補建偉 孫自永 周愛國，，3 徐友寧 魏文浩 劉 夢，5

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢430074;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430074;3.生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，湖北 武漢430074;4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安710054;5.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)機械與電子信息學(xué)院，湖北 武漢430074)

礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要保證，為滿足人民生活需求、支持經(jīng)濟發(fā)展、保障國家安全、促進社會進步提供了廣泛的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。然而在當(dāng)前，礦業(yè)開發(fā)儼然成為全球范圍內(nèi)對地質(zhì)環(huán)境影響最劇烈的人為活動之一，粗放和掠奪式的開采導(dǎo)致了礦山地質(zhì)環(huán)境惡化、地質(zhì)環(huán)境問題頻發(fā)和生態(tài)環(huán)境失衡等一系列問題，究其原因是人類的經(jīng)濟活動超過了自然生態(tài)系統(tǒng)的承載能力［2］。

礦山地質(zhì)環(huán)境承載力是近年來從環(huán)境承載力、礦山地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)環(huán)境評價領(lǐng)域交叉衍生出的研究熱點［3-6］，目前主要以評價研究居多［7-10］。其關(guān)注的核心是礦業(yè)活動對地質(zhì)環(huán)境擾動強度的臨界閾值，用以協(xié)調(diào)礦產(chǎn)資源供給功能與地質(zhì)環(huán)境服務(wù)功能之間的平衡關(guān)系。然而，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價是一個高度復(fù)雜和抽象的研究課題，國內(nèi)外尚處于探索階段，因此在開展評價工作之前，有必要對一些基礎(chǔ)性問題進行分析和討論。為此，通過對礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的對象、范圍、性質(zhì)、前提和目的等進行探討和界定，從而初步明確礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的基本屬性，進而為礦山地質(zhì)環(huán)境評價相關(guān)研究提供參考。

1 評價對象

礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的對象是地質(zhì)環(huán)境承載力，可以預(yù)想評價的結(jié)果是某個采礦區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力的強弱。地質(zhì)環(huán)境承載力的大小可以用具體的數(shù)值表示，也可以采用諸如“強、中、弱”的級別形式表現(xiàn)。

1.1 承載力概念的起源與發(fā)展

“承載力”的概念起源于物理學(xué)、工程學(xué)，是指物體在不產(chǎn)生任何破壞時所能承受的最大負荷，具有物理量綱。但是，承載力的概念自1921 年由Park 和Burgress 等引入生態(tài)學(xué)后發(fā)生了演化與發(fā)展［11］，在不同的發(fā)展階段和資源條件下，產(chǎn)生了不同的承載力概念和相應(yīng)的理論［12］。發(fā)展至今，許多領(lǐng)域的承載力已由最初的“最大支持量”發(fā)展成為了對人類活動的“支持能力”。另外，承載力和容量是2 個容易混淆的概念，兩者區(qū)別在于:容量(常稱環(huán)境容量)一般側(cè)重體現(xiàn)和反映環(huán)境系統(tǒng)的純自然屬性;承載力則突出顯示和說明環(huán)境系統(tǒng)的綜合功能(自然和社會的復(fù)合)［2］。承載力概念的發(fā)展演化情況見圖1。

圖1 承載力概念的發(fā)展與演化Fig.1 Development and evolution of carrying capacity concept

1.2 承載力的核心要素

承載力的概念在演化過程中被不斷賦予新的內(nèi)涵，其涉及的領(lǐng)域涵蓋自然、社會、經(jīng)濟等多方面。然而，無論如何發(fā)展和演化，只要沿用“承載力”這個詞，有2 點就必須要明確，即“承載體”和“承載對象”，這也是承載力的2 個核心要素［13］，見圖2。

圖2 承載力的核心要素Fig.2 Core elements of carrying capacity

1.3 礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的概念

國內(nèi)對礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的研究興起于10 余a 前，夏玉成早在本世紀(jì)初便開展了相關(guān)的研究工作，近年來，姚銳、呂敦玉、關(guān)英斌、張勇和張大超等分別從不同的角度豐富了相應(yīng)的概念［14-19］。結(jié)合前人的研究成果，考慮承載力的概念與地質(zhì)環(huán)境屬性的特點，從整個礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境相互作用的角度出發(fā)，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的概念可理解為:在可預(yù)見的時期內(nèi)，受礦產(chǎn)資源開發(fā)活動影響的區(qū)域，在保障地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能正常或朝著人類社會經(jīng)濟活動可持續(xù)發(fā)展的前提和目標(biāo)下，礦業(yè)活動對地質(zhì)環(huán)境的最大擾動強度，或地質(zhì)環(huán)境所能承受礦產(chǎn)資源開發(fā)強度的最大值。

礦山地質(zhì)環(huán)境承載力反映的是礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與區(qū)域礦業(yè)經(jīng)濟活動的適宜程度［19］。然而礦山地質(zhì)環(huán)境承載力是一個多要素、復(fù)雜的綜合承載力，其承載體具有自然屬性，而承載對象具有很強的經(jīng)濟和社會屬性，如何量化承載力，如何找到承載體和承載對象之間的聯(lián)系是需要解決的核心問題［20］。

1.4 礦山地質(zhì)環(huán)境承載力表述途徑

地質(zhì)環(huán)境承載力的研究難點有:①地質(zhì)環(huán)境承載力作為一個客觀存在的事實，缺乏一個適合的表征量，即用什么方式來量化和表征地質(zhì)環(huán)境承載力;②在承載力評價方面應(yīng)用較多的量化指標(biāo)有人口數(shù)量、用地面積、經(jīng)濟效益，但該類指標(biāo)無法從整體上權(quán)衡地質(zhì)環(huán)境承載力，并且該類指標(biāo)均牽涉到許多地質(zhì)環(huán)境自然屬性以外的經(jīng)濟或社會屬性［21］。

按照相關(guān)研究成果，可通過采用承載對象的特征量(如人口規(guī)模、GDP 總量等)表征承載力評價結(jié)果，但這對于地質(zhì)環(huán)境承載力而言，是很難實現(xiàn)的。因此，在礦山地質(zhì)環(huán)境承載力研究中，可以考慮采用另外一種思路來表征地質(zhì)環(huán)境承載力，即承載對象僅用來作為承載體的約束目標(biāo)，承載力評價的最終結(jié)果采用承載體(地質(zhì)環(huán)境)對相關(guān)功能(如降解、自凈、光合作用、涵養(yǎng)水分等)的承載能力的相對大小來表征。

2 評價范圍

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境

評價范圍首先要明確的是礦山地質(zhì)環(huán)境的概念，而非范疇更廣的“地質(zhì)環(huán)境”或側(cè)重其他功能的某種局域環(huán)境(如“濕地環(huán)境”或“草原環(huán)境”)，這是評價范圍的首要屬性。為了不使評價范圍發(fā)生混淆或偏離，以及更加明確工作的重心和方向，有必要對礦山地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的概念進行區(qū)分。

巖石圈的表層是與大氣圈、生物圈、水圈相互作用最直接的部分，人類活動與巖石圈的表層關(guān)系最為密切，一般將這個與大氣圈、生物圈、水圈相互作用最直接，又是人類活動關(guān)系最密切的巖石圈接近地表的部分稱為地質(zhì)環(huán)境［22］。礦山地質(zhì)環(huán)境是指人類采礦活動所能影響到的礦山周圍的巖石、土壤、地下水、地質(zhì)作用結(jié)果及其之間的相互聯(lián)系、相互作用和相互影響的總稱［23］。

顯然，在內(nèi)涵上地質(zhì)環(huán)境包含了礦山地質(zhì)環(huán)境。礦山地質(zhì)環(huán)境僅關(guān)注受礦產(chǎn)資源開發(fā)活動所能影響到的巖、土、水、生、氣等范圍相對較小且具體的環(huán)境，這是因為地質(zhì)環(huán)境的范圍廣闊，受礦產(chǎn)資源開發(fā)影響的環(huán)境部分不可能無限延伸，只能在有限的范圍內(nèi)產(chǎn)生作用，而這部分范圍就是礦山地質(zhì)環(huán)境定義中的“環(huán)境”。另外，從研究的角度分析，要使得承載力的評價結(jié)果真實可靠，需要縮小概念和理論的外延，設(shè)置有限目標(biāo)，否則考慮因素過多、選取指標(biāo)過細、耦合過程過余冗會導(dǎo)致評價模型高度復(fù)雜，從而影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性［24］。

2.2 評價區(qū)所在地

礦產(chǎn)資源開發(fā)所在地這一屬性要素明確了礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的工作區(qū)域。我國幅員遼闊，每個地區(qū)都有獨特的地質(zhì)環(huán)境背景和特點，如在青藏高原開展類似評價工作，特殊的氣候、地理及構(gòu)造因素會造就其地質(zhì)環(huán)境的特殊性和生態(tài)環(huán)境的脆弱性，這使得評價工作的諸多環(huán)節(jié)與在我國中、東部有所區(qū)別。而這種區(qū)別表現(xiàn)在青藏高原地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中的水、土(巖)、生、氣諸要素中，動植物及生態(tài)要素變得尤為突出，不再局限于內(nèi)地巖土力學(xué)(地質(zhì)災(zāi)害)和水土化學(xué)(污染)等方面的評價。

3 評價分類及性質(zhì)

3. 1 評價分類

礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價的目的是確定礦產(chǎn)資源勘查與開采活動對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度，包括現(xiàn)狀評價和預(yù)測評價。現(xiàn)狀評價主要依據(jù)礦業(yè)活動已經(jīng)造成的各種礦山地質(zhì)環(huán)境問題;預(yù)測評價的依據(jù)則是礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件和礦業(yè)活動的強度。在礦山地質(zhì)環(huán)境評價工作中，評價對象和目的往往具有差異性，目前，可將其分為礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價、礦山地質(zhì)環(huán)境功能評價和礦山地質(zhì)環(huán)境問題評價等3類［25］，見表1。

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境評價的分類Table 1 Classification of mine geo-environmental evaluation

礦山地質(zhì)環(huán)境中的“環(huán)境”不僅是礦業(yè)活動的場所，而且具有為人類生活提供環(huán)境保障的功能。礦山地質(zhì)環(huán)境功能評價的目的是確定其環(huán)境功能的種類和大小，即判斷對人類居住和從事生產(chǎn)、生活的適宜程度。

礦山地質(zhì)環(huán)境問題評價的對象是礦山內(nèi)已發(fā)生、正發(fā)生或潛在的各類地質(zhì)環(huán)境問題，評價的目的是揭示這些地質(zhì)環(huán)境問題的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，確定它們的發(fā)生概率(風(fēng)險性)、造成的破壞損失(危害性)、減災(zāi)防災(zāi)的經(jīng)濟投入以及取得的經(jīng)濟效益和社會效益，評價結(jié)果反映的是礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣程度。按評價時間可分為地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)生前的預(yù)評價、地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)生期間的跟蹤評價和地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)生后的總結(jié)評價;根據(jù)評價范圍或面積，可分為點評價、面評價和區(qū)域評價;根據(jù)評價內(nèi)容，又可分為危險性評價、易損性評價、風(fēng)險性評價、破壞損失評價和防治工程評價，其中危險性評價和風(fēng)險性評價屬預(yù)評價，破壞損失評價屬總結(jié)評價［26］。

3.2 評價性質(zhì)

礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的性質(zhì)可從多方面分析:①從評價階段來說，屬于預(yù)評價(規(guī)劃評價);②從評價內(nèi)容來看，屬于綜合評價;③從決策過程來分析，屬于主觀－客觀耦合的評價。

3.2.1 規(guī)劃評價

預(yù)評價和后評價的劃分是針對礦山開采而言的:①在礦山開采前的評價即預(yù)評價，包括承載力評價、影響評價;②在開采過程中的評價即現(xiàn)狀評價，包括環(huán)境質(zhì)量和環(huán)境問題評價;③在開采后的評價即后評價，如恢復(fù)潛力、恢復(fù)的適宜性評價等［27］。有些評價比較特殊，如在開采階段進行的評價，卻具有預(yù)測性質(zhì)，如風(fēng)險性評價、危害性評價，該類評價可以歸為預(yù)評價(但與承載力評價和影響評價區(qū)別明顯)，也可以歸為現(xiàn)狀評價，歸為動態(tài)預(yù)評價也比較合適。

礦山地質(zhì)環(huán)境的預(yù)評價可分為承載力評價和影響評價。承載力評價是在具體開采方案之前進行的評價，是為勘查、開采規(guī)劃服務(wù)的，屬于宏觀的了解背景、掌握情況的階段，評價結(jié)果有助于規(guī)劃優(yōu)先開發(fā)區(qū)、適宜開發(fā)區(qū)、限制開采區(qū)、禁止開發(fā)區(qū)等。針對具體的開采方案所進行的預(yù)測評價則為環(huán)境影響評價，根據(jù)評價的時期可分為:①在開采方案之前的預(yù)測評價;②在開采過程中或開采之后，對礦山開采對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響進行評估，是查因或歸因的過程。礦山開采過程中各階段地質(zhì)環(huán)境評價分類見圖3。

圖3 礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中各階段地質(zhì)環(huán)境評價分類Fig.3 Classification of mine geo-environmental evaluation at all stages of mineral resources exploitation

3.2.2 綜合評價

從承載力的2 個核心要素分析，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的承載體是礦山地質(zhì)環(huán)境，承載對象是礦產(chǎn)資源開發(fā)活動。礦山地質(zhì)環(huán)境是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，由巖、土、水、生、氣等多個子系統(tǒng)組成［28］，要評價該系統(tǒng)對礦產(chǎn)資源開發(fā)的承載能力，不可能從某個側(cè)面或通過單一指標(biāo)來衡量。因此，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價是一個包含眾多環(huán)境要素、考慮諸多環(huán)境系統(tǒng)、注重眾多環(huán)境功能的一個綜合評價過程。整個礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)可提取的指標(biāo)不勝枚舉，評價過程中需要對該類指標(biāo)進行信息匯集加工，從中提煉出一套最優(yōu)的指標(biāo)體系，從整體上對地質(zhì)環(huán)境的承載水平進行評判。

3.2.3 主觀－客觀耦合評價

本質(zhì)上講，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的評價結(jié)果是數(shù)學(xué)方法、邏輯思維和人腦決策的耦合過程［29］，其中:①綜合性評價是自下而上的過程，即由低層次到高層次，由多樣性到綜合性，由諸多細節(jié)到簡約集中的過程，期間不可避免地會帶來信息的損失［30］;②評價的諸多環(huán)節(jié)均有多個備選方案，如標(biāo)選取、定權(quán)方法、剖分方案、模型構(gòu)建等，需要人為選擇，存在一定的主觀性;③評價指標(biāo)所獲取的多源數(shù)據(jù)由于精度、度量方法的不一致會不可避免地存在一定的誤差。

4 評價前提

4.1 暫不考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)方式

假設(shè)外界施加的是均勻作用力，可暫不考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)方式，這是:①由環(huán)評性質(zhì)決定的，由于無法獲知開采方案，因而無法判斷礦產(chǎn)資源的開發(fā)方式和強度;②由環(huán)評的目的決定的，評價結(jié)果的優(yōu)劣程度只能通過比較來獲得，而要使得評價結(jié)果具有可比性，有必要使得外界作用力相同，否則無從比較;③由環(huán)評的本質(zhì)決定的，承載力衡量是地質(zhì)環(huán)境的固有特性，或者是地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的內(nèi)在特征［31］，類似于地下水脆弱性評價中的固有脆弱性評價，即對某一個單元能夠承受多大(相對值)的外界作用力進行評價。

4.2 暫不考慮未來地質(zhì)環(huán)境的可恢復(fù)性

原因在于:①地質(zhì)環(huán)境即便可以恢復(fù)，那么這樣的恢復(fù)過程究竟需要多長時間，無法獲知;此外，地質(zhì)環(huán)境在一定的時間段內(nèi)能夠得到恢復(fù)便可以認為地質(zhì)環(huán)境承載力較高，超過該時間段，即便地質(zhì)環(huán)境得到了恢復(fù)也認為地質(zhì)環(huán)境承載力較低，那么這樣的時間段究竟如何有效確定，難度較大。②一般來講，地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)有益于人類生產(chǎn)生活，并且只要積極投入，地質(zhì)環(huán)境在很大程度上能夠得到恢復(fù)，從這個角度上分析，地質(zhì)環(huán)境承載力是較大的，如此便失去了地質(zhì)環(huán)境承載力評價的意義［32］。

4.3 暫不考慮承載力的動態(tài)變化

在地質(zhì)環(huán)境承載力評價過程中，可暫不考慮開采過程中因環(huán)境要素的改變而造成承載力的動態(tài)變化［33］，這是因為礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價的參考起點應(yīng)當(dāng)是當(dāng)前的環(huán)境，針對的是疊加在現(xiàn)狀之上的可能發(fā)生的礦業(yè)活動，因此，礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價應(yīng)該相當(dāng)于環(huán)境影響評價中的規(guī)劃評價，是為規(guī)劃服務(wù)的，不考慮具體開采方案的影響，當(dāng)然也不存在承載力的動態(tài)變化問題，因此屬于預(yù)評價，礦山開采及開采后的評價則不屬于預(yù)評價的范疇。

5 評價目的

近年來，隨著我國對礦產(chǎn)資源需求的急劇增大，資源與環(huán)境間的矛盾將持續(xù)激化，我國礦山地質(zhì)環(huán)境在當(dāng)前和未來很長一段時間內(nèi)將面臨嚴(yán)峻的形勢［34］。在此形勢下，迫切要求對礦山地質(zhì)環(huán)境承載力進行系統(tǒng)而深入的研究，以便科學(xué)合理地回答和解決一些涉及區(qū)域乃至國家目標(biāo)的決策性問題:如在某礦區(qū)現(xiàn)有的礦山地質(zhì)環(huán)境條件下，礦產(chǎn)資源總體上是否適宜開發(fā);某個區(qū)域的礦山地質(zhì)環(huán)境能承載強度如何，若在該區(qū)域進行礦產(chǎn)資源開發(fā)，將對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生何種程度的影響，在哪些位置開發(fā)更合適等［16］。

此外，通過礦山地質(zhì)環(huán)境承載力的研究可以:①為指定區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)制定相關(guān)政策，提供環(huán)境方面的依據(jù)，實現(xiàn)在環(huán)境保護的前提下進行資源的有序開發(fā);②應(yīng)用于全國各礦產(chǎn)資源重點勘查規(guī)劃區(qū)和資源接續(xù)基地的地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查評價工作;③為大型能源基地、礦集區(qū)、開采區(qū)合理確定開采強度、防治礦山地質(zhì)環(huán)境問題、保護礦山生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)，為實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展、礦業(yè)和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)保障。

6 結(jié) 語

礦山地質(zhì)環(huán)境承載力研究的是礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)與礦業(yè)開發(fā)活動間的相對關(guān)系，但由于不同學(xué)科背景的專家對其認識不一致，再加上礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)、人類與地質(zhì)環(huán)境之間作用的復(fù)雜性，使得目前許多理論和方法尚未發(fā)展成熟。通過對礦山地質(zhì)環(huán)境承載力評價所存在的一些問題進行討論，對于加強我國礦山地質(zhì)環(huán)境保護以及進行礦產(chǎn)資源開發(fā)具有一定的參考價值。

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