劉佳駿，史 丹，李 宇

(1.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院，北京 100045；2.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100836；3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

中國(guó)主要煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱度判定與優(yōu)化措施研究

劉佳駿1，3，史 丹2，李 宇3

(1.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院，北京 100045；2.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100836；3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

本研究基于我國(guó)陸地國(guó)土空間的生態(tài)環(huán)境脆弱度分異與我國(guó)主要煤炭礦區(qū)進(jìn)行空間擬合，在整個(gè)國(guó)土空間范圍上判別我國(guó)主要煤炭基地所處生態(tài)環(huán)境脆弱程度，揭示不同煤炭基地相關(guān)生態(tài)環(huán)境因子約束類(lèi)型，提出針對(duì)不同類(lèi)型煤炭基地生態(tài)約束類(lèi)型的綠色開(kāi)采措施與我國(guó)未來(lái)煤炭基地生產(chǎn)調(diào)控政策。

煤炭基地；生態(tài)環(huán)境脆弱度；空間擬合；調(diào)控對(duì)策

1 引言

對(duì)于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度的綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多層次、多任務(wù)、多目標(biāo)的系統(tǒng)工程，其理論基礎(chǔ)源于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)的原理。目前我國(guó)在礦區(qū)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，主要是對(duì)礦區(qū)大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展方面評(píng)價(jià)研究比較多，主要評(píng)價(jià)理論方法有:大氣污染超標(biāo)指數(shù)、集對(duì)分析法、水環(huán)境質(zhì)量灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)法、物元分析理論[1－7]。在煤炭開(kāi)采環(huán)境影響方面研究的基本結(jié)論是:煤炭開(kāi)采中比較突出的環(huán)境問(wèn)題主要表現(xiàn)在地面沉陷 (露天礦挖掘)、地下水資源破壞、煤矸石堆存占地和自燃等方面，且煤炭開(kāi)采受技術(shù)制約而產(chǎn)生的環(huán)境影響對(duì)生態(tài)脆弱區(qū)的破壞日趨嚴(yán)重，根據(jù)不同基地各生態(tài)要素對(duì)生態(tài)脆弱性總體得分的貢獻(xiàn)率，判斷不同基地的主要生態(tài)約束因素與約束程度，可以將我國(guó)煤炭基地分為水土因素交互作用型、地質(zhì)不穩(wěn)定和地面塌陷約束型以及生態(tài)功能約束型三種類(lèi)型[8－14]。

2 我國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)空間分異模型

2.1 我國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和德?tīng)柗品ǎ_定我國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)大類(lèi)指標(biāo)和單項(xiàng)指標(biāo)及其權(quán)重，將自然約束因子與人類(lèi)活動(dòng)影響因子同時(shí)引入，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境脆弱性指標(biāo)體系，有效避免前人研究對(duì)典型人文因素的分析不足 (見(jiàn)表1)。在研究方法上采用綜合指數(shù)方法、層次分析法和RS/GIS相結(jié)合的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)方法，研究中引入GIS技術(shù)實(shí)用的空間分析功能可與多種評(píng)價(jià)方法實(shí)現(xiàn)鏈接，使得評(píng)價(jià)過(guò)程更簡(jiǎn)單直觀。

表1 生態(tài)環(huán)境脆弱性指標(biāo)體系

2.2 生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理過(guò)程

(1)技術(shù)路線(xiàn)與數(shù)據(jù)數(shù)字化。在權(quán)威資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)和已有相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)GIS空間統(tǒng)計(jì)和分析功能，首先對(duì)13項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)字化和統(tǒng)一投影，包括建立統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，采用Albers雙標(biāo)準(zhǔn)緯線(xiàn)等面積圓投影方式；構(gòu)建全國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性指標(biāo)空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，以地區(qū)行政區(qū)域范圍為基本單元，根據(jù)13項(xiàng)不同生態(tài)環(huán)境脆弱性指標(biāo)隸屬度劃分閾值，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境隸屬度空間賦值；然后進(jìn)行多要素?cái)?shù)據(jù)空間疊加數(shù)值分析。

(2)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度數(shù)值計(jì)算。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和全國(guó)生態(tài)環(huán)境實(shí)際狀況，將全國(guó)生態(tài)環(huán)境劃分為良好、較好、脆弱、較高脆弱和高脆弱5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2。各單項(xiàng)指標(biāo)分別根據(jù)5個(gè)等級(jí)的隸屬度以全國(guó)地級(jí)市或地區(qū)為基本研究單元進(jìn)行空間賦值，進(jìn)而構(gòu)建基于地市級(jí)行政單元的全國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性指標(biāo)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

應(yīng)用加權(quán)和空間疊加分析方法，根據(jù)計(jì)算下面公式，分別計(jì)算333個(gè)地級(jí)行政區(qū)域的地形特征、人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)、生態(tài)背景、環(huán)境背景四個(gè)大類(lèi)指標(biāo)的生態(tài)環(huán)境脆弱性。分別構(gòu)建生態(tài)環(huán)境脆弱性大類(lèi)指標(biāo)空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析。

表2 生態(tài)環(huán)境脆弱性劃分標(biāo)準(zhǔn)

公式說(shuō)明:Fi—i大類(lèi)指標(biāo)綜合值；Wj—j單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；Ij—j單項(xiàng)指標(biāo)隸屬度值。

運(yùn)用ArcGIS9.3空間分析和統(tǒng)計(jì)功能，應(yīng)用自然斷裂法對(duì)全國(guó)333個(gè)地區(qū) (市)進(jìn)行聚類(lèi)分析，經(jīng)過(guò)調(diào)整，綜合聚類(lèi)分析結(jié)果，進(jìn)行自下而上的調(diào)整和歸并，在遵循以下原則上，獲得全國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分異特征。

2.3 我國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分異特征

習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，高校思想政治理論課教學(xué)“要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿(mǎn)足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待”，這就明確了打贏提升思想政治理論課質(zhì)量和水平的攻堅(jiān)戰(zhàn)，必須以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為導(dǎo)向，滿(mǎn)足學(xué)生的真需求和真期待，從而拉近課程與學(xué)生的距離和情感。

根據(jù)以上模型計(jì)算得到我國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱度的空間分異狀況。

(1)我國(guó)生態(tài)環(huán)境整體形勢(shì)不容樂(lè)觀，“胡煥庸地理線(xiàn)”以北更為嚴(yán)峻。我國(guó)生態(tài)環(huán)境空間分體特征總體表現(xiàn)為基本以胡煥庸地理線(xiàn)為界，線(xiàn)以北在青藏高原高寒區(qū)、黃土高原濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)區(qū)，內(nèi)蒙古高原溫帶地區(qū)以及西北溫帶和暖溫帶荒漠地區(qū)形成了連片的較高和高脆弱地區(qū)。其中高脆弱地區(qū)呈現(xiàn)典型的集中連片面狀分布，總面積為 385萬(wàn)平方公里，占陸地國(guó)土總面積的40.1%；包含新疆、青海、西藏、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、山西、寧夏全部地區(qū)以及四川北部等行政區(qū)。沿西南－東北方向形成了巨大的帶狀較高脆弱地區(qū)，總面積168.7萬(wàn)平方公里，占陸地國(guó)土總面積的17.6%。

(2)胡煥庸線(xiàn)過(guò)渡帶生態(tài)脆弱區(qū)呈組團(tuán)分布。生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)呈現(xiàn)組團(tuán)空間分布，在較高脆弱和生態(tài)環(huán)境較好地區(qū)之間形成了西南至東北方向的組團(tuán)式破碎狀過(guò)渡地帶，總面積約為111.6萬(wàn)平方公里，占陸地國(guó)土總面積的11.6%。集中在云貴高原和青藏高原交匯地帶、重慶、貴州、湖北接壤區(qū)、冀中平原、西遼河流域干旱區(qū)，河南、安徽和湖北接壤區(qū)等。

(3)生態(tài)環(huán)境尚好地區(qū)只占陸地國(guó)土面積的三分之一。胡煥庸地理線(xiàn)以南地區(qū)在東北和華北濕潤(rùn)半濕潤(rùn)溫帶地區(qū)、華中－華南濕潤(rùn)亞熱帶地區(qū)、華南熱帶濕潤(rùn)地區(qū)生態(tài)環(huán)境較好，總面積約為294.7萬(wàn)平方公里，占陸地國(guó)土總面積的30.7%。包含山東、江蘇、浙江、上海、天津、福建、廣東、江西、海南全部地區(qū)和黑龍江、吉林、遼寧、河北、廣西、湖北、湖南、貴州、四川、云南大部分地區(qū)。

3 我國(guó)煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)的判別與空間分布

3.1 我國(guó)主要煤炭基地空間分布

我國(guó)煤炭生產(chǎn)礦井分布在全國(guó)1300多個(gè)縣市，目前礦井個(gè)數(shù)有2.3萬(wàn)余處，2011年全國(guó)煤炭產(chǎn)量中，晉、陜、蒙三省產(chǎn)量占42.6%，西北新、甘、寧、青占5.1%；西南的云、貴、川、渝占12.4%；東北三省占9.3%；京、津、冀占4.6%；華東7省占15.3%；中南5省占10.8%。

3.2 主要煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)的辨別

我國(guó)煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱度判定見(jiàn)表3，主要煤礦生態(tài)環(huán)境脆弱度指數(shù)見(jiàn)表4。將煤炭基地的空間分布與生態(tài)環(huán)境脆弱性的空間分布擬合，可以看出，全國(guó)約有70%以上的煤炭生產(chǎn)基地處于生態(tài)環(huán)境中等脆弱以上等級(jí)生態(tài)脆弱區(qū)。2009年，我國(guó)煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱指數(shù)平均值僅為－0.07943，處于較高脆弱狀態(tài)。

表3 煤炭基地生態(tài)環(huán)境脆弱度判定隸屬度

表4 我國(guó)主要煤礦生態(tài)環(huán)境脆弱度指數(shù)

從目前的現(xiàn)狀看，生態(tài)環(huán)境處于高度脆弱的地區(qū)是神東煤炭基地、陜北煤炭基地和準(zhǔn)東基地，它們生態(tài)環(huán)境脆弱指數(shù)平均值均在－0.2以下，其中陜北基地生態(tài)環(huán)境脆弱指數(shù)平均值為－0.340，生態(tài)環(huán)境狀況在14個(gè)煤炭基地中處于最為脆弱狀態(tài)。冀中煤炭基地、蒙東－東北基地、兩淮基地和河南煤炭基地的生態(tài)脆弱指數(shù)在0.0～0.10之間，屬于生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)；晉北基地、晉東基地、晉中基地、云貴基地、黃隴基地和寧東基地的生態(tài)脆弱指數(shù)在－0.2～0.0之間處于生態(tài)環(huán)境較高脆弱區(qū)；目前只有魯西基地和蒙東 (東北)基地的黑東礦區(qū)生態(tài)脆弱指數(shù)處于0.1～0.3，屬于生態(tài)環(huán)境較好地區(qū)其中魯西基地生態(tài)脆弱指數(shù)為0.215，是目前全國(guó)煤炭基地生態(tài)環(huán)境最好的地區(qū)。

3.3 煤炭基地生態(tài)脆弱性類(lèi)型分析

根據(jù)各煤炭基地生態(tài)脆弱性四個(gè)維度13個(gè)因素的分析 (見(jiàn)表5)，對(duì)我國(guó)煤電基地生態(tài)脆弱區(qū)，依據(jù)其主要脅迫因子的影響程度劃分為以下四種類(lèi)型:

類(lèi)型一:黃土高原水土因素交互脅迫型。該地區(qū)的生態(tài)脆弱性主要是由于水資源和土地資源的交互作用而形成。主要表現(xiàn)在地區(qū)降水量少且地區(qū)分布不均，水資源承載脅迫指數(shù)較高；而地表土地利用強(qiáng)度大，部分地區(qū)甚至被過(guò)度開(kāi)墾；地表植被覆蓋率較低。此外，該類(lèi)地區(qū)旱期容易發(fā)生表層土壤裸露；澇期則容易造成水土侵蝕和水土流失。這類(lèi)地區(qū)主要以神東基地的神東礦區(qū)、準(zhǔn)格爾礦區(qū)、陜北榆神基地、晉北基地的大同、朔州礦區(qū)以及河南基地的焦作、洛陽(yáng)、三門(mén)峽礦區(qū)為典型。更為嚴(yán)重的是，這類(lèi)地區(qū)的煤炭開(kāi)發(fā)多以露天開(kāi)采為主。露天煤礦的開(kāi)發(fā)，將進(jìn)一步破壞地表植被的覆蓋，促使水資源的蒸發(fā)和地表的水土流失；而且煤礦開(kāi)發(fā)的疏干水還將對(duì)地表水造成污染，加劇該地區(qū)的水資源脅迫性。

類(lèi)型二:地質(zhì)不穩(wěn)定脅迫型。該類(lèi)地區(qū)一般坡度都比較大，在15度以上；且地表開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度比較大。但與類(lèi)型一不同，該地區(qū)降水較多，發(fā)生水土流失以及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的概率比較高。通?；聡?yán)重度在中等水平以上。因此，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性主要是由于地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致。以云貴基地為典型。

類(lèi)型三:水資源脅迫型。在該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境要素中，地質(zhì)條件、土地利用強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力以及地表覆蓋等因素條件都比較好，而突出的限制因子是水資源的脅迫程度比較高、而且干燥指數(shù)也比較高。一旦地面開(kāi)發(fā)力度加大，破壞地表覆蓋植物，較高的干燥指數(shù)將使該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境處于嚴(yán)重脆弱狀態(tài)。這類(lèi)地區(qū)主要以蒙東基地的錫林郭勒礦區(qū)、赤峰礦區(qū)與通遼礦區(qū)為典型。

類(lèi)型四:生態(tài)功能脅迫型。該類(lèi)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境承載力相對(duì)良好，主要?dú)w結(jié)于地區(qū)水土因素的良好匹配。但是，該地區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)功能服務(wù)區(qū)，對(duì)于穩(wěn)定全國(guó)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此，該地區(qū)能源的無(wú)序開(kāi)發(fā)很容易造成地區(qū)生態(tài)平衡的破壞。這類(lèi)地區(qū)主要以蒙東基地的呼倫貝爾礦區(qū)為典型。

4 不同生態(tài)環(huán)境脅迫類(lèi)型礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境綠色開(kāi)采措施

4.1 對(duì)于黃土高原地區(qū)的煤炭開(kāi)采要著重注意礦區(qū)及周邊水土資源保持

該類(lèi)型礦區(qū)及周邊應(yīng)及時(shí)采取預(yù)防措施，防止水土流失、水資源破壞及土地沙漠化。區(qū)內(nèi)煤炭開(kāi)采過(guò)程應(yīng)采取盡量減少礦坑水的涌出，對(duì)已經(jīng)涌出的礦坑水則加以處理和應(yīng)用，使礦坑廢水資源化重新利用，提高礦坑廢水的處理率，同時(shí)降低礦坑廢水的污染程度。要注意修建排水工程，地表徑流以排為主，排蓄結(jié)合。矸石的堆放應(yīng)以防止自燃和大的徑流沖刷為原則，矸石排滿(mǎn)后在其上覆土，建造先鋒植物，使地表迅速形成植被覆蓋。

4.2 對(duì)于地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)的煤炭開(kāi)采要著重注意礦區(qū)及周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)保護(hù)

該類(lèi)型礦區(qū)開(kāi)采前要深入研究該部分地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度，把開(kāi)采過(guò)程中暴露地表的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到地層深處永久性?xún)?chǔ)藏，采取填充開(kāi)采，從而緩解工作面支承壓力產(chǎn)生的礦壓顯現(xiàn)，改善采場(chǎng)和巷道維護(hù)狀況，有效減少地表下沉和變形，提高煤礦采出率，防止地層塌陷，盡量保持原有地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)，避免地下與地表水滲漏導(dǎo)致植被枯死、生物多樣性損害、建筑損毀、土地沙漠化等災(zāi)害性事件的發(fā)生。

4.3 對(duì)于水資源缺乏地區(qū)的煤炭開(kāi)采要著重注意礦區(qū)及周邊區(qū)內(nèi)水資源保護(hù)

該類(lèi)型礦區(qū)開(kāi)采前要深入研究礦區(qū)開(kāi)采后巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)巖體內(nèi)形成空隙的影響，巖體中液體的滲流規(guī)律，為保水開(kāi)采的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。通過(guò)建立保水開(kāi)采的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，提出保水開(kāi)采機(jī)理。根據(jù)各礦區(qū)地質(zhì)特征，制定采煤方法規(guī)劃，確定合適的采煤方法，控制生態(tài)水位，采煤引起的水位下降幅度不得超越合理生態(tài)水位。

4.4 依據(jù)國(guó)土開(kāi)發(fā)原則建立退出機(jī)制，逐步禁止對(duì)于生態(tài)功能脅迫區(qū)的煤炭開(kāi)采活動(dòng)

依據(jù)我國(guó)國(guó)土開(kāi)發(fā)功能區(qū)規(guī)劃，對(duì)于生態(tài)環(huán)境極度脆弱區(qū)以及國(guó)家重要生態(tài)安全屏障區(qū)，應(yīng)逐步禁止在區(qū)域內(nèi)的資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)。這部分地區(qū)生態(tài)脆弱度高且對(duì)我國(guó)整體生態(tài)安全意義重大，由于資源開(kāi)采導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境損害難以修復(fù)，未來(lái)該部分區(qū)域煤炭開(kāi)采應(yīng)逐步禁止。對(duì)于區(qū)內(nèi)已開(kāi)采的露天礦區(qū)應(yīng)嚴(yán)格施行剝離—排土—造地—復(fù)墾一體化技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采。

表5 我國(guó)主要煤炭基地的生態(tài)環(huán)境脆弱度指標(biāo)值

5 完善頂層設(shè)計(jì)，以技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展

(1)加快技術(shù)創(chuàng)新，推行綠色開(kāi)采，嚴(yán)格踐行生態(tài)礦山建設(shè)。依靠技術(shù)進(jìn)步，采用井下充填、以矸換煤、保水開(kāi)采等新工藝和新技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕對(duì)地表水和地下水的破壞，減少煤矸石和礦井水產(chǎn)生量以及采煤引起的地表沉陷等。

(2)建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，完善頂層設(shè)計(jì)，促進(jìn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。明確企業(yè)和政府在生態(tài)環(huán)境治理方面的責(zé)任，完善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)補(bǔ)償機(jī)制、制定專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，加大生態(tài)環(huán)境治理投入。

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(責(zé)任編輯 譚果林)

Ecological Fragility Degree Identification and Regulation Control Strategies of China’s M ajor Coal Bases

Liu Jiajun1，3，Shi Dan2，Li Yu3
(1.National Academy of Economic Strategy，CASS，Beijing 100045，China；2.Institute of Industrial Economy，CASS，Beijing 100836，China；3.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，CAS，Beijing 100101，China)

This study is based on the spatial fitting by ecological environment fragility differentiation of China's land territory space and itsmajor coalmining area，which determines the environmental vulnerability ofmajor coalbases throughout the territory spatialextentof China.It reveals the different types of environmental constraint factors that related to coal bases.In the conclusion，we propose the green miningmeasures and future regulatory policy for different ecological constraint types of coal production bases.

Coal base；Fragility of ecological environment；Spatial correlation fitting；Adjust and control countermeasure

F062.1

A

國(guó)家自然科學(xué)基金 “京津冀城市群碳排放空間格局與影響機(jī)制研究”(41401188)，國(guó)家能源局委托課題 “十三五推進(jìn)能源消費(fèi)革命和節(jié)能減排的主要目標(biāo)及對(duì)策措施研究”(201312)。

2014－05－19

劉佳駿 (1982－)，回族，河北唐山人，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院助理研究員，理學(xué)博士，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所博士后；研究方向:能源經(jīng)濟(jì)，生態(tài)經(jīng)濟(jì)。