王行風(fēng), 汪云甲

(1.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116;2.江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 徐州 22116)

累積效應(yīng)研究，強(qiáng)調(diào)多項(xiàng)活動或多次重復(fù)活動在長時(shí)間和較大空間范圍內(nèi)對環(huán)境的疊加累積性影響[1-3]。煤炭資源開發(fā)所固有的時(shí)間持續(xù)性、空間擴(kuò)展性和強(qiáng)干擾性，使得礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)顯著。盡管國內(nèi)外專家針對煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)理進(jìn)行了多方面的分析[4-6]，但尚未對煤炭資源開發(fā)的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。因此，這里以煤礦區(qū)為研究對象，從累積效應(yīng)產(chǎn)生過程出發(fā)，對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)的概念、類型和形式等作了初步探討，以對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)研究提供一定的幫助。

1 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)的概念與類型

礦區(qū)生態(tài)累積效應(yīng)是生態(tài)效應(yīng)在時(shí)間和空間尺度上的累積，是指礦區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)受到過去、現(xiàn)在的外力作用和未來可預(yù)見的外力作用(主要是以煤炭資源開發(fā)為主的各種人類活動等)下，所發(fā)生的響應(yīng)與變化結(jié)果，各種變化之間具有高度的相關(guān)性，具有時(shí)間和空間兩方面的表現(xiàn)特征，形式復(fù)雜多樣。如礦區(qū)內(nèi)水體的變化，不僅受到一個(gè)工程的影響，而且還受到其它工程或人類活動的影響。這些活動之間的交互作用、連鎖反應(yīng)非常復(fù)雜，疊加在一起就共同構(gòu)成了礦區(qū)的水環(huán)境問題[7]。

煤礦資源開發(fā)的特點(diǎn)，使得各種生態(tài)累積效應(yīng)在不同礦區(qū)、不同階段具有不同的表現(xiàn)形式，或顯式，或隱式，不同的累積效應(yīng)形式組合交織在一起，具有高度的相關(guān)性。煤炭資源開發(fā)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響種類繁多，表現(xiàn)形式復(fù)雜。

2 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積影響源、累積效應(yīng)形式

2.1 累積影響源

采動生態(tài)累積效應(yīng)，是從采動角度分析煤炭資源開采所導(dǎo)致的巖層和地表移動作用對生態(tài)環(huán)境各要素的時(shí)空影響。累積影響源是和開采活動相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如采區(qū)和工作面布置方式、工作面的推進(jìn)速度、開采工藝、開采規(guī)模和頂板管理方法等，這些決定著對礦區(qū)生態(tài)要素的影響方式和途徑。

礦區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈累積效應(yīng)，是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)集聚的角度，分析礦區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境各要素的脅迫和促進(jìn)作用。產(chǎn)業(yè)類型的特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演變和產(chǎn)業(yè)活動的空間布局等，決定著對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)影響程度和途徑。產(chǎn)業(yè)鏈累積效應(yīng)，就是指煤炭資源從開采、加工、開發(fā)利用直至廢棄處理，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈形過程中所產(chǎn)生的環(huán)境影響累積起來就會形成產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)境負(fù)荷，從產(chǎn)業(yè)鏈條來看，這種環(huán)境負(fù)荷具有累積遞增性質(zhì)。因此，在進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)研究時(shí)，應(yīng)在分析煤炭產(chǎn)業(yè)鏈所帶來的生態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，考慮延長產(chǎn)業(yè)鏈、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈及其空間布局，這對于降低或者減緩生態(tài)環(huán)境的累積效應(yīng)具有積極意義。

礦區(qū)發(fā)展在空間上，表現(xiàn)為空間影響范圍的逐步推進(jìn)和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的演變兩個(gè)方面。因此，礦區(qū)發(fā)展的空間累積影響源，可從礦區(qū)的外部環(huán)境和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行分析(圖1)。礦區(qū)外部環(huán)境因素中，區(qū)位是指礦區(qū)及其外部的自然、經(jīng)濟(jì)、政治等客觀事物在空間上相結(jié)合的特點(diǎn)。如地處發(fā)達(dá)城市的礦區(qū)(如京西、徐州等礦區(qū))，雖然礦區(qū)開發(fā)可以依托城市功能進(jìn)行，但是也帶來了對生態(tài)環(huán)境造成的協(xié)同效應(yīng)；遠(yuǎn)離城市的礦區(qū)(如潞安、大屯等礦區(qū))，雖然交通不便，難以和城市協(xié)同發(fā)展，但其他活動對生態(tài)環(huán)境的影響可能要小一些。煤礦區(qū)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)直接影響著各種影響源的作用強(qiáng)度、組合方式和累積效應(yīng)的結(jié)果。如淮南礦長期以來，一直按照“多點(diǎn)布局”的形態(tài)發(fā)展[9]。這種發(fā)展使得淮南市的城市形態(tài)完全服從于產(chǎn)業(yè)的布局，城市被動地跟著產(chǎn)業(yè)走，形成非常松散的空間機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致影響源多而分散，增加生態(tài)環(huán)境問題保護(hù)、處理和治理的難度。

礦區(qū)發(fā)展也伴隨著人口的集聚，在不同時(shí)期礦區(qū)具有不同的人口結(jié)構(gòu)和人口增長特點(diǎn)。人口的集聚帶來了礦區(qū)地表性質(zhì)的改變，瀝青、水泥等工業(yè)材料代替了土壤和植被，雨水無法滲入土壤并補(bǔ)充地下水，道路及地下管網(wǎng)建設(shè)使下墊面不透水面積增大，直接改變了徑流形成條件。生活用水需求大幅增加，廢污水和生活垃圾等相應(yīng)增多，從而對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成各種各樣的影響。

圖1 煤礦區(qū)空間累積效應(yīng)

2.2 礦區(qū)生態(tài)累積效應(yīng)形式

煤礦區(qū)生態(tài)累積效應(yīng)形式多種多樣，可以概括總結(jié)為以下幾類[10]：① 時(shí)間“擁擠”。指開發(fā)活動對生態(tài)環(huán)境的頻繁和重復(fù)的干擾，造成生態(tài)要素難以從干擾中恢復(fù)而產(chǎn)生的時(shí)間上的累積現(xiàn)象。如沉陷速度若大于土地復(fù)墾恢復(fù)的速度，將造成沉陷地日漸增多，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展。② 空間“擁擠”。反映了干擾或開發(fā)活動在空間上的分布態(tài)勢。如隨著礦區(qū)的發(fā)展，礦區(qū)的采礦點(diǎn)越來越多，人口也越來越密集，最后改變了礦區(qū)的空間結(jié)構(gòu)，造成了景觀的破碎。③ 復(fù)合效應(yīng)。表現(xiàn)為多個(gè)影響源、多個(gè)環(huán)境變化之間的協(xié)同作用所產(chǎn)生的效應(yīng)，在不同的尺度上具有不同的表現(xiàn)。如在微觀尺度上，污染物協(xié)同作用形成復(fù)合污染；而宏觀尺度上，各種人類活動的疊加影響，造成區(qū)域生態(tài)支撐能力的下降。④ 時(shí)間滯后效應(yīng)。表現(xiàn)為影響發(fā)生與結(jié)果在時(shí)間上的延滯。如開采沉陷變形，就是一個(gè)復(fù)雜的隨時(shí)空變化的四維空間問題，是空間和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，地面的沉陷存在明顯的時(shí)間滯后作用[11]。⑤ 空間擴(kuò)展效應(yīng)。表現(xiàn)為環(huán)境效應(yīng)遠(yuǎn)離影響源而產(chǎn)生的現(xiàn)象。如污染物長距離輸送所造成的區(qū)域性水質(zhì)下降等。這種超出邊界的空間累積效應(yīng)，是較為普遍但又是常常被忽略的環(huán)境問題，應(yīng)該成為區(qū)域生態(tài)累積效應(yīng)環(huán)境管理的重要內(nèi)容。⑥ 觸發(fā)點(diǎn)和閾值。環(huán)境系統(tǒng)行為的變化往往存在一些閾值。在閾值水平上，只要再增加一點(diǎn)干擾超出閾值，環(huán)境系統(tǒng)就會出現(xiàn)突變。這也反映了生態(tài)系統(tǒng)對外界累積干擾響應(yīng)的基本特征，如礦區(qū)土地利用方式的變化。⑦ 間接效應(yīng)。表現(xiàn)為主項(xiàng)目所帶來的次生或者二次影響。如煤炭資源開發(fā)所帶來的人口的集聚、道路的建設(shè)、配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等活動。⑧ 蠶食效應(yīng)和破碎化效應(yīng)。蠶食效應(yīng)表現(xiàn)為某一地區(qū)在一段時(shí)間內(nèi)，由多個(gè)重復(fù)的干擾而產(chǎn)生的累加效應(yīng)。礦區(qū)內(nèi)多個(gè)采礦點(diǎn)同時(shí)開發(fā)，所造成的沉陷土地呈片狀分布，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)繁殖的空間被各種建筑物、道路逐漸割裂等。

3 煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)多尺度分析概念框架

人類各種開發(fā)活動及其交互疊加作用，可以存在于局地、區(qū)域或全球等層次等不同的尺度，影響的時(shí)間范圍也存在較大的差異，從而使得區(qū)域生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)具有明顯的多尺度特性。礦區(qū)作為一個(gè)以礦業(yè)開發(fā)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的特殊區(qū)域，煤炭資源開發(fā)所帶來的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)，同樣具有多尺度特性。根據(jù)生態(tài)環(huán)境分析和評價(jià)對象的不同，可將煤炭資源開發(fā)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積性影響的研究尺度，概括為采動生態(tài)累積效應(yīng)、項(xiàng)目層次的生態(tài)累積效應(yīng)和區(qū)域尺度的生態(tài)累積效應(yīng)等三種。

3.1 采動生態(tài)累積效應(yīng)

采動生態(tài)累積效應(yīng)，以分析煤炭資源開采對生態(tài)環(huán)境要素的影響為主，空間范圍分析研究的對象主要局限于單個(gè)井田，空間尺度多以采動影響范圍為主，時(shí)間范圍主要包括勘探期到閉坑期這一段時(shí)間。因此和開采活動相關(guān)的各種采礦因素(如采區(qū)和工作面的布置方式、工作面的推進(jìn)速度、采煤方法和頂板管理方法)等成為主要的累積影響源；地下開采所造成的地表沉陷對地表生態(tài)環(huán)境要素的協(xié)同作用，是造成采動生態(tài)累積效應(yīng)的根本原因。

3.2 基于項(xiàng)目層次的生態(tài)累積效應(yīng)分析

煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，是煤炭資源開發(fā)活動所造成的生態(tài)環(huán)境的客觀變化，這種變化不僅與單個(gè)井田的開發(fā)相關(guān)，而且也來自于不同井田之間的互相影響。實(shí)際上，由于多個(gè)礦井之間的交互作用所造成的環(huán)境效應(yīng)，在更廣的時(shí)間尺度和空間尺度累積，因而對生態(tài)環(huán)境的協(xié)同影響在某種程度上來說，更具有區(qū)域的意義。如礦區(qū)地下水環(huán)境(地下水水位、水質(zhì)和流場等)的變化問題，是區(qū)域性環(huán)境問題，是由多個(gè)礦井的協(xié)同作用(礦井水疏排等)而造成的。但在實(shí)際環(huán)境分析和評價(jià)中，各礦井(區(qū))之間各行其是，互不協(xié)調(diào)的情況比比皆是，礦區(qū)地下水生態(tài)環(huán)境狀況愈來愈差，也就不難理解了。

3.3 區(qū)域尺度的累積效應(yīng)分析

隨著人類活動對環(huán)境影響的空間范圍的逐步擴(kuò)大，區(qū)域開發(fā)所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境變化，必然在區(qū)域尺度上改變著生態(tài)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，在區(qū)域?qū)哟紊闲纬缮鷳B(tài)環(huán)境累積效應(yīng)。這就要求在進(jìn)行累積效應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)從系統(tǒng)的角度，基于區(qū)域尺度去分析影響生態(tài)環(huán)境的各種人類干擾活動及干擾行為之間的疊加所帶來的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)，必須認(rèn)識生態(tài)格局、過程和尺度之間的關(guān)系，確定生態(tài)變化和礦區(qū)各種人類干擾行為的相互作用。

區(qū)域尺度的生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)分析，是一種涉及空間范圍更廣的環(huán)境分析方法。與基于項(xiàng)目層次的累積效應(yīng)分析不同，區(qū)域尺度的累積效應(yīng)分析強(qiáng)調(diào)在人類各種干擾行為和壓力累積作用下的環(huán)境響應(yīng)特征，明晰環(huán)境響應(yīng)與環(huán)境壓力之間的關(guān)系。分析的核心是測度人類各種干擾行為所帶來的環(huán)境效應(yīng)，以及生態(tài)系統(tǒng)的反饋。

從以上分析可知，采動生態(tài)累積效應(yīng)關(guān)注的是單個(gè)井田范圍內(nèi)開采擾動的影響；基于項(xiàng)目層次的生態(tài)累積效應(yīng)，強(qiáng)調(diào)不同項(xiàng)目之間的疊加和交互作用，而區(qū)域生態(tài)累積效應(yīng)，則從系統(tǒng)的整體角度強(qiáng)調(diào)各子系統(tǒng)作用與反饋所造成的生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的變化。這些針對累積效應(yīng)的分析，是在各自特定的空間尺度上進(jìn)行的。

4 結(jié) 語

國內(nèi)外對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及其動態(tài)變化的研究雖已有不少的研究成果，但總的來說，對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)的機(jī)理研究不足，還沒有形成嚴(yán)格意義上的煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)分析系統(tǒng)。因此，通過系統(tǒng)研究煤炭資源開發(fā)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)的影響規(guī)律，構(gòu)建礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)表征模型，剖析礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)的機(jī)理，提出礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)分析體系和評價(jià)方法，形成符合我國國情的累積效應(yīng)分析方法體系以及法規(guī)，是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境累積效應(yīng)研究的未來方向。

[1] Wang Yun-jia, Zhang Da-chao, Lian Da-jun, Li Yong-feng and Wang Xing-feng, Environment cumulative effects of coal exploitation and its assessment, The 6th International Conference on Mining Science & Technology,2009,1072-1080.

[2] Spaling H. Cumulative effects assement:Concepts and

principles. Impact Assement,1994(3):231-252.

[3] Boizard H, Richard G. Cumulative effects of cropping systems on the structure of tilled layer in northern France. Soil and Tillage Research, 2002,(64).

[4] 胡克,陳橋,趙偉，等. 基于AHP法的礦山生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)模式研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,35(3): 377-383.

[5] 顧廣明.煤炭開發(fā)項(xiàng)目生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)相關(guān)問題討論[J].能源環(huán)境保護(hù),2007,21(4): 53-56.

[6] 胡振琪,胡鋒,李久海，等.華東平原地區(qū)采煤沉陷對耕地的破壞特征[J].煤礦環(huán)境保護(hù),1996,11(3):6-9.

[7] 張大超.礦區(qū)資源環(huán)境累積效應(yīng)與資源環(huán)境安全問題研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2005:50-52.

[8] 連達(dá)軍. 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的采動累積效應(yīng)研究[D]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2008.

[9] 李榮. 從煤礦城市到山水城市[D].南京:東南大學(xué)，2004.

[10] Cooper T A, Canter L W. Substantive issues in cumulative impact assessment: a state-of-practice survey. Impact Assessment, 1997,15(1)：15-32.

[11] 黃樂亭. 地表動態(tài)沉陷變形的三個(gè)階段與規(guī)律[J].礦山測量,2003(3):18-20.