王宏英葛維奇曹海霞

(1.山西省發(fā)改委宏觀研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社會科學院能源經(jīng)濟研究所,山西省太原市,030006)

中國生態(tài)環(huán)境可承載的煤炭產(chǎn)能研究

王宏英1葛維奇2曹海霞2

(1.山西省發(fā)改委宏觀研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社會科學院能源經(jīng)濟研究所,山西省太原市,030006)

針對13個大型煤炭基地,從土地、水資源2個主因素,對生態(tài)環(huán)境約束下產(chǎn)能增長區(qū)煤炭開采規(guī)模進行了評估。認為:未來30～50年內(nèi),不考慮新增可采資源的前提下,生態(tài)約束條件下的我國煤炭年開采規(guī)模約為38.27億t;水生態(tài)環(huán)境成為制約產(chǎn)能增長區(qū)(除云貴和新疆)煤炭開采規(guī)模的臨界約束;采煤土地塌陷約束在部分基地表現(xiàn)得比較突出。

開采規(guī)模評估 生態(tài)環(huán)境約束 煤炭產(chǎn)能 中國

煤炭開采對生態(tài)環(huán)境有著廣泛而深刻的影響。一段時期內(nèi)產(chǎn)煤地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況是制約煤炭開采規(guī)模最為重要的因素之一。要保持產(chǎn)煤地區(qū)生態(tài)環(huán)境能夠滿足人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要,在加大礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的同時,要把煤炭開采引發(fā)的破壞限制在生態(tài)環(huán)境可承載的程度之內(nèi),根據(jù)不同地區(qū)生態(tài)環(huán)境特征確定合理的煤炭開采規(guī)模,以保持產(chǎn)煤地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 生態(tài)環(huán)境約束下煤炭開采規(guī)模評估界定

煤炭開采造成的生態(tài)環(huán)境問題主要集中在地表沉陷、水資源破壞、煤矸石堆積、水土流失、植被破壞、生物多樣性減少、濕地縮減、大氣和水環(huán)境污染等諸多問題。煤炭開采引發(fā)的生態(tài)環(huán)境破壞是十分嚴重的。我們以國家規(guī)劃的十三大煤炭基地為基礎(chǔ),從不同生態(tài)功能區(qū)域煤炭開采的生態(tài)環(huán)境可承載的極限評估入手,采用定量、定性綜合分析的方法,對生態(tài)環(huán)境約束條件下我國煤炭的開采規(guī)模作初步評估。

1.1 評估因素的界定

當前,我國產(chǎn)煤地區(qū)發(fā)生的各類采煤生態(tài)環(huán)境破壞主要表現(xiàn)在地表沉陷、水資源破壞、煤矸石堆積、水土流失、植被破壞、生物多樣性減少、濕地縮減、大氣和水環(huán)境污染等問題。制約煤炭開采規(guī)模的生態(tài)環(huán)境因素主要有4個方面,見圖1。

圖1 制約煤炭開采規(guī)模的生態(tài)環(huán)境因素

采煤過程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題,其表現(xiàn)形式和程度是不同的。綜合分析有以下3個特征。

(1)采煤造成的生態(tài)環(huán)境問題與SO2和溫室氣體造成的環(huán)境問題相比,雖然是區(qū)域性的,但是對于開采地區(qū)而言,一些生態(tài)環(huán)境的破壞程度往往是持續(xù)的、不可逆的。如井工采煤致使地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,導致土地塌陷和水資源破壞,進而引起生態(tài)環(huán)境的退化、惡化,很難在短時間內(nèi)恢復,即便恢復也不可能恢復到原生狀態(tài),對煤炭資源開采地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生的影響更為深刻。因此,水、土2個因素構(gòu)成了對一個區(qū)域煤炭生產(chǎn)規(guī)模的硬約束。

(2)采煤造成的環(huán)境污染問題,如煤矸石堆積造成的土壤、大氣與地下水污染、礦井排水造成的地表水污染和煤炭開采過程中的粉塵污染等,通過加大環(huán)境治理的技術(shù)投入與資金投入,并通過政策的激勵和約束可以得到有效解決。從長遠發(fā)展看,環(huán)境污染因素對一定區(qū)域的煤炭生產(chǎn)規(guī)模構(gòu)成了弱約束。

(3)采煤造成的生態(tài)破壞,如水土流失、植被破壞、生物多樣性減少以及濕地縮減等生態(tài)問題,從產(chǎn)生機理上分析,是由于采煤過程中地表塌陷、地表水流失、地下含水層疏干,破壞了礦區(qū)原有的水土條件,致使礦區(qū)各種林木、草灌生長受到嚴重影響,礦區(qū)植被覆蓋率逐年下降,進而導致礦區(qū)整個生態(tài)系統(tǒng)的惡化。

因此,在做評估分析時將煤炭開采的生態(tài)環(huán)境約束界定在土地、水資源2個主因素上。

1.2 評估范圍的界定

我國煤炭資源分布與能源消費需求、生態(tài)環(huán)境容量呈逆向分布。隨著我國煤炭開采重心的北進西移,生態(tài)環(huán)境在越來越大的程度上制約著煤炭資源的開發(fā)。從國家規(guī)劃建設(shè)的13大煤炭基地的布局看呈現(xiàn)出以下三大特征。

(1)從煤炭資源分布看,重點建設(shè)的13個大型煤炭基地中,神東、陜北、黃隴、晉北、晉中、晉東、蒙東、寧東8個大型煤炭基地均位于我國北部與東部的晉陜蒙寧區(qū)。未來全國新增煤炭產(chǎn)量的80%集中在該區(qū)。此外,新疆煤炭儲量超過1.6萬億t,占全國煤炭資源總量的35.7%,是我國重要的能源接替區(qū)。而東部礦區(qū)在資源儲量的制約下,煤炭生產(chǎn)規(guī)模增長有限。

(2)從水資源分布看,我國煤炭開發(fā)布局與水資源呈逆向分布,當前,晉、陜、蒙、寧4省區(qū)以占全國68%的煤炭資源、16%的國土面積和不足4%的水資源,生產(chǎn)全國60%的煤炭。全國13個大型煤炭基地中,除兩淮、云貴兩基地外,其余11個基地均不同程度地缺水,到2020年預計缺水7.47億m3,其中晉、陜、蒙、寧8個基地缺水達4.95億m3,占總?cè)彼康?6%。水資源成為制約煤炭資源開采的重要因素。

(3)從環(huán)境容量看,全國13個大型煤炭基地中,環(huán)境容量小的基地有4個,即晉北、晉中、神東、陜北煤炭基地;環(huán)境容量較小的基地有8個,即晉東、兩淮、蒙東(東北)、河南、魯西、寧東、冀中、黃隴煤炭基地;環(huán)境容量大的基地有1個,即云貴煤炭基地。

表1 未來50年內(nèi)產(chǎn)能維持區(qū)內(nèi)煤炭大基地的煤炭產(chǎn)能

綜上所述,根據(jù)我國煤炭資源的分布特征,結(jié)合各煤炭大型基地的生態(tài)環(huán)境特征,把全國主要煤炭基地分為兩類。一類是產(chǎn)能增長區(qū),包括神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴和新疆煤炭基地。從行政區(qū)域看,包括山西、陜西、內(nèi)蒙、寧夏、新疆、甘肅、貴州、云南8個省區(qū),這些區(qū)域除云貴和新疆煤炭基地外,均是生態(tài)環(huán)境脆弱敏感區(qū)。另一類是產(chǎn)能維持區(qū)或下降區(qū),包括列入國家規(guī)劃的蒙東、河南、魯西、兩淮、冀中煤炭基地(見表1)。從行政區(qū)域看包括北京、河北、遼寧、吉林、黑龍江、浙江、江蘇、安徽、福建、江西、山東、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、重慶、四川18個省區(qū)市。這些區(qū)域,環(huán)境容量相對產(chǎn)能增長區(qū)而言較大,生態(tài)環(huán)境對煤炭開采的約束相對較弱。因此,在評估分析時,重點對產(chǎn)能增長區(qū)8個大型煤炭基地(8個省區(qū))的生態(tài)環(huán)境約束進行評估分析。對產(chǎn)能維持區(qū)煤炭開采能力,根據(jù)現(xiàn)有煤炭資源保有儲量,確定未來50年,該區(qū)域內(nèi)5個大型煤炭基地的產(chǎn)能。

預計未來40～50年內(nèi),不考慮新增煤炭資源探明儲量,產(chǎn)能維持區(qū)內(nèi)煤炭產(chǎn)能將保持年生產(chǎn)6.75億t的生產(chǎn)規(guī)模。

生態(tài)環(huán)境約束下產(chǎn)能增長區(qū)煤炭開采規(guī)模評估以現(xiàn)有煤炭資源保有儲量為基礎(chǔ),對產(chǎn)能增長區(qū)的采煤塌陷土地存量和水生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模進行初步評估。

2.1 采煤土地塌陷對煤炭開采規(guī)模的約束評估

(1)采煤塌陷土地存量系數(shù)。把未治理塌陷土地、已經(jīng)治理未達到原有地力的復墾土地作為采煤塌陷存量土地,則采煤塌陷1 ha土地相當于當年土地總量減少25 ha。因此,采煤塌陷土地存量系數(shù)的概念是指某一礦區(qū)保持一定規(guī)模的煤炭開采量時,平均每開采1萬t煤引發(fā)的當年土地塌陷存量面積。如全國平均每開采1萬t煤,土地塌陷面積為0.24 ha,則采煤塌陷土地存量系數(shù)等于6 ha/萬t。

(2)評估區(qū)采煤塌陷土地存量系數(shù)。據(jù)對全國煤炭主產(chǎn)區(qū)重點礦區(qū)的調(diào)查,各省區(qū)的采煤塌陷系數(shù)為:山西0.33、陜西0.24、內(nèi)蒙古0.08、寧夏0.20、甘肅0.19、貴州0.36、新疆0.10。根據(jù)上述定義,各省區(qū)的采煤塌陷土地存量系數(shù)分別為:山西8.25、陜西6、內(nèi)蒙古2、寧夏5、甘肅4.75、貴州9、新疆2.5。

(3)采煤塌陷土地約束判據(jù)。神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴煤炭基地國土總面積約126915 km2,平均每平方公里中耕地面積約占13.35%。把礦區(qū)采煤塌陷存量土地占礦區(qū)國土總面積的比例作為約束判據(jù),其下限為10%、上限為15%。則礦區(qū)最大可允許的年采煤塌陷土地存量為126.9～190.4萬ha,其中塌陷土地中耕地總面積約為16.9～25.4萬ha。

(4)主要煤炭大基地可允許開采能力評估。按上述判據(jù)對神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴及新疆煤炭基地的最大煤炭開采能力進行初步評估,結(jié)果見表2。

表2 采煤土地塌陷存量約束條件下的煤炭開采規(guī)模

2.2 水生態(tài)環(huán)境對煤炭開采規(guī)模的約束評估

煤炭開采對地下水的破壞影響主要表現(xiàn)在動儲量與靜儲量兩個方面。據(jù)《山西煤炭開采對水資源的破壞影響及其評價》課題成果揭示,山西噸煤開采破壞的靜儲量值為1.07 m3/t,噸煤開采破壞的動儲量值為1.41 m3/t。就原有水資源儲存環(huán)境而言,采煤對地下水靜、動儲量的破壞是永久性的。

(1)采煤破壞水資源約束判據(jù)。以礦區(qū)單位面積地下水儲存量作為基準值,根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù),把礦區(qū)單位面積地下水儲存量(指淺層地下水,下同)減少程度作為約束判據(jù),其上限為33%、下限為25%。即:假定采煤使礦區(qū)單位面積地下水資源儲存量減少25%～33%是當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境可承受的,減少量達到1/3時是當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境不可承載的最大極限。

(2)確定評估區(qū)噸煤破壞地下水資源系數(shù)。基于數(shù)據(jù)的可得性約束,當前無法取得每一個礦區(qū)的單位面積地下水儲存量數(shù)據(jù)。把山西每開采1 t煤破壞的地下水靜儲量(1.07m3/t)視為評估采煤破壞地下水資源的基準量,依據(jù)各基地單位面積地下水資源量與山西單位面積地下水資源量之差,綜合地下水資源模數(shù)分區(qū)和當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境,加權(quán)確定各基地的噸煤破壞水資源系數(shù)。

(3)主要煤炭大基地可允許開采能力評估。按上述判據(jù)對神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴及新疆煤炭基地的最大煤炭開采能力進行初步評估,評估結(jié)果見表3。

表3 水生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模

2.3 產(chǎn)能增長區(qū)初步評估結(jié)論

經(jīng)初步評估,產(chǎn)能增長區(qū)內(nèi)采煤土地塌陷存量約束條件下的年煤炭開采規(guī)模為38.22億t,水生態(tài)環(huán)境約束條件下的年煤炭開采規(guī)模為37.81億t。根據(jù)黃隴、云貴基地煤炭資源保有儲量,修正后的采煤土地塌陷存量約束條件下年最大可承載煤炭開采能力的極限為33.04億t,水生態(tài)環(huán)境約束條件下的年煤炭開采規(guī)模為23.12億t。

(1)土地塌陷約束條件下的煤炭開采規(guī)模。以礦區(qū)采煤塌陷土地存量為判據(jù),設(shè)定礦區(qū)采煤塌陷土地存量占國土面積的比重10%～15%為可承載區(qū)間,15%為可承載的極限,該區(qū)可承受的煤炭開采量為26.08～39.02億t。根據(jù)黃隴、云貴基地保有煤炭資源儲量,按可采年限為50年,修正后年最大可承載煤炭開采能力的極限為33.04億t。

(2)水生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模。以礦區(qū)單位面積地下水儲存量為判據(jù),設(shè)定礦區(qū)單位面積地下水儲存量減少25%～33%為可承載區(qū)間,減少量達到1/3時為可承載的極限。該區(qū)可承受的煤炭開采量為28.98～37.81億t。根據(jù)黃隴、云貴基地保有煤炭資源儲量,按可采年限為50年,修正后確定的年可承載煤炭開采能力為23.12億t。

(3)綜合土地塌陷和水生態(tài)環(huán)境約束條件下煤炭開采規(guī)模,結(jié)合各基地目前的煤炭生產(chǎn)能力和自然環(huán)境條件,我們對產(chǎn)能增長區(qū)各基地煤炭年可開采規(guī)模進行了調(diào)整,詳見表4。

表4 采煤生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模

3 評估結(jié)論

(1)未來30～50年內(nèi),不考慮新增可采資源的前提下,生態(tài)約束條件下的我國煤炭年開采規(guī)模約為38.27億t。其中,產(chǎn)能增長區(qū)年開采規(guī)模約25.79億t,產(chǎn)能維持區(qū)年開采規(guī)模約6.75億t,煤炭大基地外分散產(chǎn)煤地開采能力占總量的15%,為5.73億t。見表5和表6。

表5 生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模 億t

表6 產(chǎn)能增長區(qū)各省區(qū)生態(tài)環(huán)境約束條件下的煤炭開采規(guī)模 億t

(2)水生態(tài)環(huán)境成為制約產(chǎn)能增長區(qū)(除云貴和新疆)煤炭開采規(guī)模的臨界約束。我國地下水緊缺度依據(jù)水資源量、社會經(jīng)濟、供水、需水、缺水和水環(huán)境等綜合指標劃分,共分四級:小于0.35、0.35～0.5、0.5～0.65、大于 0.65。神東、陜北、寧東基地和云貴基地部分礦區(qū)、新疆基地部分礦區(qū)的地下水緊缺度在0.5～0.65之間。晉北、神東、陜北基地和晉中基地部分礦區(qū)的地下水生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

(3)采煤土地塌陷約束在部分基地表現(xiàn)得比較突出。按采煤塌陷土地存量系數(shù)排序,貴州、山西、陜西和寧夏的采煤塌陷破壞程度較大。在煤炭資源保有儲量條件下,晉北、晉中、晉東、陜北、寧東基地和神東基地部分礦區(qū)的約束力較強。

(責任編輯 張大鵬)

Study on coal production capacity concordant to the ecological environment in China

Wang Hongying1,Ge Weiqi2,Cao Haixia2
(1.Institute of Macro-economy,Shanxi Development and Reform Commission,Taiyuan,Shanxi 030002,China;2.Institute of Energy and Economy,Shanxi Academy of Social Science,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

On the basis the case in 13 large-scaled coal bases,the author of this paper assesses the coalmining scale in areas with production capacity growth under the constraint of ecological environment from two major factors,land and water.It is proposed in the paper that,regardless of the increased recoverable resources,the coalmining scale under the constraint of ecological environment in China will be about 3.827 billion ton in the next 30～50 years.The water ecological environment is the critical constraint for themining scale in the areas with production capacity growth,and the constraint of subsidence due to coalmining will be more serious in parts of the coal bases.

assessment,constraint of ecological environment,production capacity of coal,China

TD-9

A

王宏英(1964-),山西省太原市人,1986年畢業(yè)于青海師范大學,現(xiàn)任山西省發(fā)改委宏觀研究院院長,副研究員。主要研究方向為能源經(jīng)濟、環(huán)境經(jīng)濟等方面。