矿山生态环境质量评价指标体系初探

邹长新，沈渭寿，刘发民

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；2.南京林业大学，江苏 南京 210037；3.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000)

近年来，我国矿产资源的开发力度在不断加强，而矿山环境保护与恢复治理的力度却没有跟上，矿山环境污染和生态破坏越来越严重，已成为影响我国经济和社会发展的重要因素。我国国民经济正处于快速、持续、健康发展的阶段，对矿产资源的需求持持续增加，加强矿山环境的保护管理刻不容缓。如不及时采取有效的措施，矿山环境的破坏与污染程度，势必将进一步加剧，后果极为严重。然而，矿山环境管理一直是我国环境管理中的一个薄弱环节，起步比较晚。矿山生态环境存在多头管理的局面，统一监管的机制和体制尚未建立，矿山生态监测与生态状况评价能力较弱，缺乏相应的评价规范和技术标准等依据。矿山生态环境质量评价，是矿山环境管理的一项重要工作，是衡量矿山生态环境保护与恢复治理成效的主要依据。因此，构建综合反映矿山生态环境质量的评价指标体系，是加强矿山环境管理的基础和条件。

1 我国矿山生态环境面临的形势

我国矿产资源开发与利用范围广，面积大，资源开采条件有限，特别是大多数技术水平低下，对生态环境的影响十分巨大。据不完全统计，我国现有的国营矿山企业8000多个，个体矿山企业达到23万多个。如此大规模的矿山开采，对土地和环境的破坏是相当惊人的。在这些矿山中，大多数矿山企业技术和生产设备落后，特别是个体矿山企业，重自身经济利益、轻生态环境保护与治理，造成了严重的矿山生态环境问题。主要表现为：大气、水环境、土壤环境、噪声、固体废弃物污染；地表开挖、压占、毁损，造成土地资源破坏与地表景观改变；破坏地表植被，加剧水土流失；破坏和改变野生动植物栖息环境，使生物多样性面临威胁；井下开采造成矿井水外排，破坏地下水系；地表发生沉降、塌陷、崩塌甚至滑坡、泥石流等次生地质灾害。

据国土资源部门[1]统计，截至2007年底，全国矿业开发占用和损毁土地约166万hm2，其中尾矿堆放占地约9l万hm2，露天采坑占地约52万hm2，采矿塌陷占地约20万hm2。发生采矿塌陷灾害的矿业城市有30多个,每年因采矿地面塌陷造成的损失达4亿元以上[2]。我国人均耕地只有0.09 hm2，不足世界的1/2，矿山开采对土地的破坏，使本已稀缺的土地资源呈加速减少的趋势。全国工业固体废弃物最多的为煤矸石，全国历年累计工业固体废弃物约60亿t，其中煤矸石约12亿t，每年全国工业固体废弃物排放约5亿～6亿t，其中煤矸石有1亿多t。现有800多座矸石山占地约6 000 hm2，造成矸石山大量占地的局面[3]。采矿活动每年产生的废水、废液数量约61.9亿t，年排放量约48.6亿t，仅煤矿开采累计排放矿井水约800亿t，矿井水利用率仅为44%。

2 矿山生态环境质量评价指标体系的理论框架

2.1 矿山生态环境评价研究进展

目前，我国关于矿山生态环境评价的研究较多，主要包括矿山环境质量与环境污染评价、矿山生态要素与环境影响评价、矿山地质环境评价等等[4-10]。以往开展的矿山生态环境评价研究，具有以下特点：①多采用建立评价指标体系后结合评价模型进行评价，评价指标多体现某一矿山类型或某一区域范围，缺乏普适性和代表性；②当前的研究成果主要集中于对环境要素的评价，缺乏对矿山生态环境的综合性评价技术与方法；③由于目前绝大多数矿山尚未建立生态环境监测体系，且矿山生态环境评价缺乏相关的标准，甚至单要素或单个指标的评价无据可依，导致基础数据不足，研究深度不够。

2.2 矿山环境管理

由于矿山生态环境问题复杂多样，矿山环境管理也涉及到多个管理部门，广义的矿山环境管理的内容，包括环境影响评价、环境污染防治、废弃资源利用、生态保护与恢复、土地复垦、水土流失防治、地质环境保护与恢复等[11-12]。因此，矿山生态环境质量评价，除了考虑环境质量，还应包括矿山生态环境中各要素的评价，这样才能实现对矿山环境的综合管理。矿山生态环境质量评价，应针对主要矿山生态环境问题，选取具典型意义的生态环境要素，组建矿山生态环境质量评价指标体系基本框架(图1)，主要包括生态要素和环境要素两个部分。生态要素包括地表景观、植被覆盖、生物多样性、地质灾害和生态恢复等，环境要素包括大气环境、水环境、土壤环境、固废处理和声环境。

2.3 层次分析法

层次分析法(AHP)是构建指标体系的最常用方法之一。层次分析法运用系统分析思想，把复杂的问题分成若干联系的、有序的层次，对每一层次的相关元素进行比较分析。根据矿山生态环境的主要问题分类，将指标体系分为目标层、要素层和指标层三个层次。

1)目标层(A)：即矿山生态环境质量评价的总体目标，评价矿山生态环境质量优劣程度，是指标体系的最高层次。

2)要素层(B)：指标体系的中间层次，评价矿山生态环境质量的两个要素，即生态质量要素和环境质量要素，每一要素又包括若干具体指标。

3)指标层(C)：指标体系的最基本层次，包括矿山生态环境质量评价的所有具体指标，这些指标是反映矿山生态环境质量的直接可度量因子。

图1 矿山生态环境质量评价指标体系基本框架

3 矿山生态环境质量评价指标体系构建的原则

3.1 科学性原则

全面客观地反映矿产资源开发造成的生态环境影响和矿区生态系统的科学内涵和基本特征。各项指标含义明确，计算方法规范，功能相对独立。

3.2 可比性原则

包括三层含义，一是区域可比，即指标体系能综合反映全国或同一区域矿区生态环境质量特征；二是不同矿山类型可比，即各指标能够反映不同矿种、不同开采方式生态环境评价的共性；三是指标之间的可比，即通过归一化处理，使不同量级的评价指标处于规定数值范围内。

3.3 动态性原则

指标体系在考虑区域差异的同时，还应考虑矿产资源开发过程中的生态环境影响及生态环境状况的动态变化，以此反映出不同时期矿山生态环境质量的好坏，便于对矿产资源开发生态环境管理实行动态管理。

3.4 可操作性原则

指标体系中的指标，一定要具有可测性和可比较性。评价指标尽量简化，减少一些对评价结果影响甚微的指标，所设计指标数据方便采集，容易获取和整理，最好利用现有的统计资料。

4 矿山生态环境质量评价指标

根据矿山生态环境质量评价指标体系的理论框架，将评价指标体系分为生态质量指标和环境质量指标两大类三个层次(表1)。依据指标体系构建原则，遴选矿山生态环境质量评价指标包括：土地毁损度、地下水系破坏度、植被覆盖度、次生地质灾害破坏度、生态恢复治理率、大气环境质量指数、水环境质量指数、固废处理指数、土壤环境质量指数、声环境质量指数。

表1 矿山生态环境质量评价指标体系

4.1 生态要素指标

4.1.1 土地毁损度

是指矿山各类土地毁损面积占矿山总面积的比例。土地毁损面积包括矿山开采过程中，开挖、压占、毁损的土地面积等，反映了矿产开采造成的土地资源破坏、地表景观的改变以及随之引起的土地利用方式与格局的变化情况。

4.1.2 植被覆盖度

是指矿山各类植被面积占矿山总面积的比例。矿山绿色植物的主要生态服务功能包括：通过光合作用调节矿区空气中的氧和二氧化碳含量；具有保护土壤，防止水土流失的作用；可以改善矿区小气候；能降低矿区空气中某些有害污染物的浓度；具有明显的减尘效应；具有明显的消、隔噪声效应。因此，植被覆盖度能够正面表征矿山生态质量状况，矿区植被覆盖度越高，生态质量状况越好。

4.1.3 生物丰度

该项指标可参照《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2005)中的定义和计算方法。矿山生物丰度指通过单位面积上不同生态系统类型在生物物种数量上的差异，间接地反映矿山区域内生物多样性的丰贫程度。该项指标可通过遥感解译实现。

4.1.4 次生地质灾害破坏度

是指矿山发生的各类次生地质灾害面积占矿山总面积的比例。次生地质灾害包括滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、塌陷、地裂缝及矿震等。矿山开采中，受重力和其他外力作用的情况下，可能发生崩塌、滑坡和地表塌陷；废土、废石的不规范堆放，可能在雨季诱发泥石流。这些次生地质灾害，能够改变地表景观，破坏水土资源，加重水土流失，甚至造成财产损失和人员伤亡。

4.1.5 生态恢复治理率

是指矿山进行生态恢复与治理的面积占矿山总面积的比例。矿山生态恢复与治理，是矿山生态环境质量动态变化的重要因素，反映了矿山企业对已造成的生态破坏进行修复的实施进度和成效，一般包括露天采空区恢复、井下回填、排土场恢复、尾矿场恢复、塌陷区治理、临时道路、料场等地表景观恢复等。

4.2 环境要素指标

4.2.1 大气环境质量指数

以矿区主要大气污染物浓度表征矿山空气环境质量，例如煤炭矿山的大气污染以煤烟型污染为主要特征，这种类型的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物等。采用多因子赋分法计算大气环境质量指数，计算公式如下：

其中，Ia为矿山大气环境质量指数，i=1，2，……n；f(xi)为第i类大气污染物的日均浓度值对应的环境质量指数赋值(表2)，大气质量等级为《环境空气质量标准(GB 3095-1996)》中规定的一级、二级和三级标准。

表2 大气环境质量指数赋值

4.2.2 水环境质量指数

矿山的废水主要包括矿井水、矿区工业用水、选矿水、尾矿水等。关于地下水环境质量评价，由于目前已经制定的《地下水环境质量标准》和《地下水环境监测技术规范》都不适用于矿井水，且矿山开采对地下水的影响主要为地下水系的破坏。因此，矿山水环境质量评价，暂不考虑地下水环境质量。

由于《地表水环境质量标准》中规定的水质参数和水质类别较多，选取评价矿山地表水特征污染物，采用多因子赋分法(同大气环境质量)计算水环境质量指数，计算公式如下：

其中，Iw为矿山水环境质量指数，i=1，2，……n；f(xi)为第i类水污染物浓度值对应的环境质量指数赋值(表3)。

表3 矿山地表水环境质量指数取值

4.2.3 固废处理指数

是指矿山固体废弃物处理量和综合利用量占固体废弃物总量的比例，表征矿山固体废物综合利用及处理水平。矿山生产过程中产生的固体废弃物，包括排岩土、建筑废料、锅炉灰渣、煤矸石等。矿山固废的利用与处理形式，包括回填矿井、矸石发电、矸石制砖、建筑物料、卫生填埋等。

4.2.4 土壤环境质量指数

矿山土壤污染主要为Cu、Cd、Pb、Zn等重金属污染及酸碱性污染。根据不同矿山开采存在的重金属含量、土壤pH值作为评判矿山土壤环境质量的依据。按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)中土壤环境质量评价的技术规定，采用内梅罗法进行土壤环境质量指数的计算。

式中，Si为内梅罗指数；Pi均和Pi最大分别为平均单项污染指数和最大单项污染指数。内梅罗指数对应的土壤环境质量指数取值见表4。

表4 土壤内梅罗污染指数评价标准

4.2.5 声环境质量指数

矿山企业一般远离城区，噪声污染较其他污染程度较轻。矿山机械噪声和交通噪声是矿山声环境污染的主要原因。其中，工业场地强噪声源最为集中，声学环境也很复杂，声源的辐射噪声对环境的污染比较严重；矿山生产服务的各种辅助企业的设备噪声源辐射的生产噪声，以及生产运输机动车辆对所在地附近的局部产生一定程度的影响或污染。

声环境质量指数由矿山企业声环境测点的达标比例来表示。分别在矿山的居住区、办公区、生产区和运输区四类功能区布设监测点，噪声标准值执行《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)1，2，3，4类标准(表5)。

表5 矿山各类功能区噪声标准值等效声级LAeq：dB

5 结论与讨论

矿山生态环境形势日益严峻，矿山环境管理水平亟待提升。开展矿山生态环境评价，是矿山环境管理的重要内容，既能衡量矿山生态环境质量的总体状况，也能反映矿山生态恢复与环境污染治理成效，是对矿产资源开发实行全过程监管的有效手段。

本文针对我国矿山生态环境存在的普遍问题，初步探讨了矿山生态环境评价指标体系的构建。然而，由于开采区域、开采方式、矿产类型、矿山技术经济条件等方面的差异，矿产资源开发造成的生态破坏和环境污染问题复杂多样。当前，矿山生态环境监测水平低，基础数据缺失严重。因此，对于某一地区或某一类矿山的生态环境评价指标体系，可在突出主要生态环境问题的基础上，结合矿山实际情况制定更为具体的评价体系和评价指标。

[1] 国土资源部.中国地质环境公报(2007)[N].人民日报，2008-05-09(12).

[2] 王啟明,徐必根,唐绍辉，等. 我国金属非金属矿山采空区现状与治理对策分析[J].矿业研究与开发，2009，29(4):63-67

[3] 卞正富. 我国煤矿区土地复垦与生态重建研究[J].资源·产业，2005,7(2)：18-24.

[4] 罗娟，陈守余. 矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价[J].安全与环境工程，2005，12(1)：9-12.

[5] 杨俊峰，付永胜. 煤矿环境污染评价及“三废”资源化探讨[J].环境科学与管理，2006,(7)：179-182.

[6] 杨凯.模糊数学在矿山环境影响评价中的应用[J].四川环境，2010，29(3)：127-130.

[7] 郑国明，梁合诚，龙翔,等. 浅析矿山地质环境综合评价[J].安全与环境工程，2009,16(5)：42-44,61.

[8] 凌志敏. 矿山地质环境影响评价方法[J].中国西部科技，2006,(10):40-41.

[9] 钟凯，辜彬，吕菲菲.矿山生态恢复景观评价[J].四川大学学报：自然科学版，2009,(2)：509-514.

[10] 李泽琴，侯佳渝，王奖臻.矿山环境土壤重金属污染潜在生态风险评价模型探讨[J].地球科学进展，2008,23(5)：509-516.

[11] 葛伟亚，周洁.矿山环境管理保护研究进展分析[J].西部探矿工程，2008，20(11)：128-130.

[12] 姜建军.矿山环境管理实用指南[M].北京：地震出版社，2004.