中国生态环境可承载的煤炭产能研究

王宏英葛维奇曹海霞

(1.山西省发改委宏观研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社会科学院能源经济研究所,山西省太原市,030006)

中国生态环境可承载的煤炭产能研究

王宏英1葛维奇2曹海霞2

(1.山西省发改委宏观研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社会科学院能源经济研究所,山西省太原市,030006)

针对13个大型煤炭基地,从土地、水资源2个主因素,对生态环境约束下产能增长区煤炭开采规模进行了评估。认为:未来30～50年内,不考虑新增可采资源的前提下,生态约束条件下的我国煤炭年开采规模约为38.27亿t;水生态环境成为制约产能增长区(除云贵和新疆)煤炭开采规模的临界约束;采煤土地塌陷约束在部分基地表现得比较突出。

开采规模评估 生态环境约束 煤炭产能 中国

煤炭开采对生态环境有着广泛而深刻的影响。一段时期内产煤地区生态环境状况是制约煤炭开采规模最为重要的因素之一。要保持产煤地区生态环境能够满足人类社会可持续发展的需要,在加大矿区生态环境治理的同时,要把煤炭开采引发的破坏限制在生态环境可承载的程度之内,根据不同地区生态环境特征确定合理的煤炭开采规模,以保持产煤地区经济社会的可持续发展。

1 生态环境约束下煤炭开采规模评估界定

煤炭开采造成的生态环境问题主要集中在地表沉陷、水资源破坏、煤矸石堆积、水土流失、植被破坏、生物多样性减少、湿地缩减、大气和水环境污染等诸多问题。煤炭开采引发的生态环境破坏是十分严重的。我们以国家规划的十三大煤炭基地为基础,从不同生态功能区域煤炭开采的生态环境可承载的极限评估入手,采用定量、定性综合分析的方法,对生态环境约束条件下我国煤炭的开采规模作初步评估。

1.1 评估因素的界定

当前,我国产煤地区发生的各类采煤生态环境破坏主要表现在地表沉陷、水资源破坏、煤矸石堆积、水土流失、植被破坏、生物多样性减少、湿地缩减、大气和水环境污染等问题。制约煤炭开采规模的生态环境因素主要有4个方面,见图1。

图1 制约煤炭开采规模的生态环境因素

采煤过程中产生的生态环境问题,其表现形式和程度是不同的。综合分析有以下3个特征。

(1)采煤造成的生态环境问题与SO2和温室气体造成的环境问题相比,虽然是区域性的,但是对于开采地区而言,一些生态环境的破坏程度往往是持续的、不可逆的。如井工采煤致使地质结构发生变化,导致土地塌陷和水资源破坏,进而引起生态环境的退化、恶化,很难在短时间内恢复,即便恢复也不可能恢复到原生状态,对煤炭资源开采地区经济社会发展产生的影响更为深刻。因此,水、土2个因素构成了对一个区域煤炭生产规模的硬约束。

(2)采煤造成的环境污染问题,如煤矸石堆积造成的土壤、大气与地下水污染、矿井排水造成的地表水污染和煤炭开采过程中的粉尘污染等,通过加大环境治理的技术投入与资金投入,并通过政策的激励和约束可以得到有效解决。从长远发展看,环境污染因素对一定区域的煤炭生产规模构成了弱约束。

(3)采煤造成的生态破坏,如水土流失、植被破坏、生物多样性减少以及湿地缩减等生态问题,从产生机理上分析,是由于采煤过程中地表塌陷、地表水流失、地下含水层疏干,破坏了矿区原有的水土条件,致使矿区各种林木、草灌生长受到严重影响,矿区植被覆盖率逐年下降,进而导致矿区整个生态系统的恶化。

因此,在做评估分析时将煤炭开采的生态环境约束界定在土地、水资源2个主因素上。

1.2 评估范围的界定

我国煤炭资源分布与能源消费需求、生态环境容量呈逆向分布。随着我国煤炭开采重心的北进西移,生态环境在越来越大的程度上制约着煤炭资源的开发。从国家规划建设的13大煤炭基地的布局看呈现出以下三大特征。

(1)从煤炭资源分布看,重点建设的13个大型煤炭基地中,神东、陕北、黄陇、晋北、晋中、晋东、蒙东、宁东8个大型煤炭基地均位于我国北部与东部的晋陕蒙宁区。未来全国新增煤炭产量的80%集中在该区。此外,新疆煤炭储量超过1.6万亿t,占全国煤炭资源总量的35.7%,是我国重要的能源接替区。而东部矿区在资源储量的制约下,煤炭生产规模增长有限。

(2)从水资源分布看,我国煤炭开发布局与水资源呈逆向分布,当前,晋、陕、蒙、宁4省区以占全国68%的煤炭资源、16%的国土面积和不足4%的水资源,生产全国60%的煤炭。全国13个大型煤炭基地中,除两淮、云贵两基地外,其余11个基地均不同程度地缺水,到2020年预计缺水7.47亿m3,其中晋、陕、蒙、宁8个基地缺水达4.95亿m3,占总缺水量的66%。水资源成为制约煤炭资源开采的重要因素。

(3)从环境容量看,全国13个大型煤炭基地中,环境容量小的基地有4个,即晋北、晋中、神东、陕北煤炭基地;环境容量较小的基地有8个,即晋东、两淮、蒙东(东北)、河南、鲁西、宁东、冀中、黄陇煤炭基地;环境容量大的基地有1个,即云贵煤炭基地。

表1 未来50年内产能维持区内煤炭大基地的煤炭产能

综上所述,根据我国煤炭资源的分布特征,结合各煤炭大型基地的生态环境特征,把全国主要煤炭基地分为两类。一类是产能增长区,包括神东、黄陇、陕北、晋北、晋东、晋中、宁东、云贵和新疆煤炭基地。从行政区域看,包括山西、陕西、内蒙、宁夏、新疆、甘肃、贵州、云南8个省区,这些区域除云贵和新疆煤炭基地外,均是生态环境脆弱敏感区。另一类是产能维持区或下降区,包括列入国家规划的蒙东、河南、鲁西、两淮、冀中煤炭基地(见表1)。从行政区域看包括北京、河北、辽宁、吉林、黑龙江、浙江、江苏、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖南、广东、广西、重庆、四川18个省区市。这些区域,环境容量相对产能增长区而言较大,生态环境对煤炭开采的约束相对较弱。因此,在评估分析时,重点对产能增长区8个大型煤炭基地(8个省区)的生态环境约束进行评估分析。对产能维持区煤炭开采能力,根据现有煤炭资源保有储量,确定未来50年,该区域内5个大型煤炭基地的产能。

预计未来40～50年内,不考虑新增煤炭资源探明储量,产能维持区内煤炭产能将保持年生产6.75亿t的生产规模。

生态环境约束下产能增长区煤炭开采规模评估以现有煤炭资源保有储量为基础,对产能增长区的采煤塌陷土地存量和水生态环境约束条件下的煤炭开采规模进行初步评估。

2.1 采煤土地塌陷对煤炭开采规模的约束评估

(1)采煤塌陷土地存量系数。把未治理塌陷土地、已经治理未达到原有地力的复垦土地作为采煤塌陷存量土地,则采煤塌陷1 ha土地相当于当年土地总量减少25 ha。因此,采煤塌陷土地存量系数的概念是指某一矿区保持一定规模的煤炭开采量时,平均每开采1万t煤引发的当年土地塌陷存量面积。如全国平均每开采1万t煤,土地塌陷面积为0.24 ha,则采煤塌陷土地存量系数等于6 ha/万t。

(2)评估区采煤塌陷土地存量系数。据对全国煤炭主产区重点矿区的调查,各省区的采煤塌陷系数为:山西0.33、陕西0.24、内蒙古0.08、宁夏0.20、甘肃0.19、贵州0.36、新疆0.10。根据上述定义,各省区的采煤塌陷土地存量系数分别为:山西8.25、陕西6、内蒙古2、宁夏5、甘肃4.75、贵州9、新疆2.5。

(3)采煤塌陷土地约束判据。神东、黄陇、陕北、晋北、晋东、晋中、宁东、云贵煤炭基地国土总面积约126915 km2,平均每平方公里中耕地面积约占13.35%。把矿区采煤塌陷存量土地占矿区国土总面积的比例作为约束判据,其下限为10%、上限为15%。则矿区最大可允许的年采煤塌陷土地存量为126.9～190.4万ha,其中塌陷土地中耕地总面积约为16.9～25.4万ha。

(4)主要煤炭大基地可允许开采能力评估。按上述判据对神东、黄陇、陕北、晋北、晋东、晋中、宁东、云贵及新疆煤炭基地的最大煤炭开采能力进行初步评估,结果见表2。

表2 采煤土地塌陷存量约束条件下的煤炭开采规模

2.2 水生态环境对煤炭开采规模的约束评估

煤炭开采对地下水的破坏影响主要表现在动储量与静储量两个方面。据《山西煤炭开采对水资源的破坏影响及其评价》课题成果揭示,山西吨煤开采破坏的静储量值为1.07 m3/t,吨煤开采破坏的动储量值为1.41 m3/t。就原有水资源储存环境而言,采煤对地下水静、动储量的破坏是永久性的。

(1)采煤破坏水资源约束判据。以矿区单位面积地下水储存量作为基准值,根据经验数据,把矿区单位面积地下水储存量(指浅层地下水,下同)减少程度作为约束判据,其上限为33%、下限为25%。即:假定采煤使矿区单位面积地下水资源储存量减少25%～33%是当地水生态环境可承受的,减少量达到1/3时是当地水生态环境不可承载的最大极限。

(2)确定评估区吨煤破坏地下水资源系数。基于数据的可得性约束,当前无法取得每一个矿区的单位面积地下水储存量数据。把山西每开采1 t煤破坏的地下水静储量(1.07m3/t)视为评估采煤破坏地下水资源的基准量,依据各基地单位面积地下水资源量与山西单位面积地下水资源量之差,综合地下水资源模数分区和当地水生态环境,加权确定各基地的吨煤破坏水资源系数。

(3)主要煤炭大基地可允许开采能力评估。按上述判据对神东、黄陇、陕北、晋北、晋东、晋中、宁东、云贵及新疆煤炭基地的最大煤炭开采能力进行初步评估,评估结果见表3。

表3 水生态环境约束条件下的煤炭开采规模

2.3 产能增长区初步评估结论

经初步评估,产能增长区内采煤土地塌陷存量约束条件下的年煤炭开采规模为38.22亿t,水生态环境约束条件下的年煤炭开采规模为37.81亿t。根据黄陇、云贵基地煤炭资源保有储量,修正后的采煤土地塌陷存量约束条件下年最大可承载煤炭开采能力的极限为33.04亿t,水生态环境约束条件下的年煤炭开采规模为23.12亿t。

(1)土地塌陷约束条件下的煤炭开采规模。以矿区采煤塌陷土地存量为判据,设定矿区采煤塌陷土地存量占国土面积的比重10%～15%为可承载区间,15%为可承载的极限,该区可承受的煤炭开采量为26.08～39.02亿t。根据黄陇、云贵基地保有煤炭资源储量,按可采年限为50年,修正后年最大可承载煤炭开采能力的极限为33.04亿t。

(2)水生态环境约束条件下的煤炭开采规模。以矿区单位面积地下水储存量为判据,设定矿区单位面积地下水储存量减少25%～33%为可承载区间,减少量达到1/3时为可承载的极限。该区可承受的煤炭开采量为28.98～37.81亿t。根据黄陇、云贵基地保有煤炭资源储量,按可采年限为50年,修正后确定的年可承载煤炭开采能力为23.12亿t。

(3)综合土地塌陷和水生态环境约束条件下煤炭开采规模,结合各基地目前的煤炭生产能力和自然环境条件,我们对产能增长区各基地煤炭年可开采规模进行了调整,详见表4。

表4 采煤生态环境约束条件下的煤炭开采规模

3 评估结论

(1)未来30～50年内,不考虑新增可采资源的前提下,生态约束条件下的我国煤炭年开采规模约为38.27亿t。其中,产能增长区年开采规模约25.79亿t,产能维持区年开采规模约6.75亿t,煤炭大基地外分散产煤地开采能力占总量的15%,为5.73亿t。见表5和表6。

表5 生态环境约束条件下的煤炭开采规模 亿t

表6 产能增长区各省区生态环境约束条件下的煤炭开采规模 亿t

(2)水生态环境成为制约产能增长区(除云贵和新疆)煤炭开采规模的临界约束。我国地下水紧缺度依据水资源量、社会经济、供水、需水、缺水和水环境等综合指标划分,共分四级:小于0.35、0.35～0.5、0.5～0.65、大于 0.65。神东、陕北、宁东基地和云贵基地部分矿区、新疆基地部分矿区的地下水紧缺度在0.5～0.65之间。晋北、神东、陕北基地和晋中基地部分矿区的地下水生态环境十分脆弱。

(3)采煤土地塌陷约束在部分基地表现得比较突出。按采煤塌陷土地存量系数排序,贵州、山西、陕西和宁夏的采煤塌陷破坏程度较大。在煤炭资源保有储量条件下,晋北、晋中、晋东、陕北、宁东基地和神东基地部分矿区的约束力较强。

(责任编辑 张大鹏)

Study on coal production capacity concordant to the ecological environment in China

Wang Hongying1,Ge Weiqi2,Cao Haixia2
(1.Institute of Macro-economy,Shanxi Development and Reform Commission,Taiyuan,Shanxi 030002,China;2.Institute of Energy and Economy,Shanxi Academy of Social Science,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

On the basis the case in 13 large-scaled coal bases,the author of this paper assesses the coalmining scale in areas with production capacity growth under the constraint of ecological environment from two major factors,land and water.It is proposed in the paper that,regardless of the increased recoverable resources,the coalmining scale under the constraint of ecological environment in China will be about 3.827 billion ton in the next 30～50 years.The water ecological environment is the critical constraint for themining scale in the areas with production capacity growth,and the constraint of subsidence due to coalmining will be more serious in parts of the coal bases.

assessment,constraint of ecological environment,production capacity of coal,China

TD-9

A

王宏英(1964-),山西省太原市人,1986年毕业于青海师范大学,现任山西省发改委宏观研究院院长,副研究员。主要研究方向为能源经济、环境经济等方面。