云南省銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力研究

劉曉瑋，黃惠芳，李 煒

(云南省國土資源規(guī)劃設(shè)計研究院，云南 昆明 650216)

0 引言

銅作為一種既傳統(tǒng)而又現(xiàn)代的重要金屬材料，在有色金屬的消費領(lǐng)域僅次于鋁，銅及其合金廣泛用于電氣、機械、車輛、船舶、工業(yè)及民用方面，是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防工業(yè)、科學技術(shù)不可缺少的有色金屬[1，2]。銅對中國和全球經(jīng)濟增長做出了巨大貢獻[3，4]。銅礦是云南省的傳統(tǒng)優(yōu)勢礦種之一，資源豐富，開采歷史悠久，銅礦床點多面廣，幾乎遍及全省，總體開發(fā)潛力較大。與此同時，銅礦開發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題也非常突出，潛在的生態(tài)風險不容忽視，銅礦開發(fā)生態(tài)風險研究意義重大[5]。

1 基本情況

截止2019年底，云南省銅礦納入儲量庫管理的礦區(qū)251處，查明資源儲量1 439.1×104t**，居全國第二位，銅礦靜態(tài)保障年限為9年，動態(tài)保障年限為17～36年。2010年以來，銅礦查明資源儲量穩(wěn)步增長，2019年比2010年累計增長51.13%。云南省銅礦具有類型齊全、開發(fā)利用程度高、時空分布廣泛等特點。除德宏州外，其他各州市均有分布，主要集中在迪慶州、玉溪市、楚雄州、昆明市、紅河州、普洱市、大理州。其中，迪慶州有普朗銅礦區(qū)、羊拉銅礦區(qū)，玉溪市有大紅山銅礦區(qū)，昆明市有東川銅礦區(qū)。云南省以及各州市的銅礦查明資源儲量見圖1和圖2。

截至2019年底，云南省銅礦生產(chǎn)礦山共計178座，其中大型礦山3座，中型礦山15座，小型礦山160座，各類銅礦生產(chǎn)礦山生產(chǎn)能力見表1。大中型銅礦山企業(yè)及重點礦山“三率”水平較高，在全國處于先進水平。比如，普朗銅礦開采回采率98.32%、選礦回收率90.60%、綜合利用率50.97%。小型礦山企業(yè)“三率”水平一般低于大中型礦山企業(yè)，甚至低于全省平均水平。截至2020年底，大平掌銅礦是云南省目前唯一的銅礦國家級綠色礦山。

表1 2019年云南省銅礦企業(yè)生產(chǎn)能力Tab.1 Production capacity of copper mining enterprises in Yunnan Province in 2019

2 研究方法及指標體系構(gòu)建

2.1 研究方法

生態(tài)風險和環(huán)境承載力的評價方法主要包括單因素評價法和綜合評價法[6，7]。其計算方法中最簡單的是單因素評價法，主要通過選擇單項指標來反映地區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力的現(xiàn)狀和閾值。該方法簡便直觀，主要評價單個風險因子的影響程度和發(fā)展趨勢，容易找出影響的關(guān)鍵風險因素，但容易忽略多個風險因子之間的聯(lián)系，難以體現(xiàn)復雜系統(tǒng)中各影響因素之間的互動關(guān)系。綜合評價法是根據(jù)區(qū)域社會、經(jīng)濟、環(huán)境等特點，對多個評價單元建立多個指標來評估生態(tài)風險與環(huán)境承載力的程度。該方法解決了單因素評價方法中存在的問題，可以比較全面地反映生態(tài)風險與環(huán)境承載力的狀況。

2.2 指標體系構(gòu)建

經(jīng)過前期的資料收集、整理、匯總與分析，采用綜合評價法，分別構(gòu)建銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力指標體系，實現(xiàn)銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力評價，進而完成銅礦開發(fā)生態(tài)風險與環(huán)境承載力區(qū)劃研究，技術(shù)路線見圖3。

圖3 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力指標體系構(gòu)建Fig.3 Construction of ecological risk and environmental carrying capacity index system in copper mine development zones

3 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力評價

3.1 確定評價單元

礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)是指以戰(zhàn)略性礦產(chǎn)或區(qū)域優(yōu)勢特色礦產(chǎn)為主，資源儲量大、資源條件好、具有開發(fā)利用基礎(chǔ)、對全國資源開發(fā)具有舉足輕重作用的大型礦產(chǎn)地和礦集區(qū)[8]。根據(jù)礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)的界定，確定云南省銅礦開發(fā)區(qū)共有8個，其中，露天開采1個、復合開采3個、地下開采4個。

評價單元劃分方法主要包括地塊法、疊置法、多邊形法和網(wǎng)格法等4種[9]。合理劃分評價單元可以提高評價結(jié)果的準確性和應(yīng)用價值。云南省銅礦資源主要集中在銅礦開發(fā)區(qū)，考慮到云南省實際情況以及資料的可獲取性和可靠性，同時為制定相關(guān)政策提供依據(jù)，因此選取銅礦開發(fā)區(qū)為評價單元。云南省銅礦開發(fā)區(qū)有8個，其中，景谷—景東銅礦礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)位于普洱市和臨滄市，會澤東川銅鉛鋅磷礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)位于曲靖市和昆明市，為了便于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將以上2個銅礦開發(fā)區(qū)按州(市)分為4個評價單元，因此共有10個銅礦評價單元。

3.2 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價

選取開發(fā)強度、“三廢”和生態(tài)環(huán)境作為一級指標，構(gòu)建銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價指標體系(表2)。其中，開發(fā)強度包括采礦用地面積比例和礦山分布密度等2個二級指標；“三廢”包括人均工業(yè)廢氣排放量、人均工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢物排放量等3個二級指標；生態(tài)環(huán)境包括地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積比例、生態(tài)保護紅線面積比例和水土流失程度等3個二級指標。

表2 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價指標體系Tab.2 Ecological risk assessment index system for copper mine development zone

采用AHP法(層次分析法)確定權(quán)重[10]，層次分析法確定指標權(quán)重的基本思路是：(1)建立階層次結(jié)構(gòu)：評價系統(tǒng)往往分幾個階層，因此，務(wù)必首先建立階層次結(jié)構(gòu)；(2)構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣：以上層指標作準則將下一層支配指標兩兩比較，由專家按1～9標度法中規(guī)定的標度打分，量化后得到判斷矩陣；(3)由判斷矩陣計算每個單一準則下，被比較指標的相對權(quán)重，即采用方根法進行層次單排序，再進行一致性檢驗，得到相對權(quán)重；(4)分別計算各層次指標的組合權(quán)重，最終得到云南省銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價因子權(quán)重。

表3 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價因子權(quán)重表Tab.3 Weights of ecological risk assessment factors in copper mine development zones

綜合評價模型常用加權(quán)求和法，并在實際應(yīng)用中不斷改進。采用線性加權(quán)求和函數(shù)法，即是將各級指數(shù)乘以相對應(yīng)權(quán)重后求和，得到上一級綜合評價指數(shù)值。生態(tài)風險綜合評價值的計算公式為：

(1)

式中：Xi為指標指數(shù)值；Wi為指標的權(quán)重；n為該級指標的項數(shù)。

根據(jù)公式計算云南省10個銅礦評價單元生態(tài)風險綜合分值結(jié)果如圖4所示。

圖4 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險綜合評價結(jié)果Fig.4 Comprehensive evaluation results of ecological risk in copper mine development zones

根據(jù)已有研究成果中生態(tài)風險定級的方法[11]，云南省銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險綜合評分值，采用自然斷點法[12]進行等級劃分如下：

綜合評價值在0.25以下的區(qū)域劃分為“低”生態(tài)風險區(qū)，綜合評價值在0.25～0.31的區(qū)域劃分為“較低”生態(tài)風險區(qū)，綜合評價值在0.31～0.34的區(qū)域劃分為“中等”生態(tài)風險區(qū)，綜合評價值在0.34～0.40的區(qū)域劃分為“較高”生態(tài)風險區(qū)，綜合評價值在0.40以上的區(qū)域劃分為“高”生態(tài)風險區(qū)。

云南省銅礦開發(fā)區(qū)各評價單元生態(tài)風險綜合評價結(jié)果按照等級劃分，得到其生態(tài)風險綜合評價結(jié)果，包括高、較高、中等、較低和低5個類型區(qū)(表4)。

表4 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價值及級別表Tab.4 Ecological risk assessment values and grades in copper mine development zones

3.3 銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力評價

根據(jù)環(huán)境承載力研究已有成果[13-15]，并結(jié)合銅礦開發(fā)區(qū)特點，選取水資源、土地資源、礦產(chǎn)資源、社會經(jīng)濟資源、水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境等指標構(gòu)建云南省銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力評價指標體系(表5)。銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力測算方法與銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險評價方法一致，首先采用AHP法確定權(quán)重，再根據(jù)綜合評價模型加權(quán)求和，得到綜合評價分值(圖5)。

圖5 銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力綜合評價分值Fig.5 Comprehensive evaluation score of environmental carrying capacity of copper mine development zones

表5 銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力評價指標體系Tab.5 Evaluation index system of environmental carrying capacity of copper mine development zones

根據(jù)已有成果對環(huán)境承載力定級的方法[16]，云南省銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力綜合評價值采用自然斷點法劃分不同等級。綜合評價值在0.55以上的區(qū)域劃分為“高”承載力區(qū)，綜合評價值在0.52～0.55的區(qū)域劃分為“較高”承載力區(qū)，綜合評價值在0.49～0.52的區(qū)域劃分為“中等”承載力區(qū)，綜合評價值在0.46～0.49的區(qū)域劃分為“較低”承載力區(qū)，綜合評價值在0.46以下的區(qū)域劃分為“低”承載力區(qū)。

云南省銅礦開發(fā)區(qū)各評價單元環(huán)境承載力綜合評價結(jié)果按照等級劃分，得到其環(huán)境承載力綜合評價結(jié)果，包括高、較高、中等、較低和低5個類型區(qū)(表6)。

表6 銅礦開發(fā)區(qū)環(huán)境承載力評價值及級別表Tab.6 Evaluation values and grades of environmental carrying capacity of copper mine development zones

4 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力對比分析

4.1 跨區(qū)銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力分級

為準確對比分析云南省8個銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險與環(huán)境承載力，需要對跨區(qū)銅礦開發(fā)區(qū)進行合并處理。根據(jù)之前的研究結(jié)果，對2個跨區(qū)銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力進行“取中值”處理，得到跨區(qū)銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險分級結(jié)果(表7)。

表7 跨區(qū)銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力評價級別Tab.7 Assessment levels of ecological risk and environmental carrying capacity of cross regional copper mine development zones

4.2 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力對比結(jié)果

根據(jù)銅礦開發(fā)生態(tài)風險、環(huán)境承載力綜合評價結(jié)果，得出云南省8個銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力綜合結(jié)果(表8)。

表8 銅礦開發(fā)區(qū)生態(tài)風險和環(huán)境承載力綜合結(jié)果Tab.8 Comprehensive results of ecological risks and environmental carrying capacity of copper mine development zones

從表8可以看出，生態(tài)風險級別越低的銅礦開發(fā)區(qū)，其環(huán)境承載力越高；生態(tài)風險級別越高的銅礦開發(fā)區(qū)，其環(huán)境承載力越低。說明提升云南省銅礦開發(fā)區(qū)自然資源和社會經(jīng)濟資源的保障能力，加強銅礦開發(fā)過程中的環(huán)境保護力度，可以有效提升銅礦開發(fā)區(qū)抵御生態(tài)風險的能力。

5 結(jié)論與討論

由于銅礦開發(fā)區(qū)的生產(chǎn)水平、技術(shù)條件、資源稟賦、生態(tài)環(huán)境等存在差異，區(qū)域發(fā)展不平衡，根據(jù)生態(tài)風險和環(huán)境承載力綜合評價結(jié)果，將銅礦開發(fā)區(qū)大致分為4類并提出開發(fā)建議。

(1)生態(tài)風險低(較低)、承載力高(較高、中等)的銅礦開發(fā)區(qū)，比較適合銅礦開發(fā)，可列為重點開發(fā)區(qū)，可鼓勵大中型礦山企業(yè)集約規(guī)模開采銅礦資源，提高銅礦資源“三率”水平，提高綜合開發(fā)利用效率，在其承載力范圍內(nèi)實施在開發(fā)中保護的方針。

(2)生態(tài)風險中等、承載力高(較高、中等)的銅礦開發(fā)區(qū)，銅礦開發(fā)雖然有一定的生態(tài)風險，但其環(huán)境承載力較高，通過應(yīng)用先進的勘查開發(fā)技術(shù)，或者調(diào)整局部開采布局，將銅礦開發(fā)造成的生態(tài)風險降至最低。

(3)生態(tài)風險較高(高)、承載力較高(中等)，生態(tài)風險中等、承載力低(較低)銅礦開發(fā)區(qū)，要堅持保護優(yōu)先、適度開發(fā)原則，進一步優(yōu)化局部開采布局，避開地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性高的區(qū)域和生態(tài)保護紅線區(qū)域，控制開采規(guī)模和強度。

(4)生態(tài)風險較高(高)、承載力低(較低)的銅礦開發(fā)區(qū)，需要強化礦業(yè)權(quán)管理，實施總量調(diào)控，控制開采強度，嚴格空間準入。進行銅礦資源開發(fā)時，應(yīng)注意避讓地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性高的區(qū)域和生態(tài)保護紅線區(qū)域，同時注意加強對地質(zhì)災(zāi)害造成重大不利影響的開發(fā)活動的管控；加強生態(tài)環(huán)境全域保護和綜合整治，推動功能修復，切實提升資源環(huán)境承載能力。