中國(guó)煤炭去產(chǎn)能的水資源協(xié)同效益分析

林 剛 ，付晶瑩,3 ，江 東,4 ，趙亞楠

（1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 北京 100049；3.自然資源部自然資源要素耦合過(guò)程與效應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100055；4.自然資源部資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 101149）

0 引 言

煤炭與水資源作為戰(zhàn)略性資源，對(duì)于保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[1-2]。聯(lián)合國(guó)《2030 年可持續(xù)發(fā)展議程》制定了17 個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(Sustainable Development Goals, SDGs)，與煤炭和水資源相關(guān)的目標(biāo)主要有：清潔飲水和衛(wèi)生設(shè)施(SDG6)，經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源(SDG7)，負(fù)責(zé)任消費(fèi)和生產(chǎn)(SDG12)和氣候行動(dòng)(SDG13)[3]。因此，世界各國(guó)致力于以可持續(xù)的方式使用自然資源和環(huán)境成本，使人類(lèi)的發(fā)展控制在地球承載能力之內(nèi)，從而推動(dòng)實(shí)現(xiàn)2030 年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[4-5]。然而，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示2022 年我國(guó)煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.2%[6]，煤炭在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)主體能源[7]。同時(shí)，我國(guó)也面臨著水資源短缺、時(shí)空分布不均、與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不匹配等問(wèn)題[8]，特別是水資源分布與煤炭資源分布截然相反的逆向分布格局[9]，使煤炭與水資源可持續(xù)利用陷入困境[10]。

2021 年，我國(guó)煤炭利用產(chǎn)生的SO2、NOx和煙塵分別占全國(guó)總排放的54.4%、30.62%和39.45%，同時(shí)煤炭開(kāi)采造成地表塌陷、植被退化和煤炭廢棄物堆積等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)降低[11-12]。而煤炭開(kāi)采對(duì)區(qū)域水資源產(chǎn)生重大影響且往往容易被忽視。中國(guó)14 大煤炭基地大都集中在年降水量少、水資源供需矛盾突出地區(qū)，這將加劇區(qū)域水資源短缺[1]；同時(shí)，為防止突水事故發(fā)生，每開(kāi)采1 t 煤需要排出1.80～1.87 t 礦井水[13-14]。以2022年為例，煤炭產(chǎn)量約為45.6 億 t[6]，則產(chǎn)生的礦井水量高達(dá)82.08 億～85.27 億t，直接破壞地下水資源系統(tǒng)格局，造成地表水體、地下潛水和淺層土壤受到二次污染；除此之外，礦井水經(jīng)巖縫滲透進(jìn)入地下，改變地下水中礦物質(zhì)平衡，加快地下巖層的侵蝕，使地下水中有害成分增加，間接影響植物生長(zhǎng)和人體健康[15]。可以看出，中國(guó)未來(lái)煤炭資源發(fā)展面臨著水資源短缺和污染、CO2排放控制、污染物排放總量約束、能源開(kāi)采生態(tài)保護(hù)等環(huán)境挑戰(zhàn)[4,11-12,16]。特別是地下水作為全球可飲用淡水的最大來(lái)源，為全球飲用水供應(yīng)以及衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等系統(tǒng)提供保障[17]，而煤炭開(kāi)采、分選對(duì)地下水資源產(chǎn)生嚴(yán)重負(fù)面影響。

2016 年初，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于煤炭行業(yè)化解過(guò)剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見(jiàn)》，拉開(kāi)了煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革大幕[18]。“十三五”期間，全國(guó)累計(jì)退出煤礦5 500 處左右、退出落后煤炭產(chǎn)能10 億t 以上，使得煤炭行業(yè)整體發(fā)展質(zhì)量不斷提升，我國(guó)煤炭市場(chǎng)供需實(shí)現(xiàn)了基本平衡[19-20]。但現(xiàn)有研究缺少對(duì)去產(chǎn)能產(chǎn)生的碳減排、生態(tài)環(huán)境和水資源等協(xié)同效益的關(guān)注[2,21]。從實(shí)現(xiàn)SDGs 角度看，去產(chǎn)能不僅促進(jìn)了清潔能源的研究和技術(shù)進(jìn)步，還帶來(lái)了巨大的環(huán)境、健康與水資源協(xié)同效益[4,16-17]。尤其對(duì)中國(guó)而言，井工礦數(shù)量超過(guò)90%，礦井關(guān)閉/退出對(duì)地下水資源的保護(hù)與可持續(xù)利用意義重大。聯(lián)合國(guó)水機(jī)制地下水峰會(huì)呼吁各國(guó)提升對(duì)地下水的重視程度，以更可持續(xù)的方式利用地下水資源，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)SDGs 涉水目標(biāo)[22]。為此，研究以2016 年去產(chǎn)能政策實(shí)施以來(lái)關(guān)閉/退出的礦井為研究對(duì)象，在分析關(guān)閉/退出礦井時(shí)空分布特征基礎(chǔ)上，定量化分析煤炭去產(chǎn)能帶來(lái)的水資源協(xié)同效應(yīng)，以期為可持續(xù)發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)下煤炭退出提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

首先，對(duì)中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)(官網(wǎng)http://www.ndrc.gov.cn)和國(guó)家能源局(官網(wǎng)http://www.nea.gov.cn)、各省級(jí)人民政府(不包括港澳臺(tái))及其所屬相關(guān)部門(mén)網(wǎng)站以“煤炭去產(chǎn)能”為關(guān)鍵詞進(jìn)行直接檢索，檢索年限范圍為2016—2022年底。其次，為確保煤炭去產(chǎn)能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性，通過(guò)仔細(xì)閱讀內(nèi)容與文本，人工遴選井工礦井信息。最后，選取2016—2022 年包括中共中央、國(guó)務(wù)院及其各部門(mén)、涉煤省級(jí)行政部門(mén)公布的共計(jì)4 027個(gè)去產(chǎn)能礦井信息，記錄所屬省份、礦井名稱(chēng)、經(jīng)緯度信息、占地面積、開(kāi)采年限等。其中，對(duì)于完全關(guān)閉的礦井，直接核定實(shí)際退出產(chǎn)能，對(duì)于部分關(guān)閉的礦井，計(jì)算其生產(chǎn)產(chǎn)能與核定產(chǎn)能，其差值為實(shí)際退出產(chǎn)能。

鑒于中國(guó)煤炭資源與水資源存在明顯的空間差異，同時(shí)考慮到地質(zhì)條件、煤礦開(kāi)采利用技術(shù)以及行政區(qū)劃，將中國(guó)劃分為晉陜蒙寧甘區(qū)、華東區(qū)、新青區(qū)、華南區(qū)和東北區(qū)5 個(gè)地理區(qū)域(圖1)，臺(tái)灣省、香港特別行政區(qū)和澳門(mén)特別行政區(qū)不包括在內(nèi)。東北區(qū)包括黑龍江省、吉林省、遼寧??；晉陜蒙寧甘區(qū)包括內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)；新青區(qū)包括新疆維吾爾自治區(qū)和青海??；華南區(qū)包括西藏自治區(qū)、四川省、云南省、重慶市、貴州省、廣西壯族自治區(qū)、廣東省、湖南省、湖北省、海南省、江西??；華東區(qū)包括河北省、北京市、天津市、江蘇省、山東省、河南省、浙江省、上海市、福建省、安徽省。水資源數(shù)據(jù)來(lái)源于SHANG 等[13]統(tǒng)計(jì)的《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)煤炭工業(yè)年鑒》《中國(guó)水資源公報(bào)》《各省水資源公報(bào)》《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》《重大能源工程和水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告》中關(guān)于煤炭開(kāi)采過(guò)程與水資源相關(guān)的數(shù)據(jù)(表1)。由于SHANG 等[13]設(shè)置的煤炭區(qū)劃將江西省劃分至華東區(qū)，西藏自治區(qū)劃分至新青區(qū)，因此本研究繼續(xù)使用江西省和西藏自治區(qū)在華東區(qū)和華南區(qū)的水資源系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

表1 煤炭開(kāi)采過(guò)程的水資源系數(shù)[13]Table 1 Water resource coefficients for the coal mining process [13]

圖1 中國(guó)煤炭五大分區(qū)和關(guān)閉/退出礦井點(diǎn)數(shù)量示意Fig.1 Diagram of the division of China into five regions and the number of closure/withdrawal of mines

將統(tǒng)計(jì)得到的各涉煤礦企業(yè)的實(shí)際退出產(chǎn)能，與SHANG 等[13]規(guī)范收集的煤炭開(kāi)采、分選階段與水資源相關(guān)的礦井水量、耗水量和廢水量系數(shù)相乘，可得到煤炭去產(chǎn)能過(guò)程中節(jié)省下來(lái)的水資源，即煤炭去產(chǎn)能帶來(lái)的水資源協(xié)同效益。水資源協(xié)同效益是指煤炭去產(chǎn)能對(duì)水資源的正面綜合影響，包括避免煤炭開(kāi)采產(chǎn)生礦井水、煤炭開(kāi)采和分選階段消耗用水、煤炭分選(含煤矸石)階段產(chǎn)生的廢水，以及避免煤炭消耗造成的水資源貨幣化損失。

2 結(jié)果與分析

2.1 煤炭去產(chǎn)能特征

中國(guó)2016—2022 年關(guān)閉/退出礦井分布在25 個(gè)省份，關(guān)閉/退出礦井共4 027 個(gè)，退出產(chǎn)能87 477 萬(wàn)t。關(guān)閉/退出礦井?dāng)?shù)量集中在長(zhǎng)江上游區(qū)域 (圖1)，煤炭去產(chǎn)能密度高的區(qū)域集中在黃河“幾”字彎地區(qū)(圖2)。其中，煤炭去產(chǎn)能力度排名前三的省份是山西省、貴州省和內(nèi)蒙古自治區(qū)，分別去產(chǎn)能10 679萬(wàn)t、8 368 萬(wàn)t 和8 274 萬(wàn)t(圖3)。關(guān)閉/退出礦井?dāng)?shù)量排名前三的省份是貴州省、云南省和湖南省，分別關(guān)閉/退出礦井505 個(gè)、488 個(gè)和455 個(gè)。2016—2022 年7 a 間，年度去產(chǎn)能最大力度的省份分別是陜西省、河南省、山西省、山西省、云南省、山東省和內(nèi)蒙古自治區(qū)，去產(chǎn)能分別為5 377、2 014、2 240、2 255、3 234、3 400 和4 120 萬(wàn)t，山西省在2018 年和2019 年均為去產(chǎn)能最大的省份。2016—2022 年間，2016 年中國(guó)煤炭去產(chǎn)能26 581 萬(wàn)t，之后產(chǎn)能退出逐年降低，到2022 年為5 318 萬(wàn)t。

圖2 2016—2022 年我國(guó)煤炭去產(chǎn)能空間分布特征Fig.2 Spatial distribution characteristics of coal de-overcapacity in China between 2016 and 2022

圖3 2016—2022 年間中國(guó)涉煤省份不同年度去產(chǎn)能Fig.3 China’s coal-related provinces de-overcapacity between 2016 and 2022

2.2 水資源協(xié)同效益

中國(guó)2016—2022 年關(guān)閉/退出礦井僅考慮避免煤炭開(kāi)采產(chǎn)生礦井水、煤炭開(kāi)采、分選過(guò)程消耗用水及煤炭洗選(含煤矸石)階段產(chǎn)生的廢水3 種情況下，帶來(lái)的水資源效益達(dá)300 525.6 萬(wàn)t，高于中國(guó)第四大淡水湖洪澤湖的容積(266 000.0 萬(wàn)t)。其中，煤炭開(kāi)采避免產(chǎn)生礦井水可節(jié)約160 968.3 萬(wàn)t，煤炭開(kāi)采、分選過(guò)程避免消耗用水可節(jié)約95 521.6 萬(wàn)t，煤炭洗選(含煤矸石)階段避免產(chǎn)生的廢水可節(jié)約44 035.7 萬(wàn)t(圖4d)。即使對(duì)產(chǎn)生的礦井水和廢水通過(guò)工藝手段進(jìn)行回收利用，被污染的水資源仍有214 454.12 萬(wàn)t。煤炭去產(chǎn)能水資源協(xié)同效益空間分布取決于關(guān)閉/退出礦井的地理位置，避免產(chǎn)生礦井水、消耗水資源和產(chǎn)生廢水的空間分布格局也極為相似(圖4a,4b,4c)。水資源協(xié)同效益較好的區(qū)域主要分布6 大集中區(qū)域，分別在貴州省、云南省、四川省、重慶市交界的連片區(qū)域；山西省、河南省、河北省交界的連片區(qū)域；山東省、安徽省交界的連片區(qū)域；長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、湖南省中部和陜西省北部，總體上屬于西南地區(qū)、華北地區(qū)和黃河流域(圖4a,4b,4c)，上述區(qū)域具有水資源短缺共同特征，且煤炭開(kāi)采與水資源承載力之間的矛盾突出。

圖4 中國(guó)煤炭去產(chǎn)能的水資源協(xié)同效益空間格局Fig.4 China coal de-capacity generated water resources co-benefits in spatial patterns

就不同的省份而言，2016—2022 年間，煤炭去產(chǎn)能帶來(lái)的水資源協(xié)同效益排名前10 的省份是貴州省、云南省、山東省、山西省、河北省、河南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、陜西省和湖南省，分別節(jié)省水資源量35 145.60 萬(wàn)、29 534.40 萬(wàn)、30 798.00 萬(wàn)、25 036.00 萬(wàn)、24 044.00 萬(wàn)、22 425.90 萬(wàn)、17 375.40萬(wàn)、16 262.40 萬(wàn)、14 128.08 萬(wàn)和13 230.00 萬(wàn)t(圖4d)。煤炭退出的水資源效益存在明顯的空間分異，這取決于去產(chǎn)能規(guī)模大小和關(guān)閉礦井?dāng)?shù)量的有機(jī)結(jié)合。不同年份各涉煤省份煤炭去產(chǎn)能帶來(lái)的水資源協(xié)同效益最大表現(xiàn)為：2016 年為陜西省(11 291.70 萬(wàn)t)，2017 年為河南省(8 056.00 萬(wàn)t)，2018年為河北省(5 964.00 萬(wàn)t)，2019 年為山西省(4 735.50萬(wàn)t)，2020 年為云南省(13 582.80 萬(wàn)t)，2021 年為山東省(13 600.00 萬(wàn)t)，2022 年為內(nèi)蒙古自治區(qū)(8 652.00 萬(wàn)t)(圖5)。2016?2022 年間不同年份煤炭去產(chǎn)能帶來(lái)的水資源協(xié)同效益排序?yàn)?016 年、2020 年、2018 年、2017 年、2019 年、2021 年和2022 年，分別節(jié)省水資源93 273.70 萬(wàn)、45 472.80 萬(wàn)、45 191.70 萬(wàn)、44 885.40 萬(wàn)、31 988.10 萬(wàn)、27 818.00萬(wàn)和12 364.00 萬(wàn)t。2021 年和2022 年協(xié)同水資源效益較低，原因是小型礦井等落后產(chǎn)能基本關(guān)閉完成，下一步將集中于大中型礦井的產(chǎn)能核減。

圖5 2016—2022 年中國(guó)煤炭去產(chǎn)能的水資源節(jié)約綜合效益Fig.5 Comprehensive benefits of water conservation of coal de-capacity in China between 2016 and 2022

3 討 論

3.1 水資源協(xié)同視角下煤炭去產(chǎn)能的必要性

煤炭長(zhǎng)期以來(lái)作為我國(guó)的主體能源，未來(lái)主體地位仍不會(huì)改變。截至2015 年底，中國(guó)產(chǎn)能30 萬(wàn)t/a及以下小煤礦占全國(guó)煤礦數(shù)量的60%以上，這些落后產(chǎn)能，生產(chǎn)集中度和生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染程度高，限制了煤炭資源高效開(kāi)發(fā)利用，形成了大量的落后過(guò)剩產(chǎn)能[23]。加之當(dāng)時(shí)市場(chǎng)煤炭產(chǎn)量供大于求，煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)走低，對(duì)煤炭企業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展造成嚴(yán)重危害。2016 年初，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于支持煤炭行業(yè)化解過(guò)剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見(jiàn)》，建立了部際聯(lián)席會(huì)議制度，率先從煤炭、鋼鐵行業(yè)入手開(kāi)展去產(chǎn)能工作[18]。已到達(dá)生命周期、不符合安全生產(chǎn)要求、開(kāi)采成本高、虧損嚴(yán)重、面臨關(guān)閉或廢棄的煤礦[24]，開(kāi)始逐步關(guān)閉。相關(guān)研究證明，碳排放2030 年達(dá)到峰值，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[25]，在未來(lái)幾十年內(nèi)必須逐步減少煤炭在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)的占比，以太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)能等可再生能源替代。

然而，去產(chǎn)能政策也給關(guān)閉煤炭企業(yè)及員工帶來(lái)一定的就業(yè)壓力[23]。淘汰落后過(guò)剩產(chǎn)能、實(shí)行煤炭退出，是全球所有國(guó)家都面臨的共性問(wèn)題，將煤炭退出帶來(lái)的水資源協(xié)同效益納入到煤炭退出的指標(biāo)體系中，不僅有助于減少退出成本、增強(qiáng)煤炭退出信心、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，也有助于緩解區(qū)域水資源壓力。本研究結(jié)果表明，2016?2022 年間中國(guó)去產(chǎn)能政策實(shí)施帶來(lái)的水資源協(xié)同效益高達(dá)300 525.60萬(wàn)t。吳濤[24]通過(guò)資料統(tǒng)計(jì)和分析研究，估算出我國(guó)2014?2018 年產(chǎn)生的廢棄礦井水資源量達(dá)47.86×108t，主要分布在我國(guó)西南和華北地區(qū)，其中湖南、貴州、四川、山西、河北等省份廢棄礦井水資源量分布最多。而本研究結(jié)果顯示，水資源協(xié)同效益較好的區(qū)域主要分布在貴州省、云南省、四川省、重慶市交界的西南區(qū)域；山西省、河南省、河北省交界的華北區(qū)域，與吳濤[24]研究結(jié)果類(lèi)似。

華北地區(qū)是中國(guó)人口最密集、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，是重要的糧食生產(chǎn)基地，但同時(shí)又是水資源最為短缺的地區(qū)之一。近40 a 來(lái)，華北地區(qū)地下水水位顯著下降，已形成規(guī)模巨大的降落漏斗，煤炭退出將有助于恢復(fù)地下水位和降落漏斗，對(duì)于保障華北生產(chǎn)、生活、農(nóng)業(yè)用水和國(guó)家糧食安全具有重要意義[26]。西南地區(qū)原本水資源匱乏、干旱洪澇頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境脆弱，加之極端氣候和大規(guī)模煤炭資源開(kāi)采，水資源與水環(huán)境問(wèn)題日益突出。由于西南地區(qū)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高，能源粗放式利用狀況尚未得到根本性轉(zhuǎn)變，能源消費(fèi)集中于高耗能行業(yè)，產(chǎn)出附加值低，導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境約束性逐步增強(qiáng)[27]。然而，西南地區(qū)卻擁有豐富的水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源，煤炭退出帶來(lái)水資源系統(tǒng)效益的同時(shí)，也加快西南地區(qū)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以此帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[27]。此外，全國(guó)14 個(gè)大型煤炭基地中有9 個(gè)在黃河流域，其產(chǎn)量占了全國(guó)煤炭總產(chǎn)量近70%[2]。黃河流域氣候干旱、降雨量少、地表水蒸發(fā)量大，在本身水資源短缺的情境下，煤炭規(guī)模開(kāi)采引起礦區(qū)地下水位大范圍、大幅度疏降的同時(shí)，排出大量礦井水，導(dǎo)致喬、灌、草等植被衰敗，形成資源與生態(tài)環(huán)境之間的負(fù)反饋[28]。因此，在發(fā)揮黃河流域保障國(guó)家能源安全的基礎(chǔ)上，逐步退出低效益、高污染煤礦，對(duì)于黃河流域高質(zhì)量發(fā)展和水資源保護(hù)具有重要意義。

總體上，中國(guó)關(guān)閉大量非法開(kāi)采礦井、產(chǎn)煤量低的小型礦井以及與生態(tài)保護(hù)區(qū)域重疊的煤礦，淘汰落后煤炭產(chǎn)能，并針對(duì)大中型礦井進(jìn)行核減產(chǎn)能，化解煤炭過(guò)剩產(chǎn)能，在減少水資源浪費(fèi)與污染方面，也起到了至關(guān)重要的作用。SHANG 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)煤炭消耗造成的水資源損失約為52.76 元/t，由此估算我國(guó)煤炭去產(chǎn)能產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為461.65 億元。鑒于煤炭去產(chǎn)能產(chǎn)生的水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)巨大效益，及尚未被量化的減少溫室氣體排放、減少空氣污染、生態(tài)環(huán)境和健康效益，必須堅(jiān)持煤炭去產(chǎn)能政策，積極探索中國(guó)煤炭退出機(jī)制和能源轉(zhuǎn)型道路。在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中，煤炭從減量到退出成為必然趨勢(shì)[29–32]?？紤]我國(guó)目前的現(xiàn)實(shí)情況，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)煤炭在中國(guó)能源中仍占重要地位[7]。因此，中國(guó)需要繼續(xù)逐步淘汰落后產(chǎn)能，以倒逼科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展可再生能源，積極向綠色、低碳、清潔能源轉(zhuǎn)型是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的必由之路[15,33-34]。

3.2 關(guān)閉/廢棄煤礦礦井水治理及利用

據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河流域僅2022 年的礦井水量就高達(dá)65 億t，導(dǎo)致水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，危害區(qū)域生態(tài)環(huán)境，引發(fā)礦山事故和地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題[28]。在去產(chǎn)能背景下，關(guān)閉/退出導(dǎo)致廢棄礦井?dāng)?shù)量逐年增多，仍遺留大量可開(kāi)發(fā)利用水資源[1,35]。礦井水根據(jù)水質(zhì)特征可以分為潔凈礦井水、含懸浮物的礦井水、高礦化度的礦井水、酸性礦井水及含特殊污染物的礦井水等5種類(lèi)型[36-37]。目前關(guān)于礦井水的直接利用主要集中在井下除塵、井下生產(chǎn)用水、地面綠化用水和市政用水等[24]。一方面，由于廢棄礦井地處偏僻，距離居民點(diǎn)較遠(yuǎn)，其場(chǎng)內(nèi)設(shè)備關(guān)停沒(méi)有取水條件和設(shè)施，導(dǎo)致礦井水無(wú)法被利用[24]；另一方面，廢棄礦井水在煤炭開(kāi)采過(guò)程中重金屬等污染超標(biāo)，若利用需要對(duì)其進(jìn)行治理，無(wú)形中增加了使用成本[36]。

廢棄礦井水資源開(kāi)發(fā)利用主要包括3 大方向：礦井水污染處理與防治、地下發(fā)電和地?zé)?、太?yáng)能等資源化利用[36,38-39]。廢棄礦井水污染可通過(guò)礦井閉坑前控制措施[40]，如改善工藝，減少?gòu)U棄礦井水排放量；嚴(yán)格控制污水水質(zhì)，嚴(yán)禁使用滲坑、滲井方式排廢水等，采空區(qū)治理[41]，如通過(guò)注漿系統(tǒng)將填充物注入采空區(qū)及其上覆巖體裂隙，防治巖層沉降產(chǎn)生礦井水等，串層污染防治，如切斷串層污染途徑；控制礦井水位和灰?guī)r水位；實(shí)行采煤前預(yù)控制等，進(jìn)行防治[36]。不同污染程度的礦井水，可根據(jù)其水質(zhì)“因地制宜”進(jìn)行處理和利用：①對(duì)清潔礦井水的處理與利用，多采用“潔污分流”的方法；②采用超磁分離工藝對(duì)含懸浮物礦井水進(jìn)行處理[42]；③高礦化度礦井水的凈化處理主要包括預(yù)處理和脫鹽處理[43]，主要方法有離子交換法、膜分離法、藥劑法及多效蒸發(fā)工藝等；④酸性礦井水的處理技術(shù)包括：中和法、吸附法、硫化法、高濃度泥漿法、人工濕地法、微生物法及膜分離技術(shù)等[36]；⑤含氟礦井水的處理方法主要有膜法、電化學(xué)法、離子交換-吸附法、混凝沉淀法等。對(duì)含有毒有害元素礦井水處理利用，通常采用絮凝沉淀法和離子交換法[36]。對(duì)于煤礦大規(guī)模污水處理，化學(xué)沉淀法和吸附法具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。廢棄礦井水資源化利用，可將廢棄煤礦礦井水改造成地下水庫(kù)、作為后備水源地、可用作周邊生產(chǎn)用水和深度處理后可并入城市管網(wǎng)[24]，也可采用膜生物反應(yīng)器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的固液分離及污水中氨氮及難降解有機(jī)物的去除，將其建為地下污水處理中心[44]。

4 結(jié) 論

1)中國(guó)主要省份關(guān)閉/退出礦井共4 027 個(gè)，退出產(chǎn)能87 477 萬(wàn)t。煤炭去產(chǎn)能密度高的區(qū)域集中在黃河“幾”字彎，關(guān)閉/退出礦井?dāng)?shù)量集中在長(zhǎng)江上游區(qū)域。

2)中國(guó)2016?2022 年間關(guān)閉/退出礦井僅考慮避免煤炭開(kāi)采產(chǎn)生礦井水、煤炭開(kāi)采及分選過(guò)程消耗用水和煤炭分選(含煤矸石)階段產(chǎn)生的廢水3 種情況下，帶來(lái)的水資源效益達(dá)300 525.6 萬(wàn)t，高于中國(guó)第四大淡水湖洪澤湖的容積。

3)水資源協(xié)同效益較好的區(qū)域主要分布西南地區(qū)、華北地區(qū)和黃河流域等水資源短缺的地區(qū)，煤炭退出對(duì)于區(qū)域地下水保護(hù)、可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有積極作用。

4)未來(lái)，在地球大數(shù)據(jù)支撐下（GRACE 遙感衛(wèi)星產(chǎn)品），配合水文模型，可系統(tǒng)揭示煤炭去產(chǎn)能政策實(shí)施下多項(xiàng)SDGs 協(xié)同與權(quán)衡效應(yīng)和機(jī)制。