礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系初探

鄒長新，沈渭壽，劉發(fā)民

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210042；2.南京林業(yè)大學，江蘇 南京 210037；3.中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000)

近年來，我國礦產(chǎn)資源的開發(fā)力度在不斷加強，而礦山環(huán)境保護與恢復治理的力度卻沒有跟上，礦山環(huán)境污染和生態(tài)破壞越來越嚴重，已成為影響我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素。我國國民經(jīng)濟正處于快速、持續(xù)、健康發(fā)展的階段，對礦產(chǎn)資源的需求持持續(xù)增加，加強礦山環(huán)境的保護管理刻不容緩。如不及時采取有效的措施，礦山環(huán)境的破壞與污染程度，勢必將進一步加劇，后果極為嚴重。然而，礦山環(huán)境管理一直是我國環(huán)境管理中的一個薄弱環(huán)節(jié)，起步比較晚。礦山生態(tài)環(huán)境存在多頭管理的局面，統(tǒng)一監(jiān)管的機制和體制尚未建立，礦山生態(tài)監(jiān)測與生態(tài)狀況評價能力較弱，缺乏相應的評價規(guī)范和技術(shù)標準等依據(jù)。礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，是礦山環(huán)境管理的一項重要工作，是衡量礦山生態(tài)環(huán)境保護與恢復治理成效的主要依據(jù)。因此，構(gòu)建綜合反映礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評價指標體系，是加強礦山環(huán)境管理的基礎和條件。

1 我國礦山生態(tài)環(huán)境面臨的形勢

我國礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用范圍廣，面積大，資源開采條件有限，特別是大多數(shù)技術(shù)水平低下，對生態(tài)環(huán)境的影響十分巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有的國營礦山企業(yè)8000多個，個體礦山企業(yè)達到23萬多個。如此大規(guī)模的礦山開采，對土地和環(huán)境的破壞是相當驚人的。在這些礦山中，大多數(shù)礦山企業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)設備落后，特別是個體礦山企業(yè)，重自身經(jīng)濟利益、輕生態(tài)環(huán)境保護與治理，造成了嚴重的礦山生態(tài)環(huán)境問題。主要表現(xiàn)為：大氣、水環(huán)境、土壤環(huán)境、噪聲、固體廢棄物污染；地表開挖、壓占、毀損，造成土地資源破壞與地表景觀改變；破壞地表植被，加劇水土流失；破壞和改變野生動植物棲息環(huán)境，使生物多樣性面臨威脅；井下開采造成礦井水外排，破壞地下水系；地表發(fā)生沉降、塌陷、崩塌甚至滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災害。

據(jù)國土資源部門[1]統(tǒng)計，截至2007年底，全國礦業(yè)開發(fā)占用和損毀土地約166萬hm2，其中尾礦堆放占地約9l萬hm2，露天采坑占地約52萬hm2，采礦塌陷占地約20萬hm2。發(fā)生采礦塌陷災害的礦業(yè)城市有30多個,每年因采礦地面塌陷造成的損失達4億元以上[2]。我國人均耕地只有0.09 hm2，不足世界的1/2，礦山開采對土地的破壞，使本已稀缺的土地資源呈加速減少的趨勢。全國工業(yè)固體廢棄物最多的為煤矸石，全國歷年累計工業(yè)固體廢棄物約60億t，其中煤矸石約12億t，每年全國工業(yè)固體廢棄物排放約5億～6億t，其中煤矸石有1億多t。現(xiàn)有800多座矸石山占地約6 000 hm2，造成矸石山大量占地的局面[3]。采礦活動每年產(chǎn)生的廢水、廢液數(shù)量約61.9億t，年排放量約48.6億t，僅煤礦開采累計排放礦井水約800億t，礦井水利用率僅為44%。

2 礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系的理論框架

2.1 礦山生態(tài)環(huán)境評價研究進展

目前，我國關(guān)于礦山生態(tài)環(huán)境評價的研究較多，主要包括礦山環(huán)境質(zhì)量與環(huán)境污染評價、礦山生態(tài)要素與環(huán)境影響評價、礦山地質(zhì)環(huán)境評價等等[4-10]。以往開展的礦山生態(tài)環(huán)境評價研究，具有以下特點：①多采用建立評價指標體系后結(jié)合評價模型進行評價，評價指標多體現(xiàn)某一礦山類型或某一區(qū)域范圍，缺乏普適性和代表性；②當前的研究成果主要集中于對環(huán)境要素的評價，缺乏對礦山生態(tài)環(huán)境的綜合性評價技術(shù)與方法；③由于目前絕大多數(shù)礦山尚未建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系，且礦山生態(tài)環(huán)境評價缺乏相關(guān)的標準，甚至單要素或單個指標的評價無據(jù)可依，導致基礎數(shù)據(jù)不足，研究深度不夠。

2.2 礦山環(huán)境管理

由于礦山生態(tài)環(huán)境問題復雜多樣，礦山環(huán)境管理也涉及到多個管理部門，廣義的礦山環(huán)境管理的內(nèi)容，包括環(huán)境影響評價、環(huán)境污染防治、廢棄資源利用、生態(tài)保護與恢復、土地復墾、水土流失防治、地質(zhì)環(huán)境保護與恢復等[11-12]。因此，礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，除了考慮環(huán)境質(zhì)量，還應包括礦山生態(tài)環(huán)境中各要素的評價，這樣才能實現(xiàn)對礦山環(huán)境的綜合管理。礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，應針對主要礦山生態(tài)環(huán)境問題，選取具典型意義的生態(tài)環(huán)境要素，組建礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系基本框架(圖1)，主要包括生態(tài)要素和環(huán)境要素兩個部分。生態(tài)要素包括地表景觀、植被覆蓋、生物多樣性、地質(zhì)災害和生態(tài)恢復等，環(huán)境要素包括大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、固廢處理和聲環(huán)境。

2.3 層次分析法

層次分析法(AHP)是構(gòu)建指標體系的最常用方法之一。層次分析法運用系統(tǒng)分析思想，把復雜的問題分成若干聯(lián)系的、有序的層次，對每一層次的相關(guān)元素進行比較分析。根據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境的主要問題分類，將指標體系分為目標層、要素層和指標層三個層次。

1)目標層(A)：即礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的總體目標，評價礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣程度，是指標體系的最高層次。

2)要素層(B)：指標體系的中間層次，評價礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的兩個要素，即生態(tài)質(zhì)量要素和環(huán)境質(zhì)量要素，每一要素又包括若干具體指標。

3)指標層(C)：指標體系的最基本層次，包括礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的所有具體指標，這些指標是反映礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的直接可度量因子。

圖1 礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系基本框架

3 礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系構(gòu)建的原則

3.1 科學性原則

全面客觀地反映礦產(chǎn)資源開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境影響和礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的科學內(nèi)涵和基本特征。各項指標含義明確，計算方法規(guī)范，功能相對獨立。

3.2 可比性原則

包括三層含義，一是區(qū)域可比，即指標體系能綜合反映全國或同一區(qū)域礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量特征；二是不同礦山類型可比，即各指標能夠反映不同礦種、不同開采方式生態(tài)環(huán)境評價的共性；三是指標之間的可比，即通過歸一化處理，使不同量級的評價指標處于規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)。

3.3 動態(tài)性原則

指標體系在考慮區(qū)域差異的同時，還應考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中的生態(tài)環(huán)境影響及生態(tài)環(huán)境狀況的動態(tài)變化，以此反映出不同時期礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的好壞，便于對礦產(chǎn)資源開發(fā)生態(tài)環(huán)境管理實行動態(tài)管理。

3.4 可操作性原則

指標體系中的指標，一定要具有可測性和可比較性。評價指標盡量簡化，減少一些對評價結(jié)果影響甚微的指標，所設計指標數(shù)據(jù)方便采集，容易獲取和整理，最好利用現(xiàn)有的統(tǒng)計資料。

4 礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標

根據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系的理論框架，將評價指標體系分為生態(tài)質(zhì)量指標和環(huán)境質(zhì)量指標兩大類三個層次(表1)。依據(jù)指標體系構(gòu)建原則，遴選礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標包括：土地毀損度、地下水系破壞度、植被覆蓋度、次生地質(zhì)災害破壞度、生態(tài)恢復治理率、大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、固廢處理指數(shù)、土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、聲環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

表1 礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系

4.1 生態(tài)要素指標

4.1.1 土地毀損度

是指礦山各類土地毀損面積占礦山總面積的比例。土地毀損面積包括礦山開采過程中，開挖、壓占、毀損的土地面積等，反映了礦產(chǎn)開采造成的土地資源破壞、地表景觀的改變以及隨之引起的土地利用方式與格局的變化情況。

4.1.2 植被覆蓋度

是指礦山各類植被面積占礦山總面積的比例。礦山綠色植物的主要生態(tài)服務功能包括：通過光合作用調(diào)節(jié)礦區(qū)空氣中的氧和二氧化碳含量；具有保護土壤，防止水土流失的作用；可以改善礦區(qū)小氣候；能降低礦區(qū)空氣中某些有害污染物的濃度；具有明顯的減塵效應；具有明顯的消、隔噪聲效應。因此，植被覆蓋度能夠正面表征礦山生態(tài)質(zhì)量狀況，礦區(qū)植被覆蓋度越高，生態(tài)質(zhì)量狀況越好。

4.1.3 生物豐度

該項指標可參照《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T192-2005)中的定義和計算方法。礦山生物豐度指通過單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，間接地反映礦山區(qū)域內(nèi)生物多樣性的豐貧程度。該項指標可通過遙感解譯實現(xiàn)。

4.1.4 次生地質(zhì)災害破壞度

是指礦山發(fā)生的各類次生地質(zhì)災害面積占礦山總面積的比例。次生地質(zhì)災害包括滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、塌陷、地裂縫及礦震等。礦山開采中，受重力和其他外力作用的情況下，可能發(fā)生崩塌、滑坡和地表塌陷；廢土、廢石的不規(guī)范堆放，可能在雨季誘發(fā)泥石流。這些次生地質(zhì)災害，能夠改變地表景觀，破壞水土資源，加重水土流失，甚至造成財產(chǎn)損失和人員傷亡。

4.1.5 生態(tài)恢復治理率

是指礦山進行生態(tài)恢復與治理的面積占礦山總面積的比例。礦山生態(tài)恢復與治理，是礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化的重要因素，反映了礦山企業(yè)對已造成的生態(tài)破壞進行修復的實施進度和成效，一般包括露天采空區(qū)恢復、井下回填、排土場恢復、尾礦場恢復、塌陷區(qū)治理、臨時道路、料場等地表景觀恢復等。

4.2 環(huán)境要素指標

4.2.1 大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

以礦區(qū)主要大氣污染物濃度表征礦山空氣環(huán)境質(zhì)量，例如煤炭礦山的大氣污染以煤煙型污染為主要特征，這種類型的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物等。采用多因子賦分法計算大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，計算公式如下：

其中，Ia為礦山大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，i=1，2，……n；f(xi)為第i類大氣污染物的日均濃度值對應的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)賦值(表2)，大氣質(zhì)量等級為《環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB 3095-1996)》中規(guī)定的一級、二級和三級標準。

表2 大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)賦值

4.2.2 水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

礦山的廢水主要包括礦井水、礦區(qū)工業(yè)用水、選礦水、尾礦水等。關(guān)于地下水環(huán)境質(zhì)量評價，由于目前已經(jīng)制定的《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》和《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》都不適用于礦井水，且礦山開采對地下水的影響主要為地下水系的破壞。因此，礦山水環(huán)境質(zhì)量評價，暫不考慮地下水環(huán)境質(zhì)量。

由于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中規(guī)定的水質(zhì)參數(shù)和水質(zhì)類別較多，選取評價礦山地表水特征污染物，采用多因子賦分法(同大氣環(huán)境質(zhì)量)計算水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，計算公式如下：

其中，Iw為礦山水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，i=1，2，……n；f(xi)為第i類水污染物濃度值對應的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)賦值(表3)。

表3 礦山地表水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)取值

4.2.3 固廢處理指數(shù)

是指礦山固體廢棄物處理量和綜合利用量占固體廢棄物總量的比例，表征礦山固體廢物綜合利用及處理水平。礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，包括排巖土、建筑廢料、鍋爐灰渣、煤矸石等。礦山固廢的利用與處理形式，包括回填礦井、矸石發(fā)電、矸石制磚、建筑物料、衛(wèi)生填埋等。

4.2.4 土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

礦山土壤污染主要為Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬污染及酸堿性污染。根據(jù)不同礦山開采存在的重金屬含量、土壤pH值作為評判礦山土壤環(huán)境質(zhì)量的依據(jù)。按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004)中土壤環(huán)境質(zhì)量評價的技術(shù)規(guī)定，采用內(nèi)梅羅法進行土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計算。

式中，Si為內(nèi)梅羅指數(shù)；Pi均和Pi最大分別為平均單項污染指數(shù)和最大單項污染指數(shù)。內(nèi)梅羅指數(shù)對應的土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)取值見表4。

表4 土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標準

4.2.5 聲環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

礦山企業(yè)一般遠離城區(qū)，噪聲污染較其他污染程度較輕。礦山機械噪聲和交通噪聲是礦山聲環(huán)境污染的主要原因。其中，工業(yè)場地強噪聲源最為集中，聲學環(huán)境也很復雜，聲源的輻射噪聲對環(huán)境的污染比較嚴重；礦山生產(chǎn)服務的各種輔助企業(yè)的設備噪聲源輻射的生產(chǎn)噪聲，以及生產(chǎn)運輸機動車輛對所在地附近的局部產(chǎn)生一定程度的影響或污染。

聲環(huán)境質(zhì)量指數(shù)由礦山企業(yè)聲環(huán)境測點的達標比例來表示。分別在礦山的居住區(qū)、辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和運輸區(qū)四類功能區(qū)布設監(jiān)測點，噪聲標準值執(zhí)行《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》(GB3096-93)1，2，3，4類標準(表5)。

表5 礦山各類功能區(qū)噪聲標準值等效聲級LAeq：dB

5 結(jié)論與討論

礦山生態(tài)環(huán)境形勢日益嚴峻，礦山環(huán)境管理水平亟待提升。開展礦山生態(tài)環(huán)境評價，是礦山環(huán)境管理的重要內(nèi)容，既能衡量礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體狀況，也能反映礦山生態(tài)恢復與環(huán)境污染治理成效，是對礦產(chǎn)資源開發(fā)實行全過程監(jiān)管的有效手段。

本文針對我國礦山生態(tài)環(huán)境存在的普遍問題，初步探討了礦山生態(tài)環(huán)境評價指標體系的構(gòu)建。然而，由于開采區(qū)域、開采方式、礦產(chǎn)類型、礦山技術(shù)經(jīng)濟條件等方面的差異，礦產(chǎn)資源開發(fā)造成的生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題復雜多樣。當前，礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測水平低，基礎數(shù)據(jù)缺失嚴重。因此，對于某一地區(qū)或某一類礦山的生態(tài)環(huán)境評價指標體系，可在突出主要生態(tài)環(huán)境問題的基礎上，結(jié)合礦山實際情況制定更為具體的評價體系和評價指標。

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