劉曉瓊,劉彥隨,任日照

(1.西北大學(xué)城市與資源學(xué)系,陜西西安 710127;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101;3.西安市第十一中學(xué),陜西西安 710021)

1 研究區(qū)概況

2 能源礦產(chǎn)資源開發(fā)中存在的主要環(huán)境問題

榆林市位于陜西省最北部,地處毛烏素沙漠南緣與黃土高原北端過渡地帶,屬我國北方農(nóng)牧交錯區(qū),總面積43 578 km2,占全省土地面積的20.93%,居全省各市土地面積之首。以古長城為界劃分為北部風(fēng)沙草灘區(qū),屬溫帶半干旱栗鈣土干草原地帶,占全市總面積的42%;南部丘陵溝壑區(qū),屬溫帶半干旱-半濕潤黑壚土森林草原帶,占全市總面積的58%。北部地區(qū)地勢平坦,風(fēng)力侵蝕作用強(qiáng)烈;南部地區(qū)地形破碎,溝壑縱橫,水土流失十分嚴(yán)重,在區(qū)域生態(tài)恢復(fù)治理上一直注重“北治沙,南治土”。盡管榆林市生態(tài)環(huán)境十分脆弱,但其地下資源極端豐富。目前已探明的礦產(chǎn)資源有8大類40多種,其中煤炭、石油、天然氣、巖鹽資源尤為豐富。礦產(chǎn)資源的潛在評估值在45萬億元以上,平均每平方千米土地?fù)碛?0億元的地下財富,人均1 370萬元。每平方米地塊平均資源蘊(yùn)藏量為:6 t煤、100 m3天然氣、140 t鹽。各類資源中尤以煤炭和石油資源儲量巨大,品質(zhì)優(yōu)良。2004年全市原煤產(chǎn)量4 405.4萬t、原鹽產(chǎn)量10萬t、原油產(chǎn)量410.2萬t、原油加工量698 277t[1]。正因如此,榆林市作為我國能源戰(zhàn)略重點西移區(qū),已于1998年7月籌建為我國重要的能源重化工基地。

資源是自然環(huán)境的組分之一,不合理的資源開發(fā)方式勢必誘發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。榆林市邊建設(shè)、邊破壞的能源開發(fā)熱潮加上本身開發(fā)機(jī)制的不健全,管理方式的不科學(xué)和開發(fā)目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)利益至上性,使得該市環(huán)境問題層出不窮、生態(tài)環(huán)境形勢危急。綜合而言,榆林市能源開發(fā)誘發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題可歸納為如下幾個方面。

2.1 破壞區(qū)域植被,增加景觀破碎度

隨著大規(guī)模能源開發(fā)步伐的大步邁進(jìn),榆林北部風(fēng)沙區(qū)原有的草地、灘地和海子、河谷相間分布的沙地景觀[2]已經(jīng)遭到嚴(yán)重的破壞,礦坑、地表堆積的覆土和垃圾等異質(zhì)性景觀與景觀基質(zhì)迥異而不協(xié)調(diào)。以煤炭露天開采方式為例,其在剝離挖損土地/毀壞地表植被的同時堆砌矸石,形成矸石山與礦坑的相間分布,增加了區(qū)域景觀的破碎度。相關(guān)研究表明,榆林市僅煤田開發(fā)一項造成1.73萬hm2的植被被毀,2.0萬hm2土地出現(xiàn)風(fēng)蝕荒漠化[3]。根據(jù)榆林市林業(yè)局所作調(diào)查:神府煤田主采區(qū)之一的神木大柳塔礦區(qū),共有煤田采區(qū)面積2.66萬hm2,其中林業(yè)用地0.61萬hm2,以楊樹為主的喬木林地0.11萬hm2,以沙柳為主的灌木林地0.49萬hm2。截止目前,已塌陷林地面積0.06萬hm2,其中喬木林地0.02萬hm2,灌木林地0.04萬hm2,采空區(qū)林地面積0.03萬hm2,即將面臨采空區(qū)危險的林地面積0.52萬hm2。目前,神木縣共有0.35萬hm2林地因地表塌陷、水位下降而干枯死亡,近6.67萬hm2林地受到影響而面臨枯死的危險。府谷縣有林地面積7.53萬hm2,因地表塌陷等原因造成林木枯死的林地面積1.07萬hm2,采空區(qū)面積0.02萬hm2,全縣有近2.33萬hm2林地受到影響。

2.2 干擾水文、污染水質(zhì)

侵入地下一定深度的能源開采過程對區(qū)域地下水位、地下水流場,以及礦區(qū)周圍的河川徑流造成的影響是相當(dāng)大的[4]。煤炭開發(fā)需要進(jìn)行人為排水,全國平均每采出百萬噸煤炭,需排水200萬m3,另外采空區(qū)的塌陷會導(dǎo)致井泉干涸,形成大面積的疏干漏斗。這一系列的負(fù)面影響不僅造成地下水位下降,改變地下水流場造成礦井突水,還會導(dǎo)致地表徑流斷流。榆林神東礦區(qū)開發(fā)以來,地下水位下降3 m,局部地區(qū)達(dá)到12 m[5]。作為神東煤炭公司大柳塔煤礦的作業(yè)區(qū)域,神木縣大柳塔鎮(zhèn)雙溝村兩條河流因煤炭開采而干涸。迄今為止,僅神木縣大柳塔鎮(zhèn)因煤田開發(fā)造成水源下漏120余處,水源枯竭60多處。

能源開采對水源的污染也是比較嚴(yán)重的[6],礦井酸性污水嚴(yán)重破壞和污染地下水資源。選礦廢水不經(jīng)任何處理排放,煤矸石和尾砂隨意排放,隨處可見的煤堆、煤泥等都會嚴(yán)重污染水質(zhì)。礦井廢水含有大量的煤粉、巖石粉塵等懸浮物雜質(zhì)。選煤廢水中含有大量煤泥粉,使水中懸浮物含量嚴(yán)重超標(biāo),對地表水系造成污染[7]。定邊紅柳溝石油開發(fā)區(qū)的地面水中,有害物質(zhì)曾出現(xiàn)過超標(biāo)上千倍的情況[8]。黃河流域水資源保護(hù)局于2003年7月公布的黃河水資源質(zhì)量公報中,榆林市境內(nèi)黃河重點河段水質(zhì)斷面的監(jiān)測成果也能在相當(dāng)程度上反映出能源開發(fā)對于區(qū)內(nèi)水資源的污染和破壞(表1)。

表1 2003年7月榆林市境內(nèi)黃河重點河段監(jiān)測斷面水質(zhì)情況

2.3 水土流失、荒漠化趨勢加劇

榆林市地處我國北方干旱、半干旱地區(qū),降水量的年內(nèi)分配不均使得雨季洪流誘發(fā)的水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。水土流失年平均土壤侵蝕模數(shù)11 900 t/km2,年平均輸沙量5.16億t,占三門峽以上地段輸沙量的32.25%[9]。據(jù)神木縣環(huán)保局統(tǒng)計資料,截至2005年年底,神木縣水土流失面積達(dá)6 700 km2,占全縣總面積的87.75%,每年水土流失量近億噸。河流輸沙量較能源開發(fā)前增加明顯,區(qū)域水土流失情況極為嚴(yán)重。但在植被發(fā)育良好的地區(qū),土壤侵蝕強(qiáng)度相對較小,可見,水土流失與生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。水土流失使大量的表土、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分流失,地力降低,土壤嚴(yán)重退化。

能源開發(fā)在加劇水土流失的同時,也加快了土地沙化的擴(kuò)展速度。神府煤田開發(fā)以來,人為破壞地表植被1.77萬hm2,侵占農(nóng)田0.63萬hm2。開礦導(dǎo)致沙漠化面積為自然發(fā)展速率的1.56倍。近年的衛(wèi)星遙感資料查明,受礦業(yè)開發(fā)影響,地處陜北毛烏素沙漠前緣的榆神府礦區(qū)的沙生植物已大面積枯死,植被覆蓋率減少,起沙風(fēng)速顯著降低,土地風(fēng)蝕率增加。目前,該地區(qū)的沙化土地正以每年0.5%的速度遞進(jìn)向東南擴(kuò)展。這些沙化土地一般只需經(jīng)過2～3年就能形成以流沙為主的沙漠化土地[10]。神府-東勝礦區(qū)由于大規(guī)模的能源開發(fā)導(dǎo)致的沙漠化速度是自然作用力的1.5～2.0倍[11]。因此,榆林市能源開發(fā)對土地沙漠化的推動作用不容小覷,土地荒漠化將最終促使土壤物質(zhì)組成、理化性質(zhì)和生產(chǎn)性能發(fā)生變化,嚴(yán)重時導(dǎo)致土壤保水保肥性能衰退,土地生產(chǎn)能力喪失[12]。

2.4 地面沉降及塌陷

地面沉降主要是由采礦排水產(chǎn)生地下水漏斗引起的。降落漏斗常因地下水補(bǔ)給條件的差異和巖層導(dǎo)水性的各向異性,在平面上發(fā)育不均勻。通常每開采1萬t煤要塌陷土地0.13～0.2 hm2[13],2005年榆林市煤炭產(chǎn)量逾億噸,相應(yīng)的土地塌陷達(dá)0.13～0.2萬hm2。據(jù)神木縣環(huán)保局出示的相關(guān)資料,截至2005年年底,地方煤礦采空區(qū)塌陷面積為3.1 km2,威脅95戶393人,影響房屋347間(孔),已損壞54間(孔),損毀旱地3.33 hm2、林草地303.2 hm2;神華集團(tuán)所屬煤礦采空區(qū)塌陷面積為43.33 km2,威脅1 357戶4 796人,影響房屋3 118間(孔),已損壞2 110間(孔),損毀水澆地49.4 hm2、旱地606.13 hm2、林草地3 637.2 hm2。神木縣中雞鎮(zhèn)高家畔村塌陷區(qū)裂縫最寬達(dá)2 m。隨著煤炭企業(yè)開采的深入,礦區(qū)山體崩塌、地表塌陷、地裂縫、水源泄漏等災(zāi)害日漸增多。新華網(wǎng)報道,2005年11月16日,地處府谷縣新民鎮(zhèn)的府榆煤礦井下采空區(qū)發(fā)生冒頂事故,地表塌陷面積11萬m2。17日晚21:50,府榆煤礦井下再次發(fā)生大面積冒頂事故,地表塌陷面積擴(kuò)大至26萬m2[14]。

2.5 污染大氣、擾動局地微氣候

榆林市20多年來的資源開發(fā)利用已經(jīng)造成了嚴(yán)重的空氣污染問題,榆林市全年屬煤煙型中度污染,冬季取暖期屬重污染。概括而言,本區(qū)礦業(yè)開發(fā)造成的大氣環(huán)境影響主要包括兩種類型:①采礦、爆破、運(yùn)輸、冶煉等過程中造成的煙塵、粉塵等物理污染;②采礦、煉焦過程中有機(jī)、有毒、有害及酸性氣體物質(zhì)釋放造成的化學(xué)污染,其極易引發(fā)溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等一系列大氣環(huán)境問題[15]。僅以神木縣為例,2005年,全縣煤礦及其他化工企業(yè)共計排放工業(yè)廢氣7 001 201萬m3,其中SO2排放量為10.29萬t,煙塵排放量為3.85萬t,粉塵排放量為4.1萬t。上述驚人的數(shù)據(jù)清楚地展示了神木縣大氣污染之重,但是目前榆林市所轄12縣(區(qū))中卻以府谷縣和榆陽區(qū)的大氣污染最為嚴(yán)重。此外,礦業(yè)的開發(fā)在破壞地表植被、增加人工裸地的同時,降低了局地的相對濕度,使熱容量降低和反射率的增加,造成了局地“熱島效應(yīng)”,進(jìn)而對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生諸多不利影響。

2.6 侵占土地資源、造成土壤污染

能源開發(fā)對土地資源的破壞主要表現(xiàn)為:①采煤產(chǎn)生的矸石及焦化廠的廢渣等土體廢棄物占用大量的土地資源。據(jù)神木縣環(huán)保局提供的數(shù)據(jù),2005年全縣固體廢棄物產(chǎn)生量為558.56萬t,其中綜合利用量為148.16萬t,綜合利用率僅為26.53%,大部分固體廢棄物被隨意堆放于地表、溝谷或河床部位,侵占大量的土地資源的同時埋下發(fā)生污染和泥石流的隱患。目前榆林市固體廢棄物以煤矸石、粉煤灰和爐渣為主,采掘業(yè)、電力工業(yè)和化工工業(yè)為固體廢棄物產(chǎn)生的主要行業(yè),固體廢棄物集中產(chǎn)生于榆陽區(qū)、神木縣、府谷縣、橫山四縣區(qū)[16];②能源采掘與加工利用如煤矸石的堆放、選煤、洗煤等過程產(chǎn)生的各類有毒、有害物質(zhì)淋濾遷移至土壤中,使土壤中重金屬含量超標(biāo)、土壤板結(jié),有機(jī)質(zhì)含量降低,造成土壤污染和退化。煤礦粉塵中硫分含量在1%～12%時,就會在空氣中氧化,遇到水后能產(chǎn)生酸性降水,隨地表徑流進(jìn)入土壤后,嚴(yán)重污染土壤[17]。此外,煤礦采空區(qū)未能回填形成的地面塌陷部位與固體廢棄物堆放處附近的低洼地帶都容易引起土壤次生鹽堿化,造成不同程度的土地退化[15]。由于土壤能夠生長各類植物,受到污染的地表水一旦引入土壤灌溉,各類毒害物質(zhì)將最終隨食物鏈淀積于人體,致使人體受損。

2.7 次生地質(zhì)災(zāi)害

能源開采還會引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流、地震等次生自然災(zāi)害[18]。在露天開采中剝離的大面積表層土壤與松散物等容易誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。在雨季,礦區(qū)堆積的煤矸石山在遇到山洪暴發(fā)還會發(fā)生人工泥石流。神東礦區(qū)自開發(fā)建設(shè)以來已經(jīng)發(fā)生過多次危害程度不等的泥石流災(zāi)害,其活動次數(shù)和影響范圍趨于增大。由神木縣大柳塔煤礦大柳塔井2006年6月10日調(diào)度生產(chǎn)日報表可以看到,12609、12307、21上305采面1段、12610四個綜采工作面推進(jìn)長度最深達(dá)5 658.9 m,這種推進(jìn)規(guī)模預(yù)示了今后大規(guī)模山體崩裂發(fā)生的必然性。神木縣大柳塔鎮(zhèn)14個行政村中三不拉村因采空區(qū)塌陷形成的山體崩裂及地面塌陷問題最為嚴(yán)重,據(jù)駐村干部統(tǒng)計,截止2006年6月,三不拉村共計有塌陷面積100 hm2,占全村土地總面積的18.68%。而神木縣大柳塔鎮(zhèn)前柳塔村雙溝村民小組地表塌陷區(qū)地面裂縫最寬處達(dá)2 m,地表下陷最深達(dá)1 m,該村60%的塌陷區(qū)的喬木和灌木已經(jīng)逐漸枯死。

綜合而言,榆林市能源礦產(chǎn)資源開發(fā)誘發(fā)的環(huán)境問題成因如圖1所示。

圖1 榆林市能源礦產(chǎn)資源開發(fā)誘發(fā)的環(huán)境負(fù)效應(yīng)成因示意圖

3 防治對策

能源礦產(chǎn)資源開發(fā)猶如一把雙刃劍,在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)騰飛的同時,也因不合理的開采利用方式對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的損壞,有時是不可逆轉(zhuǎn)的毀損。如何綜合考慮區(qū)域?qū)嶋H情況,理性地開發(fā)利用自然資源是一個極具挑戰(zhàn)性的課題,本文結(jié)合目前榆林市能源開發(fā)實際情況,提出如下措施以應(yīng)對生態(tài)脆弱區(qū)大規(guī)模能源礦產(chǎn)資源開發(fā)所帶來負(fù)面效應(yīng)。

(1)選定資源開發(fā)適宜度,實施保護(hù)性開發(fā)的理性開發(fā)戰(zhàn)略。

在資源富集的生態(tài)脆弱區(qū),礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個由自然生態(tài)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合而成的復(fù)雜巨系統(tǒng)。人類的資源開發(fā)活動必須嚴(yán)格遵照自然規(guī)律,在區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載范圍之內(nèi)展開。如何確定自然資源開發(fā)利用的適宜度,是諸多資源開發(fā)工作者和相關(guān)學(xué)者共同關(guān)注的問題。筆者通過綜合調(diào)研,并結(jié)合生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論提出建立區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價系統(tǒng),以生態(tài)效益指數(shù)、社會效益指數(shù)、經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)加和作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指數(shù),通過調(diào)整這三類指數(shù),尋找區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的最大值。以可持續(xù)發(fā)展指數(shù)取得最大值時三類指數(shù)組合即為目前能源開發(fā)的最佳狀態(tài),此時可持續(xù)發(fā)展指數(shù)即為資源開發(fā)的適宜度。參照資源開發(fā)適宜度,調(diào)整區(qū)域資源開發(fā)量,適當(dāng)壓縮資源的開采度。在生態(tài)環(huán)境脆弱的榆林市,以特定的資源開發(fā)適宜度為指導(dǎo)開采能源礦產(chǎn)資源,可以達(dá)到生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步的“三贏”,未雨綢繆理性開發(fā)區(qū)域資源,避免諸如陜西銅川、甘肅玉門礦竭城衰的悲劇再次在榆林上演。

(2)拍賣地方采礦權(quán),加強(qiáng)對煤礦的集中管理。

2006年1 月,山西省開始正式推行采礦權(quán)改革,取消對煤炭資源采礦權(quán)的行政劃撥,進(jìn)行公開拍賣出讓。采礦權(quán)的公開拍賣可以在相當(dāng)程度上降低煤礦礦難事故發(fā)生率,增加地方財政收入,其更深層次的意義在于它可以提高資源回采率、延長礦區(qū)開發(fā)年限。建議在榆林市實施地方采礦權(quán)拍賣時,收取環(huán)境成本費用,將資源開采對生態(tài)環(huán)境的破壞成本化,強(qiáng)制性收取礦井年純收入的5%作為生態(tài)恢復(fù)治理費,專項用于生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)整治。

(3)以水定產(chǎn),在化工基地收取階梯式水價。

30年來榆林市氣候變化總體呈現(xiàn)暖干化的趨勢,年均氣溫以0.043 8℃的線性傾向值增加,年均降水量以0.678 mm的線性傾向值減少?？梢娫跉夂蚋膳尘跋?加之區(qū)域人口的劇增以及城市規(guī)模的擴(kuò)大和各類企業(yè)數(shù)目的不斷增加對水資源的需求必將成倍增長。例如從1998～2005年,榆林市城鄉(xiāng)生活用水增長了23.66%,全市用水總量增加了10.13%。

對此,要對榆林市內(nèi)各企業(yè),特別是對榆林經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等其它開發(fā)區(qū)引進(jìn)入駐企業(yè)時,要嚴(yán)格實施以水定產(chǎn),收取階梯式水價,超過定額的用水部分加收高額水費,做到以水定產(chǎn)。在經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)空間布局上遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化組合經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)各企業(yè),形成集約化的產(chǎn)業(yè)技群,積極開發(fā)下游產(chǎn)品延長產(chǎn)業(yè)鏈,推行清潔生產(chǎn),充分利用資源,將對水資源的損耗和對環(huán)境的污染降到最低。

(4)整頓“五小”企業(yè),強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)執(zhí)法力度,實施公眾參與制度。

由市政府下決心整頓“五小”企業(yè)(小煤礦、小火電、小焦化、小電石、小水泥)。2006年僅神木縣大柳塔鎮(zhèn)“五小企業(yè)”中小煤礦有39個,小焦化廠有12家,電石廠4家。這些“五小”企業(yè)不僅能源加工利用率低,而且環(huán)境污染嚴(yán)重,與大規(guī)模的企業(yè)相比較,其耗水較為嚴(yán)重。例如小火電廠由于機(jī)組小,難以采用空冷技術(shù),其耗水比空冷大機(jī)組高10倍以上,大火電每百萬千瓦小時電耗水0.15 m3,而小火電為1.5 m3[19]。在短期近利思想的驅(qū)使下,“五小”企業(yè)的業(yè)主不愿意也沒有能力出資購買相應(yīng)的環(huán)保器械,任由企業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重污染環(huán)境和肆意浪費水資源。所以,應(yīng)當(dāng)結(jié)合區(qū)內(nèi)水資源短缺的實情和環(huán)境治理工作,關(guān)停部分污染過于嚴(yán)重的小企業(yè),其余企業(yè)以合資入股形式組建大型化工企業(yè),以減少其對環(huán)境的污染和對水資源的浪費,舒緩氣候干暖化背景下水資源短缺對能源開發(fā)的強(qiáng)制約作用。

加大對區(qū)內(nèi)各礦井及企業(yè)生產(chǎn)加工造成生態(tài)環(huán)境污染破壞的監(jiān)察力度,充分發(fā)動當(dāng)?shù)厝罕姳O(jiān)督能源礦產(chǎn)資源開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境的破壞。由榆林市環(huán)保局建立環(huán)保執(zhí)法大隊,并開通環(huán)保舉報熱線,用于舉報各類環(huán)境污染案件,實施保護(hù)舉報者,舉報有獎的條例。

(5)以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論作指導(dǎo),力行清潔生產(chǎn)。

提高能源開發(fā)利用及榆林能源重化工基地建設(shè)過程中水資源的利用率。區(qū)域資源開發(fā)中,除了要預(yù)先采取措施保護(hù)水資源之外,還要在資源加工工業(yè)中重視運(yùn)用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念,實現(xiàn)資源開發(fā)及加工過程中的水資源利用率的最大化。提高水資源利用率就是要特別重視礦井水的再利用、資源加工工業(yè)的中水回用,提高污水處理率,在保水的同時實現(xiàn)節(jié)約用水,通過水資源的優(yōu)化配置和使用,為構(gòu)建綠色礦區(qū)奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)神木縣錦界開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃經(jīng)驗,空間布局上遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化組合經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)各企業(yè),形成集約化的產(chǎn)業(yè)技群,積極開發(fā)下游產(chǎn)品延長產(chǎn)業(yè)鏈,以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論為指導(dǎo),力行清潔生產(chǎn),提高資源加工利用率。

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