的生物學特征進行群落配置，采用多物種組合配置，避免物種單一，保證生物多樣性和生物群落的穩(wěn)定性。此外，注意植物配置的季相景觀，尤其是冬季常綠樹的配置，實現(xiàn)坡面四季見綠；設置合理的植物配置密度，保證植株個體的生長空間，重點考慮生物耗水量，避免植被群落提前退化。

3.6 瞄準生態(tài)修復限制性因子，采取針對性措施

針對排土場地面沉降大、遇連續(xù)強降雨時易出現(xiàn)管涌和坍塌的特點，防護、排水工程宜采用柔性材料，適應一定程度的變形破壞，實現(xiàn)防護功能。煤矸石處理要做到自燃防控、污染防治和生態(tài)修復并重[7-8]。對于歷史形成的堆矸場，嚴控密封，避免由于措施不當或場地變形，造成漏氣漏水，導致矸石復燃。做好坡體削坡分級、穩(wěn)定攔擋以及截排水系統(tǒng)，對淋洗水進行攔截、集蓄處理，避免污染下游水體和地下水，在此基礎上進行生態(tài)修復。

3.7 基于水資源承載力和土地承載力合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)發(fā)展

依據(jù)礦區(qū)及其周邊水資源量，明確生產(chǎn)和復墾生態(tài)用水的供水方案，配置滴灌等節(jié)水灌溉供水系統(tǒng)；依據(jù)水資源承載力科學規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局，以水定產(chǎn)，結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，制定科學合理的復耕、復綠方案，配套發(fā)展種植、養(yǎng)殖項目。

4 結(jié) 語

準格爾旗煤礦數(shù)量眾多，礦山開采強度大、面積廣、歷史久，造成的生態(tài)破壞嚴重，生態(tài)修復任務重，環(huán)境問題嚴峻。準格爾旗礦山生態(tài)修復應以山水林田湖草沙一體化治理為指導思想，制定地方性的技術規(guī)范與標準以及后續(xù)監(jiān)測、驗收規(guī)程，從技術層面有效地指導礦山生態(tài)修復，做到高標準、高質(zhì)量的生態(tài)修復設計、施工、監(jiān)測與驗收；針對限制性因素，科學引導、合理規(guī)劃，科學治理、合理開發(fā)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)相關單位共同參與、通力合作，推動準格爾旗礦山科學生態(tài)修復工作，實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，支撐黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展。