周 游 才慶祥 周 偉 王博文 秦 濤

(1.中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221008;2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221008)

1 引言

露天煤礦在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中,由于直接的挖損、采掘和壓占等原因,破壞和占用了大量的土地資源,破壞了當(dāng)?shù)卦牡匦蔚孛?不僅使綠色植物大幅度減少、動物遷徙、耕地數(shù)量急劇下降、農(nóng)作物減產(chǎn),而且引起大氣、水體和土壤的污染。

為了系統(tǒng)、全面的在露天煤礦開采區(qū)域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評價工作,必須考慮到上述礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的特點,科學(xué)有效地建立生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系,制定合理的評價方法和計劃,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的和諧發(fā)展。

2 哈爾烏素露天礦生態(tài)環(huán)境

2.1 哈爾烏素露天礦概況

哈爾烏素露天煤礦位于該煤田中部,北鄰黑岱溝露天煤礦,是國家“十一五”期間重點建設(shè)煤礦之一。煤礦地表境界東西長9.59 km,南北寬7.03 km,面積為67.17 km2;深部境界東西長8.95 km,南北寬6.3 km,面積為58.31 km2,平均采深170 m,可采原煤儲量1730 Mt,其中6#煤層為主要可采層,煤層平均厚度為21.01 m,全礦平均剝采比為6.626 m3/t,設(shè)計服務(wù)年限79 a。哈爾烏素露天煤礦投產(chǎn)建設(shè)項目主要由露天煤礦采掘場、黑岱溝排土場、南坪工業(yè)場地和公路、鐵路專用線等組成。

露天煤礦的開發(fā)建設(shè)難免要破壞及占用土地并擾動生產(chǎn)地區(qū)原地形地貌和植被,給當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\輸、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)牧業(yè)發(fā)展等方面造成了負(fù)面影響,還會引發(fā)工農(nóng)用地矛盾。

露天礦開發(fā)建設(shè)過程中造成的土地破壞主要表現(xiàn)在以下幾個方面:采掘場對原始地表的開挖破壞;排土場對土地的壓占;工業(yè)場地及附屬建筑物以及公路、鐵路的建設(shè)對土地的占用。

2.2 影響因子選擇與確定

生態(tài)環(huán)境綜合評價主要是系統(tǒng)分析生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)及服務(wù)能力,對哈爾烏素露天礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康診斷,做出綜合的生態(tài)分析和經(jīng)濟(jì)分析,評價其當(dāng)前狀態(tài),并預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢,為生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學(xué)依據(jù)。本文從針對性、全面性、實用性、可比性、可行性、優(yōu)先原則這幾個方面進(jìn)行了考慮,對影響哈爾烏素露天礦生態(tài)環(huán)境的影響因子進(jìn)行選擇。

影響生態(tài)系統(tǒng)的因素多種多樣,各因素影響的程度、范圍和效應(yīng)也不盡相同,因此,首先必須建立一套由若干相互聯(lián)系、相互補充、具有層次性和結(jié)構(gòu)性指標(biāo)組成的指標(biāo)體系,才能對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)、客觀的評價,其次研究與礦區(qū)及其所建立的指標(biāo)體系相適應(yīng)的評價方法。在進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響評價時,評價指標(biāo)因子的選取可參考表1。

表1 露天礦生態(tài)環(huán)境影響評價因子選取

縱觀表1所列舉的各個評價項目,關(guān)鍵的評價要素體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的大氣質(zhì)量評價、水質(zhì)量評價、環(huán)境噪聲評價和生態(tài)質(zhì)量評價4個方面,而具體的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系也要從這幾個主要要素入手,尋求有效的評價因子。結(jié)合露天礦區(qū)具體的生態(tài)環(huán)境特點與哈爾烏素露天礦生態(tài)環(huán)境的實際情況,建立了哈爾烏素建設(shè)項目對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響的評價程序流程圖見圖1。

圖1 哈爾烏素露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響評價程序

3 露天煤礦生態(tài)環(huán)境的評價方法

生態(tài)環(huán)境評價實質(zhì)上是對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣進(jìn)行評定的過程,而且是一種帶有目的性和方向性的評價。該過程包含多個層次,比如生態(tài)環(huán)境評價因子的確定、環(huán)境監(jiān)測、評價標(biāo)準(zhǔn)、評價模型等,最終的目的是評價環(huán)境質(zhì)量與人類生產(chǎn)發(fā)展活動直接的價值關(guān)系。

露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評價主要有模糊綜合評判法、灰色聚類分析法、經(jīng)濟(jì)評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、運籌學(xué)評價法等幾種評價方法。模糊綜合評判法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),利用精確數(shù)學(xué)描述模糊現(xiàn)象來解決系統(tǒng)復(fù)雜性與評價精確性之間的矛盾。經(jīng)濟(jì)評價法從經(jīng)濟(jì)的角度進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評價,該方法考慮環(huán)境質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)價值,以事先擬定好的某一環(huán)境綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來評價不同對象,其評價標(biāo)準(zhǔn)是效益必須大于費用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是現(xiàn)在迅速發(fā)展的評價方法,牽扯到生態(tài)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間關(guān)系時可以使用。運籌學(xué)評價法通過數(shù)學(xué)模型,對多因素變量進(jìn)行定量的動態(tài)評價,能從系統(tǒng)本質(zhì)上研究問題,求出最優(yōu)解,適合于復(fù)雜環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)或區(qū)域性問題評價。

以灰色聚類分析法為例,灰色系統(tǒng)理論認(rèn)為歷史數(shù)據(jù)是過去各種確知的和不確知的信息的綜合反映。這種反映已經(jīng)把各種影響因素包容進(jìn)歷史數(shù)據(jù)之中,灰色聚類是以灰數(shù)的白化函數(shù)生成為基礎(chǔ),將聚類對象對于不同聚類指標(biāo)所擁有的白化函數(shù),按照幾個灰類進(jìn)行歸納,其基本過程如下:

設(shè)聚類對象有a個,記為i=1,2,3,…,a,聚類指標(biāo)或考慮的因素有b個,記為j=1,2,3,…,b,劃分的類型有c類,記為k=1,2,3,…,c,dij表示第i個聚類對象關(guān)于第j個指標(biāo)的白化函數(shù),則有白化函數(shù)矩陣為:

又設(shè)fjk為第j指標(biāo)對第k個灰類的白化函數(shù),白化函數(shù)如圖2所示3種基本形式。

圖2 3種基本的灰色聚類白化函數(shù)圖線

假設(shè)各因子分類的臨界值為Skj,即j因子屬于k類的標(biāo)準(zhǔn)值為Skj,則i分類對象中j因子的聚類權(quán)wij為:

第i個聚類對于第k個灰類的聚類系數(shù)qik為:

上述露天煤礦生態(tài)環(huán)境評價方法各有其優(yōu)點,對單因素及較多影響因素條件下的生態(tài)環(huán)境評價具有比較顯著的效果。在目前實際運用中,經(jīng)常出現(xiàn)綜合運用上述方法或其組合的情況,對上述評價方法的研究和挖掘,特別是其中關(guān)于各環(huán)境影響因素指標(biāo)的權(quán)重等問題進(jìn)行深入研究也日趨熱門。

4 哈爾烏素露天煤礦生態(tài)環(huán)境評價

通過對上述各種生態(tài)評價方法的分析,這些生態(tài)評價方法對多因素條件下的露天煤礦環(huán)境分析存在不足,與哈爾烏素露天礦生態(tài)環(huán)境礦區(qū)附屬設(shè)施多、人口密集、能流物流復(fù)雜,往往存在多個污染源與多個污染物等特點不相符合,因此我們采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對哈爾烏素露天煤礦進(jìn)行生態(tài)評價。

等標(biāo)污染負(fù)荷法的定義為:

式中:pij——i污染源中j污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷;

Cij——i污染源中j污染物的濃度,mg/L;

Coj——j污染物的評價標(biāo)準(zhǔn),mg/L;

Qi——i污染源排放的廢氣或廢水量,t/d。

設(shè)有m個污染源,i污染源中有ni種污染物,則j污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷pj和i污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷pi分別為:

從而整個評價區(qū)域的等標(biāo)污染總負(fù)荷P為:

該負(fù)荷值中污染物、污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷與評價區(qū)域總污染負(fù)荷之比稱為等標(biāo)污染負(fù)荷比K,其計算公式分別是:

按照Ki、Kj值的大小,可以比較方便地確定哈爾烏素礦區(qū)土地破壞的程度和規(guī)模。根據(jù)測算,哈爾烏素建設(shè)項目造成的土地資源破壞情況統(tǒng)計在表2～表4。

表2 哈爾烏素露天礦采掘場破壞情況

表3 哈爾烏素外排土場(黑岱溝排土場) 破壞情況

表4 哈爾烏素建設(shè)項目土地破壞情況匯總表

5 結(jié)論

露天煤礦開發(fā)建設(shè)過程中會對土地產(chǎn)生破壞,對周邊環(huán)境造成影響。在運用等標(biāo)污染負(fù)荷法對哈爾烏素礦進(jìn)行評價后,得出了如下結(jié)論。

(1)運用等標(biāo)污染負(fù)荷法能確定哈爾烏素礦土地破壞情況。

(2)將環(huán)境與經(jīng)濟(jì)掛鉤,可得出環(huán)境質(zhì)量與人類生產(chǎn)發(fā)展活動直接的價值關(guān)系。

(3)在哈爾烏素的應(yīng)用中,等標(biāo)污染負(fù)荷法所得結(jié)果與實際情況基本吻合。

[1] 尚濤,顧正洪,才慶祥.現(xiàn)代化露天開采若干問題的研究[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2004

[2] 才慶祥,馬從安,韓可琦,申閻春.露天煤礦生產(chǎn)與生態(tài)重建一體化系統(tǒng)模型[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002(2)

[3] 馬祥愛,白中科,馮兩蕊.露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與資源利用評價[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2009(3)

[4] 李宏偉.黑岱溝露天煤礦生態(tài)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境影響綜合評價[J].露天采礦技術(shù),2008(3)

[5] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1987

[6] 卞正富.我國煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究[J].資源.產(chǎn)業(yè),2005(2)