煤矿塌陷区环境污染治理效果综合评价研究——以兖州矿业东滩矿区为例

郭蓬元，韩秀艳

(1.中共国家税务总局党校教研三部，江苏 扬州 225007； 2.曲阜师范大学 经济学院，山东 日照276826)

截至2020年底，我国原煤产量已经达到了38.437 4亿t，同比增长了0.9%[1]。随着煤炭开采规模的不断增大，造成了大面积的煤矿塌陷区，破坏了生态环境，也对矿区周边居民的生存环境、健康甚至生命产生了严重的威胁。此种情况下，治理煤矿塌陷区、恢复生态环境已经成为国家、矿区管理部门及煤炭企业亟待解决的一项重要课题。

国外对矿区环境污染治理效果评价的研究起步较早，1917年Joseph[2]提出了生态位的概念并构建了评价模型；Rasnic[3]分析了塌陷区与环境污染之间的关系，根据美国矿区的实际情况研究了环境污染治理效果评价问题；Webber[4]分析了塌陷区对生态环境质量造成的影响，认为塌陷区是造成环境污染损失的主要因素；Erickson[5]、Humphreys[6]研究了塌陷区生态环境污染治理问题，认为矿区环境污染治理效果评价有利于促进煤矿企业的可持续发展；Gago等[7]结合矿区实际情况，研究了持续改善矿区生态环境的方法；Sowińska-wierkosz[8]研究了矿区污染治理的景观质量评价方法；Zvarivadza[9]分析了国家环境政策对矿区环境污染治理效果提升的影响；Saedpanah等[10]采用专家调查和层次分析相结合的方法对伊朗Qhorveh矿区环境污染及地质生态风险进行了综合评价；Jiskani等[11]利用模糊综合评价模型评价了巴基斯坦矿区生态环境及可持续发展状况。我国针对矿区环境污染治理效果评价的研究始于20世纪90年代初期。赵景逵等[12]介绍了美国露天矿区的土地管理及其复垦的现状，结合塌陷区情况提出了土地复垦的设想；耿海青等[13]探索了我国煤矿塌陷区生态补偿机制构建问题；徐嘉兴等[14]研究了煤矿开采区生态环境质量评价问题；张笛等[15]应用模糊物元可拓模型，对环境污染治理效果进行了评价及应用研究；李峰等[16]应用层次分析法和主成分分析法，对煤炭城市的生态环境质量进行了评价及应用研究；黄洁等[17]通过构建评价指标体系, 对矿业绿色发展进行了评价及应用研究；周雯珺等[18]利用灰色关联和因子分析方法，研究了矿区环境污染的第三方治理模式；项广鑫等[19]利用DEA模型研究了矿产资源型城市资源承载能力评价问题。

通过查阅文献可以发现：煤矿塌陷区环境污染治理效果评价已成为一项亟待解决的重要课题，目前研究成果仍存在不足，尤其是评价指标选择及评价模型构建缺乏科学性和有效性。从煤矿塌陷区环境污染治理需求来看，由于塌陷区环境状况的复杂性及环境污染治理效果影响因素的多样性，使得环境污染治理效果相对较差，原来的环境污染治理效果评价方法也不能满足生态质量管理需求。

1 材料与方法

1.1 评价指标体系构建及数据采集

为提高煤矿塌陷区环境污染治理效果评价的有效性，以兖州矿业东滩矿区的环境污染治理效果综合评价为例，在全面统计分析的基础上，结合矿区环境污染及治理状况，选择土地资源、水资源、大气环境和噪声状况、环境污染治理投入及效果等四大类，共计24个评价指标，构建煤矿开采塌陷区环境污染治理效果综合评价指标体系，如表1所示。

表1 煤矿开采塌陷区环境污染治理效果综合评价指标体系

根据模糊物元可拓综合评价模型及环境污染治理效果综合评价的要求，经过对该矿区环境污染治理状况进行现场调查，详细收集统计出该矿区2012—2020年相关评价指标的基础资料，如表2所示。

表2 2012—2020年兖州矿业东滩煤矿塌陷区环境污染治理效果综合评价指标基础资料统计

1.2 评价标准的确定

参照国家《土壤质量标准》《地表水环境质量标准》《环境空气质量标准》《声环境质量标准》等标准规定，将煤矿开采塌陷区环境污染治理效果评价标准划分为5级，即：RND∈(0.90,1.00]，Ⅰ级，无污染;RND∈(0.80,0.90]，Ⅱ级，微度污染；RND∈(0.70,0.80]，Ⅲ级，轻度污染；RND∈(0.60,0.70]，Ⅳ级，中度污染；RND∈[0,0.60]，Ⅴ级，重度污染。评价指标标准选择参照了国家有关标准并借鉴了最新研究成果，也将其划分为5个等级，具体标准如表3所示。

表3 煤矿开采塌陷区环境污染治理效果评价指标的5级分类标准

为了提高评价指标选择的合理性及有效性，采用专家调查方式进行问卷调查，发出调查表120份，收回有效问卷89份，主要对评价指标的选择、重要性等进行调查。

1.3 模糊物元可拓综合评价模型的构建

模糊物元可拓模型是模糊理论与可拓理论相结合的评价模型。假设评价对象为N，共有m个评价事项。评价指标为X，共有n个评价指标；如果评价指标X对应的量值为V，则称有序三元组R=(N，X，V)为关于事物N的物元。如果评价指标对应的量值V具有模糊性，则称为模糊物元。如果用Rmn表示m个事物的n维模糊物元，则模糊物元矩阵可以表示为：

(1)

式中：Ni(i=1,2,…,m)为评价对象;Xj(j=1,2,…,n)为评价指标;Vij为第i个评价对象第j个评价指标的量值。

为了便于计算和理解，需要对评价指标进行归一化处理，将其隶属度转化为[0，1]的无量纲化数值。如果用uij表示第i个评价事项第j个评价指标量值的标准化无量纲结果，则归一化的无量纲转化公式如下：

(2)

(3)

为了利用模糊物元可拓模型进行综合评价，采用隶属度占比法确定评价指标的相对权值。如果用ξij表示第i个评价对象第j个评价指标的相对权值，则有：

(4)

(5)

为了计算模糊物元可拓模型的综合评价结果，需要对无量纲从优隶属度模糊物元进行标准化处理，用R0n表示标准模糊物元，若u0j=max(u1j,u2j,…,umj)，u0j是式(3)中每行中的最大值，这种算法的评价结果偏高。为了改变这种状况，本文的u0j取评价标准最大值与每个评价指标历年量值最大值的平均值。标准模糊物元的表达式如下：

(6)

Δij=|u0j-uij|p

(7)

式中p为幂指数，在从优隶属度模糊物元一定的情况下，p决定着Δij的计算难度和计算结果的大小。

由差幂运算的结果Δij组成差幂复合模糊物元RΔ，基本表达式如下：

(8)

定义第j个评价指标的贴近度为NDj，利用上面构建的差幂复合模糊物元RΔ和权重复合物元Rξ，就可以很方便地确定评价指标的贴近度，具体公式为：

(9)

式中p为幂指数，当p=1时，NDj被称为海明贴近度。

利用海明贴近度模型对煤矿塌陷区环境污染治理效果进行模糊物元评价，简化式(9)得到：

(10)

利用式(10)计算的结果与煤矿塌陷区环境污染治理效果评价的分级标准进行对应，可确定塌陷区环境污染治理效果的具体等级。

2 研究结果与讨论

2.1 研究结果

根据以上研究设计，对兖州矿业东滩煤矿塌陷区环境污染治理效果进行综合评价，首先要对评价指标的基础数据进行归一化处理。选择评价指标标准的最大值进行归一化计算，具体结果见表4。

表4 煤矿塌陷区环境污染治理效果综合评价基础资料归一化结果

将归一化结果按列累加，每一个具体数值与累加值的比率就是这个指标的相对权值。利用式(4)计算全部指标的相对权值，构建式(5)的相对权值矩阵Rξ；再利用公式(6)将表4的每一行中选出的最大值与表3中对应指标标准归一化后的最大值进行平均处理。利用式(7)计算每个指标的最大值减去每一年度的实际值，得到式(8)的差幂复合模糊物元RΔ。利用式(9)和式(10)计算海明贴近度，结果如下：

NDj=1-Rξ·RΔ=(0.669 3，0.694 8，0.720 3，0.754 5，0.781 9，0.811 4，0.844 9，0.868 1，0.875 3)。

2.2 研究结果分析

根据以上的计算结果，分析得出兖州矿业东滩煤矿开采塌陷区的环境污染治理效果：从2012年的污染等级Ⅳ级(中度污染)，到2020年上升到污染等级Ⅱ级(微度污染)，环境污染治理效果得到了明显的提高。具体结果见表5。

表5 目标塌陷区环境污染治理效果综合评价结果

由表5可知，该塌陷区环境污染治理效果评价结果呈现出逐年慢速提高的趋势。从2015年开始增长速度呈现出持续下降的趋势，2020年的增长速度已经下降到0.83%，依此趋势预测该塌陷区的环境污染治理效果也存在下降的可能性。

3 讨论

限于篇幅，仅讨论兖州矿业东滩煤矿开采塌陷区环境污染治理效果的构成及其变化规律。利用表4中的基础数据，将公式(4)计算的评价指标权值矩阵按照准则层中的评价指标进行分解，得到准则层的评价结果，见表6。

表6 目标塌陷区准则层环境污染治理效果综合评价结果

由表6可知，该塌陷区环境污染治理效果相对较差，主要体现在4个准则层评价结果都相对较低，只有环境污染治理投入及效果指标(X4)稍好一点，2020年评价结果也仅有0.816 7，其他3个指标的评价结果都在0.71～0.78。从评价结果的构成上看，评价结果间存在较大差异，发展不均衡；从评价结果的变化趋势上看，4个准则层指标，仅有X4增长稍快，其他3个指标增长相对缓慢。

4 结果分析与建议

研究发现：该矿区的环境污染治理效果由2012年的中度污染(Ⅲ级)，到2020年提升至轻度污染(Ⅱ级)，环境污染治理效果提升缓慢，环境污染治理并未达到预期目标，且可能存在治理效果由上升变为下降的趋势。结合评价结果分析，从长期来看，塌陷区环境污染治理需长期投入，但治理成效低且增长缓慢的趋势，难以有效提升治理投入的费效比，从而给地方政府造成财政支出和绩效改进的双重压力，也给相关企业带来经济效益与社会效益的双重压力。从地方政府绩效考评和相关企业自身发展需求角度出发，存在治理周期延长、治理标准降低和治理投入减少等可能性。

结合评价结果提出以下建议：

1)重点治理环境污染治理效果评价结果较差的领域。根据准则层环境污染治理效果的评价结果，大气环境和噪声状况的评价结果最差，水资源状况次之。因此，应以这两个领域为重点治理目标开展系统性集中整治，可有效提升整体环境污染治理效果。

2)加大治理投入是改变目标层结果提速慢的关键。根据目标层评价结果，目标煤矿塌陷区环境污染治理效果提速慢，增速有下降趋势，主要是由于环境污染治理投资的力度不够，相比于企业在生产领域投资增速和地方经济增速，环境污染治理投入相对不足。环境污染治理的投入包括资金的投入、人力的投入、物力的投入，以及地方政府决策注意力的投入，是系统性的、跨区域的投入与治理行为的集合。因此，目标煤矿应与政府部门积极合作，争取将塌陷区环境污染治理划为市级政府部门事权，争取决策注意力资源倾斜；同时，最大限度增加企业环境污染治理投入，充分利用煤炭产业政策和煤炭发展专项资金，及时调整矿业环境污染治理及煤炭企业的产业结构，实现生产领域投资增幅与环境污染治理投入增幅达成一定匹配关系，促进塌陷区的二次开发和绿色开发。

3)塌陷区环境污染治理基本没有经济效益，但具有很高的环境效益和社会效益，因而存在着较大的公共福利改进空间。政府部门应着力提供财政与金融政策支持，进一步健全与完善财政补贴、减免税收、免息贷款、低息贷款、贷款规模保障等措施在内的支持政策体系；在灵活运用政策工具基础上，采用以公共福利改进为主导的绩效考评模式，以绩效改进促使治理理念和治理模式的改进，进而缓解塌陷区环境污染治理的投入压力，保障治理效果的稳步提升。