礦山地質環境承載力評價的若干問題

補建偉 孫自永 周愛國，，3 徐友寧 魏文浩 劉 夢，5

(1.中國地質大學(武漢)地質調查研究院，湖北 武漢430074;2.中國地質大學(武漢)環境學院，湖北 武漢430074;3.生物地質與環境地質國家重點實驗室，湖北 武漢430074;4.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安710054;5.中國地質大學(武漢)機械與電子信息學院，湖北 武漢430074)

礦產資源是人類賴以生存和發展的重要保證，為滿足人民生活需求、支持經濟發展、保障國家安全、促進社會進步提供了廣泛的物質基礎［1］。然而在當前，礦業開發儼然成為全球范圍內對地質環境影響最劇烈的人為活動之一，粗放和掠奪式的開采導致了礦山地質環境惡化、地質環境問題頻發和生態環境失衡等一系列問題，究其原因是人類的經濟活動超過了自然生態系統的承載能力［2］。

礦山地質環境承載力是近年來從環境承載力、礦山地質環境及地質環境評價領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］。其關注的核心是礦業活動對地質環境擾動強度的臨界閾值，用以協調礦產資源供給功能與地質環境服務功能之間的平衡關系。然而，礦山地質環境承載力評價是一個高度復雜和抽象的研究課題，國內外尚處于探索階段，因此在開展評價工作之前，有必要對一些基礎性問題進行分析和討論。為此，通過對礦山地質環境承載力評價的對象、范圍、性質、前提和目的等進行探討和界定，從而初步明確礦山地質環境承載力評價的基本屬性，進而為礦山地質環境評價相關研究提供參考。

1 評價對象

礦山地質環境承載力評價的對象是地質環境承載力，可以預想評價的結果是某個采礦區域地質環境承載力的強弱。地質環境承載力的大小可以用具體的數值表示，也可以采用諸如“強、中、弱”的級別形式表現。

1.1 承載力概念的起源與發展

“承載力”的概念起源于物理學、工程學，是指物體在不產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 等引入生態學后發生了演化與發展［11］，在不同的發展階段和資源條件下，產生了不同的承載力概念和相應的理論［12］。發展至今，許多領域的承載力已由最初的“最大支持量”發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，兩者區別在于:容量(常稱環境容量)一般側重體現和反映環境系統的純自然屬性;承載力則突出顯示和說明環境系統的綜合功能(自然和社會的復合)［2］。承載力概念的發展演化情況見圖1。

圖1 承載力概念的發展與演化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涵，其涉及的領域涵蓋自然、社會、經濟等多方面。然而，無論如何發展和演化，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 礦山地質環境承載力的概念

國內對礦山地質環境承載力的研究興起于10 余a 前，夏玉成早在本世紀初便開展了相關的研究工作，近年來，姚銳、呂敦玉、關英斌、張勇和張大超等分別從不同的角度豐富了相應的概念［14-19］。結合前人的研究成果，考慮承載力的概念與地質環境屬性的特點，從整個礦產資源開發與地質環境相互作用的角度出發，礦山地質環境承載力的概念可理解為:在可預見的時期內，受礦產資源開發活動影響的區域，在保障地質環境系統結構穩定、功能正常或朝著人類社會經濟活動可持續發展的前提和目標下，礦業活動對地質環境的最大擾動強度，或地質環境所能承受礦產資源開發強度的最大值。

礦山地質環境承載力反映的是礦山地質環境系統結構與區域礦業經濟活動的適宜程度［19］。然而礦山地質環境承載力是一個多要素、復雜的綜合承載力，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系是需要解決的核心問題［20］。

1.4 礦山地質環境承載力表述途徑

地質環境承載力的研究難點有:①地質環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環境承載力;②在承載力評價方面應用較多的量化指標有人口數量、用地面積、經濟效益，但該類指標無法從整體上權衡地質環境承載力，并且該類指標均牽涉到許多地質環境自然屬性以外的經濟或社會屬性［21］。

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

2 評價范圍

2.1 礦山地質環境

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

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，又是人類活動關系最密切的巖石圈接近地表的部分稱為地質環境［22］。礦山地質環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、地質作用結果及其之間的相互聯系、相互作用和相互影響的總稱［23］。

顯然，在內涵上地質環境包含了礦山地質環境。礦山地質環境僅關注受礦產資源開發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境，這是因為地質環境的范圍廣闊，受礦產資源開發影響的環境部分不可能無限延伸，只能在有限的范圍內產生作用，而這部分范圍就是礦山地質環境定義中的“環境”。另外，從研究的角度分析，要使得承載力的評價結果真實可靠，需要縮小概念和理論的外延，設置有限目標，否則考慮因素過多、選取指標過細、耦合過程過余冗會導致評價模型高度復雜，從而影響評價結果的準確性［24］。

2.2 評價區所在地

礦產資源開發所在地這一屬性要素明確了礦山地質環境承載力評價的工作區域。我國幅員遼闊，每個地區都有獨特的地質環境背景和特點，如在青藏高原開展類似評價工作，特殊的氣候、地理及構造因素會造就其地質環境的特殊性和生態環境的脆弱性，這使得評價工作的諸多環節與在我國中、東部有所區別。而這種區別表現在青藏高原地質環境系統中的水、土(巖)、生、氣諸要素中，動植物及生態要素變得尤為突出，不再局限于內地巖土力學(地質災害)和水土化學(污染)等方面的評價。

3 評價分類及性質

3. 1 評價分類

礦山地質環境影響評價的目的是確定礦產資源勘查與開采活動對礦山地質環境的影響程度，包括現狀評價和預測評價。現狀評價主要依據礦業活動已經造成的各種礦山地質環境問題;預測評價的依據則是礦山地質環境背景條件和礦業活動的強度。在礦山地質環境評價工作中，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環境影響評價、礦山地質環境功能評價和礦山地質環境問題評價等3類［25］，見表1。

表1 礦山地質環境評價的分類Table 1 Classification of mine geo-environmental evaluation

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

礦山地質環境問題評價的對象是礦山內已發生、正發生或潛在的各類地質環境問題，評價的目的是揭示這些地質環境問題的發生和發展規律，確定它們的發生概率(風險性)、造成的破壞損失(危害性)、減災防災的經濟投入以及取得的經濟效益和社會效益，評價結果反映的是礦山地質環境質量的優劣程度。按評價時間可分為地質環境問題發生前的預評價、地質環境問題發生期間的跟蹤評價和地質環境問題發生后的總結評價;根據評價范圍或面積，可分為點評價、面評價和區域評價;根據評價內容，又可分為危險性評價、易損性評價、風險性評價、破壞損失評價和防治工程評價，其中危險性評價和風險性評價屬預評價，破壞損失評價屬總結評價［26］。

3.2 評價性質

礦山地質環境承載力評價的性質可從多方面分析:①從評價階段來說，屬于預評價(規劃評價);②從評價內容來看，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 規劃評價

預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狀評價，包括環境質量和環境問題評價;③在開采后的評價即后評價，如恢復潛力、恢復的適宜性評價等［27］。有些評價比較特殊，如在開采階段進行的評價，卻具有預測性質，如風險性評價、危害性評價，該類評價可以歸為預評價(但與承載力評價和影響評價區別明顯)，也可以歸為現狀評價，歸為動態預評價也比較合適。

礦山地質環境的預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、開采規劃服務的，屬于宏觀的了解背景、掌握情況的階段，評價結果有助于規劃優先開發區、適宜開發區、限制開采區、禁止開發區等。針對具體的開采方案所進行的預測評價則為環境影響評價，根據評價的時期可分為:①在開采方案之前的預測評價;②在開采過程中或開采之后，對礦山開采對環境產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環境評價分類見圖3。

圖3 礦產資源開發過程中各階段地質環境評價分類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，礦山地質環境承載力的承載體是礦山地質環境，承載對象是礦產資源開發活動。礦山地質環境是一個龐大復雜的系統，由巖、土、水、生、氣等多個子系統組成［28］，要評價該系統對礦產資源開發的承載能力，不可能從某個側面或通過單一指標來衡量。因此，礦山地質環境承載力評價是一個包含眾多環境要素、考慮諸多環境系統、注重眾多環境功能的一個綜合評價過程。整個礦山地質環境系統可提取的指標不勝枚舉，評價過程中需要對該類指標進行信息匯集加工，從中提煉出一套最優的指標體系，從整體上對地質環境的承載水平進行評判。

3.2.3 主觀－客觀耦合評價

本質上講，礦山地質環境承載力的評價結果是數學方法、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評價的諸多環節均有多個備選方案，如標選取、定權方法、剖分方案、模型構建等，需要人為選擇，存在一定的主觀性;③評價指標所獲取的多源數據由于精度、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 暫不考慮礦產資源開發方式

假設外界施加的是均勻作用力，可暫不考慮礦產資源開發方式，這是:①由環評性質決定的，由于無法獲知開采方案，因而無法判斷礦產資源的開發方式和強度;②由環評的目的決定的，評價結果的優劣程度只能通過比較來獲得，而要使得評價結果具有可比性，有必要使得外界作用力相同，否則無從比較;③由環評的本質決定的，承載力衡量是地質環境的固有特性，或者是地質環境系統的內在特征［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 暫不考慮未來地質環境的可恢復性

原因在于:①地質環境即便可以恢復，那么這樣的恢復過程究竟需要多長時間，無法獲知;此外，地質環境在一定的時間段內能夠得到恢復便可以認為地質環境承載力較高，超過該時間段，即便地質環境得到了恢復也認為地質環境承載力較低，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，地質環境恢復有益于人類生產生活，并且只要積極投入，地質環境在很大程度上能夠得到恢復，從這個角度上分析，地質環境承載力是較大的，如此便失去了地質環境承載力評價的意義［32］。

4.3 暫不考慮承載力的動態變化

在地質環境承載力評價過程中，可暫不考慮開采過程中因環境要素的改變而造成承載力的動態變化［33］，這是因為礦山地質環境承載力評價的參考起點應當是當前的環境，針對的是疊加在現狀之上的可能發生的礦業活動，因此，礦山地質環境承載力評價應該相當于環境影響評價中的規劃評價，是為規劃服務的，不考慮具體開采方案的影響，當然也不存在承載力的動態變化問題，因此屬于預評價，礦山開采及開采后的評價則不屬于預評價的范疇。

5 評價目的

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

此外，通過礦山地質環境承載力的研究可以:①為指定區域礦產資源開發制定相關政策，提供環境方面的依據，實現在環境保護的前提下進行資源的有序開發;②應用于全國各礦產資源重點勘查規劃區和資源接續基地的地質環境綜合調查評價工作;③為大型能源基地、礦集區、開采區合理確定開采強度、防治礦山地質環境問題、保護礦山生態環境提供理論依據，為實現礦產資源開發與環境保護協調發展、礦業和國民經濟可持續發展提供科學保障。

6 結 語

礦山地質環境承載力研究的是礦山地質環境系統與礦業開發活動間的相對關系，但由于不同學科背景的專家對其認識不一致，再加上礦山地質環境系統、人類與地質環境之間作用的復雜性，使得目前許多理論和方法尚未發展成熟。通過對礦山地質環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環境保護以及進行礦產資源開發具有一定的參考價值。

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