哈爾烏素露天煤礦生態(tài)環(huán)境評價

周 游 才慶祥 周 偉 王博文 秦 濤

(1.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院,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,破壞了當地原生的地形地貌,不僅使綠色植物大幅度減少、動物遷徙、耕地數量急劇下降、農作物減產,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,科學有效地建立生態(tài)環(huán)境評價指標體系,制定合理的評價方法和計劃,以達到經濟效益、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,設計服務年限79 a。哈爾烏素露天煤礦投產建設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)建設難免要破壞及占用土地并擾動生產地區(qū)原地形地貌和植被,給當地交通運輸、生態(tài)環(huán)境和農牧業(yè)發(fā)展等方面造成了負面影響,還會引發(fā)工農用地矛盾。

露天礦開發(fā)建設過程中造成的土地破壞主要表現在以下幾個方面: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)的生產及服務能力,對哈爾烏素露天礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進行健康診斷,做出綜合的生態(tài)分析和經濟分析,評價其當前狀態(tài),并預測生態(tài)系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢,為生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學依據。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、范圍和效應也不盡相同,因此,首先必須建立一套由若干相互聯系、相互補充、具有層次性和結構性指標組成的指標體系,才能對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境質量進行科學、客觀的評價,其次研究與礦區(qū)及其所建立的指標體系相適應的評價方法。在進行生態(tài)環(huán)境影響評價時,評價指標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,關鍵的評價要素體現在生態(tài)系統(tǒng)的大氣質量評價、水質量評價、環(huán)境噪聲評價和生態(tài)質量評價4個方面,而具體的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評價指標體系也要從這幾個主要要素入手,尋求有效的評價因子。結合露天礦區(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項目對當地生態(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)境評價實質上是對生態(tài)環(huán)境質量的優(yōu)劣進行評定的過程,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、評價標準、評價模型等,最終的目的是評價環(huán)境質量與人類生產發(fā)展活動直接的價值關系。

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、經濟評價法、人工神經網絡法、運籌學評價法等幾種評價方法。模糊綜合評判法以模糊數學為基礎,利用精確數學描述模糊現象來解決系統(tǒng)復雜性與評價精確性之間的矛盾。經濟評價法從經濟的角度進行生態(tài)環(huán)境評價,該方法考慮環(huán)境質量的經濟價值,以事先擬定好的某一環(huán)境綜合經濟指標來評價不同對象,其評價標準是效益必須大于費用。人工神經網絡法是現在迅速發(fā)展的評價方法,牽扯到生態(tài)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間關系時可以使用。運籌學評價法通過數學模型,對多因素變量進行定量的動態(tài)評價,能從系統(tǒng)本質上研究問題,求出最優(yōu)解,適合于復雜環(huán)境質量系統(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)理論認為歷史數據是過去各種確知的和不確知的信息的綜合反映。這種反映已經把各種影響因素包容進歷史數據之中,灰色聚類是以灰數的白化函數生成為基礎,將聚類對象對于不同聚類指標所擁有的白化函數,按照幾個灰類進行歸納,其基本過程如下:

設聚類對象有a個,記為i=1,2,3,…,a,聚類指標或考慮的因素有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個聚類對象關于第j個指標的白化函數,則有白化函數矩陣為:

又設fjk為第j指標對第k個灰類的白化函數,白化函數如圖2所示3種基本形式。

圖2 3種基本的灰色聚類白化函數圖線

假設各因子分類的臨界值為Skj,即j因子屬于k類的標準值為Skj,則i分類對象中j因子的聚類權wij為:

第i個聚類對于第k個灰類的聚類系數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,經常出現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,特別是其中關于各環(huán)境影響因素指標的權重等問題進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)附屬設施多、人口密集、能流物流復雜,往往存在多個污染源與多個污染物等特點不相符合,因此我們采用等標污染負荷法對哈爾烏素露天煤礦進行生態(tài)評價。

等標污染負荷法的定義為:

式中:pij——i污染源中j污染物的等標污染負荷;

Cij——i污染源中j污染物的濃度,mg/L;

Coj——j污染物的評價標準,mg/L;

Qi——i污染源排放的廢氣或廢水量,t/d。

設有m個污染源,i污染源中有ni種污染物,則j污染物的等標污染負荷pj和i污染源的等標污染負荷pi分別為:

從而整個評價區(qū)域的等標污染總負荷P為:

該負荷值中污染物、污染源的等標污染負荷與評價區(qū)域總污染負荷之比稱為等標污染負荷比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。根據測算,哈爾烏素建設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 哈爾烏素建設項目土地破壞情況匯總表

5 結論

露天煤礦開發(fā)建設過程中會對土地產生破壞,對周邊環(huán)境造成影響。在運用等標污染負荷法對哈爾烏素礦進行評價后,得出了如下結論。

(1)運用等標污染負荷法能確定哈爾烏素礦土地破壞情況。

(2)將環(huán)境與經濟掛鉤,可得出環(huán)境質量與人類生產發(fā)展活動直接的價值關系。

(3)在哈爾烏素的應用中,等標污染負荷法所得結果與實際情況基本吻合。

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