華亭煤炭開采對水土生態環境的影響及防治對策

孫 英，李愛芳，楊 發，周成錄，趙雪蓮，沈利玲

(1.青海生產力促進中心，青海 西寧 810001；2.華亭縣水務局，甘肅 華亭 744100)

華亭煤炭資源得天獨厚，素有隴東“煤城瓷鎮”之稱。甘肅省煤炭預測儲量為1 428億t，已探明125億t，保有資源儲量120億t，煤炭資源集中分布于慶陽、華亭、靖遠和窯街等礦區，該區域煤炭儲量33.7億t，占全省已探明煤炭儲量的42.4%，擁有地質儲量34.8億t，是全國13個重點產煤基地、西北三大產煤礦區之一，也是甘肅省煤、電、化、運一體化綜合產業開發的核心區。華亭縣地下近134 km2的面積有煤層分布，遍布全縣近2/3的鄉(鎮)，煤炭資源的開發利用從根本上提升了當地的整體經濟水平，然而華亭在享受著煤炭帶來的巨大收益的同時，也付出了資源枯竭、水功能區破壞、生態環境惡化的沉重代價。目前，華亭縣多年平均水資源總量為1.89億m3，其中自產地表水1.649億m3，主要分布在汭河流域，約占全縣水資源總量的69%。全縣水資源可利用總量為1.135億m3，可利用率為60%，人均水資源量972 m3，為全省的88%、全國的46%。華亭經濟發展高度依賴于煤炭資源的采掘，如何在保護生態環境的前提下，實現礦區水資源優化配置和科學合理利用成為一個亟待解決的重要問題[1-3]。

1 煤炭資源開發對水土生態的影響

1.1 煤炭資源開發對土地資源的破壞

1.1.1 破壞森林植被

華亭縣總土地面積1 183 km2，人均占地0.19 hm2，縣內耕地總面積2.79萬 hm2，有水土流失面積861 km2，占總面積的72.8%，是黃河上中游地區水土流失嚴重縣之一。全縣森林覆蓋率僅為36.6%，且土層較薄，土壤類型多樣，平均土壤侵蝕模數為5 000 t/(km2·a)，部分地區高達8 000 t/(km2·a)以上，致使境內水土流失強度大，范圍廣。煤礦區森林植被的破壞極為普遍，多處隨意建設礦山工業廣場、堆放矸石、開山修路、地面塌陷與亂砍濫伐，致使植被覆蓋率急劇下降，尤以亂砍濫伐和人類工程活動破壞面積最大，而這種破壞隨著礦區的發展還將持續增加。

1.1.2 破壞土地資源

華亭煤礦開采對土地資源的破壞表現在：一是井工開采造成塌陷降低了土地利用率并加劇水土流失和沙漠化；二是露天開采區表土剝離毀壞、壓占大量土地；三是煤礦生產固體廢棄物壓占土地。此外，礦山企業開采造成的酸性廢水、尾礦廢水、洗煤廠廢水、廢石堆淋濾溶浸土壤和煙塵的排放等，使礦區及周圍農田土壤受到嚴重污染。華亭縣地處六盤山青年褶皺山區及東部黃土高原的過渡地帶，梁峁起伏、溝壑縱橫、地形復雜。據不完全統計，僅礦區就有各類礦井22對，境內石灰石、陶土、坩泥、石灰石、石英砂等資源也相繼開發，形成以煤電產業為龍頭，化工、建材、陶瓷、電瓷、機械制造等多業并舉的地方工業體系。各類工業廣場及配套設施建設占用的土地以及由開采引起的土地塌陷持續急增，導致可耕地面積持續減少[3]。

1.1.3 引發地質災害

華亭位于鄂爾多斯地臺西南緣，地質構造包含六盤山坳陷體和鄂爾多斯地臺，其上層發育著古生代的寒武、奧陶紀的海相地層。由于加里東運動地殼上升，燕山運動侵蝕、堆積形成了由白堊系、六盤山群沙質泥巖、砂礫巖構成關山主體的中山地形，土層發育薄，厚度0.5～1.0 m，地勢高差大，山高坡陡。以下白堊系及新三系砂質泥巖、砂礫巖構成基底的低山丘陵，黃土發育較薄，一般厚度0.5～20 m，植被稀疏，山平地陡，水土流失嚴重。基于復雜的地質條件，境內煤礦遭受的自然災害種類也相應較多，在山區、丘陵區，臨近溝谷、岸坡的塌陷多誘發崩塌、滑坡、槽狀陷坑等災害；在塌陷發生區域通常會產生連鎖危害，如水庫滲漏、垮壩引發山洪、泥石流等。

1.2 煤炭資源開發對水資源的破壞

1.2.1 對地表水的破壞

露天礦坑和井工礦抽排地下水，使礦區地下水位大幅度下降，造成土地貧瘠，植被退化，加之礦區地面塌陷、植被破壞，造成水土流失加劇；采礦引起地面塌陷，或覆巖冒落等，導致地表水下滲量增加，河流流量減少或斷流，致使地表徑流發生改變。

1.2.2 對地下水的破壞

煤、水資源共存于一個地質體中，在天然條件下，各有自身的賦存條件及變化規律。煤炭資源的開發與開采，總伴隨著地質環境的破壞與改變，也改變了地下水自然流場和補排、流態、動態及水-巖作用環境，導致水資源破壞和水質污染。煤炭開發對地下水資源的破壞程度及其數量，受自然和人為等多方面因素影響，主要是補給條件、地質構造、水文地質條件、開發深度、開發面積、開發階段、開發量大小、大氣降水等。水環境在不斷運動交替中從大氣降水、地表徑流等得到平衡和補給，然而一旦違背客觀規律超強度疏降和破壞，就會引起含水層水位下降并打破水資源原有的平衡狀態，致使表土疏松、裸巖面積擴大，地表沉陷并誘發其他地質災害，從而嚴重制約礦區的農業生產和經濟發展，進而引發一系列生態環境效應。

2 煤炭資源可持續開發對策和措施

2.1 加大污水整治力度，大力發展循環經濟

要保障煤炭資源可持續開發，礦山生態環境的恢復治理至關重要。在工業企業節水方面，水資源是生態環境的核心，堅持循環經濟發展模式體現生態化和可持續發展的要求。華亭煤業集團公司建設了處理能力達3.35萬t/d的綜合污水處理站，華亭城區建有處理能力3.00萬t/d 的污水處理及循環回用工程，全縣還有8個礦井廢水處理站、2個生活污水處理廠、9個地埋式污水處理站等環保設施，這些設施的建成應用，提高了礦井廢水回用率，城市污水處理總量達7 700 m3/d，企業污水處理量達6 800 m3/d，減少污水排放量6 500 m3/d，二次循環利用量5 780 m3/d，再生利用率達到了39.9%。截至2016年底，全縣處理污水218萬t，分別完成COD減排762 t、氨氮減排34 t的任務。全縣國內生產總值達43.34億元，萬元國內生產總值用水量18.82 m3，較2015年下降了7.47%；工業增加值達16.35億元，萬元工業增加值用水量為49.90 m3，與2015年基本持平。農田灌溉水有效利用系數為0.5，用水效率控制目標均在年計劃控制范圍之內。在強調水資源節約的前提下，實行“資源-生產(減少污染)-消費-資源再生(廢棄物回收再利用)”的物質不斷循環流動的過程，是對傳統工業化過程資源浪費和環境破壞的跨越。未來需要進一步加大污水治理力度，大力發展循環經濟。

2.2 保護水源改善水質，科學配置水資源

加強城鄉水源地綜合保護力度，在牛舌堡、四條嶺、車廠溝、上關水庫(水源地)等設立警示標志牌，埋設鐵絲網(綠焊網)圍欄，修建管護房，安裝視頻監控系統，實行24小時全天候監控，確保城鄉居民生活水質安全。控制源頭，切斷污染路徑，減少污染物進入地下水的機會和數量。建立全縣地表水、地下水和中天水聯合定時監測調度系統，針對性地實施水質水量一體的保護管理，確保水資源的合理開發、利用。加強地下水回灌和人工補給增加水資源，改善生態環境[5]。

2.3 建立生態礦區示范基地，推進區域環境整治

實施生態礦區重建和生態功能圈建設、煤矸石堆場復墾、露天采場復墾、礦井水綜合利用等多項措施，嘗試生態環境脆弱區煤炭資源開發生態地質環境保護的新模式。依據全縣煤炭資源開發中生態環境保護的成功經驗與教訓，統籌規劃，制定生態環境脆弱區煤炭資源開發的環境保護規劃，利用采空塌陷區建設占地10萬m2的人民廣場，建成蓮花湖3A級旅游景區和雙鳳山公園、米家溝生態園國家級旅游景區等人文品位頗高的休閑娛樂場所，不斷提升和加強采煤塌陷區生態環境變化研究。以培育生態、優化環境、保護資源、實現人與自然和諧相處為目標，建設經濟、社會、生態三方協調發展的一批水利風景工程[4-8]。

2.4 強化管理，依法保護水資源

加快“采礦保水”法制建設，依法治水、合理開采。以“保護生態環境就是保護生產力，改善生態環境就是發展生產力”的思想為導向，不斷完善水法規體系，加強水行政執法工作，強化水資源的統一管理，規范取水行為，加大對超采地下水、泉域水和污染、破壞水資源的處罰力度，全面加強水資源保護。截至2017年底全縣水保方案編報率為93%，水保設施驗收率僅為19.60%，水保方案實施率只有57.10%，均有不小的提升空間。堅決貫徹執行水法、環境保護法、水污染防治法、水土保持法等法律法規，做到誰污染、誰治理，誰破壞、誰恢復，使專項資金取之有道，用之有效，復墾受獎，不復墾受罰。建立地下水補償專項基金，科學劃分地下水破壞程度等級，建立地下水破壞評估機構，科學厘定地下水破壞等級序列標準，并以此為依據，由礦山企業繳納地下水失衡補償費。強化地下水保護論證管理，地質礦產主管部門應加強“采礦保水”論證管理工作[9-12]。

2.5 深化體制改革，促進水利投資保障機制

多方辦水，做到配水資金多渠道、多層次、多元化。華亭縣通過改革水利工程投資體制，探索出水務項目多元化投資的新路子，華亭縣國有資產投資經營公司利用王峽口水庫現有固定資產，聯合華亭發電有限責任公司、甘肅華明電力股份有限責任公司組建了平涼市第一家股份制供水企業；華亭華電供水有限責任公司融資，實施華亭縣王峽口水庫擴建工程，計劃將庫容為117萬m3、年供水能力僅為230萬m3的“死水庫”，擴建為庫容達750萬m3、年供水能力達920萬m3的“活水庫”。同樣，中煦公司投資建設石堡子水庫工程和石堡子河紀家莊段河道治理工程，保證60萬t/a煤制甲醇項目的順利實施。全縣形成長期穩定的水利建設和保護資金來源，建立水資源開發利用與水環境保護基金。通過政府補貼、社會集資、金融信貸和資本市場等多種形式籌集建設資金，制定“哺農惠農”政策，安排“以工哺農”資金，加大污水回用處理、地下水回灌等水利基礎設施建設，確保全縣水利水保工程的建設。

2.6 強化落實，確保區域環境質量穩步提升

目前，全縣污染物總量指標控制，廢氣中污染物排放總量為16 937 t，其中二氧化硫排放量控制在10 894 t，氮氧化物排放量控制在6 043 t；廢水中COD排放量控制在2 660 t，氨氮排放量控制在230 t，主要污染物化學需氧去除量完成140 t，氨氮去除量完成42 t，工業廢渣排放總量3萬t，綜合利用量完成36.48萬t，工業“三廢”綜合利用產值達到610萬元，完成了上級下達的各項污染物控制指標。經監測，出境段地面水化學耗氧量為12.9 mg/L，地表水水質達標率為90.9%，區域環境噪聲平均值控制在52.2分貝，交通干線噪聲平均值控制在68.5分貝，城鎮飲用水源水質達標率為100%，污水集中處理率77%，城區全年空氣質量優良以上天數達到330天，區域環境質量穩步提升。

3 結 語

煤炭是隴東地區最具優勢的資源之一，而環境是煤炭產業發展的基礎。為了更好地保障礦區經濟可持續發展，煤礦開發必須充分考慮水環境容量和水資源長期承載能力，高度重視礦區各類致災因子的變化及由此產生的環境效應，使礦區發展與礦區生態環境保護和生態重建形成一個完整的科學系統。華亭作為甘肅省現階段重要戰略能源基地之一，決定了煤炭資源大規模開采對華亭縣水資源的賦存和循環條件所產生的嚴重影響。目前，人們關注的重點主要集中在節能減排、煤副產品開發利用、生態修復及其評價等方面[10-12]，而就煤礦開采對水土生態環境的影響及其防治策略方面的研究較少，加強這方面的研究與探討，對科學合理地利用煤炭資源、構建和諧的開發環境、促進生態文明建設具有十分重要的戰略意義。

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[作者簡介] 孫英(1980—)，女，青海西寧市人，工程師，碩士，主要從事科技咨詢和服務工作。

[收稿日期] 2018-01-04