中国主要煤炭基地生态环境脆弱度判定与优化措施研究

刘佳骏，史 丹，李 宇

(1.中国社会科学院财经战略研究院，北京 100045；2.中国社会科学院工业经济研究所，北京 100836；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

中国主要煤炭基地生态环境脆弱度判定与优化措施研究

刘佳骏1，3，史 丹2，李 宇3

(1.中国社会科学院财经战略研究院，北京 100045；2.中国社会科学院工业经济研究所，北京 100836；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

本研究基于我国陆地国土空间的生态环境脆弱度分异与我国主要煤炭矿区进行空间拟合，在整个国土空间范围上判别我国主要煤炭基地所处生态环境脆弱程度，揭示不同煤炭基地相关生态环境因子约束类型，提出针对不同类型煤炭基地生态约束类型的绿色开采措施与我国未来煤炭基地生产调控政策。

煤炭基地；生态环境脆弱度；空间拟合；调控对策

1 引言

对于矿区生态环境脆弱度的综合评价是一个多层次、多任务、多目标的系统工程，其理论基础源于生态经济学、生态学、系统工程学的原理。目前我国在矿区环境影响评价中，主要是对矿区大气环境、水环境、声环境、生态环境和可持续发展方面评价研究比较多，主要评价理论方法有:大气污染超标指数、集对分析法、水环境质量灰色关联度评价法、物元分析理论[1－7]。在煤炭开采环境影响方面研究的基本结论是:煤炭开采中比较突出的环境问题主要表现在地面沉陷 (露天矿挖掘)、地下水资源破坏、煤矸石堆存占地和自燃等方面，且煤炭开采受技术制约而产生的环境影响对生态脆弱区的破坏日趋严重，根据不同基地各生态要素对生态脆弱性总体得分的贡献率，判断不同基地的主要生态约束因素与约束程度，可以将我国煤炭基地分为水土因素交互作用型、地质不稳定和地面塌陷约束型以及生态功能约束型三种类型[8－14]。

2 我国生态环境脆弱区空间分异模型

2.1 我国生态环境脆弱性评价指标体系构建

本研究通过文献调研和德尔菲法，确定我国生态环境脆弱性评价指标大类指标和单项指标及其权重，将自然约束因子与人类活动影响因子同时引入，构建生态环境脆弱性指标体系，有效避免前人研究对典型人文因素的分析不足 (见表1)。在研究方法上采用综合指数方法、层次分析法和RS/GIS相结合的生态脆弱性评价方法，研究中引入GIS技术实用的空间分析功能可与多种评价方法实现链接，使得评价过程更简单直观。

表1 生态环境脆弱性指标体系

2.2 生态环境脆弱性评价数据处理过程

(1)技术路线与数据数字化。在权威资源环境数据库、观测数据和已有相关研究文献数据基础上，通过GIS空间统计和分析功能，首先对13项单项指标数据数字化和统一投影，包括建立统一坐标系统，采用Albers双标准纬线等面积圆投影方式；构建全国生态环境脆弱性指标空间属性数据库，以地区行政区域范围为基本单元，根据13项不同生态环境脆弱性指标隶属度划分阈值，进行生态环境隶属度空间赋值；然后进行多要素数据空间叠加数值分析。

(2)评价指标隶属度数值计算。根据相关文献和全国生态环境实际状况，将全国生态环境划分为良好、较好、脆弱、较高脆弱和高脆弱5个等级，见表2。各单项指标分别根据5个等级的隶属度以全国地级市或地区为基本研究单元进行空间赋值，进而构建基于地市级行政单元的全国生态环境脆弱性指标空间数据库。

应用加权和空间叠加分析方法，根据计算下面公式，分别计算333个地级行政区域的地形特征、人类活动强度指标、生态背景、环境背景四个大类指标的生态环境脆弱性。分别构建生态环境脆弱性大类指标空间属性数据库，进行空间统计分析。

表2 生态环境脆弱性划分标准

公式说明:Fi—i大类指标综合值；Wj—j单项指标权重；Ij—j单项指标隶属度值。

运用ArcGIS9.3空间分析和统计功能，应用自然断裂法对全国333个地区 (市)进行聚类分析，经过调整，综合聚类分析结果，进行自下而上的调整和归并，在遵循以下原则上，获得全国生态环境脆弱性空间分异特征。

2.3 我国生态环境脆弱性空间分异特征

习近平总书记强调，高校思想政治理论课教学“要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待”，这就明确了打赢提升思想政治理论课质量和水平的攻坚战，必须以学生为中心，以问题为导向，满足学生的真需求和真期待，从而拉近课程与学生的距离和情感。

根据以上模型计算得到我国生态环境脆弱度的空间分异状况。

(1)我国生态环境整体形势不容乐观，“胡焕庸地理线”以北更为严峻。我国生态环境空间分体特征总体表现为基本以胡焕庸地理线为界，线以北在青藏高原高寒区、黄土高原湿润、半湿润区，内蒙古高原温带地区以及西北温带和暖温带荒漠地区形成了连片的较高和高脆弱地区。其中高脆弱地区呈现典型的集中连片面状分布，总面积为 385万平方公里，占陆地国土总面积的40.1%；包含新疆、青海、西藏、甘肃、内蒙古、陕西、山西、宁夏全部地区以及四川北部等行政区。沿西南－东北方向形成了巨大的带状较高脆弱地区，总面积168.7万平方公里，占陆地国土总面积的17.6%。

(2)胡焕庸线过渡带生态脆弱区呈组团分布。生态环境脆弱区呈现组团空间分布，在较高脆弱和生态环境较好地区之间形成了西南至东北方向的组团式破碎状过渡地带，总面积约为111.6万平方公里，占陆地国土总面积的11.6%。集中在云贵高原和青藏高原交汇地带、重庆、贵州、湖北接壤区、冀中平原、西辽河流域干旱区，河南、安徽和湖北接壤区等。

(3)生态环境尚好地区只占陆地国土面积的三分之一。胡焕庸地理线以南地区在东北和华北湿润半湿润温带地区、华中－华南湿润亚热带地区、华南热带湿润地区生态环境较好，总面积约为294.7万平方公里，占陆地国土总面积的30.7%。包含山东、江苏、浙江、上海、天津、福建、广东、江西、海南全部地区和黑龙江、吉林、辽宁、河北、广西、湖北、湖南、贵州、四川、云南大部分地区。

3 我国煤炭基地生态环境脆弱区的判别与空间分布

3.1 我国主要煤炭基地空间分布

我国煤炭生产矿井分布在全国1300多个县市，目前矿井个数有2.3万余处，2011年全国煤炭产量中，晋、陕、蒙三省产量占42.6%，西北新、甘、宁、青占5.1%；西南的云、贵、川、渝占12.4%；东北三省占9.3%；京、津、冀占4.6%；华东7省占15.3%；中南5省占10.8%。

3.2 主要煤炭基地生态环境脆弱区的辨别

我国煤炭基地生态环境脆弱度判定见表3，主要煤矿生态环境脆弱度指数见表4。将煤炭基地的空间分布与生态环境脆弱性的空间分布拟合，可以看出，全国约有70%以上的煤炭生产基地处于生态环境中等脆弱以上等级生态脆弱区。2009年，我国煤炭基地生态环境脆弱指数平均值仅为－0.07943，处于较高脆弱状态。

表3 煤炭基地生态环境脆弱度判定隶属度

表4 我国主要煤矿生态环境脆弱度指数

从目前的现状看，生态环境处于高度脆弱的地区是神东煤炭基地、陕北煤炭基地和准东基地，它们生态环境脆弱指数平均值均在－0.2以下，其中陕北基地生态环境脆弱指数平均值为－0.340，生态环境状况在14个煤炭基地中处于最为脆弱状态。冀中煤炭基地、蒙东－东北基地、两淮基地和河南煤炭基地的生态脆弱指数在0.0～0.10之间，属于生态环境脆弱地区；晋北基地、晋东基地、晋中基地、云贵基地、黄陇基地和宁东基地的生态脆弱指数在－0.2～0.0之间处于生态环境较高脆弱区；目前只有鲁西基地和蒙东 (东北)基地的黑东矿区生态脆弱指数处于0.1～0.3，属于生态环境较好地区其中鲁西基地生态脆弱指数为0.215，是目前全国煤炭基地生态环境最好的地区。

3.3 煤炭基地生态脆弱性类型分析

根据各煤炭基地生态脆弱性四个维度13个因素的分析 (见表5)，对我国煤电基地生态脆弱区，依据其主要胁迫因子的影响程度划分为以下四种类型:

类型一:黄土高原水土因素交互胁迫型。该地区的生态脆弱性主要是由于水资源和土地资源的交互作用而形成。主要表现在地区降水量少且地区分布不均，水资源承载胁迫指数较高；而地表土地利用强度大，部分地区甚至被过度开垦；地表植被覆盖率较低。此外，该类地区旱期容易发生表层土壤裸露；涝期则容易造成水土侵蚀和水土流失。这类地区主要以神东基地的神东矿区、准格尔矿区、陕北榆神基地、晋北基地的大同、朔州矿区以及河南基地的焦作、洛阳、三门峡矿区为典型。更为严重的是，这类地区的煤炭开发多以露天开采为主。露天煤矿的开发，将进一步破坏地表植被的覆盖，促使水资源的蒸发和地表的水土流失；而且煤矿开发的疏干水还将对地表水造成污染，加剧该地区的水资源胁迫性。

类型二:地质不稳定胁迫型。该类地区一般坡度都比较大，在15度以上；且地表开发利用强度比较大。但与类型一不同，该地区降水较多，发生水土流失以及滑坡等地质灾害的概率比较高。通常滑坡严重度在中等水平以上。因此，该地区的生态环境脆弱性主要是由于地质环境导致。以云贵基地为典型。

类型三:水资源胁迫型。在该地区的生态环境要素中，地质条件、土地利用强度、经济发展压力以及地表覆盖等因素条件都比较好，而突出的限制因子是水资源的胁迫程度比较高、而且干燥指数也比较高。一旦地面开发力度加大，破坏地表覆盖植物，较高的干燥指数将使该地区的生态环境处于严重脆弱状态。这类地区主要以蒙东基地的锡林郭勒矿区、赤峰矿区与通辽矿区为典型。

类型四:生态功能胁迫型。该类地区的生态环境承载力相对良好，主要归结于地区水土因素的良好匹配。但是，该地区是我国重要的生态功能服务区，对于稳定全国生态环境具有重要意义。因此，该地区能源的无序开发很容易造成地区生态平衡的破坏。这类地区主要以蒙东基地的呼伦贝尔矿区为典型。

4 不同生态环境胁迫类型矿区及周边生态环境绿色开采措施

4.1 对于黄土高原地区的煤炭开采要着重注意矿区及周边水土资源保持

该类型矿区及周边应及时采取预防措施，防止水土流失、水资源破坏及土地沙漠化。区内煤炭开采过程应采取尽量减少矿坑水的涌出，对已经涌出的矿坑水则加以处理和应用，使矿坑废水资源化重新利用，提高矿坑废水的处理率，同时降低矿坑废水的污染程度。要注意修建排水工程，地表径流以排为主，排蓄结合。矸石的堆放应以防止自燃和大的径流冲刷为原则，矸石排满后在其上覆土，建造先锋植物，使地表迅速形成植被覆盖。

4.2 对于地质不稳定地区的煤炭开采要着重注意矿区及周边地质结构保护

该类型矿区开采前要深入研究该部分地区地质灾害发育程度，把开采过程中暴露地表的有害物质转移到地层深处永久性储藏，采取填充开采，从而缓解工作面支承压力产生的矿压显现，改善采场和巷道维护状况，有效减少地表下沉和变形，提高煤矿采出率，防止地层塌陷，尽量保持原有地质构造结构，避免地下与地表水渗漏导致植被枯死、生物多样性损害、建筑损毁、土地沙漠化等灾害性事件的发生。

4.3 对于水资源缺乏地区的煤炭开采要着重注意矿区及周边区内水资源保护

该类型矿区开采前要深入研究矿区开采后岩层运动对岩体内形成空隙的影响，岩体中液体的渗流规律，为保水开采的发展提供理论基础。通过建立保水开采的结构力学模型，提出保水开采机理。根据各矿区地质特征，制定采煤方法规划，确定合适的采煤方法，控制生态水位，采煤引起的水位下降幅度不得超越合理生态水位。

4.4 依据国土开发原则建立退出机制，逐步禁止对于生态功能胁迫区的煤炭开采活动

依据我国国土开发功能区规划，对于生态环境极度脆弱区以及国家重要生态安全屏障区，应逐步禁止在区域内的资源开发活动。这部分地区生态脆弱度高且对我国整体生态安全意义重大，由于资源开采导致的生态环境损害难以修复，未来该部分区域煤炭开采应逐步禁止。对于区内已开采的露天矿区应严格施行剥离—排土—造地—复垦一体化技术进行开采。

表5 我国主要煤炭基地的生态环境脆弱度指标值

5 完善顶层设计，以技术创新实现我国煤炭产业生态化发展

(1)加快技术创新，推行绿色开采，严格践行生态矿山建设。依靠技术进步，采用井下充填、以矸换煤、保水开采等新工艺和新技术，优化设计，减轻对地表水和地下水的破坏，减少煤矸石和矿井水产生量以及采煤引起的地表沉陷等。

(2)建立生态补偿机制，完善顶层设计，促进矿区可持续发展。明确企业和政府在生态环境治理方面的责任，完善矿区生态环境恢复补偿机制、制定专项规划，加大生态环境治理投入。

[1]武强，刘伏昌，李铎.矿山环境研究理论与实践[M].北京:地质出版社，2005.

[2]蔡鹤生，周家国等.地质环境质量评价中的专家——层次分析定权法[J].地球科学，1998，23(3):299－302.

[3]廖国礼，吴超.模糊数学方法在矿山环境综合评价中的应用[J].环境科学动态，2004，29(3):15－17.

[4]刘志钧.矿区生态环境质量评价理论及预警方法研究[D].济南，山东科技大学，2005.

[5]吴权.矿区大气环境评价指标体系及方法的研究[J].煤矿环保，2009，(15):85－86.

[6]邱立新，杜铭华，周天君.西北煤炭开发对水环境影响的评价模型与方法[J].干旱区资源与环境，2008，2(2):20－24.

[7]唐利君.煤矿区地质环境承载能力量化评价初步研究[D].西安:西安科技大学，2009.

[8]刘海涛.太原西山矿区煤炭开采对地下水流场影响的数值模拟[D].太原:太原理工大学，2002.

[9]孙愿，王珑莺，武征.榆林孙家岔煤矿建设工程环境影响评价[J].西北地质，2003，(36):176－184.

[10]张军峰.煤矿区土地利用变化与生态环境响应研究[D].重庆:西南大学，2008.

[11]常芳.晋城市生态环境质量评价初探田[D].太原:山西大学，2008.

[12]李奇峰.山寨煤矿开采地质环境评价研究[D].兰州:兰州大学，2010.

[13]姬红英.煤矿区生态环境影响评价方法研究[D].西安:西安科技大学，2010.

[14]马丽，李宇，金凤君.我国主要煤炭基地的生态脆弱性评价与类型分析[J].能源环境保护，2009，23(4):56－60.

[15]王庆一.中国煤炭工业的数字化解读[J].中国煤炭，2012，38(1):18－22.

[16]刘佳骏，董锁成，李宇.产业结构对区域能源效率贡献的空间分析——以中国大陆31省区为例[J].自然资源学报，2011，26(12):1999－2011.

(责任编辑 谭果林)

Ecological Fragility Degree Identification and Regulation Control Strategies of China’s M ajor Coal Bases

Liu Jiajun1，3，Shi Dan2，Li Yu3
(1.National Academy of Economic Strategy，CASS，Beijing 100045，China；2.Institute of Industrial Economy，CASS，Beijing 100836，China；3.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，CAS，Beijing 100101，China)

This study is based on the spatial fitting by ecological environment fragility differentiation of China's land territory space and itsmajor coalmining area，which determines the environmental vulnerability ofmajor coalbases throughout the territory spatialextentof China.It reveals the different types of environmental constraint factors that related to coal bases.In the conclusion，we propose the green miningmeasures and future regulatory policy for different ecological constraint types of coal production bases.

Coal base；Fragility of ecological environment；Spatial correlation fitting；Adjust and control countermeasure

F062.1

A

国家自然科学基金 “京津冀城市群碳排放空间格局与影响机制研究”(41401188)，国家能源局委托课题 “十三五推进能源消费革命和节能减排的主要目标及对策措施研究”(201312)。

2014－05－19

刘佳骏 (1982－)，回族，河北唐山人，中国社会科学院财经战略研究院助理研究员，理学博士，中国科学院地理科学与资源研究所博士后；研究方向:能源经济，生态经济。