中國生態環境可承載的煤炭產能研究

王宏英葛維奇曹海霞

(1.山西省發改委宏觀研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社會科學院能源經濟研究所,山西省太原市,030006)

中國生態環境可承載的煤炭產能研究

王宏英1葛維奇2曹海霞2

(1.山西省發改委宏觀研究院,山西省太原市,030002;2.山西省社會科學院能源經濟研究所,山西省太原市,030006)

針對13個大型煤炭基地,從土地、水資源2個主因素,對生態環境約束下產能增長區煤炭開采規模進行了評估。認為:未來30～50年內,不考慮新增可采資源的前提下,生態約束條件下的我國煤炭年開采規模約為38.27億t;水生態環境成為制約產能增長區(除云貴和新疆)煤炭開采規模的臨界約束;采煤土地塌陷約束在部分基地表現得比較突出。

開采規模評估 生態環境約束 煤炭產能 中國

煤炭開采對生態環境有著廣泛而深刻的影響。一段時期內產煤地區生態環境狀況是制約煤炭開采規模最為重要的因素之一。要保持產煤地區生態環境能夠滿足人類社會可持續發展的需要,在加大礦區生態環境治理的同時,要把煤炭開采引發的破壞限制在生態環境可承載的程度之內,根據不同地區生態環境特征確定合理的煤炭開采規模,以保持產煤地區經濟社會的可持續發展。

1 生態環境約束下煤炭開采規模評估界定

煤炭開采造成的生態環境問題主要集中在地表沉陷、水資源破壞、煤矸石堆積、水土流失、植被破壞、生物多樣性減少、濕地縮減、大氣和水環境污染等諸多問題。煤炭開采引發的生態環境破壞是十分嚴重的。我們以國家規劃的十三大煤炭基地為基礎,從不同生態功能區域煤炭開采的生態環境可承載的極限評估入手,采用定量、定性綜合分析的方法,對生態環境約束條件下我國煤炭的開采規模作初步評估。

1.1 評估因素的界定

當前,我國產煤地區發生的各類采煤生態環境破壞主要表現在地表沉陷、水資源破壞、煤矸石堆積、水土流失、植被破壞、生物多樣性減少、濕地縮減、大氣和水環境污染等問題。制約煤炭開采規模的生態環境因素主要有4個方面,見圖1。

圖1 制約煤炭開采規模的生態環境因素

采煤過程中產生的生態環境問題,其表現形式和程度是不同的。綜合分析有以下3個特征。

(1)采煤造成的生態環境問題與SO2和溫室氣體造成的環境問題相比,雖然是區域性的,但是對于開采地區而言,一些生態環境的破壞程度往往是持續的、不可逆的。如井工采煤致使地質結構發生變化,導致土地塌陷和水資源破壞,進而引起生態環境的退化、惡化,很難在短時間內恢復,即便恢復也不可能恢復到原生狀態,對煤炭資源開采地區經濟社會發展產生的影響更為深刻。因此,水、土2個因素構成了對一個區域煤炭生產規模的硬約束。

(2)采煤造成的環境污染問題,如煤矸石堆積造成的土壤、大氣與地下水污染、礦井排水造成的地表水污染和煤炭開采過程中的粉塵污染等,通過加大環境治理的技術投入與資金投入,并通過政策的激勵和約束可以得到有效解決。從長遠發展看,環境污染因素對一定區域的煤炭生產規模構成了弱約束。

(3)采煤造成的生態破壞,如水土流失、植被破壞、生物多樣性減少以及濕地縮減等生態問題,從產生機理上分析,是由于采煤過程中地表塌陷、地表水流失、地下含水層疏干,破壞了礦區原有的水土條件,致使礦區各種林木、草灌生長受到嚴重影響,礦區植被覆蓋率逐年下降,進而導致礦區整個生態系統的惡化。

因此,在做評估分析時將煤炭開采的生態環境約束界定在土地、水資源2個主因素上。

1.2 評估范圍的界定

我國煤炭資源分布與能源消費需求、生態環境容量呈逆向分布。隨著我國煤炭開采重心的北進西移,生態環境在越來越大的程度上制約著煤炭資源的開發。從國家規劃建設的13大煤炭基地的布局看呈現出以下三大特征。

(1)從煤炭資源分布看,重點建設的13個大型煤炭基地中,神東、陜北、黃隴、晉北、晉中、晉東、蒙東、寧東8個大型煤炭基地均位于我國北部與東部的晉陜蒙寧區。未來全國新增煤炭產量的80%集中在該區。此外,新疆煤炭儲量超過1.6萬億t,占全國煤炭資源總量的35.7%,是我國重要的能源接替區。而東部礦區在資源儲量的制約下,煤炭生產規模增長有限。

(2)從水資源分布看,我國煤炭開發布局與水資源呈逆向分布,當前,晉、陜、蒙、寧4省區以占全國68%的煤炭資源、16%的國土面積和不足4%的水資源,生產全國60%的煤炭。全國13個大型煤炭基地中,除兩淮、云貴兩基地外,其余11個基地均不同程度地缺水,到2020年預計缺水7.47億m3,其中晉、陜、蒙、寧8個基地缺水達4.95億m3,占總缺水量的66%。水資源成為制約煤炭資源開采的重要因素。

(3)從環境容量看,全國13個大型煤炭基地中,環境容量小的基地有4個,即晉北、晉中、神東、陜北煤炭基地;環境容量較小的基地有8個,即晉東、兩淮、蒙東(東北)、河南、魯西、寧東、冀中、黃隴煤炭基地;環境容量大的基地有1個,即云貴煤炭基地。

表1 未來50年內產能維持區內煤炭大基地的煤炭產能

綜上所述,根據我國煤炭資源的分布特征,結合各煤炭大型基地的生態環境特征,把全國主要煤炭基地分為兩類。一類是產能增長區,包括神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴和新疆煤炭基地。從行政區域看,包括山西、陜西、內蒙、寧夏、新疆、甘肅、貴州、云南8個省區,這些區域除云貴和新疆煤炭基地外,均是生態環境脆弱敏感區。另一類是產能維持區或下降區,包括列入國家規劃的蒙東、河南、魯西、兩淮、冀中煤炭基地(見表1)。從行政區域看包括北京、河北、遼寧、吉林、黑龍江、浙江、江蘇、安徽、福建、江西、山東、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、重慶、四川18個省區市。這些區域,環境容量相對產能增長區而言較大,生態環境對煤炭開采的約束相對較弱。因此,在評估分析時,重點對產能增長區8個大型煤炭基地(8個省區)的生態環境約束進行評估分析。對產能維持區煤炭開采能力,根據現有煤炭資源保有儲量,確定未來50年,該區域內5個大型煤炭基地的產能。

預計未來40～50年內,不考慮新增煤炭資源探明儲量,產能維持區內煤炭產能將保持年生產6.75億t的生產規模。

生態環境約束下產能增長區煤炭開采規模評估以現有煤炭資源保有儲量為基礎,對產能增長區的采煤塌陷土地存量和水生態環境約束條件下的煤炭開采規模進行初步評估。

2.1 采煤土地塌陷對煤炭開采規模的約束評估

(1)采煤塌陷土地存量系數。把未治理塌陷土地、已經治理未達到原有地力的復墾土地作為采煤塌陷存量土地,則采煤塌陷1 ha土地相當于當年土地總量減少25 ha。因此,采煤塌陷土地存量系數的概念是指某一礦區保持一定規模的煤炭開采量時,平均每開采1萬t煤引發的當年土地塌陷存量面積。如全國平均每開采1萬t煤,土地塌陷面積為0.24 ha,則采煤塌陷土地存量系數等于6 ha/萬t。

(2)評估區采煤塌陷土地存量系數。據對全國煤炭主產區重點礦區的調查,各省區的采煤塌陷系數為:山西0.33、陜西0.24、內蒙古0.08、寧夏0.20、甘肅0.19、貴州0.36、新疆0.10。根據上述定義,各省區的采煤塌陷土地存量系數分別為:山西8.25、陜西6、內蒙古2、寧夏5、甘肅4.75、貴州9、新疆2.5。

(3)采煤塌陷土地約束判據。神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴煤炭基地國土總面積約126915 km2,平均每平方公里中耕地面積約占13.35%。把礦區采煤塌陷存量土地占礦區國土總面積的比例作為約束判據,其下限為10%、上限為15%。則礦區最大可允許的年采煤塌陷土地存量為126.9～190.4萬ha,其中塌陷土地中耕地總面積約為16.9～25.4萬ha。

(4)主要煤炭大基地可允許開采能力評估。按上述判據對神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴及新疆煤炭基地的最大煤炭開采能力進行初步評估,結果見表2。

表2 采煤土地塌陷存量約束條件下的煤炭開采規模

2.2 水生態環境對煤炭開采規模的約束評估

煤炭開采對地下水的破壞影響主要表現在動儲量與靜儲量兩個方面。據《山西煤炭開采對水資源的破壞影響及其評價》課題成果揭示,山西噸煤開采破壞的靜儲量值為1.07 m3/t,噸煤開采破壞的動儲量值為1.41 m3/t。就原有水資源儲存環境而言,采煤對地下水靜、動儲量的破壞是永久性的。

(1)采煤破壞水資源約束判據。以礦區單位面積地下水儲存量作為基準值,根據經驗數據,把礦區單位面積地下水儲存量(指淺層地下水,下同)減少程度作為約束判據,其上限為33%、下限為25%。即:假定采煤使礦區單位面積地下水資源儲存量減少25%～33%是當地水生態環境可承受的,減少量達到1/3時是當地水生態環境不可承載的最大極限。

(2)確定評估區噸煤破壞地下水資源系數。基于數據的可得性約束,當前無法取得每一個礦區的單位面積地下水儲存量數據。把山西每開采1 t煤破壞的地下水靜儲量(1.07m3/t)視為評估采煤破壞地下水資源的基準量,依據各基地單位面積地下水資源量與山西單位面積地下水資源量之差,綜合地下水資源模數分區和當地水生態環境,加權確定各基地的噸煤破壞水資源系數。

(3)主要煤炭大基地可允許開采能力評估。按上述判據對神東、黃隴、陜北、晉北、晉東、晉中、寧東、云貴及新疆煤炭基地的最大煤炭開采能力進行初步評估,評估結果見表3。

表3 水生態環境約束條件下的煤炭開采規模

2.3 產能增長區初步評估結論

經初步評估,產能增長區內采煤土地塌陷存量約束條件下的年煤炭開采規模為38.22億t,水生態環境約束條件下的年煤炭開采規模為37.81億t。根據黃隴、云貴基地煤炭資源保有儲量,修正后的采煤土地塌陷存量約束條件下年最大可承載煤炭開采能力的極限為33.04億t,水生態環境約束條件下的年煤炭開采規模為23.12億t。

(1)土地塌陷約束條件下的煤炭開采規模。以礦區采煤塌陷土地存量為判據,設定礦區采煤塌陷土地存量占國土面積的比重10%～15%為可承載區間,15%為可承載的極限,該區可承受的煤炭開采量為26.08～39.02億t。根據黃隴、云貴基地保有煤炭資源儲量,按可采年限為50年,修正后年最大可承載煤炭開采能力的極限為33.04億t。

(2)水生態環境約束條件下的煤炭開采規模。以礦區單位面積地下水儲存量為判據,設定礦區單位面積地下水儲存量減少25%～33%為可承載區間,減少量達到1/3時為可承載的極限。該區可承受的煤炭開采量為28.98～37.81億t。根據黃隴、云貴基地保有煤炭資源儲量,按可采年限為50年,修正后確定的年可承載煤炭開采能力為23.12億t。

(3)綜合土地塌陷和水生態環境約束條件下煤炭開采規模,結合各基地目前的煤炭生產能力和自然環境條件,我們對產能增長區各基地煤炭年可開采規模進行了調整,詳見表4。

表4 采煤生態環境約束條件下的煤炭開采規模

3 評估結論

(1)未來30～50年內,不考慮新增可采資源的前提下,生態約束條件下的我國煤炭年開采規模約為38.27億t。其中,產能增長區年開采規模約25.79億t,產能維持區年開采規模約6.75億t,煤炭大基地外分散產煤地開采能力占總量的15%,為5.73億t。見表5和表6。

表5 生態環境約束條件下的煤炭開采規模 億t

表6 產能增長區各省區生態環境約束條件下的煤炭開采規模 億t

(2)水生態環境成為制約產能增長區(除云貴和新疆)煤炭開采規模的臨界約束。我國地下水緊缺度依據水資源量、社會經濟、供水、需水、缺水和水環境等綜合指標劃分,共分四級:小于0.35、0.35～0.5、0.5～0.65、大于 0.65。神東、陜北、寧東基地和云貴基地部分礦區、新疆基地部分礦區的地下水緊缺度在0.5～0.65之間。晉北、神東、陜北基地和晉中基地部分礦區的地下水生態環境十分脆弱。

(3)采煤土地塌陷約束在部分基地表現得比較突出。按采煤塌陷土地存量系數排序,貴州、山西、陜西和寧夏的采煤塌陷破壞程度較大。在煤炭資源保有儲量條件下,晉北、晉中、晉東、陜北、寧東基地和神東基地部分礦區的約束力較強。

(責任編輯 張大鵬)

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年畢業于青海師范大學,現任山西省發改委宏觀研究院院長,副研究員。主要研究方向為能源經濟、環境經濟等方面。