米家鑫，張紹良，侯湖平，郭山川，尚志敏(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

煤炭去產(chǎn)能對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響研究

米家鑫，張紹良，侯湖平，郭山川，尚志敏
(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

2014年我國煤炭產(chǎn)量開始下降，結(jié)束了連續(xù)14年增長(zhǎng)的局面。國家隨之實(shí)施煤炭產(chǎn)業(yè)去產(chǎn)能政策，關(guān)閉了大量落后產(chǎn)能礦井，整合了大量中小型礦山，為煤炭產(chǎn)業(yè)新常態(tài)可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，但是這一政策對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響目前還鮮有關(guān)注。為此，以江蘇省徐州市沛北礦區(qū)為例，基于2008年11月、2010年12月和2015年12月的3景SPOT5/資源三號(hào)高分辨率遙感影像，采用遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)，利用建立的評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)了該礦區(qū)2008年、2010年、2015年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，然后將之與該礦區(qū)煤炭產(chǎn)量狀況進(jìn)行對(duì)比分析。分析表明，煤炭去產(chǎn)能對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境有改善作用，煤炭產(chǎn)量變化與生態(tài)環(huán)境變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

礦區(qū)環(huán)境；煤炭去產(chǎn)能；環(huán)境影響評(píng)價(jià)；遙感(RS)

0 引 言

2012年我國煤炭產(chǎn)能過剩問題顯現(xiàn)，煤炭?jī)r(jià)格開始下降[1]。2014年我國煤炭產(chǎn)量開始下降，國家去煤炭落后產(chǎn)能政策的效果開始顯現(xiàn)[2]。由于煤炭?jī)r(jià)格大幅度下降以及國家對(duì)煤炭產(chǎn)量的有力調(diào)控，全國采煤礦區(qū)紛紛減產(chǎn)或停產(chǎn)，大大緩解了產(chǎn)能過剩的矛盾。

煤炭開采長(zhǎng)期以來一直是礦區(qū)土地環(huán)境惡化的主要影響因素，頻繁的開采活動(dòng)，使礦區(qū)土地出現(xiàn)地表塌陷、土壤污染、植被破壞等一系列環(huán)境問題[3-4]，對(duì)礦區(qū)居民的生產(chǎn)生活造成了極大負(fù)面影響[5-7]。隨著國家去產(chǎn)能政策的實(shí)施，礦區(qū)采煤活動(dòng)減少，可能對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善提供了契機(jī)，但是這需要進(jìn)行定量分析，需要建立科學(xué)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。文獻(xiàn)分析表明，很多學(xué)者對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)開展過深入研究[8-11]，包括評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)模型等[12-13]。我國于2006年制定了《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2006)，并于2015年進(jìn)行了更新完善。但是這些研究和規(guī)范的目標(biāo)是揭示礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀及變化，幾乎沒有對(duì)煤炭去產(chǎn)能政策和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間關(guān)系進(jìn)行研究。

本文在煤炭產(chǎn)業(yè)去產(chǎn)能的大環(huán)境下，對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過礦區(qū)土地去產(chǎn)能前以及去產(chǎn)能后的生態(tài)環(huán)境變化趨勢(shì)，探索煤炭產(chǎn)業(yè)去產(chǎn)能對(duì)礦區(qū)土地生態(tài)環(huán)境的影響。以徐州市沛北礦區(qū)為例，利用高分遙感影像，結(jié)合國土資源調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇符合礦區(qū)土地特點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)沛北礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

沛縣位于江蘇省徐州市西北，是江蘇省重要產(chǎn)煤縣。境內(nèi)已探明煤炭?jī)?chǔ)量23.7億t，煤田面積160 km2，可采煤層總厚度約6.25～12.7 m，主要可采煤層編號(hào)分別是：山西組7號(hào)煤層和8號(hào)煤層，太原組17號(hào)煤層和21號(hào)煤層。年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)原約1 300萬t以上[14]。沛縣地質(zhì)屬于華北地層區(qū)，其間分布發(fā)育有潛水、第Ⅰ承壓、第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓、第Ⅳ承壓5 個(gè)含水層組，第Ⅱ、第Ⅲ承壓為地下水的主要開采層，中心埋深32.68 m[15]。區(qū)域內(nèi)有徐莊煤礦、龍東煤礦、孔莊煤礦、姚橋煤礦、三河尖煤礦、張雙樓煤礦、龍固煤礦和沛城煤礦等八對(duì)礦井。礦區(qū)包括沛城、大屯、楊屯、龍固、安國5個(gè)鎮(zhèn)及新城區(qū)、開發(fā)區(qū)2個(gè)區(qū)，總?cè)丝?7.4萬人，總面積445 km2，如圖1所示。

圖1 沛北礦區(qū)位置示意圖

沛北礦區(qū)煤礦均為井工開采，2006～2012年間，煤炭產(chǎn)量一直保持著穩(wěn)定的增長(zhǎng)，尤其是在2009年，同比增長(zhǎng)率高達(dá)16.15%，煤炭產(chǎn)量處于高速增加階段。自2012年以后，受到煤炭行業(yè)產(chǎn)能過剩的影響，煤炭?jī)r(jià)格大幅下跌，同時(shí)由于國家對(duì)煤炭行業(yè)去產(chǎn)能的要求，煤炭產(chǎn)量出現(xiàn)下降，2015年同比下降10.26%。長(zhǎng)期的煤炭開采造成了大量的土地塌陷區(qū)，第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，沛縣不同程度土地塌陷區(qū)超過0.34萬hm2，預(yù)計(jì)8對(duì)礦井關(guān)閉時(shí)，將造成土地塌陷1.53萬hm2，涉及全縣196個(gè)村莊，約20萬村民受到影響。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

依據(jù)沛縣礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2008～2015年)，近期規(guī)劃為2008～2010年，中期規(guī)劃為2010～2015年，因此選擇2008年、2010年、2015年作為評(píng)價(jià)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，遙感數(shù)據(jù)采用沛縣2008年11月、2010年12月、2015年12月3景SPOT5/資源三號(hào)多光譜波段遙感影像，空間分辨率為2.5 m×2.5 m，影像中心點(diǎn)坐標(biāo)為φE=35°13′03″，λN=116°37′，投影坐標(biāo)系為UTM(Universal Transverse Mercator System)，地理坐標(biāo)系為WGS84(World Geodetic System)。利用沛縣2015年的土地利用現(xiàn)狀圖作為基準(zhǔn)，對(duì)遙感影像進(jìn)行大氣校正、輻射定標(biāo)。根據(jù)對(duì)遙感影像的目視解譯，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖，采用最大似然度監(jiān)督分類的方法，對(duì)沛北礦區(qū)的主要地物進(jìn)行分類，如圖2所示，研究區(qū)劃分為耕地、建設(shè)用地、林地、水域和其他用地，其他用地主要包括草地、未利用地等，由于面積較小未作為獨(dú)立分類參與評(píng)價(jià)，各類土地比例見表1。

通過對(duì)政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)的查閱整理，得到本次研究所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要為沛北礦區(qū)2006～2015年間煤炭產(chǎn)量(表2)。

1.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)沛北礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以及采煤活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，認(rèn)為土地塌陷是目前礦區(qū)主要的環(huán)境影響因素，由土地塌陷引發(fā)的土地利用類型變化、植被覆蓋降低、水域面積增多等變化，反映了礦區(qū)整體的生態(tài)環(huán)境變化趨勢(shì)，許多礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究中，也將以上幾種環(huán)境變化作為評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。因此，本文選取生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水體密度指數(shù)、土地?fù)p毀指數(shù)4項(xiàng)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，采用層次分析法對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行確定，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的指數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，在劃定的評(píng)價(jià)單元中進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終得到沛北礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況。

圖2 沛北礦區(qū)2008年、2010年和2015年土地利用

表1 各類土地面積及比例

表2 2006～2015年沛北礦區(qū)開采利用狀況

數(shù)據(jù)來源：2006～2015年沛縣年鑒；沛縣礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016～2020年)；沛縣礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2008～2015年)。

1.3.1 生物豐度指數(shù)

生物豐度指數(shù)是指一定空間中各種生物的豐富程度，可以間接地反映區(qū)域的生態(tài)環(huán)境的多樣性和適宜程度，生物豐度指數(shù)越高，說明該區(qū)域的生物種類越豐富，生態(tài)環(huán)境也更加適宜生物的生長(zhǎng)。在生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范中[14]，采用生物多樣性指數(shù)以及生境質(zhì)量指數(shù)來共同確定生物分度指數(shù)，然而在實(shí)際運(yùn)用中，由于生物多樣性指數(shù)在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有較大變化，所以通常來說，我們采用生境質(zhì)量指數(shù)作為生物豐度指數(shù)進(jìn)行測(cè)算[16]。生境質(zhì)量指數(shù)是根據(jù)確定的土地利用類型的面積與區(qū)域總面積的比值確定，各個(gè)土地利用類型對(duì)應(yīng)各自的權(quán)重，不同類型土地的面積加權(quán)求和后與總面積的比值即為生物豐度指數(shù)。

通過對(duì)于研究區(qū)的實(shí)際考察以及遙感數(shù)據(jù)的處理，考慮到沛北礦區(qū)草地和未利用地面積較小可忽略不計(jì)，沛北礦區(qū)的生物豐度指數(shù)由研究區(qū)域的林地、水域、耕地和建設(shè)用地確定，通過層次分析法對(duì)各類型土地的權(quán)重進(jìn)行確定。

綜合考慮不同土地類型對(duì)于生態(tài)狀況的影響，對(duì)研究區(qū)的水域、耕地、林地、建設(shè)用地進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化打分排序，考慮其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，重要性打分如表3所示。

1)建立判斷矩陣UA。

計(jì)算判斷矩陣UA的特征根λmax和相應(yīng)的特征向量ω1：UA=4.051 1；ω1=(0.472 9 0.284 4 0.169 9 0.072 9)。

2)一致性檢驗(yàn)CI，見式(1)。

(1)

3)一致性比例CR計(jì)算。根據(jù)一致性比例計(jì)算式(2)。

(2)

對(duì)于1至10階的判斷矩陣來說，相對(duì)應(yīng)的平均隨機(jī)性指標(biāo)RI如表4所示。

表3 生物豐度指數(shù)各指標(biāo)間重要性打分

表4 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

當(dāng)n=4時(shí)，由表4可知RI=0.9。

一致性檢驗(yàn)結(jié)果CR<0.1，判斷矩陣UA通過一致性檢驗(yàn)。所以特征向量ω1為生物豐度指數(shù)中各土地利用類型的權(quán)重向量，即林地、水域、耕地、建設(shè)用地在生物豐度指數(shù)中所占權(quán)重分別為0.472 9、0.284 4、0.169 9、0.072 9，在評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上得到生物分度指數(shù)的計(jì)算，見式(3)。

生物豐度指數(shù)=(0.472 9×林地+0.284 4×

水域濕地+0.169 9×耕地+0.072 9×

建設(shè)用地)/單元面積

(3)

1.3.2 植被覆蓋指數(shù)

植被覆蓋指數(shù)反映了區(qū)域中植被的分布情況以及植被的茂盛程度，是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要評(píng)價(jià)參數(shù)之一，有著重要的生態(tài)意義。植被覆蓋指數(shù)的計(jì)算方法見式(4)。

(4)

式中：Pi=象元NDVI月最大值均值；n=單元象元個(gè)數(shù)。

1.3.3 水體密度指數(shù)

在《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)于區(qū)域水資源的豐富程度是依據(jù)水網(wǎng)密度指數(shù)進(jìn)行測(cè)算，但由于水網(wǎng)密度指數(shù)需要對(duì)水流長(zhǎng)度、水資源等進(jìn)行測(cè)算，需要投入較多的人力物力進(jìn)行搜集相關(guān)資料，考慮到評(píng)價(jià)的可行性和便捷性，在本次評(píng)價(jià)中，我們選取水網(wǎng)密度指數(shù)中的一項(xiàng)水體密度指數(shù)作為代替，采用水體密度指數(shù)進(jìn)行測(cè)算，在評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，水體密度指數(shù)測(cè)算見式(5)。

(5)

1.3.4 土地?fù)p毀指數(shù)

根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際狀況和遙感影像，對(duì)于沛北礦區(qū)的塌陷積水區(qū)進(jìn)行提取，在已劃分的單元格基礎(chǔ)上，將其作為土地?fù)p毀情況的評(píng)價(jià)單元，以單元格內(nèi)的塌陷積水區(qū)面積與單元格面積作為土地?fù)p毀指數(shù)，見式(6)。

(6)

在參照《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于各項(xiàng)指數(shù)分配的權(quán)重基礎(chǔ)上，對(duì)參與計(jì)算生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的下屬因子生物豐度指數(shù)，植被覆蓋指數(shù)，水體密度指數(shù)，土地?fù)p毀指數(shù)進(jìn)行重要性打分，在對(duì)研究區(qū)實(shí)際狀況進(jìn)行充分分析后，各項(xiàng)指數(shù)重要性如表5所示。

表5 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性打分

1)建立判斷矩陣UB。

計(jì)算判斷矩陣UB的特征根λmax和相應(yīng)的特征向量ω2：UB= 4.0145；ω2=(0.4829 0.1570 0.0881 0.2720)

2)一致性檢驗(yàn)CI。

3)一致性比例CR計(jì)算。根據(jù)一致性比例計(jì)算式(2)。當(dāng)n=4時(shí)，由表4可知RI=0.9。

一致性檢驗(yàn)結(jié)果CR<0.1，判斷矩陣UB通過一致性檢驗(yàn)。所以特征向量ω2為沛北礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中各項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)的權(quán)重，即生物豐度指數(shù)，植被覆蓋指數(shù)，水體密度指數(shù)，土地?fù)p毀指數(shù)在評(píng)價(jià)中所占權(quán)重分別為0.4829、0.1570、0.0881、0.2720。

1.4 構(gòu)建評(píng)價(jià)模型

本文選擇常規(guī)的網(wǎng)格單元作為研究區(qū)的評(píng)價(jià)單元。通過對(duì)沛北礦區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)勘察了解，區(qū)域內(nèi)土地塌陷情況較為嚴(yán)重，塌陷區(qū)存在面積大，多集中的特點(diǎn)，塌陷區(qū)周邊的土地雖然目前尚未出現(xiàn)塌陷，但相比于遠(yuǎn)離塌陷區(qū)的土地，存在一定環(huán)境破壞的風(fēng)險(xiǎn)，如果評(píng)價(jià)單元過小將導(dǎo)致評(píng)價(jià)塌陷區(qū)周圍土地時(shí)未考慮到土地塌陷風(fēng)險(xiǎn)的影響，因此根據(jù)沛北礦區(qū)年平均新增塌陷面積1.5 km2的現(xiàn)實(shí)情況，將研究區(qū)劃分為279個(gè)1.5 km×1.5 km等大小的單元格，確保塌陷區(qū)1.5 km范圍內(nèi)的土地在評(píng)價(jià)時(shí)考慮到土地塌陷的影響。

評(píng)價(jià)體系中選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)以單元格作為指數(shù)的評(píng)價(jià)單元，在劃分單元的基礎(chǔ)上，計(jì)算各評(píng)價(jià)指數(shù)的單元分值并進(jìn)行無量綱化處理，標(biāo)準(zhǔn)化處理后的評(píng)價(jià)指數(shù)是反映其屬性特征的數(shù)值，值域?yàn)?～100分。根據(jù)層次分析法確定的各指數(shù)權(quán)重進(jìn)行單元空間疊加和計(jì)算，得到礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，依據(jù)單元分值的分布情況，按照優(yōu)、良、一般、較差劃分為4個(gè)等級(jí)，同時(shí)計(jì)算評(píng)價(jià)年期內(nèi)所有單元分的平均值算得生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，作為年期內(nèi)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的綜合反映。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)建立的評(píng)價(jià)模型和劃分的評(píng)價(jià)單元，對(duì)研究區(qū)的生物豐度、植被覆蓋度、水網(wǎng)密度、土地?fù)p毀指數(shù)進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)換，采用加權(quán)求和計(jì)算生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，作為生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，2008年、2010年、2015年3年的生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)見表6，整體分布情況如圖3所示。

圖3 2008年、2010年和2015年沛北礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)

2.2 去產(chǎn)能影響分析

煤炭產(chǎn)量變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有一定的滯后性。土地塌陷是影響生態(tài)環(huán)境的主要因素，由于土地塌陷具有一定的延續(xù)性，這也導(dǎo)致去產(chǎn)能對(duì)礦區(qū)土地帶來的生態(tài)環(huán)境改善作用具有一定的滯后性，在考慮產(chǎn)能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響時(shí)必須設(shè)置一定的滯后期，才能對(duì)去產(chǎn)能產(chǎn)生的影響有客觀的反映。

依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中地表移動(dòng)時(shí)間T的經(jīng)驗(yàn)公式見式(7)。

T=2.5H0

(7)

式中H0為工作面平均采深，單位m。

通過搜集相關(guān)文獻(xiàn)及地質(zhì)報(bào)告得知，沛北礦區(qū)各礦平均采深為200 m，基于煤炭地下開采對(duì)地表造成的土地塌陷預(yù)計(jì)結(jié)果，采深為200 m時(shí)開采沉陷穩(wěn)沉期一般為1～2年，不同地質(zhì)條件、下沉系數(shù)的礦區(qū)有所差異，由于缺少沛北礦區(qū)開采沉陷預(yù)計(jì)的系統(tǒng)性研究，所以本次研究中選擇普遍認(rèn)為的兩年穩(wěn)沉期作為去產(chǎn)能對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響的滯后期參與分析。因此，選擇評(píng)價(jià)年之前的兩年作為影響年，對(duì)煤炭平均產(chǎn)量、平均速率等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，研究去產(chǎn)能對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，見表7。

2.3 相關(guān)性分析

1)煤炭產(chǎn)量與土地塌陷。如圖4所示，對(duì)煤炭產(chǎn)量與土地塌陷面積對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，隨著煤炭產(chǎn)量的不斷提高，塌陷面積隨之增加，煤炭產(chǎn)量與土地塌陷面積呈正相關(guān)的趨勢(shì)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，新增塌陷面積對(duì)影響年的產(chǎn)量平均變化速率具有較強(qiáng)的敏感性，如圖5所示。2008～2010年間，由于煤炭產(chǎn)量的迅速上升，累計(jì)增產(chǎn)高達(dá)28.52%，達(dá)到了近十年內(nèi)的最大幅度，這也給礦區(qū)土地帶來了巨大的壓力，土地塌陷面積大幅增加，2010年土地塌陷面積新增近3 km2；2013～2015年，煤炭產(chǎn)量開始出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，相應(yīng)的2015年新增塌陷面積下降至10年間最小。這也說明了煤炭產(chǎn)量的變化速率在一定程度上影響了土地的塌陷程度。一方面，煤炭開采產(chǎn)量反映了采礦活動(dòng)的絕對(duì)強(qiáng)度，產(chǎn)量越高說明工作面推進(jìn)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，由此造成的土地塌陷范圍也就越大，相關(guān)學(xué)者也就煤炭產(chǎn)量預(yù)測(cè)土地塌陷面積進(jìn)行了研究[17]；另一方面，產(chǎn)量變化速率則反映了煤炭開采的相對(duì)強(qiáng)度，產(chǎn)量增長(zhǎng)速度越高對(duì)土地的壓力越大，尤其是短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，對(duì)土地的破壞度大于土地自身的承載力，同樣會(huì)加劇土地的塌陷情況。

表6 沛北礦區(qū)2008年、2010年和2015年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)及比例

表7 影響年產(chǎn)量變化表

圖4 產(chǎn)量-環(huán)境變化情況

圖5 產(chǎn)量變化速率與新增塌陷變化情況

2)煤炭產(chǎn)量與生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)。如圖4所示，隨著煤炭產(chǎn)量的上升，環(huán)境狀況指數(shù)出現(xiàn)下降，煤炭產(chǎn)量與生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)。結(jié)合煤炭產(chǎn)量對(duì)土地塌陷的影響進(jìn)行分析。煤炭開采過程中，造成了土地塌陷、地表壓占、土壤污染等土地?fù)p壞問題，這些問題進(jìn)而引發(fā)耕地破壞、植被受損、塌陷積水等土地覆蓋類型的變化，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生惡化。在諸多問題中，土地塌陷是礦區(qū)土地面臨的最主要問題，不同程度的土地塌陷對(duì)礦區(qū)土地帶來了不同的土地覆蓋變化，當(dāng)塌陷程度小于1.5 m時(shí)，土地塌陷造成原有植被破壞、耕地受損等情況，而塌陷程度大于1.5m的塌陷區(qū)往往形成積水區(qū)，造成區(qū)域內(nèi)水體面積增多，耕地面積減少的情況，這也是煤炭開采對(duì)礦區(qū)土地覆蓋類型最直接的影響。根據(jù)2008年、2010年和2015年土地利用現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，土地塌陷面積的增加導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)耕地面積、林地面積減少，植被覆蓋出現(xiàn)退化，區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭到損害，這也是2008～2015年間環(huán)境狀況指數(shù)出現(xiàn)下降的原因，又由于煤炭產(chǎn)量與土地塌陷面積呈正相關(guān)的影響，煤炭產(chǎn)量上升導(dǎo)致土地塌陷面積增加，土地塌陷情況的加重又引起了生態(tài)環(huán)境的下降，所以得出結(jié)論煤炭產(chǎn)量對(duì)土地塌陷具有直接的影響，從而對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生間接的影響。除了土地塌陷之外，煤炭開采過程中產(chǎn)生的煤矸石、尾礦、礦渣等固體廢棄物以及煤炭燃燒產(chǎn)生的SO2等廢氣，如果未經(jīng)妥善處理，往往造成土地壓占、土壤污染、空氣污染及水污染等問題，也會(huì)給礦區(qū)生態(tài)帶來負(fù)面影響。

3 結(jié) 論

本文對(duì)沛北礦區(qū)2008年、2010年和2015年的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究煤炭去產(chǎn)能對(duì)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)生的影響。通過生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果與煤炭產(chǎn)量的對(duì)比分析得到以下結(jié)論，為未來的研究提供參考。

1)煤炭產(chǎn)量變化速率對(duì)土地塌陷具有一定影響。2008年、2010年和2015年沛北礦區(qū)煤炭產(chǎn)量變化速率分別為1.19%、14.26%、-0.66%，新增塌陷面積分別為1.42 km2、2.97 km2、0.82 km2，通過煤炭產(chǎn)量變化速率與年新增塌陷面積對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在相關(guān)性聯(lián)系，隨著變化速率的大幅提高，新增塌陷面積也大幅增加，當(dāng)變化速率下降至負(fù)增長(zhǎng)時(shí)，新增塌陷面積也隨之出現(xiàn)明顯下降。在利用煤炭產(chǎn)量對(duì)土地塌陷情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析時(shí)，產(chǎn)量變化速率是重要考慮因素。

2)煤炭產(chǎn)量對(duì)生態(tài)環(huán)境有著間接影響。2008年、2010年和2015年沛北礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果分別為67.06、64.53、62.33，對(duì)應(yīng)的煤炭產(chǎn)量有著一定的增長(zhǎng)。煤炭開采活動(dòng)的強(qiáng)弱直接影響著區(qū)域內(nèi)的土地塌陷面積的多少，而土地塌陷對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境有著重要的影響，由土地塌陷引起的耕地減少、植被破壞等問題嚴(yán)重?fù)p害著區(qū)域生態(tài)環(huán)境，煤炭開采過程中產(chǎn)生的固體廢棄物等同樣對(duì)環(huán)境造成了負(fù)面影響。因此，煤炭產(chǎn)量對(duì)土地塌陷等環(huán)境負(fù)面因素產(chǎn)生直接影響，從而間接影響著區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3)去產(chǎn)能影響具有一定的滯后性。由于土地塌陷是礦區(qū)土地面臨的最主要問題，由土地塌陷引發(fā)的各類環(huán)境問題是造成生態(tài)環(huán)境退化的主要因素，同時(shí)煤炭去產(chǎn)能與土地塌陷具有十分密切的關(guān)系，基于開采沉陷的延續(xù)性及滯后性，這使得去產(chǎn)能對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善作用在短期內(nèi)沒有明顯的改善。沛北礦區(qū)自2013年以來，煤炭產(chǎn)量出現(xiàn)持續(xù)下降，并且在2015年，煤炭產(chǎn)量下降達(dá)到10.26%，去產(chǎn)能政策對(duì)煤炭產(chǎn)量的限制十分明顯，但由于2013年、2014年產(chǎn)量削減幅度較小，煤炭產(chǎn)量基數(shù)大，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境仍處于下降的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來2～3年內(nèi)，去產(chǎn)能對(duì)沛北礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善作用會(huì)有顯著的反映。

致謝：非常感謝沛縣國土資源局提供沛北礦區(qū)部分煤炭產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

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Study on the impact of cutting coal overcapacity on ecological environment in mining area

MI Jiaxin，ZHANG Shaoliang，HOU Huping，GUO Shanchuan，SHANG Zhimin
(School of Environment Science & Spatial Informatics，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221116，China)

China’s coal production began to decline in 2014，ending a 14-year growth in the situation.In this context，Chinese government implemented policy of cutting overcapacity，closing great amount mines with backward production capacity，integrating a large number of small and medium-sized mines，which laid the foundation for the sustainable development of new normal coal industry，but the impact of this policy on ecological environment of mining area attracted rare attention.Based on SPOT5/ZY-3 high-resolution remote sensing images in September 2008，December 2010 and December 2015，by remote sensing (RS) and geographic information system (GIS)，taking Peibei coal mine of Xuzhou as an example，establishing the evaluation model to evaluate the ecological environment quality in 2008，2010，2015，then compared with the coal production in this mining area.The results show that coal production can improve the ecological environment of mining area，and the coal production is negatively correlated with the change of ecological environment.

mining environment；cutting coal overcapacity；environment impact assessment；remote sensing(RS)

2017-02-20 責(zé)任編輯：劉艷敏

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：51474214)；江蘇省老工業(yè)基地資源利用與生態(tài)修復(fù)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目資助

米家鑫(1994-)，男，江蘇徐州人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈V區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，E-mail：jxmi@cumt.edu.cn。

張紹良(1968-)，男，安徽太湖縣人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榈V區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，E-mail：slzhang@cumt.edu.cn。

X822

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1004-4051(2017)08-0086-07