馬曉婷 陰俊齊 程 艷 王曉愚

(新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市,830011)

★節(jié)能與環(huán)?！?/p>

基于PSR模型的荒漠區(qū)露天煤礦環(huán)境績效評估研究?

馬曉婷 陰俊齊 程 艷 王曉愚

(新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市,830011)

為構(gòu)建適用于荒漠區(qū)露天煤礦的績效評估體系,對荒漠區(qū)露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響因素進(jìn)行分析,借鑒ISO14031標(biāo)準(zhǔn)對新疆五彩灣礦區(qū)5個(gè)露天煤礦的環(huán)境績效進(jìn)行評估。通過指標(biāo)篩選原則確定重大環(huán)境影響因子,以PSR(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))框架模型為基礎(chǔ)構(gòu)建環(huán)境績效指標(biāo)體系,采用熵值法對指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值,結(jié)合環(huán)境績效指數(shù)法及雷達(dá)圖像對礦區(qū)環(huán)境績效進(jìn)行評估。研究結(jié)果表明,研究區(qū)環(huán)境績效水平整體中等偏低,各露天煤礦環(huán)境績效水平有明顯差異。在荒漠區(qū)敏感、脆弱的環(huán)境條件下,提高環(huán)境績效水平的關(guān)鍵在于對污染源的控制,生態(tài)環(huán)境的修復(fù),環(huán)境監(jiān)管和治理水平的提升。

荒漠區(qū) 露天煤礦 環(huán)境績效評估 PSR框架模型

自21世紀(jì)以來,我國煤炭產(chǎn)量快速提高, 2012年煤炭產(chǎn)量達(dá)到36.6億t,露天煤礦開采量占我國煤炭開采量的比重提升至12.3%。露天煤礦開采造成區(qū)域內(nèi)的土地利用、植被覆蓋和地貌等生態(tài)因子發(fā)生變化,可能造成礦山地區(qū)水土流失與荒漠化、生境破碎和生物多樣性變化等。為確保在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境,需要一種能夠評價(jià)和改善企業(yè)自身環(huán)境績效的途徑。環(huán)境績效評估(EPE)是一個(gè)促進(jìn)組織環(huán)境績效管理決策的過程,它能夠?yàn)榻M織提供信息,幫助組織確定自身的環(huán)境績效是否滿足評價(jià)基準(zhǔn)并進(jìn)行持續(xù)改善。為此將基于PSR(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))概念框架模型對我國荒漠區(qū)露天煤礦環(huán)境績效評估方法進(jìn)行研究,并將其運(yùn)用于新疆五彩灣礦區(qū)環(huán)境績效評估中,為促進(jìn)荒漠區(qū)煤炭資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)工作協(xié)調(diào)發(fā)展提供研究基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是我國西北分布面積最大的兩大荒漠區(qū)之一,生態(tài)環(huán)境上具有典型荒漠地區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征。五彩灣礦區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部,地處亞歐大陸腹地,屬于典型的大陸干旱荒漠氣候。年均降水量約為106 mm,蒸發(fā)量為1202～2382 mm/a,日照時(shí)間約為3053 h/a,常年多風(fēng)。礦區(qū)內(nèi)無地表水系分布,地下水資源不豐富。地表土壤質(zhì)地顆粒粗,土層薄,植被稀疏、生物量低,風(fēng)蝕嚴(yán)重。

五彩灣礦區(qū)開發(fā)相對較晚,煤礦開采以露天開采為主。礦區(qū)東西長度為9.35～36.39 km,南北寬度為10.59～38.75 km,含煤面積為901.05 km2,已探明可采儲(chǔ)量為117億t。通過高分辨率遙感影像對2012年五彩灣礦區(qū)的土地利用情況進(jìn)行識(shí)別,結(jié)合實(shí)地勘察情況,確定區(qū)域內(nèi)共有5個(gè)正在開采的大型露天煤礦,呈L型分布,從北至南分別為大成能源煤礦、湖北宜化煤礦、神東天隆煤礦、神華能源煤礦、天池能源煤礦5個(gè)煤礦。

2 環(huán)境績效評估體系構(gòu)建

2.1 PSR模型

PSR模型起源于20世紀(jì)70年代,后被經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)于1993年發(fā)展形成應(yīng)用于環(huán)境績效評估的PSR框架,用壓力變量描述人類活動(dòng)對環(huán)境施加的影響,用狀態(tài)變量描述由壓力變量所導(dǎo)致的環(huán)境問題的物理可測特征,用響應(yīng)變量描述人類社會(huì)響應(yīng)環(huán)境問題的程度,三者相互影響循環(huán)往復(fù),構(gòu)成了人類與環(huán)境之間的壓力—狀態(tài)—響應(yīng)關(guān)系。

2.2 指標(biāo)篩選原則

(1)政策相關(guān)性原則。能夠因地制宜,適應(yīng)本地區(qū)特點(diǎn),客觀反映評估區(qū)域的環(huán)境狀態(tài),能準(zhǔn)確度量本區(qū)域的環(huán)境管理績效。

(2)數(shù)據(jù)可得性原則。所選指標(biāo)在進(jìn)行評估時(shí)具有良好的可操作性,指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)是在已有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中選取或經(jīng)過實(shí)際監(jiān)測獲得的。

(3)完備性原則。所選指標(biāo)應(yīng)能夠全面反映環(huán)境績效評估所需信息,使評估結(jié)果更加準(zhǔn)確、有效。

(4)清晰性原則。從使用者的角度考慮,表義清晰、不含糊的指標(biāo)更易于理解。因此必須明確每個(gè)指標(biāo)的含義、數(shù)據(jù)來源、分析方法、時(shí)間、地點(diǎn)和適用范圍,即使復(fù)雜的觀點(diǎn)和計(jì)算也應(yīng)該以大眾能理解的形式表達(dá)出來。

2.3 典型荒漠區(qū)環(huán)境績效評估體系

按照PSR模型建立指標(biāo)體系,適用于整個(gè)評價(jià)過程。對于荒漠區(qū)露天煤礦環(huán)境績效評估來說,壓力指標(biāo)代表荒漠區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境狀況、煤炭開采活動(dòng)對生境存在的潛在壓力;狀態(tài)指標(biāo)衡量由煤礦開采活動(dòng)導(dǎo)致的環(huán)境質(zhì)量或環(huán)境狀態(tài)的變化,如煤塵污染、荒漠植被受損、土壤重金屬污染、地表擾動(dòng)和景觀結(jié)構(gòu)變化等;響應(yīng)指標(biāo)則表示為減輕環(huán)境污染和資源破壞各企業(yè)所作的努力,如環(huán)境監(jiān)管措施、創(chuàng)新技術(shù)、污染防治與修復(fù)措施等。五彩灣露天煤礦開采環(huán)境績效評估指標(biāo)體系見表1。

3 評估方法及結(jié)果分析

3.1 績效評估方法

3.1.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化處理旨在消除評估體系中定性及定量指標(biāo)量綱和數(shù)量級(jí)的影響。采取目標(biāo)漸近法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)正向指標(biāo):

(2)負(fù)向指標(biāo):

式中:dij——標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值;

d′ij——對象i對應(yīng)的指標(biāo)j的實(shí)測值;

dmin——指標(biāo)j的最小值;

dmax——指標(biāo)j的最大值;

d目標(biāo),j——j指標(biāo)環(huán)境績效目標(biāo)值。

3.1.2 指標(biāo)權(quán)重確定

采用熵權(quán)法對指標(biāo)體系中各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。熵權(quán)法計(jì)算權(quán)重公式如下:

式中:m——被評價(jià)對象的數(shù)目;

N——評價(jià)指標(biāo)數(shù)目;

Ej——第j指標(biāo)計(jì)算信息嫡;

pij——第j項(xiàng)指標(biāo)值的比重,如果pij＝0,則定義

Wj——j指標(biāo)權(quán)重值。

3.1.3 指標(biāo)綜合評價(jià)

(1)環(huán)境績效指數(shù)。在對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后,依據(jù)權(quán)重分配來進(jìn)行綜合評價(jià)。采用加權(quán)法計(jì)算綜合環(huán)境績效指數(shù)E。指數(shù)越高,表明環(huán)境績效越好。計(jì)算公式如下:

式中:E——評價(jià)對象綜合環(huán)境績效指數(shù)。

表1 五彩灣露天煤礦開采環(huán)境績效評估指標(biāo)

(2)環(huán)境績效雷達(dá)圖像分析。雷達(dá)圖像分析可將多個(gè)變量進(jìn)行可視化處理,使高維空間的點(diǎn)與平面上某種圖形對應(yīng),從而反映多個(gè)變量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,體現(xiàn)某組高維數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。通過雷達(dá)圖像法對五彩灣礦區(qū)環(huán)境績效指標(biāo)體系進(jìn)行可視化分析并構(gòu)建研究區(qū)5個(gè)露天煤礦的雷達(dá)圖像,對其環(huán)境績效進(jìn)行更為直觀的評估。

3.2 研究區(qū)環(huán)境績效評價(jià)結(jié)果

3.2.1 環(huán)境績效指數(shù)綜合評估結(jié)果與分析

應(yīng)用上述環(huán)境績效評估方法對五彩灣礦區(qū)露天煤礦2012年環(huán)境績效水平進(jìn)行評估及分析。研究區(qū)單項(xiàng)環(huán)境績效指數(shù)及綜合環(huán)境績效指數(shù)見表2。

表2 五彩灣礦區(qū)露天煤礦單項(xiàng)環(huán)境績效指數(shù)及綜合環(huán)境績效指數(shù)

圖1 準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)露天煤礦單項(xiàng)環(huán)境績效指數(shù)

研究中共設(shè)計(jì)9個(gè)單項(xiàng)指標(biāo),27個(gè)二級(jí)指標(biāo)。壓力、狀態(tài)和響應(yīng)類指標(biāo)所占權(quán)重依次為0.264、0.230和0.505。按單項(xiàng)指標(biāo)分析,排名前4位的單項(xiàng)指標(biāo)分別為污染控制與廢物利用、煤塵粉塵污染狀況、組織管理水平和土壤資源保護(hù)響應(yīng),其中屬于響應(yīng)指標(biāo)的有3個(gè)。土壤污染及退化、礦區(qū)植被資源指標(biāo)等分配權(quán)重相對較小,由此可知,荒漠區(qū)露天煤礦環(huán)境治理措施的實(shí)施是影響環(huán)境績效水平的主要因素,但資源開采的壓力與生態(tài)環(huán)境變化是實(shí)施露天開采的客觀條件,一定程度限制煤礦開采及管理活動(dòng)。

五彩灣礦區(qū)露天煤礦綜合環(huán)境績效水平排名前3位的依次為神華能源煤礦、湖北宜化煤礦、天池能源煤礦,神東天隆煤礦和大成能源煤礦綜合績效水平較低。神華能源煤礦、湖北宜化煤礦、天池能源煤礦3個(gè)露天煤礦響應(yīng)類指標(biāo)的績效指數(shù)較高,是影響其綜合績效指數(shù)的關(guān)鍵。神華能源煤礦各單項(xiàng)指標(biāo)績效指數(shù)分布不均,兩項(xiàng)狀態(tài)指標(biāo)績效指數(shù)為0,反映出該煤礦煤塵、粉塵污染及植被退化情況與其他4個(gè)煤礦相比較為嚴(yán)峻,但其環(huán)境保護(hù)及監(jiān)管治理水平較高,一定程度上緩解了煤炭開采造成的環(huán)境污染及生態(tài)環(huán)境帶來的壓力。湖北宜化煤礦各單項(xiàng)指標(biāo)績效指數(shù)相差不大,表明該煤礦環(huán)境監(jiān)管水平與其相應(yīng)的環(huán)境及煤礦開采活動(dòng)均衡發(fā)展,針對開采活動(dòng)做出的響應(yīng)措施取得一定成果。準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)露天煤礦單項(xiàng)環(huán)境績效指數(shù)如圖1所示。

3.2.2 雷達(dá)圖結(jié)果分析

根據(jù)評價(jià)結(jié)果繪制五彩灣礦區(qū)各露天煤礦環(huán)境績效評估雷達(dá)圖,包括5個(gè)煤礦單項(xiàng)績效指數(shù)及五彩灣礦區(qū)各單項(xiàng)指標(biāo)平均績效指數(shù),如圖2所示。

圖2 五彩灣礦區(qū)各露天煤礦環(huán)境績效雷達(dá)圖

A～C項(xiàng)指標(biāo)代表煤礦開采活動(dòng)面臨的環(huán)境及開采壓力,D～F項(xiàng)指標(biāo)表示煤礦開采活動(dòng)對環(huán)境造成的擾動(dòng)及污染程度,G～I(xiàn)項(xiàng)指標(biāo)則反映了政府、開采單位實(shí)施的環(huán)境監(jiān)管及保護(hù)措施。由績效雷達(dá)圖可以看出,湖北宜化、天池能源基本與礦區(qū)平均績效水平相當(dāng),雷達(dá)圖呈外擴(kuò)趨勢,說明煤礦各環(huán)境績效水平相互制約、均衡發(fā)展。神華能源煤礦、大成能源煤礦、神東天隆煤礦環(huán)境績效與平均水平有一定程度的偏移,相較于后兩個(gè)煤礦,神華能源煤礦更注重于環(huán)境監(jiān)管及防治,但其面臨的環(huán)境壓力也是最大的。

5個(gè)煤礦的平均環(huán)境績效指數(shù)表明五彩灣礦區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)績效水平相差不大,但各指標(biāo)績效指數(shù)值偏低,荒漠區(qū)典型的生態(tài)環(huán)境對煤礦開采活動(dòng)造成的壓力較為明顯,煤礦對環(huán)境造成的擾動(dòng)、土壤及植被破壞均較為嚴(yán)重,尤其是煤塵、粉塵污染相對突出。煤礦無污染違規(guī)行為,環(huán)境監(jiān)管工作正步入正軌,但現(xiàn)有企業(yè)在環(huán)境保護(hù)方面的管理水平及投入、新開采技術(shù)與治理技術(shù)的應(yīng)用方面還有待提升。

4 結(jié)論

基于PSR模型構(gòu)建適用于荒漠區(qū)露天煤礦環(huán)境績效評估體系從壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)方面考慮,分別對應(yīng)荒漠區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀及露天煤礦開采壓力,煤礦開采活動(dòng)對環(huán)境造成的擾動(dòng)程度和相應(yīng)的環(huán)境監(jiān)管及防治水平,全面反映荒漠區(qū)生態(tài)環(huán)境、露天煤礦開采活動(dòng)及監(jiān)管部門間的相關(guān)關(guān)系。

評估新疆準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)露天煤礦2012年的環(huán)境績效水平,結(jié)果顯示五彩灣礦區(qū)整體環(huán)境績效水平偏低,各露天煤礦間綜合績效指數(shù)相差較大,各煤礦單項(xiàng)績效指數(shù)存在明顯差異。評估結(jié)果及雷達(dá)圖顯示,在荒漠區(qū)脆弱、敏感的生態(tài)環(huán)境壓力下,煤炭開采活動(dòng)更易對環(huán)境造成破壞及污染,因此在對污染源進(jìn)行控制、規(guī)范煤炭開采活動(dòng)及土壤修復(fù)措施的同時(shí),環(huán)境監(jiān)管投入程度及高科技低污染開采技術(shù)等是提高環(huán)境績效水平的關(guān)鍵。

[1] 徐東岳,劉濤.我國煤炭工業(yè)發(fā)展十年回顧及趨勢展望[J].中國煤炭,2014(1)

[2] 周桐,甄選.中國露天煤礦裝備發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].露天采礦技術(shù),2014(1)

[3] 周游,才慶祥,周偉等.哈爾烏素露天煤礦生態(tài)環(huán)境評價(jià)[J].中國煤炭,2010(4)

[4] 楊志,趙冬至,林元燒.基于PSR模型的河口生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系研究[J].海洋環(huán)境科學(xué),2011 (1)

[5] 周影烈,郭茹,包存寬等.規(guī)劃環(huán)境影響跟蹤評價(jià)初探[J].環(huán)境污染與防治,2009(6)

[6] 閆文周,顧連勝.熵權(quán)決策法在工程評標(biāo)中的應(yīng)用[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004 (1)

[7] 鄒志紅,孫靖南,任廣平.模糊評價(jià)因子的熵權(quán)法賦權(quán)及其在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005(4)

[8] 張新,董霽紅.采煤塌陷地土地復(fù)墾項(xiàng)目后評價(jià)研究[J].中國煤炭,2010(3)

Research on open-pit coal mine environmental performance evaluation based on PSR model in desert region

Ma Xiaoting,Yin Junqi,Cheng Yan,Wang Xiaoyu
(Xinjiang Academy of Environmental Protection Science,Urumqi,Xinjiang 830011,China)

In order to constructing a performance evaluation system which applying to openpit coal mine in desert area and analysis the influence factors on ecological environment of openpit coal mine in desert area,the authors took ISO14031 standard as an example to evaluate the environmental performance of 5 open-pit coal mines in Wucaiwan mining area in Xinjiang．By using the principles of index screening to determine significant environmental influence factors,the authors constructed the environmental performance index system based upon PSR(pressurestate-response)frame model and using entropy method to given value for index-weight,and evaluated coal mine area environmental performance by combining environmental performance index method and the radar chart．The results showed that environmental performance level of research area were medium to low,and the 5 open-pit coal mine environmental performance level were significant difference．Thus,in the desert region of sensitive and fragile environment conditions,the keys of improving the environmental performance level were controlling pollution sources,restoration of the ecological environment,and improving environmental supervision and management level．

desert area,open-pit coal mine,environmental performance evaluation,PSR frame model

TD993

A

馬曉婷(1988－),女,回族,新疆烏魯木齊人,助理工程師,現(xiàn)工作于新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,主要從事生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究。

(責(zé)任編輯 孫英浩)

2011年度環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201109027)