煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價指標(biāo)體系研究

[摘 要]西北地區(qū)煤炭資源豐富，是我國未來能源供應(yīng)的主要基地。由于自然條件原因，水資源極其貧乏，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。然而，煤炭資源開發(fā)必將影響地表生態(tài)和環(huán)境，也將擾動地下水資源。立足西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，根據(jù)煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響特征。以區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，提出一套適用于一般區(qū)域的水環(huán)境影響評價指標(biāo)體系，為推進(jìn)煤炭資源合理開發(fā)利用與水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的量化研究奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]煤炭開發(fā)；水環(huán)境；評價指標(biāo)體系

[中圖分類號]F124.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號)1671-8372(2008)01-0048-03

一、引言

煤炭資源的開發(fā)和利用，既對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起巨大的推動作用，同時也對全球環(huán)境產(chǎn)生重大影響。中國是一個以煤為主要能源的國家，未來煤炭規(guī)劃區(qū)大部分集中在資源豐富的西北部地區(qū)。西北地區(qū)煤炭資源豐富，但水資源嚴(yán)重匱乏，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。然而，煤炭資源的開發(fā)必將影響地表生態(tài)和環(huán)境，也將擾動地下水資源，使地下水的賦存狀態(tài)發(fā)生變化。礦床疏干排水改變了地下水的天然徑流和排泄條件，同時導(dǎo)致地下水資源的巨大浪費(fèi)，使區(qū)域地下水水位大幅度下降、地表塌陷和井泉干涸，進(jìn)而改變地表土壤的灌溉性、持水陸和水土平衡，打破水資源原有的平衡狀態(tài)，致使表土疏松、裸巖面積擴(kuò)大，礦區(qū)水土流失加劇，土地荒漠化趨勢加快。采煤過程中產(chǎn)生的煤矸石，排出的礦井廢水、廢氣等，都會對周圍的水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

煤炭資源開發(fā)造成的水環(huán)境破壞，進(jìn)而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)在干旱半干旱地區(qū)普遍存在，國內(nèi)外的學(xué)者越來越多地關(guān)注到煤炭開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響，并且也取得了相當(dāng)多的研究成果，但從目前的研究現(xiàn)狀看，在研究視野、研究深度和系統(tǒng)性等方面還存在著不足。國內(nèi)關(guān)于煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響研究主要集中在宏觀評價和對策研究上，研究成果以定性研究居多，定量研究偏少。國內(nèi)至今還沒有形成一套完整的評價指標(biāo)體系和相應(yīng)的評價方法。特別是針對干旱缺水的西北地區(qū)，煤炭開發(fā)利用對水環(huán)境影響的評價指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)研究幾乎還是空白。因此，深入探討煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響特征，建立水環(huán)境影響的評價指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)，正確評價煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響程度，對我國煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和西部生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。

二、煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價指標(biāo)體系的建立

(一)指標(biāo)體系建立的原則

1 客觀性原則。客觀性是一切評價原則的基礎(chǔ)，是評價結(jié)果不受人為主觀因素影響的基本條件。水資源是一種可以再生的具有時空特性的動態(tài)資源，它既是可以恢復(fù)的，又是有限的，與其他物質(zhì)資源相比，水資源的最大特點(diǎn)是不可替代性。對水資源做出客觀的評價，有利于保護(hù)及合理開發(fā)利用人類社會賴以生存的水資源，實(shí)現(xiàn)水資源利用的可持續(xù)發(fā)展。

2 全面陸原則。煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響的評價指標(biāo)體系，既要能夠概括地反映出礦業(yè)經(jīng)濟(jì)——水資源——生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的全面狀況，也要盡量反映出各子系統(tǒng)中的每一個指標(biāo)(包括定性指標(biāo))變量，要求各指標(biāo)體系具有層次分明、反映全面的特點(diǎn)，能使用多個變量來表示水環(huán)境系統(tǒng)，并為建立各種多變量定量評價、預(yù)測模型奠定基礎(chǔ)。

3 獨(dú)立相關(guān)原則。在全面考慮水環(huán)境影響評價指標(biāo)的同時，必須從各個子系統(tǒng)中分別選出一些指標(biāo)體系來組建新的指標(biāo)體系，以避免“拼盤式”的指標(biāo)羅列，從而造成各指標(biāo)間彼此交錯、線性相關(guān)等不利因素，為此可采用相關(guān)分析或灰色關(guān)聯(lián)分析等方法來尋求具有較強(qiáng)相關(guān)并且具有獨(dú)立陸的指標(biāo)。

4 可操作性原則。煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響評價涉及的指標(biāo)要盡可能利于查詢、檢索，評價指標(biāo)模型要簡明、方便、易行和具有可操作性。不僅要反映煤炭開發(fā)對水資源量的影響評價，也要反映對水資源質(zhì)的影響評價，以及二者的有機(jī)結(jié)合。

5 科學(xué)性原則。指標(biāo)概念要界定清晰，具有一定的科學(xué)內(nèi)涵，能夠較客觀地反映復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系，并能較好地度量煤炭開發(fā)對水環(huán)境的影響程度。

6 準(zhǔn)確性原則。為了做出正確的判斷，必須建立在資料準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上。準(zhǔn)確性稍差的指標(biāo)應(yīng)慎重使用，并注意采取合理的修訂系數(shù)。指標(biāo)的選取要有針對性，并注意靜態(tài)與動態(tài)指標(biāo)的結(jié)合，力求使用的指標(biāo)能圓滿地反映出評價的水環(huán)境狀況。

(二)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)關(guān)系

在煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響特征分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)水資源的特點(diǎn)和指標(biāo)設(shè)計原則，建立水環(huán)境影響的評價指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系包括水資源數(shù)量指標(biāo)、水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)三大類，每類一級指標(biāo)又可細(xì)分出二級、三級指標(biāo)。三級指標(biāo)共選取了50項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)，組合而成9個分系統(tǒng)，其層次的遞階結(jié)構(gòu)與指標(biāo)的從屬關(guān)系如圖1所示。

(三)指標(biāo)體系的具體構(gòu)成

圖1給出了水環(huán)境影響評價指標(biāo)體系的一般組成結(jié)構(gòu)，對于具體的研究區(qū)域還需要根據(jù)實(shí)際情況選擇更加具體的指標(biāo)。表1給出了一套適合一般區(qū)域(或礦區(qū))的水環(huán)境影響評價指標(biāo)體系。

1 水資源數(shù)量指標(biāo)

主要由描述和表征區(qū)域水資源豐度、區(qū)外水資源利用能力和區(qū)域煤炭開發(fā)對水資源的消耗等指標(biāo)集組成，該類指標(biāo)比較復(fù)雜，在評價中主要選取與煤炭開發(fā)對水資源的影響有密切關(guān)系的，能夠綜合衡量水資源承載力的可量化指標(biāo)。

(1)區(qū)域水資源評價指標(biāo)包括降水量、蒸發(fā)量、地表水和地下水資源量及水資源總量等。

大氣降水是人類可利用水資源的重要來源，降水量是反映區(qū)域水資源的重要指標(biāo)。隨著實(shí)測降水量資料的增多，直接統(tǒng)計計算降水量資源已成為可能，對于較大評價區(qū)域還可用分吋段的降水等值線圖反映評價區(qū)域降水量資源的時空分布。減少損失、增加徑流已成為人們從降水量資源中挖掘可利用水資源的一個新視點(diǎn)。

西北地區(qū)自然地理?xiàng)l件特殊，水資源在數(shù)量上有其獨(dú)特的時空分布規(guī)律，蒸發(fā)量是反映時空分布的特性參數(shù)，也是影響水資源利用的重要因素之一。對于干旱和半干旱地區(qū)還可用干旱指數(shù)，甚至繪制干旱指數(shù)等值線圖。蒸發(fā)損失是降水量損失的主體，如何減少蒸發(fā)損失也是水資源研究中的重要課題之一。

地表水和地下水是水資源的主體，也是水資源評價的主要對象。水資源總量、人均水資源量、畝均水資源量是決定一個地區(qū)水資源緊張程度的重要因素，是支撐水資源可持續(xù)利用的主要指標(biāo)，是衡量水資源可持續(xù)利用度的決定因素。水資源可利用量和人均可供水資源量直接反映了該區(qū)域?qū)λY源的開發(fā)能力、利用程度和用水水平，是區(qū)域水資源開發(fā)利用程度的綜合反映。

(2)外來水資源評價指標(biāo)包括可調(diào)水資源量和過境水資源量。入境水量占總用水量的百分比是評價區(qū)域利用區(qū)域外水資源能力的一個重要指標(biāo)。

(3)水資源消耗評價指標(biāo)包括靜儲量、動儲量、噸煤排水系數(shù)、萬元產(chǎn)值耗水量、人均生活用水量。

采煤使采空區(qū)上覆含水層遭到破壞，原來儲存于含水層中的原始水在短時間內(nèi)排空，這部分水被稱為靜儲量。該量與含水層本身特征有關(guān)，為固定量，對含水層的破壞是一次性的、永久陸的、不可恢復(fù)的。在含水層遭破壞后，礦井涌水量迅速增大，然后隨著時間的延長，特別是在停采狀態(tài)下，排水量逐漸趨于相對穩(wěn)定，煤礦的排水量呈季節(jié)性變化，我們將這部分水量視為開發(fā)破壞的動儲量。它與地形構(gòu)造、降水量、煤層埋藏深度及采煤方法等因素有關(guān)，該量為一變量，其破壞也是永久性的。

噸煤排水系數(shù)是一個非常復(fù)雜的表示煤礦排水能力的指標(biāo)，和補(bǔ)給條件、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、開發(fā)深度、開發(fā)面積、開發(fā)階段、開發(fā)量大小、大氣降水等因素都有關(guān)，是一個無量級的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，代表煤礦開發(fā)過程中實(shí)際排水能力的大小，是評價煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響的重要指標(biāo)。

萬元產(chǎn)值耗水量反映了水資源利用效益。水資源作為一種具有價值的資源，在利用過程中必須考慮它的利用效益。單位水資源量在使用后會產(chǎn)生多大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，效益評價也是水資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)。工業(yè)用水可用萬元產(chǎn)值耗水量來表示。

生活用水和環(huán)境用水是一種社會效益，可以定性描述，也可以用人均用水量表達(dá)。人均生活用水量是一個地區(qū)人們生活質(zhì)量的一種標(biāo)志。

(4)水資源短缺評價指標(biāo)用缺水量或缺水率表示。缺水量是根據(jù)評價區(qū)域內(nèi)的水資源狀況、開發(fā)利用程度和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測后，計算出區(qū)域內(nèi)不同水平年的需水總量與可供水量的差值，也可用缺水量占需水總量的百分比來表示，有時也稱為缺水率。一個地區(qū)缺水量評價結(jié)果是今后水資源規(guī)劃中的重要依據(jù)之一。

2 水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)

水環(huán)境質(zhì)量評價的重要內(nèi)容是水質(zhì)評價，包括地表水水質(zhì)和礦井水水質(zhì)。水質(zhì)是指水體中所含的物理成分、化學(xué)成分、生物成分的總和。天然的水質(zhì)是自然界水循環(huán)過程中各種自然因素綜合作用的結(jié)果，人類活動對現(xiàn)代水質(zhì)有著重要的影響。水的質(zhì)量決定著水的用途和水的利用價值。自然界水循環(huán)的周期性，決定了水資源的可更新性和變化的復(fù)雜性，他們不僅表現(xiàn)在水量方面，也表現(xiàn)在水質(zhì)方面。水質(zhì)的動態(tài)變化與水量的動態(tài)變化類同，既表現(xiàn)在空間上，又表現(xiàn)在時間上。引起水質(zhì)變化的因素有自然的，也有人為的。因此，水質(zhì)具有區(qū)域性和動態(tài)性。自然，水質(zhì)評價的內(nèi)容也就應(yīng)該包括水的物理特性、化學(xué)特性和時空變化規(guī)律。

(1)地表水質(zhì)量評價指標(biāo)的選取。自然界中影響地表水體質(zhì)量的有害物質(zhì)很多，無機(jī)化合物有幾十種，有機(jī)化合物有上百種，能溶解于水中的有七十多種，在不同地區(qū)，由于工業(yè)布局不同，污染源的差異很大，污染物的種類也不相同，因此影響地表水質(zhì)量因子的選擇，要根據(jù)評價區(qū)域的具體情況確定。針對礦區(qū)地表水污染的特點(diǎn)，我們選擇煤礦特征水質(zhì)參數(shù)作為礦區(qū)地表水質(zhì)量評價指標(biāo)。

(2)礦井水水質(zhì)評價指標(biāo)的選取。煤炭開發(fā)過程中所排出的礦坑充水經(jīng)分析研究，有以下特征：一是PH值多有超標(biāo)，且為酸性水；二是硫酸根離子含量偏高；三是硬度偏大；四是礦化度高；五是鐵離子含量高；六是毒化學(xué)成分增高。依據(jù)礦井水上述特征和需要監(jiān)測的“能在環(huán)境或動植物體內(nèi)蓄積，對人體能夠產(chǎn)生長遠(yuǎn)不良影響”的有毒組分，結(jié)合礦區(qū)水質(zhì)分析的實(shí)際情況，盡可能選取必不可少和絕大部分實(shí)驗(yàn)室可以分析的礦井水特征水質(zhì)參數(shù)。

3 生態(tài)環(huán)境指標(biāo)

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是水資源系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。在以往水環(huán)境影響評價及水資源規(guī)劃和管理實(shí)施中，很少真正量化對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化與影響。如何量化和評價礦產(chǎn)資源開發(fā)中所涉及的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量問題，是西部地區(qū)礦業(yè)資源大開發(fā)戰(zhàn)略順利實(shí)施和區(qū)域水資源可持續(xù)利用研究中一個十分重要的問題。

建立區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系，應(yīng)先從區(qū)域生態(tài)環(huán)境典型結(jié)構(gòu)分析人手，找出影響和表征生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要因子，然后建立指標(biāo)體系并加以量化和評價。基于文獻(xiàn)資料的分析，并在上述原則的指導(dǎo)下，初步建立煤炭開發(fā)引發(fā)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系。由污染治理、污染狀況和生態(tài)狀況三類指標(biāo)集組成，該類指標(biāo)比較繁雜，定性的較多，可操作性不強(qiáng)。在煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價中，主要選取與水環(huán)境緊密相關(guān)的，以及能夠綜合衡量生態(tài)環(huán)境影響程度的可量化指標(biāo)。通過這些指標(biāo)能夠反映出水資源在煤炭工業(yè)系統(tǒng)中的利用狀況以及煤炭開發(fā)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。

三、煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價標(biāo)準(zhǔn)與評價方法

在煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價中，評價標(biāo)準(zhǔn)和評價方法是兩個需要深入研究的重要問題，本文僅做簡要說明。

(一)評價標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價時，涉及到評價標(biāo)準(zhǔn)的確定問題。由于煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價是以可持續(xù)發(fā)展思想為總的指導(dǎo)原則，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境保護(hù)為最終目標(biāo)，所以煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定應(yīng)面向可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)有利于煤炭資源合理開發(fā)和水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，而且具有可操作性，盡可能定量化。對于有些評價指標(biāo)已經(jīng)有了國家、部門或地方評價標(biāo)準(zhǔn)，可以直接采用或做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對于目前沒有頒布標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析或科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指標(biāo)的閥值研究，最后再確定可行的評價等級標(biāo)準(zhǔn)。

(二)評價方法

煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價不僅是對區(qū)域水資源自然屬性的評價，而且是對煤炭開發(fā)造成的水環(huán)境破壞，進(jìn)而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的綜合評價。所以，煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響評價方法應(yīng)采用定量化的多目標(biāo)綜合評價方法，如灰色關(guān)聯(lián)評價法、模式識別和模糊綜合評判法等等。當(dāng)然也可以根據(jù)研究問題的實(shí)際需要，提出新的評價理論與方法。本課題研究采用模式識別法實(shí)現(xiàn)煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響程度的等級評價。該方法利用所構(gòu)造的評價指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)對水環(huán)境影響的相對隸屬函數(shù)建立樣本與級別間的“加權(quán)廣義權(quán)距離”，通過拉格朗日極值法求解樣本對水環(huán)境影響某一級別的最優(yōu)相對隸屬度，依據(jù)“擇近原則”判斷煤炭開發(fā)對水環(huán)境影響的隸屬級別。模式識別評價的計算過程見參考文獻(xiàn)。

[責(zé)任編輯 王艷芳]