应用典型样本对损毁土地进行大尺度调查

刘春雷,白中科,2,周际,包妮沙,文乐琴

(1.中国地质大学土地科学技术学院,北京100083;2.国土资源部 土地整治重点实验室,北京 100035;3.国土资源部土地整理中心,北京 100035)

根据有关数据,世界上发达国家的土地复垦率在70%～80%以上,尽管近几年我国的土地复垦率由过去的不到2%上升到12%,仍然意味着我国有80%以上的各种废弃地尚未恢复和利用,加强土地复垦的研究和实施力度成为当务之急[1]。目前全国土地整治规划修编工作已经展开,其中土地复垦潜力研究专题涉及大量的损毁土地面积调查。如何较为准确、合理地推算区域损毁土地面积成为全国土地复垦潜力调查的关键,而在相对较短的时间内完成全国损毁土地的详查工作是人力、物力、时间所不允许的。因此,本次土地复垦潜力调查是一种国家层面下的行政尺度调查,而尺度问题是土地变化科学中的关键问题,不同尺度要求下所采用的方法是具有很大差异的[2]。本文就是对一定区域内损毁土地面积的总体情况进行研究,关注的是宏观视角下的大尺度推算。在研究中,以内蒙古自治区采煤损毁土地面积推算为例,在不考虑矿区具体损毁土地类型以及各种复杂相关因素的情况下,对损毁土地总面积进行研究分析。

1 研究区概况

1.1 自然资源概况

内蒙古自治区以高原地貌为主,海拔多在千米以上;是我国四大高原的第二大高原;山地、丘陵、平原、沙漠、戈壁、湖沼等多种地形相间分布。内蒙古自治区年平均气温0～8℃,大兴安岭林区、呼伦贝尔草原、锡林郭勒草原年平均气温在0℃以下。全区年降水量少,一般只有50～450 mm,时空分布不均。降水多集中在夏季,由东向西逐渐减少。全区水平分布的地带性天然植被,从东到西可分为草甸草原、典型草原、荒漠化草原、草原化荒漠和荒漠五大类[3]。

1.2 煤炭资源发展概况

全区已查明和预测含煤盆地180余个,面积约11.8万km2,煤炭资源查明保有资源储量居全国第一,全区有煤产地(煤田或煤矿区)140多处。内蒙古的煤炭资源不但储量大,煤层厚,而且地质构造简单,埋藏浅,易于露天开采[4]。在全国开采的5大露天煤矿中,内蒙古境内有4个,即霍林河、伊敏河、元宝山、准格尔。经初步测算,内蒙古煤炭资源的潜在价值为11.2万亿元,居各种矿产资源之首[5]。

内蒙古由于特殊的地理位置和自然条件,生态环境系统整体上比较脆弱。另外,内蒙古煤炭资源大部分分布在生态环境十分脆弱的地区,大多处于干旱、半干旱的生态脆弱区,如准格尔矿区位于黄土高原水土流失严重区,霍林河矿区、伊敏河矿区位于草原风沙区[6]。因开采所造成的塌陷、挖损、压占等问题相当严重,且由于生态系统脆弱,生态环境难以恢复[7]。目前全区因煤炭开采造成生态环境破坏严重,产生大量损毁土地亟待调查、治理。本文将研究区确定在内蒙古自治区也是基于该地区从煤炭资源的快速发展到损毁土地的严重程度均具有典型性。

2 基础数据与研究方法

2.1 基础数据

本研究基础资料主要包括实地调研数据和由内蒙古自治区国土资源厅统计的133个煤矿生产建设项目土地复垦方案。实地调研数据主要包括鄂尔多斯伊金霍洛旗安源井工矿、宝日希勒露天矿、伊敏露天矿等。133个土地复垦实施方案包括内蒙12个地级市,涉及范围达到全区,同时大、中、小型煤矿也均包含其中。从数据的权威性、全面性角度分析,该数据可作为基础数据。

2.2 研究方法

本研究主要采用的是典型样本分析法,即通过总结实地调研数据和提取土地复垦方案中的相关数据来推算全区损毁土地面积。样本是内蒙古自治区国土资源厅审核通过的133个土地复垦方案,在土地复垦方案中可以提取“矿区总面积”、“受到开采影响的面积”以及“最终复垦土地面积”,同时从方案中还可提取“矿区年生产能力”,“土地复垦方案服务年限”。结合煤矿生产的实际情况,本研究提出“万吨煤土地损毁系数”概念,该参数的单位是“hm2◦104t-1”,即 :

万吨煤土地损毁系数=矿区服务年限末损毁土地面积/矿区服务年限末煤炭生产总量

为了更为科学地对样本进行分析,利用两种方法将样本进行分类,使得样本更具有典型性和代表性。

第一种方法是以地貌类型对样本进行分类。根据实际生产经验,不同地貌类型内的煤矿开采由于受到地形、坡度、煤炭赋存、埋深、地质环境等不同因素的影响,对于土地的损毁程度表现出一定的差异性。结合内蒙古自治区的地形地貌,将煤矿所处地区分为:丘陵、山地、高原、荒漠四种类型,计算过程如下:

式中:A1:按地貌类型分类得万吨煤土地损毁系数。

ai:第i种地貌类型若干样本万吨煤土地损毁系数的平均值。

ki:第i种地貌类型中样本数量占总样本数量的百分比。

二种方法是以矿区生产规模为分类依据,依据《全国矿产资源规划研究》中对于矿区生产规模的划分,将样本分为大、中、小型煤矿[8],因为由实际生产实践经验可知,不同规模的煤矿生产对土地的破坏程度具有很大的差异性,因此,以矿区生产规模分类具有一定的依据和合理性。具体分类如表1、表2所示。

表1 露天煤矿等级划分/万t◦a-1Table 1 Classification of surface mine/104t◦a-1

表2 井工煤矿等级划分/万t◦a-1Table 2 Classification of deep mine/104t◦a-1

计算公式如下:

式中:A2:按矿区规模分类得出的万吨煤土地损毁系数。

ai:各规模矿区若干样本万吨煤土地损毁系数的平均值。

ki:各规模矿区样本数量占总样本数量的百分比。

将两种方法得出的结果进行比较分析,在综合考虑实际情况的基础上整合A1、A2,从而得出全区露天(井工)煤矿万吨煤土地损毁系数。

3 数据分析

3.1 露天煤矿万吨煤土地损毁系数分析

3.1.1 依据地貌类型分析

由内蒙古自治区国土资源厅统计的内蒙古自治区土地复垦方案得知,关于露天煤矿土地复垦方案共有24个。依据地貌分类体系以及内蒙古自治区的实际情况,将地貌类型分为丘陵、山地、高原、荒漠4种类型,各地貌类型区万吨煤土地损毁系数分析情况如表3、图1所示。

表3 各地貌类型区万吨煤土地损毁系数分析表/hm2◦104t-1Table 3 Damaged Land Area by each landscape type area/hm2◦104t-1

图1 各地貌类型区土地损毁系数与样本比例Fig.1 Damaged Land coefficient and sample proportion by each type landscape area

所以,依据地貌类型划分方法得到的内蒙古自治区露天煤矿万吨煤土地损毁系数为:

0.24 ×66.7%+0.28×20.8%+0.21×8.3%+0.28×4.2%=0.25

单位:hm2◦104t-1

3.1.2 依据矿区生产规模分析

由内蒙古国土资源厅统计的露天煤矿土地复垦方案统计表分析得知:小型煤矿16个;中型煤矿8个;无大型煤矿记录。但在实际调研中收集了4座大型露天煤矿数据,因此,可按照研究方法进行分析。由统计分析得各规模矿区万吨煤土地损毁系数如表4、图2所示。

表4 各规模矿区万吨煤土地损毁系数分析表/hm2◦104t-1Table 4 Damaged Land Area(hm2/104t)by each scale mining area/hm2◦104t-1

图2 各规模矿区土地损毁系数与样本比例Fig.2 Damaged Land coefficient and sample proportion by each scale mining area

所以,依据生产规模划分方法得到的内蒙古自治区露天矿万吨煤土地损毁系数为:

单位:hm2◦104t-1

综上,在大尺度粗略推算的基础上,由于方法一、二所得结果相差无几,因此,以两者的算术平均值0.26 hm2◦104t-1作为内蒙古自治区露天煤矿万吨煤土地损毁系数。

3.2 井工煤矿万吨煤土地损毁系数分析

3.2.1 依据地貌类型分析

由内蒙古自治区国土资源厅统计的内蒙古自治区土地复垦方案得知,关于井工煤矿土地复垦方案共有109个,依据地貌分类体系以及内蒙古自治区的实际情况,将地貌类型分为丘陵、山地、高原、荒漠4种类型,各地貌万吨煤土地损毁系数分析结果如表5、图 3所示。

表5 各地貌类型区万吨煤土地损毁系数分析表/hm2◦104t-1Table 5 Damaged Land Area by each landscape type area/hm2◦104t-1

图3 各地貌类型区土地损毁系数与样本比例Fig.3 Damaged Land coefficient and sample proportion by each type landscape area

所以,依据地貌类型划分得出内蒙古自治区井工煤矿万吨煤土地损毁系数为:

单位:hm2◦104t-1

3.2.2 依据矿区生产规模分析

由内蒙古国土资源厅统计的井工煤矿土地复垦方案统计表分析得知:小型煤矿51个;中型煤矿41个;大型煤矿17个。各规模矿区万吨煤土地损毁系数分析结果如表6、图4所示。

表6 各规模矿区万吨煤土地损毁系数分析表/hm2◦104t-1Table 6 Damaged Land Area(hm2/104t)by each scale mining area/hm2◦104t-1

图4 各规模矿区土地损毁系数与样本比例Fig.4 Damaged Land coefficient and sample proportion by each scale mining area

所以,依据生产规模划分方法得到的内蒙古自治区井工矿万吨煤土地损毁系数为:

单位:hm2◦104t-1

综上,由于方法一、二数值相同,因此选定0.25 hm2◦104t-1作为内蒙古自治区井工煤矿万吨煤土地损毁系数。

4 结论与讨论

(1)从典型样本分析中知全区范围内露天煤矿每生产1万吨煤平均损毁土地0.26 hm2,井工矿为0.25 hm2,该参数与实际调研中统计的典型矿区万吨煤损毁土地面积为0.23～0.29 hm2的范围基本吻合,所以结合一定时期全区露天、井工煤炭生产总量即可算出全区采煤损毁土地的总面积,可为潜力分析提供基础数据[9]。

(2)在以地貌类型划分为依据的土地复垦方案样本分析过程中,仍需不断挖掘地貌类型与矿区土地损毁程度的相关性,在以后的研究中应建立两者定性与定量关系,确定不同地貌类型区样本的修正系数,使得结果更加合理、科学。

(3)在土地科学相关研究中,不同的研究尺度所采用的研究方法具有很大差异[10]。本文以典型样本法为主要研究方法是针对内蒙古全区范围内采煤损毁土地面积的总体推算,是一种政策尺度,该思路与方法对于其它相关生产建设项目损毁土地的潜力调查以及全国范围的相关分析均具有一定的参考价值。

(4)要得到准确的一定时期全国范围内损毁土地面积,并以此作为土地复垦潜力推算前提,还应从基础入手,认真组织开展全国自下而上的土地复垦潜力详查工作,这样才能为国家相关规划,以及重大工程布局提供更为精确的数据。

[1]王彩蓉.县域土地复垦潜力研究——以高平市为例[J].科技情报开发与经济,2009,19(30):124-125.

[2]陈睿山,蔡运龙.土地科学变化中的尺度问题与解决途径[J].地理研究,2010,29(7):1244-1254.

[3]吴文奇.草原生态修复及其检测与评价探索[J].南水北调与水利科技,2009,7(2):131-133.

[4]内蒙国土资源厅.内蒙古矿产资源规划研究[M].呼和浩特:内蒙古人民出版社,2009:21-22.

[5]台培东,孙铁珩,贾宏宇,等.草原地区露天煤矿排土场土地复垦技术研究[J].水土保持学报,2002,16(3):90-93.

[6]刘桂香.草原环境质量监测评价现状、问题及对策[J].中国草地学报,2009,31(3):8-12.

[7]白中科,赵景逵,李晋川,等.大型露天煤矿生态系统受损研究——以平朔露天煤矿为例[J].生态学报,1999,19(6):870-875.

[8]胡存智,董祚继.全国矿产资源规划研究[M].北京:地质出版社,2009:3-4.

[9]袁元和,何万龙.山西省采煤破坏土地状况调查分析与复垦规划[M].太原:山西人民出版社,2000:143-145.

[10]张学勤,陈成忠,林振山.中国生态足迹的多尺度变化及驱动因素分析[J].资源科学,2010,32(10):2005-2010.