陕西榆林能源重化工基地生态环境问题及防治对策＊

2010-01-26刘晓琼刘彦随任日照

灾害学 2010年2期

刘晓琼,刘彦随,任日照

(1.西北大学城市与资源学系,陕西西安 710127;2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;3.西安市第十一中学,陕西西安 710021)

1 研究区概况

2 能源矿产资源开发中存在的主要环境问题

榆林市位于陕西省最北部,地处毛乌素沙漠南缘与黄土高原北端过渡地带,属我国北方农牧交错区,总面积43 578 km2,占全省土地面积的20.93%,居全省各市土地面积之首。以古长城为界划分为北部风沙草滩区,属温带半干旱栗钙土干草原地带,占全市总面积的42%;南部丘陵沟壑区,属温带半干旱-半湿润黑垆土森林草原带,占全市总面积的58%。北部地区地势平坦,风力侵蚀作用强烈;南部地区地形破碎,沟壑纵横,水土流失十分严重,在区域生态恢复治理上一直注重“北治沙,南治土”。尽管榆林市生态环境十分脆弱,但其地下资源极端丰富。目前已探明的矿产资源有8大类40多种,其中煤炭、石油、天然气、岩盐资源尤为丰富。矿产资源的潜在评估值在45万亿元以上,平均每平方千米土地拥有10亿元的地下财富,人均1 370万元。每平方米地块平均资源蕴藏量为:6 t煤、100 m3天然气、140 t盐。各类资源中尤以煤炭和石油资源储量巨大,品质优良。2004年全市原煤产量4 405.4万t、原盐产量10万t、原油产量410.2万t、原油加工量698 277t[1]。正因如此,榆林市作为我国能源战略重点西移区,已于1998年7月筹建为我国重要的能源重化工基地。

资源是自然环境的组分之一,不合理的资源开发方式势必诱发严重的生态环境问题。榆林市边建设、边破坏的能源开发热潮加上本身开发机制的不健全,管理方式的不科学和开发目标的经济利益至上性,使得该市环境问题层出不穷、生态环境形势危急。综合而言,榆林市能源开发诱发的生态环境问题可归纳为如下几个方面。

2.1 破坏区域植被,增加景观破碎度

随着大规模能源开发步伐的大步迈进,榆林北部风沙区原有的草地、滩地和海子、河谷相间分布的沙地景观[2]已经遭到严重的破坏,矿坑、地表堆积的覆土和垃圾等异质性景观与景观基质迥异而不协调。以煤炭露天开采方式为例,其在剥离挖损土地/毁坏地表植被的同时堆砌矸石,形成矸石山与矿坑的相间分布,增加了区域景观的破碎度。相关研究表明,榆林市仅煤田开发一项造成1.73万hm2的植被被毁,2.0万hm2土地出现风蚀荒漠化[3]。根据榆林市林业局所作调查:神府煤田主采区之一的神木大柳塔矿区,共有煤田采区面积2.66万hm2,其中林业用地0.61万hm2,以杨树为主的乔木林地0.11万hm2,以沙柳为主的灌木林地0.49万hm2。截止目前,已塌陷林地面积0.06万hm2,其中乔木林地0.02万hm2,灌木林地0.04万hm2,采空区林地面积0.03万hm2,即将面临采空区危险的林地面积0.52万hm2。目前,神木县共有0.35万hm2林地因地表塌陷、水位下降而干枯死亡,近6.67万hm2林地受到影响而面临枯死的危险。府谷县有林地面积7.53万hm2,因地表塌陷等原因造成林木枯死的林地面积1.07万hm2,采空区面积0.02万hm2,全县有近2.33万hm2林地受到影响。

2.2 干扰水文、污染水质

侵入地下一定深度的能源开采过程对区域地下水位、地下水流场,以及矿区周围的河川径流造成的影响是相当大的[4]。煤炭开发需要进行人为排水,全国平均每采出百万吨煤炭,需排水200万m3,另外采空区的塌陷会导致井泉干涸,形成大面积的疏干漏斗。这一系列的负面影响不仅造成地下水位下降,改变地下水流场造成矿井突水,还会导致地表径流断流。榆林神东矿区开发以来,地下水位下降3 m,局部地区达到12 m[5]。作为神东煤炭公司大柳塔煤矿的作业区域,神木县大柳塔镇双沟村两条河流因煤炭开采而干涸。迄今为止,仅神木县大柳塔镇因煤田开发造成水源下漏120余处,水源枯竭60多处。

能源开采对水源的污染也是比较严重的[6],矿井酸性污水严重破坏和污染地下水资源。选矿废水不经任何处理排放,煤矸石和尾砂随意排放,随处可见的煤堆、煤泥等都会严重污染水质。矿井废水含有大量的煤粉、岩石粉尘等悬浮物杂质。选煤废水中含有大量煤泥粉,使水中悬浮物含量严重超标,对地表水系造成污染[7]。定边红柳沟石油开发区的地面水中,有害物质曾出现过超标上千倍的情况[8]。黄河流域水资源保护局于2003年7月公布的黄河水资源质量公报中,榆林市境内黄河重点河段水质断面的监测成果也能在相当程度上反映出能源开发对于区内水资源的污染和破坏(表1)。

表1 2003年7月榆林市境内黄河重点河段监测断面水质情况

2.3 水土流失、荒漠化趋势加剧

榆林市地处我国北方干旱、半干旱地区,降水量的年内分配不均使得雨季洪流诱发的水土流失现象严重。水土流失年平均土壤侵蚀模数11 900 t/km2,年平均输沙量5.16亿t,占三门峡以上地段输沙量的32.25%[9]。据神木县环保局统计资料,截至2005年年底,神木县水土流失面积达6 700 km2,占全县总面积的87.75%,每年水土流失量近亿吨。河流输沙量较能源开发前增加明显,区域水土流失情况极为严重。但在植被发育良好的地区,土壤侵蚀强度相对较小,可见,水土流失与生态环境息息相关。水土流失使大量的表土、有机质和养分流失,地力降低,土壤严重退化。

能源开发在加剧水土流失的同时,也加快了土地沙化的扩展速度。神府煤田开发以来,人为破坏地表植被1.77万hm2,侵占农田0.63万hm2。开矿导致沙漠化面积为自然发展速率的1.56倍。近年的卫星遥感资料查明,受矿业开发影响,地处陕北毛乌素沙漠前缘的榆神府矿区的沙生植物已大面积枯死,植被覆盖率减少,起沙风速显著降低,土地风蚀率增加。目前,该地区的沙化土地正以每年0.5%的速度递进向东南扩展。这些沙化土地一般只需经过2～3年就能形成以流沙为主的沙漠化土地[10]。神府-东胜矿区由于大规模的能源开发导致的沙漠化速度是自然作用力的1.5～2.0倍[11]。因此,榆林市能源开发对土地沙漠化的推动作用不容小觑,土地荒漠化将最终促使土壤物质组成、理化性质和生产性能发生变化,严重时导致土壤保水保肥性能衰退,土地生产能力丧失[12]。

2.4 地面沉降及塌陷

地面沉降主要是由采矿排水产生地下水漏斗引起的。降落漏斗常因地下水补给条件的差异和岩层导水性的各向异性,在平面上发育不均匀。通常每开采1万t煤要塌陷土地0.13～0.2 hm2[13],2005年榆林市煤炭产量逾亿吨,相应的土地塌陷达0.13～0.2万hm2。据神木县环保局出示的相关资料,截至2005年年底,地方煤矿采空区塌陷面积为3.1 km2,威胁95户393人,影响房屋347间(孔),已损坏54间(孔),损毁旱地3.33 hm2、林草地303.2 hm2;神华集团所属煤矿采空区塌陷面积为43.33 km2,威胁1 357户4 796人,影响房屋3 118间(孔),已损坏2 110间(孔),损毁水浇地49.4 hm2、旱地606.13 hm2、林草地3 637.2 hm2。神木县中鸡镇高家畔村塌陷区裂缝最宽达2 m。随着煤炭企业开采的深入,矿区山体崩塌、地表塌陷、地裂缝、水源泄漏等灾害日渐增多。新华网报道,2005年11月16日,地处府谷县新民镇的府榆煤矿井下采空区发生冒顶事故,地表塌陷面积11万m2。17日晚21:50,府榆煤矿井下再次发生大面积冒顶事故,地表塌陷面积扩大至26万m2[14]。

2.5 污染大气、扰动局地微气候

榆林市20多年来的资源开发利用已经造成了严重的空气污染问题,榆林市全年属煤烟型中度污染,冬季取暖期属重污染。概括而言,本区矿业开发造成的大气环境影响主要包括两种类型:①采矿、爆破、运输、冶炼等过程中造成的烟尘、粉尘等物理污染;②采矿、炼焦过程中有机、有毒、有害及酸性气体物质释放造成的化学污染,其极易引发温室效应、酸雨、光化学烟雾等一系列大气环境问题[15]。仅以神木县为例,2005年,全县煤矿及其他化工企业共计排放工业废气7 001 201万m3,其中SO2排放量为10.29万t,烟尘排放量为3.85万t,粉尘排放量为4.1万t。上述惊人的数据清楚地展示了神木县大气污染之重,但是目前榆林市所辖12县(区)中却以府谷县和榆阳区的大气污染最为严重。此外,矿业的开发在破坏地表植被、增加人工裸地的同时,降低了局地的相对湿度,使热容量降低和反射率的增加,造成了局地“热岛效应”,进而对当地的农业生产产生诸多不利影响。

2.6 侵占土地资源、造成土壤污染

能源开发对土地资源的破坏主要表现为:①采煤产生的矸石及焦化厂的废渣等土体废弃物占用大量的土地资源。据神木县环保局提供的数据,2005年全县固体废弃物产生量为558.56万t,其中综合利用量为148.16万t,综合利用率仅为26.53%,大部分固体废弃物被随意堆放于地表、沟谷或河床部位,侵占大量的土地资源的同时埋下发生污染和泥石流的隐患。目前榆林市固体废弃物以煤矸石、粉煤灰和炉渣为主,采掘业、电力工业和化工工业为固体废弃物产生的主要行业,固体废弃物集中产生于榆阳区、神木县、府谷县、横山四县区[16];②能源采掘与加工利用如煤矸石的堆放、选煤、洗煤等过程产生的各类有毒、有害物质淋滤迁移至土壤中,使土壤中重金属含量超标、土壤板结,有机质含量降低,造成土壤污染和退化。煤矿粉尘中硫分含量在1%～12%时,就会在空气中氧化,遇到水后能产生酸性降水,随地表径流进入土壤后,严重污染土壤[17]。此外,煤矿采空区未能回填形成的地面塌陷部位与固体废弃物堆放处附近的低洼地带都容易引起土壤次生盐碱化,造成不同程度的土地退化[15]。由于土壤能够生长各类植物,受到污染的地表水一旦引入土壤灌溉,各类毒害物质将最终随食物链淀积于人体,致使人体受损。

2.7 次生地质灾害

能源开采还会引发崩塌、滑坡、泥石流、地震等次生自然灾害[18]。在露天开采中剥离的大面积表层土壤与松散物等容易诱发泥石流、滑坡等地质灾害。在雨季,矿区堆积的煤矸石山在遇到山洪暴发还会发生人工泥石流。神东矿区自开发建设以来已经发生过多次危害程度不等的泥石流灾害,其活动次数和影响范围趋于增大。由神木县大柳塔煤矿大柳塔井2006年6月10日调度生产日报表可以看到,12609、12307、21上305采面1段、12610四个综采工作面推进长度最深达5 658.9 m,这种推进规模预示了今后大规模山体崩裂发生的必然性。神木县大柳塔镇14个行政村中三不拉村因采空区塌陷形成的山体崩裂及地面塌陷问题最为严重,据驻村干部统计,截止2006年6月,三不拉村共计有塌陷面积100 hm2,占全村土地总面积的18.68%。而神木县大柳塔镇前柳塔村双沟村民小组地表塌陷区地面裂缝最宽处达2 m,地表下陷最深达1 m,该村60%的塌陷区的乔木和灌木已经逐渐枯死。

综合而言,榆林市能源矿产资源开发诱发的环境问题成因如图1所示。

图1 榆林市能源矿产资源开发诱发的环境负效应成因示意图

3 防治对策

能源矿产资源开发犹如一把双刃剑,在促进区域经济腾飞的同时,也因不合理的开采利用方式对当地生态环境造成了严重的损坏,有时是不可逆转的毁损。如何综合考虑区域实际情况,理性地开发利用自然资源是一个极具挑战性的课题,本文结合目前榆林市能源开发实际情况,提出如下措施以应对生态脆弱区大规模能源矿产资源开发所带来负面效应。

(1)选定资源开发适宜度,实施保护性开发的理性开发战略。

在资源富集的生态脆弱区,矿区生态系统是一个由自然生态系统、社会系统、经济系统耦合而成的复杂巨系统。人类的资源开发活动必须严格遵照自然规律,在区域生态环境承载范围之内展开。如何确定自然资源开发利用的适宜度,是诸多资源开发工作者和相关学者共同关注的问题。笔者通过综合调研,并结合生态学和经济学相关理论提出建立区域可持续发展评价系统,以生态效益指数、社会效益指数、经济效益指数加和作为区域可持续发展指数,通过调整这三类指数,寻找区域可持续发展指数的最大值。以可持续发展指数取得最大值时三类指数组合即为目前能源开发的最佳状态,此时可持续发展指数即为资源开发的适宜度。参照资源开发适宜度,调整区域资源开发量,适当压缩资源的开采度。在生态环境脆弱的榆林市,以特定的资源开发适宜度为指导开采能源矿产资源,可以达到生态保护、经济发展、社会进步的“三赢”,未雨绸缪理性开发区域资源,避免诸如陕西铜川、甘肃玉门矿竭城衰的悲剧再次在榆林上演。

(2)拍卖地方采矿权,加强对煤矿的集中管理。

2006年1 月,山西省开始正式推行采矿权改革,取消对煤炭资源采矿权的行政划拨,进行公开拍卖出让。采矿权的公开拍卖可以在相当程度上降低煤矿矿难事故发生率,增加地方财政收入,其更深层次的意义在于它可以提高资源回采率、延长矿区开发年限。建议在榆林市实施地方采矿权拍卖时,收取环境成本费用,将资源开采对生态环境的破坏成本化,强制性收取矿井年纯收入的5%作为生态恢复治理费,专项用于生态环境的恢复整治。

(3)以水定产,在化工基地收取阶梯式水价。

30年来榆林市气候变化总体呈现暖干化的趋势,年均气温以0.043 8℃的线性倾向值增加,年均降水量以0.678 mm的线性倾向值减少。可见在气候干暖化背景下,加之区域人口的剧增以及城市规模的扩大和各类企业数目的不断增加对水资源的需求必将成倍增长。例如从1998～2005年,榆林市城乡生活用水增长了23.66%,全市用水总量增加了10.13%。

对此,要对榆林市内各企业,特别是对榆林经济开发区等其它开发区引进入驻企业时,要严格实施以水定产,收取阶梯式水价,超过定额的用水部分加收高额水费,做到以水定产。在经济开发区空间布局上遵循循环经济的优化组合经济区内各企业,形成集约化的产业技群,积极开发下游产品延长产业链,推行清洁生产,充分利用资源,将对水资源的损耗和对环境的污染降到最低。

(4)整顿“五小”企业,强化环境保护执法力度,实施公众参与制度。

由市政府下决心整顿“五小”企业(小煤矿、小火电、小焦化、小电石、小水泥)。2006年仅神木县大柳塔镇“五小企业”中小煤矿有39个,小焦化厂有12家,电石厂4家。这些“五小”企业不仅能源加工利用率低,而且环境污染严重,与大规模的企业相比较,其耗水较为严重。例如小火电厂由于机组小,难以采用空冷技术,其耗水比空冷大机组高10倍以上,大火电每百万千瓦小时电耗水0.15 m3,而小火电为1.5 m3[19]。在短期近利思想的驱使下,“五小”企业的业主不愿意也没有能力出资购买相应的环保器械,任由企业生产严重污染环境和肆意浪费水资源。所以,应当结合区内水资源短缺的实情和环境治理工作,关停部分污染过于严重的小企业,其余企业以合资入股形式组建大型化工企业,以减少其对环境的污染和对水资源的浪费,舒缓气候干暖化背景下水资源短缺对能源开发的强制约作用。

加大对区内各矿井及企业生产加工造成生态环境污染破坏的监察力度,充分发动当地群众监督能源矿产资源开发利用对生态环境的破坏。由榆林市环保局建立环保执法大队,并开通环保举报热线,用于举报各类环境污染案件,实施保护举报者,举报有奖的条例。

(5)以循环经济理论作指导,力行清洁生产。

提高能源开发利用及榆林能源重化工基地建设过程中水资源的利用率。区域资源开发中,除了要预先采取措施保护水资源之外,还要在资源加工工业中重视运用循环经济理念,实现资源开发及加工过程中的水资源利用率的最大化。提高水资源利用率就是要特别重视矿井水的再利用、资源加工工业的中水回用,提高污水处理率,在保水的同时实现节约用水,通过水资源的优化配置和使用,为构建绿色矿区奠定基础。学习神木县锦界开发区产业规划经验,空间布局上遵循循环经济的优化组合经济区内各企业,形成集约化的产业技群,积极开发下游产品延长产业链,以循环经济理论为指导,力行清洁生产,提高资源加工利用率。

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