云南省铜矿开发区生态风险与环境承载力研究

刘晓玮，黄惠芳，李 炜

(云南省国土资源规划设计研究院，云南 昆明 650216)

0 引言

铜作为一种既传统而又现代的重要金属材料，在有色金属的消费领域仅次于铝，铜及其合金广泛用于电气、机械、车辆、船舶、工业及民用方面，是现代工业、农业、国防工业、科学技术不可缺少的有色金属[1，2]。铜对中国和全球经济增长做出了巨大贡献[3，4]。铜矿是云南省的传统优势矿种之一，资源丰富，开采历史悠久，铜矿床点多面广，几乎遍及全省，总体开发潜力较大。与此同时，铜矿开发的生态环境问题也非常突出，潜在的生态风险不容忽视，铜矿开发生态风险研究意义重大[5]。

1 基本情况

截止2019年底，云南省铜矿纳入储量库管理的矿区251处，查明资源储量1 439.1×104t**，居全国第二位，铜矿静态保障年限为9年，动态保障年限为17～36年。2010年以来，铜矿查明资源储量稳步增长，2019年比2010年累计增长51.13%。云南省铜矿具有类型齐全、开发利用程度高、时空分布广泛等特点。除德宏州外，其他各州市均有分布，主要集中在迪庆州、玉溪市、楚雄州、昆明市、红河州、普洱市、大理州。其中，迪庆州有普朗铜矿区、羊拉铜矿区，玉溪市有大红山铜矿区，昆明市有东川铜矿区。云南省以及各州市的铜矿查明资源储量见图1和图2。

截至2019年底，云南省铜矿生产矿山共计178座，其中大型矿山3座，中型矿山15座，小型矿山160座，各类铜矿生产矿山生产能力见表1。大中型铜矿山企业及重点矿山“三率”水平较高，在全国处于先进水平。比如，普朗铜矿开采回采率98.32%、选矿回收率90.60%、综合利用率50.97%。小型矿山企业“三率”水平一般低于大中型矿山企业，甚至低于全省平均水平。截至2020年底，大平掌铜矿是云南省目前唯一的铜矿国家级绿色矿山。

表1 2019年云南省铜矿企业生产能力Tab.1 Production capacity of copper mining enterprises in Yunnan Province in 2019

2 研究方法及指标体系构建

2.1 研究方法

生态风险和环境承载力的评价方法主要包括单因素评价法和综合评价法[6，7]。其计算方法中最简单的是单因素评价法，主要通过选择单项指标来反映地区生态风险和环境承载力的现状和阈值。该方法简便直观，主要评价单个风险因子的影响程度和发展趋势，容易找出影响的关键风险因素，但容易忽略多个风险因子之间的联系，难以体现复杂系统中各影响因素之间的互动关系。综合评价法是根据区域社会、经济、环境等特点，对多个评价单元建立多个指标来评估生态风险与环境承载力的程度。该方法解决了单因素评价方法中存在的问题，可以比较全面地反映生态风险与环境承载力的状况。

2.2 指标体系构建

经过前期的资料收集、整理、汇总与分析，采用综合评价法，分别构建铜矿开发区生态风险和环境承载力指标体系，实现铜矿开发区生态风险与环境承载力评价，进而完成铜矿开发生态风险与环境承载力区划研究，技术路线见图3。

图3 铜矿开发区生态风险与环境承载力指标体系构建Fig.3 Construction of ecological risk and environmental carrying capacity index system in copper mine development zones

3 铜矿开发区生态风险与环境承载力评价

3.1 确定评价单元

矿产开发区是指以战略性矿产或区域优势特色矿产为主，资源储量大、资源条件好、具有开发利用基础、对全国资源开发具有举足轻重作用的大型矿产地和矿集区[8]。根据矿产开发区的界定，确定云南省铜矿开发区共有8个，其中，露天开采1个、复合开采3个、地下开采4个。

评价单元划分方法主要包括地块法、叠置法、多边形法和网格法等4种[9]。合理划分评价单元可以提高评价结果的准确性和应用价值。云南省铜矿资源主要集中在铜矿开发区，考虑到云南省实际情况以及资料的可获取性和可靠性，同时为制定相关政策提供依据，因此选取铜矿开发区为评价单元。云南省铜矿开发区有8个，其中，景谷—景东铜矿矿产开发区位于普洱市和临沧市，会泽东川铜铅锌磷矿产开发区位于曲靖市和昆明市，为了便于统计数据，将以上2个铜矿开发区按州(市)分为4个评价单元，因此共有10个铜矿评价单元。

3.2 铜矿开发区生态风险评价

选取开发强度、“三废”和生态环境作为一级指标，构建铜矿开发区生态风险评价指标体系(表2)。其中，开发强度包括采矿用地面积比例和矿山分布密度等2个二级指标；“三废”包括人均工业废气排放量、人均工业废水排放量和工业固体废物排放量等3个二级指标；生态环境包括地质灾害高易发区面积比例、生态保护红线面积比例和水土流失程度等3个二级指标。

表2 铜矿开发区生态风险评价指标体系Tab.2 Ecological risk assessment index system for copper mine development zone

采用AHP法(层次分析法)确定权重[10]，层次分析法确定指标权重的基本思路是：(1)建立阶层次结构：评价系统往往分几个阶层，因此，务必首先建立阶层次结构；(2)构造两两比较判断矩阵：以上层指标作准则将下一层支配指标两两比较，由专家按1～9标度法中规定的标度打分，量化后得到判断矩阵；(3)由判断矩阵计算每个单一准则下，被比较指标的相对权重，即采用方根法进行层次单排序，再进行一致性检验，得到相对权重；(4)分别计算各层次指标的组合权重，最终得到云南省铜矿开发区生态风险评价因子权重。

表3 铜矿开发区生态风险评价因子权重表Tab.3 Weights of ecological risk assessment factors in copper mine development zones

综合评价模型常用加权求和法，并在实际应用中不断改进。采用线性加权求和函数法，即是将各级指数乘以相对应权重后求和，得到上一级综合评价指数值。生态风险综合评价值的计算公式为：

(1)

式中：Xi为指标指数值；Wi为指标的权重；n为该级指标的项数。

根据公式计算云南省10个铜矿评价单元生态风险综合分值结果如图4所示。

图4 铜矿开发区生态风险综合评价结果Fig.4 Comprehensive evaluation results of ecological risk in copper mine development zones

根据已有研究成果中生态风险定级的方法[11]，云南省铜矿开发区生态风险综合评分值，采用自然断点法[12]进行等级划分如下：

综合评价值在0.25以下的区域划分为“低”生态风险区，综合评价值在0.25～0.31的区域划分为“较低”生态风险区，综合评价值在0.31～0.34的区域划分为“中等”生态风险区，综合评价值在0.34～0.40的区域划分为“较高”生态风险区，综合评价值在0.40以上的区域划分为“高”生态风险区。

云南省铜矿开发区各评价单元生态风险综合评价结果按照等级划分，得到其生态风险综合评价结果，包括高、较高、中等、较低和低5个类型区(表4)。

表4 铜矿开发区生态风险评价值及级别表Tab.4 Ecological risk assessment values and grades in copper mine development zones

3.3 铜矿开发区环境承载力评价

根据环境承载力研究已有成果[13-15]，并结合铜矿开发区特点，选取水资源、土地资源、矿产资源、社会经济资源、水环境、大气环境和生态环境等指标构建云南省铜矿开发区环境承载力评价指标体系(表5)。铜矿开发区环境承载力测算方法与铜矿开发区生态风险评价方法一致，首先采用AHP法确定权重，再根据综合评价模型加权求和，得到综合评价分值(图5)。

图5 铜矿开发区环境承载力综合评价分值Fig.5 Comprehensive evaluation score of environmental carrying capacity of copper mine development zones

表5 铜矿开发区环境承载力评价指标体系Tab.5 Evaluation index system of environmental carrying capacity of copper mine development zones

根据已有成果对环境承载力定级的方法[16]，云南省铜矿开发区环境承载力综合评价值采用自然断点法划分不同等级。综合评价值在0.55以上的区域划分为“高”承载力区，综合评价值在0.52～0.55的区域划分为“较高”承载力区，综合评价值在0.49～0.52的区域划分为“中等”承载力区，综合评价值在0.46～0.49的区域划分为“较低”承载力区，综合评价值在0.46以下的区域划分为“低”承载力区。

云南省铜矿开发区各评价单元环境承载力综合评价结果按照等级划分，得到其环境承载力综合评价结果，包括高、较高、中等、较低和低5个类型区(表6)。

表6 铜矿开发区环境承载力评价值及级别表Tab.6 Evaluation values and grades of environmental carrying capacity of copper mine development zones

4 铜矿开发区生态风险与环境承载力对比分析

4.1 跨区铜矿开发区生态风险和环境承载力分级

为准确对比分析云南省8个铜矿开发区生态风险与环境承载力，需要对跨区铜矿开发区进行合并处理。根据之前的研究结果，对2个跨区铜矿开发区生态风险和环境承载力进行“取中值”处理，得到跨区铜矿开发区生态风险分级结果(表7)。

表7 跨区铜矿开发区生态风险和环境承载力评价级别Tab.7 Assessment levels of ecological risk and environmental carrying capacity of cross regional copper mine development zones

4.2 铜矿开发区生态风险和环境承载力对比结果

根据铜矿开发生态风险、环境承载力综合评价结果，得出云南省8个铜矿开发区生态风险和环境承载力综合结果(表8)。

表8 铜矿开发区生态风险和环境承载力综合结果Tab.8 Comprehensive results of ecological risks and environmental carrying capacity of copper mine development zones

从表8可以看出，生态风险级别越低的铜矿开发区，其环境承载力越高；生态风险级别越高的铜矿开发区，其环境承载力越低。说明提升云南省铜矿开发区自然资源和社会经济资源的保障能力，加强铜矿开发过程中的环境保护力度，可以有效提升铜矿开发区抵御生态风险的能力。

5 结论与讨论

由于铜矿开发区的生产水平、技术条件、资源禀赋、生态环境等存在差异，区域发展不平衡，根据生态风险和环境承载力综合评价结果，将铜矿开发区大致分为4类并提出开发建议。

(1)生态风险低(较低)、承载力高(较高、中等)的铜矿开发区，比较适合铜矿开发，可列为重点开发区，可鼓励大中型矿山企业集约规模开采铜矿资源，提高铜矿资源“三率”水平，提高综合开发利用效率，在其承载力范围内实施在开发中保护的方针。

(2)生态风险中等、承载力高(较高、中等)的铜矿开发区，铜矿开发虽然有一定的生态风险，但其环境承载力较高，通过应用先进的勘查开发技术，或者调整局部开采布局，将铜矿开发造成的生态风险降至最低。

(3)生态风险较高(高)、承载力较高(中等)，生态风险中等、承载力低(较低)铜矿开发区，要坚持保护优先、适度开发原则，进一步优化局部开采布局，避开地质灾害易发性高的区域和生态保护红线区域，控制开采规模和强度。

(4)生态风险较高(高)、承载力低(较低)的铜矿开发区，需要强化矿业权管理，实施总量调控，控制开采强度，严格空间准入。进行铜矿资源开发时，应注意避让地质灾害易发性高的区域和生态保护红线区域，同时注意加强对地质灾害造成重大不利影响的开发活动的管控；加强生态环境全域保护和综合整治，推动功能修复，切实提升资源环境承载能力。