哈尔乌素露天煤矿生态环境评价

周 游 才庆祥 周 伟 王博文 秦 涛

(1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏省徐州市,221008;2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏省徐州市,221008)

1 引言

露天煤矿在矿产资源开发过程中,由于直接的挖损、采掘和压占等原因,破坏和占用了大量的土地资源,破坏了当地原生的地形地貌,不仅使绿色植物大幅度减少、动物迁徙、耕地数量急剧下降、农作物减产,而且引起大气、水体和土壤的污染。

为了系统、全面的在露天煤矿开采区域进行生态环境评价工作,必须考虑到上述矿区生态系统的特点,科学有效地建立生态环境评价指标体系,制定合理的评价方法和计划,以达到经济效益、社会效益和生态效益的和谐发展。

2 哈尔乌素露天矿生态环境

2.1 哈尔乌素露天矿概况

哈尔乌素露天煤矿位于该煤田中部,北邻黑岱沟露天煤矿,是国家“十一五”期间重点建设煤矿之一。煤矿地表境界东西长9.59 km,南北宽7.03 km,面积为67.17 km2;深部境界东西长8.95 km,南北宽6.3 km,面积为58.31 km2,平均采深170 m,可采原煤储量1730 Mt,其中6#煤层为主要可采层,煤层平均厚度为21.01 m,全矿平均剥采比为6.626 m3/t,设计服务年限79 a。哈尔乌素露天煤矿投产建设项目主要由露天煤矿采掘场、黑岱沟排土场、南坪工业场地和公路、铁路专用线等组成。

露天煤矿的开发建设难免要破坏及占用土地并扰动生产地区原地形地貌和植被,给当地交通运输、生态环境和农牧业发展等方面造成了负面影响,还会引发工农用地矛盾。

露天矿开发建设过程中造成的土地破坏主要表现在以下几个方面:采掘场对原始地表的开挖破坏;排土场对土地的压占;工业场地及附属建筑物以及公路、铁路的建设对土地的占用。

2.2 影响因子选择与确定

生态环境综合评价主要是系统分析生态系统的生产及服务能力,对哈尔乌素露天矿区生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。本文从针对性、全面性、实用性、可比性、可行性、优先原则这几个方面进行了考虑,对影响哈尔乌素露天矿生态环境的影响因子进行选择。

影响生态系统的因素多种多样,各因素影响的程度、范围和效应也不尽相同,因此,首先必须建立一套由若干相互联系、相互补充、具有层次性和结构性指标组成的指标体系,才能对矿区生态系统的环境质量进行科学、客观的评价,其次研究与矿区及其所建立的指标体系相适应的评价方法。在进行生态环境影响评价时,评价指标因子的选取可参考表1。

表1 露天矿生态环境影响评价因子选取

纵观表1所列举的各个评价项目,关键的评价要素体现在生态系统的大气质量评价、水质量评价、环境噪声评价和生态质量评价4个方面,而具体的矿区生态环境评价指标体系也要从这几个主要要素入手,寻求有效的评价因子。结合露天矿区具体的生态环境特点与哈尔乌素露天矿生态环境的实际情况,建立了哈尔乌素建设项目对当地生态环境影响的评价程序流程图见图1。

图1 哈尔乌素露天矿区生态环境影响评价程序

3 露天煤矿生态环境的评价方法

生态环境评价实质上是对生态环境质量的优劣进行评定的过程,而且是一种带有目的性和方向性的评价。该过程包含多个层次,比如生态环境评价因子的确定、环境监测、评价标准、评价模型等,最终的目的是评价环境质量与人类生产发展活动直接的价值关系。

露天矿区生态环境评价主要有模糊综合评判法、灰色聚类分析法、经济评价法、人工神经网络法、运筹学评价法等几种评价方法。模糊综合评判法以模糊数学为基础,利用精确数学描述模糊现象来解决系统复杂性与评价精确性之间的矛盾。经济评价法从经济的角度进行生态环境评价,该方法考虑环境质量的经济价值,以事先拟定好的某一环境综合经济指标来评价不同对象,其评价标准是效益必须大于费用。人工神经网络法是现在迅速发展的评价方法,牵扯到生态系统与其他系统之间关系时可以使用。运筹学评价法通过数学模型,对多因素变量进行定量的动态评价,能从系统本质上研究问题,求出最优解,适合于复杂环境质量系统或区域性问题评价。

以灰色聚类分析法为例,灰色系统理论认为历史数据是过去各种确知的和不确知的信息的综合反映。这种反映已经把各种影响因素包容进历史数据之中,灰色聚类是以灰数的白化函数生成为基础,将聚类对象对于不同聚类指标所拥有的白化函数,按照几个灰类进行归纳,其基本过程如下:

设聚类对象有a个,记为i=1,2,3,…,a,聚类指标或考虑的因素有b个,记为j=1,2,3,…,b,划分的类型有c类,记为k=1,2,3,…,c,dij表示第i个聚类对象关于第j个指标的白化函数,则有白化函数矩阵为:

又设fjk为第j指标对第k个灰类的白化函数,白化函数如图2所示3种基本形式。

图2 3种基本的灰色聚类白化函数图线

假设各因子分类的临界值为Skj,即j因子属于k类的标准值为Skj,则i分类对象中j因子的聚类权wij为:

第i个聚类对于第k个灰类的聚类系数qik为:

上述露天煤矿生态环境评价方法各有其优点,对单因素及较多影响因素条件下的生态环境评价具有比较显著的效果。在目前实际运用中,经常出现综合运用上述方法或其组合的情况,对上述评价方法的研究和挖掘,特别是其中关于各环境影响因素指标的权重等问题进行深入研究也日趋热门。

4 哈尔乌素露天煤矿生态环境评价

通过对上述各种生态评价方法的分析,这些生态评价方法对多因素条件下的露天煤矿环境分析存在不足,与哈尔乌素露天矿生态环境矿区附属设施多、人口密集、能流物流复杂,往往存在多个污染源与多个污染物等特点不相符合,因此我们采用等标污染负荷法对哈尔乌素露天煤矿进行生态评价。

等标污染负荷法的定义为:

式中:pij——i污染源中j污染物的等标污染负荷;

Cij——i污染源中j污染物的浓度,mg/L;

Coj——j污染物的评价标准,mg/L;

Qi——i污染源排放的废气或废水量,t/d。

设有m个污染源,i污染源中有ni种污染物,则j污染物的等标污染负荷pj和i污染源的等标污染负荷pi分别为:

从而整个评价区域的等标污染总负荷P为:

该负荷值中污染物、污染源的等标污染负荷与评价区域总污染负荷之比称为等标污染负荷比K,其计算公式分别是:

按照Ki、Kj值的大小,可以比较方便地确定哈尔乌素矿区土地破坏的程度和规模。根据测算,哈尔乌素建设项目造成的土地资源破坏情况统计在表2～表4。

表2 哈尔乌素露天矿采掘场破坏情况

表3 哈尔乌素外排土场(黑岱沟排土场) 破坏情况

表4 哈尔乌素建设项目土地破坏情况汇总表

5 结论

露天煤矿开发建设过程中会对土地产生破坏,对周边环境造成影响。在运用等标污染负荷法对哈尔乌素矿进行评价后,得出了如下结论。

(1)运用等标污染负荷法能确定哈尔乌素矿土地破坏情况。

(2)将环境与经济挂钩,可得出环境质量与人类生产发展活动直接的价值关系。

(3)在哈尔乌素的应用中,等标污染负荷法所得结果与实际情况基本吻合。

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