煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)研究
——以兗州礦業(yè)東灘礦區(qū)為例

郭蓬元，韓秀艷

(1.中共國(guó)家稅務(wù)總局黨校教研三部，江蘇 揚(yáng)州 225007； 2.曲阜師范大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山東 日照276826)

截至2020年底，我國(guó)原煤產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了38.437 4億t，同比增長(zhǎng)了0.9%[1]。隨著煤炭開采規(guī)模的不斷增大，造成了大面積的煤礦塌陷區(qū)，破壞了生態(tài)環(huán)境，也對(duì)礦區(qū)周邊居民的生存環(huán)境、健康甚至生命產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。此種情況下，治理煤礦塌陷區(qū)、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成為國(guó)家、礦區(qū)管理部門及煤炭企業(yè)亟待解決的一項(xiàng)重要課題。

國(guó)外對(duì)礦區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)的研究起步較早，1917年Joseph[2]提出了生態(tài)位的概念并構(gòu)建了評(píng)價(jià)模型；Rasnic[3]分析了塌陷區(qū)與環(huán)境污染之間的關(guān)系，根據(jù)美國(guó)礦區(qū)的實(shí)際情況研究了環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)問題；Webber[4]分析了塌陷區(qū)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量造成的影響，認(rèn)為塌陷區(qū)是造成環(huán)境污染損失的主要因素；Erickson[5]、Humphreys[6]研究了塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理問題，認(rèn)為礦區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)有利于促進(jìn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；Gago等[7]結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況，研究了持續(xù)改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的方法；Sowińska-wierkosz[8]研究了礦區(qū)污染治理的景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法；Zvarivadza[9]分析了國(guó)家環(huán)境政策對(duì)礦區(qū)環(huán)境污染治理效果提升的影響；Saedpanah等[10]采用專家調(diào)查和層次分析相結(jié)合的方法對(duì)伊朗Qhorveh礦區(qū)環(huán)境污染及地質(zhì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；Jiskani等[11]利用模糊綜合評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)了巴基斯坦礦區(qū)生態(tài)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。我國(guó)針對(duì)礦區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)的研究始于20世紀(jì)90年代初期。趙景逵等[12]介紹了美國(guó)露天礦區(qū)的土地管理及其復(fù)墾的現(xiàn)狀，結(jié)合塌陷區(qū)情況提出了土地復(fù)墾的設(shè)想；耿海青等[13]探索了我國(guó)煤礦塌陷區(qū)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制構(gòu)建問題；徐嘉興等[14]研究了煤礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)問題；張笛等[15]應(yīng)用模糊物元可拓模型，對(duì)環(huán)境污染治理效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)及應(yīng)用研究；李峰等[16]應(yīng)用層次分析法和主成分分析法，對(duì)煤炭城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)及應(yīng)用研究；黃潔等[17]通過構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)礦業(yè)綠色發(fā)展進(jìn)行了評(píng)價(jià)及應(yīng)用研究；周雯珺等[18]利用灰色關(guān)聯(lián)和因子分析方法，研究了礦區(qū)環(huán)境污染的第三方治理模式；項(xiàng)廣鑫等[19]利用DEA模型研究了礦產(chǎn)資源型城市資源承載能力評(píng)價(jià)問題。

通過查閱文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)已成為一項(xiàng)亟待解決的重要課題，目前研究成果仍存在不足，尤其是評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇及評(píng)價(jià)模型構(gòu)建缺乏科學(xué)性和有效性。從煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理需求來看，由于塌陷區(qū)環(huán)境狀況的復(fù)雜性及環(huán)境污染治理效果影響因素的多樣性，使得環(huán)境污染治理效果相對(duì)較差，原來的環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)方法也不能滿足生態(tài)質(zhì)量管理需求。

1 材料與方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)采集

為提高煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)的有效性，以兗州礦業(yè)東灘礦區(qū)的環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)為例，在全面統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦區(qū)環(huán)境污染及治理狀況，選擇土地資源、水資源、大氣環(huán)境和噪聲狀況、環(huán)境污染治理投入及效果等四大類，共計(jì)24個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建煤礦開采塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 煤礦開采塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)模糊物元可拓綜合評(píng)價(jià)模型及環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)的要求，經(jīng)過對(duì)該礦區(qū)環(huán)境污染治理狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，詳細(xì)收集統(tǒng)計(jì)出該礦區(qū)2012—2020年相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)資料，如表2所示。

表2 2012—2020年兗州礦業(yè)東灘煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)資料統(tǒng)計(jì)

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

參照國(guó)家《土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將煤礦開采塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為5級(jí)，即：RND∈(0.90,1.00]，Ⅰ級(jí)，無(wú)污染;RND∈(0.80,0.90]，Ⅱ級(jí)，微度污染；RND∈(0.70,0.80]，Ⅲ級(jí)，輕度污染；RND∈(0.60,0.70]，Ⅳ級(jí)，中度污染；RND∈[0,0.60]，Ⅴ級(jí)，重度污染。評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)選擇參照了國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并借鑒了最新研究成果，也將其劃分為5個(gè)等級(jí)，具體標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 煤礦開采塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的5級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)

為了提高評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的合理性及有效性，采用專家調(diào)查方式進(jìn)行問卷調(diào)查，發(fā)出調(diào)查表120份，收回有效問卷89份，主要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇、重要性等進(jìn)行調(diào)查。

1.3 模糊物元可拓綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

模糊物元可拓模型是模糊理論與可拓理論相結(jié)合的評(píng)價(jià)模型。假設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象為N，共有m個(gè)評(píng)價(jià)事項(xiàng)。評(píng)價(jià)指標(biāo)為X，共有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；如果評(píng)價(jià)指標(biāo)X對(duì)應(yīng)的量值為V，則稱有序三元組R=(N，X，V)為關(guān)于事物N的物元。如果評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的量值V具有模糊性，則稱為模糊物元。如果用Rmn表示m個(gè)事物的n維模糊物元，則模糊物元矩陣可以表示為：

(1)

式中：Ni(i=1,2,…,m)為評(píng)價(jià)對(duì)象;Xj(j=1,2,…,n)為評(píng)價(jià)指標(biāo);Vij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值。

為了便于計(jì)算和理解，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，將其隸屬度轉(zhuǎn)化為[0，1]的無(wú)量綱化數(shù)值。如果用uij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)事項(xiàng)第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)量值的標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)量綱結(jié)果，則歸一化的無(wú)量綱轉(zhuǎn)化公式如下：

(2)

(3)

為了利用模糊物元可拓模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采用隸屬度占比法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)值。如果用ξij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)值，則有：

(4)

(5)

為了計(jì)算模糊物元可拓模型的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，需要對(duì)無(wú)量綱從優(yōu)隸屬度模糊物元進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用R0n表示標(biāo)準(zhǔn)模糊物元，若u0j=max(u1j,u2j,…,umj)，u0j是式(3)中每行中的最大值，這種算法的評(píng)價(jià)結(jié)果偏高。為了改變這種狀況，本文的u0j取評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)最大值與每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)歷年量值最大值的平均值。標(biāo)準(zhǔn)模糊物元的表達(dá)式如下：

(6)

Δij=|u0j-uij|p

(7)

式中p為冪指數(shù)，在從優(yōu)隸屬度模糊物元一定的情況下，p決定著Δij的計(jì)算難度和計(jì)算結(jié)果的大小。

由差冪運(yùn)算的結(jié)果Δij組成差冪復(fù)合模糊物元RΔ，基本表達(dá)式如下：

(8)

定義第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的貼近度為NDj，利用上面構(gòu)建的差冪復(fù)合模糊物元RΔ和權(quán)重復(fù)合物元Rξ，就可以很方便地確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的貼近度，具體公式為：

(9)

式中p為冪指數(shù)，當(dāng)p=1時(shí)，NDj被稱為海明貼近度。

利用海明貼近度模型對(duì)煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果進(jìn)行模糊物元評(píng)價(jià)，簡(jiǎn)化式(9)得到：

(10)

利用式(10)計(jì)算的結(jié)果與煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，可確定塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果的具體等級(jí)。

2 研究結(jié)果與討論

2.1 研究結(jié)果

根據(jù)以上研究設(shè)計(jì)，對(duì)兗州礦業(yè)東灘煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，首先要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的最大值進(jìn)行歸一化計(jì)算，具體結(jié)果見表4。

表4 煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)基礎(chǔ)資料歸一化結(jié)果

將歸一化結(jié)果按列累加，每一個(gè)具體數(shù)值與累加值的比率就是這個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)值。利用式(4)計(jì)算全部指標(biāo)的相對(duì)權(quán)值，構(gòu)建式(5)的相對(duì)權(quán)值矩陣Rξ；再利用公式(6)將表4的每一行中選出的最大值與表3中對(duì)應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)歸一化后的最大值進(jìn)行平均處理。利用式(7)計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的最大值減去每一年度的實(shí)際值，得到式(8)的差冪復(fù)合模糊物元RΔ。利用式(9)和式(10)計(jì)算海明貼近度，結(jié)果如下：

NDj=1-Rξ·RΔ=(0.669 3，0.694 8，0.720 3，0.754 5，0.781 9，0.811 4，0.844 9，0.868 1，0.875 3)。

2.2 研究結(jié)果分析

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，分析得出兗州礦業(yè)東灘煤礦開采塌陷區(qū)的環(huán)境污染治理效果：從2012年的污染等級(jí)Ⅳ級(jí)(中度污染)，到2020年上升到污染等級(jí)Ⅱ級(jí)(微度污染)，環(huán)境污染治理效果得到了明顯的提高。具體結(jié)果見表5。

表5 目標(biāo)塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表5可知，該塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)結(jié)果呈現(xiàn)出逐年慢速提高的趨勢(shì)。從2015年開始增長(zhǎng)速度呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)，2020年的增長(zhǎng)速度已經(jīng)下降到0.83%，依此趨勢(shì)預(yù)測(cè)該塌陷區(qū)的環(huán)境污染治理效果也存在下降的可能性。

3 討論

限于篇幅，僅討論兗州礦業(yè)東灘煤礦開采塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果的構(gòu)成及其變化規(guī)律。利用表4中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將公式(4)計(jì)算的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值矩陣按照準(zhǔn)則層中的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分解，得到準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)結(jié)果，見表6。

表6 目標(biāo)塌陷區(qū)準(zhǔn)則層環(huán)境污染治理效果綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表6可知，該塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果相對(duì)較差，主要體現(xiàn)在4個(gè)準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)結(jié)果都相對(duì)較低，只有環(huán)境污染治理投入及效果指標(biāo)(X4)稍好一點(diǎn)，2020年評(píng)價(jià)結(jié)果也僅有0.816 7，其他3個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果都在0.71～0.78。從評(píng)價(jià)結(jié)果的構(gòu)成上看，評(píng)價(jià)結(jié)果間存在較大差異，發(fā)展不均衡；從評(píng)價(jià)結(jié)果的變化趨勢(shì)上看，4個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)，僅有X4增長(zhǎng)稍快，其他3個(gè)指標(biāo)增長(zhǎng)相對(duì)緩慢。

4 結(jié)果分析與建議

研究發(fā)現(xiàn)：該礦區(qū)的環(huán)境污染治理效果由2012年的中度污染(Ⅲ級(jí))，到2020年提升至輕度污染(Ⅱ級(jí))，環(huán)境污染治理效果提升緩慢，環(huán)境污染治理并未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，且可能存在治理效果由上升變?yōu)橄陆档内厔?shì)。結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果分析，從長(zhǎng)期來看，塌陷區(qū)環(huán)境污染治理需長(zhǎng)期投入，但治理成效低且增長(zhǎng)緩慢的趨勢(shì)，難以有效提升治理投入的費(fèi)效比，從而給地方政府造成財(cái)政支出和績(jī)效改進(jìn)的雙重壓力，也給相關(guān)企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙重壓力。從地方政府績(jī)效考評(píng)和相關(guān)企業(yè)自身發(fā)展需求角度出發(fā)，存在治理周期延長(zhǎng)、治理標(biāo)準(zhǔn)降低和治理投入減少等可能性。

結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果提出以下建議：

1)重點(diǎn)治理環(huán)境污染治理效果評(píng)價(jià)結(jié)果較差的領(lǐng)域。根據(jù)準(zhǔn)則層環(huán)境污染治理效果的評(píng)價(jià)結(jié)果，大氣環(huán)境和噪聲狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果最差，水資源狀況次之。因此，應(yīng)以這兩個(gè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)治理目標(biāo)開展系統(tǒng)性集中整治，可有效提升整體環(huán)境污染治理效果。

2)加大治理投入是改變目標(biāo)層結(jié)果提速慢的關(guān)鍵。根據(jù)目標(biāo)層評(píng)價(jià)結(jié)果，目標(biāo)煤礦塌陷區(qū)環(huán)境污染治理效果提速慢，增速有下降趨勢(shì)，主要是由于環(huán)境污染治理投資的力度不夠，相比于企業(yè)在生產(chǎn)領(lǐng)域投資增速和地方經(jīng)濟(jì)增速，環(huán)境污染治理投入相對(duì)不足。環(huán)境污染治理的投入包括資金的投入、人力的投入、物力的投入，以及地方政府決策注意力的投入，是系統(tǒng)性的、跨區(qū)域的投入與治理行為的集合。因此，目標(biāo)煤礦應(yīng)與政府部門積極合作，爭(zhēng)取將塌陷區(qū)環(huán)境污染治理劃為市級(jí)政府部門事權(quán)，爭(zhēng)取決策注意力資源傾斜；同時(shí)，最大限度增加企業(yè)環(huán)境污染治理投入，充分利用煤炭產(chǎn)業(yè)政策和煤炭發(fā)展專項(xiàng)資金，及時(shí)調(diào)整礦業(yè)環(huán)境污染治理及煤炭企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)領(lǐng)域投資增幅與環(huán)境污染治理投入增幅達(dá)成一定匹配關(guān)系，促進(jìn)塌陷區(qū)的二次開發(fā)和綠色開發(fā)。

3)塌陷區(qū)環(huán)境污染治理基本沒有經(jīng)濟(jì)效益，但具有很高的環(huán)境效益和社會(huì)效益，因而存在著較大的公共福利改進(jìn)空間。政府部門應(yīng)著力提供財(cái)政與金融政策支持，進(jìn)一步健全與完善財(cái)政補(bǔ)貼、減免稅收、免息貸款、低息貸款、貸款規(guī)模保障等措施在內(nèi)的支持政策體系；在靈活運(yùn)用政策工具基礎(chǔ)上，采用以公共福利改進(jìn)為主導(dǎo)的績(jī)效考評(píng)模式，以績(jī)效改進(jìn)促使治理理念和治理模式的改進(jìn)，進(jìn)而緩解塌陷區(qū)環(huán)境污染治理的投入壓力，保障治理效果的穩(wěn)步提升。