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传统的观点认为,矿产资源开发对生态环境的影响大多是消极的,积极的作用很小。矿产资源开发会导致土地占用、地质结构破环、化学污染、空气污染,以及植被和景观破环,但也会通过生态修复、治理和生态景观再造等,改善局部生态环境、增加当地就业机会、改善地区经济结构、带动地区经济发展、改善交通条件、增加资源供给等[1]。但最新的观点认为,矿产资源开发必然造成环境扰动,但大部分矿产资源开发对环境的扰动较小,进一步从开采规模、开采阶段、开采方式、油气开发等多方面进行探讨,认为各开发方式对生态环境的影响大不相同[2]。另外,保护区和“三条红线”内也应允许开采矿产资源,但条件更加苛刻而已。
1客观分析矿产资源开发对环境的影响
1.1不同规模矿山对生态环境影响程度不同
1)大型矿山对环境的影响较大。大型(地下)矿山,尤其是大型沉积型矿山的开采,会造成大面积地下水潜水面下降,对生态环境的破坏较大。大型露天煤矿(地表)及大型露天铁矿等的开采,因剥离表土和废石、尾矿堆放,造成占地和地表生态破坏比较严重,可能导致塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,需要重点关注和整治,但如果采用回填技术,所造成的地质灾害可大大减少。2)中小型矿山开采对环境的影响不大。对于中小型矿山开采而言,只要控制废水,不使其流入河流和农田,保护地下水不受污染,并处理好废石和尾矿的堆放问题,其对生态环境的破坏仍属于点状污染的可控范围内,影响不大。如果采用绿色开发技术(如地下开采和废石回填),边开采边治理,其环境影响程度可以控制在较小范围内。当前突出的问题是中小型矿山的资金实力、技术实力较差,环境治理动力不足,需要政府伸出援手。
1.2不同开采阶段对生态环境影响程度不同
一般认为,矿产资源开发过程分成三个阶段:①开采前阶段,包括详查、勘探阶段;②开发利用阶段,指开采阶段;③闭坑阶段,即开采后阶段。由于这三个开采阶段对生态环境的影响不同,对应的生态恢复治理方式也不相同,因此,所采取的治理政策和治理措施不同。1)开采前阶段的影响。在勘查阶段,有些勘查活动需要使用钻机、挖探槽,少部分需要挖巷道(坑探),但因其挖掘的土方量有限,对环境的扰动很小。只要控制好打钻的废水不使其流入农田和溪流,控制挖掘土方的堆放位置,确保点状污染源不变成线状污染源,则其影响程度很小。2)开采阶段的影响。开采阶段分为两种情况:一种是矿山生产周期>(矿山环境恢复治理保证金+矿山环境治理恢复基金)颁布的时间,这时,矿山企业应承担的责任年限=(矿山环境恢复治理保证金+矿山环境治理恢复基金)颁布的时间,政府承担的周期=矿山生产周期>(矿山环境恢复治理保证金+矿山环境治理恢复基金)颁布的时间;二是矿山生产周期<(矿山环境恢复治理保证金+矿山环境治理恢复基金)颁布的时间,矿山企业承担的责任年限=矿山生产周期时间内的矿山治理恢复责任。3)开采后阶段的影响。对于老矿山而言,由于历史原因,没有规定应收取矿山环境恢复治理保证金或矿山环境治理恢复基金,因此,应按照“老矿山老办法”的原则进行处理,由政府承担恢复治理的全部费用。如果生产周期较短,矿山企业已经闭坑,矿山企业生产周期<矿山环境治理恢复保证金+矿山环境恢复治理基金,则责任应由矿山企业或第三方承担。
1.3不同开采方式对生态环境影响程度不同
根据矿床埋藏深度的不同和技术经济合理性的要求,矿山开采分为露天开采和地下开采两种方式。接近地表和埋藏较浅的部分采用露天开采方式,深部则采用地下开采方式[3]。一般来说,地下开采会影响地下的应力结构和地下潜水面,因此,只要做好安全防护,不会对地下的环境产生影响。但露天开采,会对大气、地表和水产生负面的环境影响。露天开采,多为煤、油页岩、铁矿、铝土矿等层状分布的沉积型矿床,在生产过程中重要的环节是掘沟、剥离和采矿,其下降速度的快慢、新水平准备时间的长短,主要取决于掘沟速度。为保证露天矿持续正常的生产,掘沟、剥离和采矿三者之间,在空间和时间上必须保持一定的超前关系,遵循“采剥并举,剥离先行”的原则组织生产。
1.4油气开发对生态环境影响可控
油气大都是埋藏在几千米深的地下,上部有盖层,只要保持正常生产,则其对环境的影响不大,但是如果出现钻井、采油污水随意排放、油气挥发和燃烧、采油过程的“跑冒滴漏”、生产事故等问题,则其对环境的影响较大。但只要加强对生产过程中的管理,减少生产事故和“跑冒滴漏”情况的发生,并做好污水处理,油田气开发对生态环境的影响可以控制在很小范围内。综上所述,不能笼统地说矿产资源开发带来严重的生态破坏和环境污染,而应根据不同类型的矿产资源开发对环境扰动的特点不同,采取差异化的措施。
2矿产资源开发过程中生态环境治理恢复的重点
2.1不同开采阶段矿山生态治理恢复重点
2.1.1开采前阶段在详查和勘探阶段,随着投入和勘探密度的增加,以及槽探、钻探和坑探的增强,找矿活动对生态环境的干扰加重。如果环境的承载力很大,则详查、勘探活动对生态环境的影响很小,反之则很大。如果是生态保护区和旅游景区,因其环境承载力较小,则影响更大。在开采前阶段,生态环境治理恢复的重点是修路的渣土和打钻的泥浆,防止点状污染源变成线状污染源。
2.1.2开采阶段开采阶段要进一步区分单个矿开采、多个矿开采和特殊情况。1)单个矿开采。从生命周期来看,单个矿成长历程可分为成长期、成熟期和衰退期。随着成长期、成熟期和衰退期三个阶段的推进,除了产量由小到大、稳定到逐渐减少外,矿产资源开发对生态环境的压力、对土地的压力也随之增大。因此,单个矿的治理恢复重点是成熟期产量对生态环境的压力,以及中晚期矿山对尾矿库在压力。2)多个矿开采。多个矿山开采期是指多个矿山或多个矿种不是同时开发,但却是聚集性的,如整装勘查区矿产资源开发、矿业经济区开发。由于多个矿山或多个矿种不是同时开发,有的处在详查、勘探期,有的处在开采期,有的处在开采后期,但总体上是聚集的,规模较大,因此,从规划期到衰退期都要严格管理。3)特殊情况。在煤炭开采过程中,煤矸石排放量为原煤的10%~20%,在洗煤加工过程中,其排放量为洗煤量的15%~20%,排放量较大。因此,要加强管控,防止煤炭在开发过程中发生“跑冒滴漏”情况。
2.1.3开采后阶段开采后矿山,尤其指废弃矿山,要因地制宜,考虑废弃矿山土地恢复后适合如何利用,如建设用地、农田开发、城市垃圾废弃物填埋场、水产养殖场、地质公园[3],先做好规划,再进行开发。
2.2不同规模矿山生态恢复治理重点
1)中小型矿山。中小型矿山的开发总体上对环境的影响不大,但应注意,不要让中小型矿山的点状污染源(点状的渣土、植被、污水)变成线状污染源、面状污染源,则其环境影响不大。2)大型以上矿山。大型以上矿山开采对生态环境的影响较大。无论修建厂房的面积、职工生活宿舍的面积,还是尾矿库的面积,均比较大。如果是露天开采(煤矿、铁矿、铝土矿等),则还需考虑排土场、露天采场的数量;如果采用地下绿色开采,由于尾矿库和排土场都在地下,则只需考虑修建厂房的面积和职工生活宿舍面积。2.3不同开采方式生态恢复治理重点1)地下开采。传统的地下开采,影响地下结构和地下潜水面,但如果采用边采边回填的技术,则可以大大减少传统的地下开采对环境的影响。现实情况是两种技术都在使用,所以,应注意更多地采用边采边回填技术。2)露天开采。露天开采突出的是露天采场、排土场、尾矿库,应尽量减少露天采场、排土场和尾矿库的面积,从而减少露天开采的扬沙、粉尘的影响面积和占覆(压覆)面积。
2.4油气开采不同阶段的恢复治理重点
1)油气勘查阶段。油气勘查不同于固体矿产勘查,允许“边探边采”,因此,油气开采的阶段划分与固体矿产不同,其分为圈闭预探和油气藏评价两个时期。油气勘查阶段的重点是勘查后期的“跑冒滴漏”问题和搭建钻塔、修建公路对周边环境影响。2)油气开采阶段。油气开采阶段的重点是开采过程的管理,减少“跑冒滴漏”情况、生产事故和随意性的发生。需要二次注水的石油开采均对环境造成影响,包括钻井污水,每口井约产生300m3重金属超标;采油污水,采油1t需注水2.5t(如长庆油田);洗净污水以及处理人工注水产生的污水。不过油气开采会造成地下水位下降、地表下沉、水资源极度匮乏[4],应注意节约用水,尽量避免地下水位下降、地表下层和水资源极度匮乏,注意污水的再次利用。3)废弃油田。废弃油田包括两种情况:一种是老油田,老油田没有规定收取矿山环境治理恢复保证金和矿山环境恢复治理基金,以及油田的治理责任主体和责任大小。生态恢复治理基金(恢复治理基金)部分,已通过利润、成本等方式走账,所以老油田的治理责任应由国家、地方政府和企业负责,即废弃油田的治理责任由政府负责;另一种是油田生产周期》(矿山环境治理恢复保证金+矿山环境恢复治理基金)颁布的时间,这种情况下,企业或第三方只承担(矿山环境治理恢复保证金+矿山环境恢复治理基金)颁布的时间。
关键词:水泥灰岩矿山;生态环境;评价指标体系
中图分类号:X22文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)08-1806-04
Ecological Impact Evaluation Index System of Cement Limestone Mine Development in Hebei Province
ZHANG Rong-zhi,ZHANG Yan,MENG Ling-yao,SHI Mi-wei
(Institute of Geographical Science, Hebei Academy of Science, Shijiazhuang 050011, China)
Abstract: Based on the analyses of ecological problems from cement limestone mine development, an evaluation index system of ecological impact was established considering ecological consequences and ecological restoration potential. Five level primary indicators and fifteen secondary indicators were embodied in the index system as a whole. Analytic hierarchy process (AHP) was used to determine the weight value of the secondary indicators. This evaluation index system was used to quantitatively evaluate the typical cement limestone mining in Hebei Province. The results showed that the ecological impact level of the typical cement limestone mining was Ⅰ of a less severe level in 1987 and Ⅲ of a heavier impact level in 2007. It revealed that cement limestone mine development had a more serious impact on the ecological environment of the local area.
Key words: cement limestone mine; eco-environment; evaluation index system
河北省是我国水泥生产大省,水泥生产的主要原料是石灰岩矿。受石灰岩赋存方式的制约,绝大多数石灰岩矿都是露天开采,而露天开采方式对区域生态环境的破坏程度较大,甚至影响整个矿区生态系统的完整性、稳定性,产生严重的生态环境问题[1]。通过对河北省内具有代表性的水泥灰岩矿区及其周边区域进行生态现状调查表明,河北省水泥灰岩矿区整体植被覆盖度不高,原始植被覆盖度一般为30%~60%;植被类型以草本植物、灌木植物为主,基本无高大乔木;植物群落较多,生物多样性较好。水泥灰岩矿山山体表面土类以砂土或砂石混合土为主,土质较差;土层厚度不均,一般为5~20 cm,较厚的地方可达50 cm以上,而有的地方岩石,无表土覆盖;土层稳定性差,易被雨水冲刷流失。建立水泥灰岩矿区开发生态影响评价指标体系,客观反映矿山开发生态环境影响的主要制约因素和影响程度,便于有针对性地制定水泥灰岩矿区生态环境保护对策和生态恢复措施。
国外生态影响评价指标体系研究多集中在系统的生态健康[2]、生态安全[3]方面。国内对矿区地质环境、矿区环境质量的综合评价指标体系研究较多[4-8],对矿区生态环境影响评价指标研究相对较少,其中针对水泥灰岩矿区生态评价方面的指标体系研究更少。目前主要的研究有钱金平等[9]从自然生态环境子系统和社会生态环境子系统两方面构建了18项指标的生态环境影响评价指标体系,唐晓兰等[10]建立了以影响受体为对象的指标体系等。
本研究在分析水泥灰岩矿山开发引发的区域生态环境问题的基础上,着重从矿山开采活动产生的后果和矿区生态恢复潜力两个角度筛选评价指标,构建了由5项一级指标、15项二级指标构成的水泥灰岩矿区生态影响评价的指标体系,并采用层次分析法(AHP)确定各个指标的权重值,力求客观评价河北省水泥灰岩矿山开发所产生的生态影响程度。
1材料与方法
1.1评价指标体系建立的思路和原则
基于对水泥灰岩开发产生的生态问题分析可知,水泥灰岩开发产生的影响主要体现在对矿区环境质量影响、生态环境影响、地质环境影响和社会环境影响几方面。另外,根据实地考察,位于不同地区的同等规模的水泥灰岩矿山开发后,其生态恢复难易程度和恢复效果不同。因此,本研究指标体系的构建着重从矿山开采活动产生的影响后果和矿区生态恢复潜力两个角度筛选评价指标,区别于已有的研究成果[2-10]。
为体现对矿山开发影响评价结果的科学性和准确性,在指标体系建立过程中,遵循以下几方面原则。
1)科学性原则。指标体系的确定应能够直接反映水泥灰岩矿山开发活动所产生的生态环境影响情况及存在的主要问题。
2)数据可得性原则。指标体系的建立应充分考虑所用指标数据的可得性,尽可能利用现有的统计数据及易于观测的资料。
3)可操作性原则。指标应具有一定的操作性,不应盲目求全求大,过于复杂将直接导致可操作性降低。
4)准确性原则。所选用的评价指标尽量以定量化指标为主,以便能够较为准确地反映生态影响情况。
5)系统性原则。从能够反映一个系统的整体结构和功能角度,遴选出相应指标来反映所产生的影响。
1.2评价指标体系构建
根据指标体系构建原则,构建了由5项一级指标、15项二级指标组成的水泥灰岩矿区生态影响评价的指标体系,见表1。
1.2.1环境质量影响指标矿山开发主要的环境质量影响是开采区粉尘污染影响和弃渣堆存产生的固废污染影响,因此用扬尘产生面积比和固废排放强度2项二级指标来反映。其中①扬尘产生面积比=开采面积/矿区面积;②固废排放强度以剥采比表示。
1.2.2生态环境影响指标选取地貌破坏强度、植被破坏强度、水土流失增率、景观破碎度4项二级指标。其中①地貌破坏强度=受破坏面积/矿区面积;②植被破坏强度=受破坏植被面积/原有植被面积;③水土流失增率=采后水土流失增量/背景水土流失量;④景观破碎度用景观斑块破碎化指数表示,反映由于自然或人为因素的干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程[11]。
1.2.3地质环境影响指标选取地质灾害面积比、矿山生态恢复治理率2项二级指标。其中①地质灾害面积比=地质灾害面积/矿区面积;②矿山生态恢复治理率=已生态恢复矿山面积/矿山面积。
1.2.4社会环境影响指标选取环境敏感度和视觉敏感度2项二级指标。其中①环境敏感度用矿点距环境敏感区(如自然保护区、风景名胜区、文物古迹保护区、水源保护区、城镇等人口集中区)的距离表示;②视觉敏感度以矿山距国道、铁路、高速公路的距离来表示。距离越近产生的影响就越大。
1.2.5生态恢复潜力指标选取了气候、区域植被、土层厚度、土壤有机质含量、土壤侵蚀5项二级指标。其中①气候条件是生态恢复潜力的一项重要指标,在此以反映降水、蒸发、温度等综合气候因素的气候干燥度表示;②区域植被原始状况在很大程度上反映区域生态恢复潜力。区域植被较好,说明该区域的生态系统稳定性好,抗逆性强,受破坏地区的植被恢复能力就越强。③植被恢复离不开土壤,主要与土壤厚度、有机质含量相关。④土壤侵蚀度越高,生态恢复潜力越低,用土壤侵蚀模数表示。
1.3水泥灰岩矿区生态影响评价方法
为了说明水泥灰岩矿山开发产生的生态影响程度,首先对各评价指标进行确权,然后计算生态影响评价值,最后对评价值进行分等定级。
1.3.1生态影响评价指标权重的确定指标权重的确定采用层次分析法(AHP)[12]进行。AHP法是美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的,此方法巧妙地把定性分析和定量分析结合了起来[12],适合于多目标决策。通过进行系统分析计算,最终确定各个一级指标和二级指标的权重值见表1。
1.3.2生态影响评价值计算水泥灰岩矿区生态环境影响评价值利用加权求和法对目标层逐层进行计算,直到最高层。计算公式为:
A=■ωiDi;■ω■=1
式中,A为某一矿区评价值;Di为指标标准化值;ωi为指标的相应权重值;m为指标总数。
1.3.3评价等级值计算为了使水泥灰岩矿区生态环境评价结果具有可比性,对生态影响评价值进行了等级划分,即建立评价等级标准值。一般是评价者或专家进行人为的分等定级,本研究结合有关标准、规范和经验数值等确定评价等级标准值如下:
1)建立水泥灰岩矿区生态影响评价因子等级阈值,即对评价因子进行分等定级,见表2。
2)将矿区生态环境影响程度划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个级别,各级别代表的影响程度见表3。
3)将各因子等级阈值进行标准化,结合表1中相应因子的权重值,利用1.3.2中公式,计算不同等级对应的生态环境影响综合评价值,得出水泥灰岩矿山开发的生态环境影响等级分值,见表3。
2结果与分析
2.1唐山市丰润区典型石灰岩矿区应用与评价
丰润区位于唐山市西北部,地处燕山褶皱带东段南缘与华北拗陷区的交界地带,属河流冲洪积扇地貌。评价区域位于丰润区西北部,东经118°01′43.14″-118°09′16.99″之间,北纬39°50′48.60″-39°55′51.50″之间,面积11 019.03 hm2,目前开采的矿山属于王官营矿区,面积为2 259.58 hm2,约占评价区域面积的20.51%。
本研究选取了1987年TM影像数据,以及2007年的中巴资源卫星02B星CCD数据,通过人工解译,对两个时段的影像数据进行对比分析,并借助GPS进行实地验证调查,结合表1评价指标体系,得出丰润区西北部山区水泥灰岩矿区生态环境影响综合评价结果见表4。
表4表明,从矿山开采初期即1987年至开采20年后即2007年,研究区域生态环境发生了较大的变化。主要体现在由于矿山开采面积的增加,原有地貌破坏程度、植被破坏程度、可能发生地质灾害的面积均明显增加。研究区域被开采部分矿区均未进行生态恢复,矿山开采、基岩面积的增加导致开采区水土流失模数及水土流失量大量增加,区域水土流失增率从1987年的3.16%增加到了2007年的32.88%。
通过对影像数据对比分析,评价区域除原有开采斑块面积扩展较明显外,新增斑块数量较少,对区域景观影响不大,研究区景观破碎化指数变化不明显,1987年为0.17,2007年为0.19。研究区气候干燥度为0.8~1.2,属半干旱地区;区域植被以灌草为主,有林地比重较小。土层厚度约20~35 cm,原地貌土壤侵蚀为600 t/(km2・a),区域生态环境具有一定的恢复潜力。
112国道与本研究区域西部相邻,本矿区距112国道仅100 m左右,视觉敏感度较高。研究时段间区域内增加了唐山地表饮用水源保护区,区域的环境敏感程度增加。
研究区域1987年和2007年生态环境影响综合评价值合计分别为0.773和0.387。通过与表3对比分析可知,该区域生态影响评价等级从1987年的I级影响较轻,降为2007年的Ⅲ级影响较重。因此20年的矿山开发活动对区域生态环境造成了比较明显的不良影响。
3小结与讨论
水泥灰岩矿山开发造福人类的同时,会对生态环境造成复杂而严重的影响,如果只考虑单一因素、用单一指标将无法对这种影响进行较好评价。本研究从矿山开采活动产生的生态影响后果和矿区生态恢复潜力两个方面,建立了一套由5项一级指标、15项二级指标构成的较为完整、客观反映矿山开发生态影响的评价指标体系。采用该指标体系,借助历史资料和遥感数据,对河北省唐山市丰润区典型水泥灰岩矿区开采产生的生态影响进行对比分析评价可知,自1987年大规模开发利用以来,水泥灰岩矿山的开发利用已经在局部区域产生了较明显、较严重的生态影响;根据各单项指标评价结果,可找出矿区存在的主要生态环境问题为地表土壤和地表植被遭到破坏,因此进行生态恢复的切入点是植物赖以生存的土壤条件的修复,比如充分利用矿区开发初始剥离的表土等。
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