河北省水泥灰岩矿山开发生态环境影响评价指标体系的建立

摘要：在分析水泥灰岩矿山开发产生的生态问题基础上，从生态影响后果和生态恢复潜力两个方面，建立了由５项一级指标、１５项二级指标构成的生态环境影响评价指标体系，并应用层次分析法确定各生态因子的权重值。采用该指标体系对河北省唐山市丰润区典型水泥灰岩矿区开采活动进行了量化评价，结果表明典型区域生态影响等级１９８７年为Ⅰ级较轻水平，２００７年为Ⅲ级较重水平，即水泥灰岩矿山的开发利用对局部区域生态环境产生了较严重的影响。

　　关键词：水泥灰岩矿山；生态环境；评价指标体系

　　中图分类号：Ｘ２２文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）08－1806-04

　　ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｍｐａｃｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎＩｎｄｅｘＳｙｓｔｅｍｏｆＣｅｍｅｎｔLｉｍｅｓｔｏｎｅMｉｎｅDｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ

　　ＺＨＡＮＧＲｏｎｇ－ｚｈｉ，ＺＨＡＮＧＹａｎ，ＭＥＮＧＬｉｎｇ－ｙａｏ，ＳＨＩＭｉ－ｗｅｉ

　　（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｅｂｅｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１１，Ｃｈｉｎａ）

　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓeｓｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｆｒｏｍｃｅｍｅｎｔｌｉｍｅｓｔｏｎｅｍｉｎｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，anｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍofｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｉｍｐａｃｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ．Ｆｉｖｅｌｅｖｅｌprimaryｉｎｄｉｃａｔｏｒｓａｎｄｆｉｆｔｅｅｎｓｅｃｏｎｄａｒｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｗｅｒｅｅｍｂｏｄｉｅｄｉｎｔｈｅｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍａｓａｗｈｏｌｅ．Ａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ）ｗａｓusedｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．ＴｈｉｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｃｅｍｅｎｔｌｉｍｅｓｔｏｎｅｍｉｎｉｎｇｉｎＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｉｍｐａｃｔｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｃｅｍｅｎｔｌｉｍｅｓｔｏｎｅｍｉｎｉｎｇｗａｓⅠofａｌｅｓｓｓｅｖｅｒｅｌｅｖｅｌｉｎ１９８７ａｎｄⅢofａｈｅａｖｉｅｒｉｍｐａｃｔｌｅｖｅｌｉｎ２００７．Ｉｔｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｃｅｍｅｎｔｌｉｍｅｓｔｏｎｅｍｉｎｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈａdａｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｏｃａｌａｒｅａ．

　　Ｋｅｙｗｏｒｄs：cｅｍｅｎｔｌｉｍｅｓｔｏｎｅｍｉｎｅ；eｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；eｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍ

　　河北省是我国水泥生产大省，水泥生产的主要原料是石灰岩矿。受石灰岩赋存方式的制约，绝大多数石灰岩矿都是露天开采，而露天开采方式对区域生态环境的破坏程度较大，甚至影响整个矿区生态系统的完整性、稳定性，产生严重的生态环境问题［１］。通过对河北省内具有代表性的水泥灰岩矿区及其周边区域进行生态现状调查表明，河北省水泥灰岩矿区整体植被覆盖度不高，原始植被覆盖度一般为３０％～６０％；植被类型以草本植物、灌木植物为主，基本无高大乔木；植物群落较多，生物多样性较好。水泥灰岩矿山山体表面土类以砂土或砂石混合土为主，土质较差；土层厚度不均，一般为５～２０ｃｍ，较厚的地方可达５０ｃｍ以上，而有的地方岩石裸露，无表土覆盖；土层稳定性差，易被雨水冲刷流失。建立水泥灰岩矿区开发生态影响评价指标体系，客观反映矿山开发生态环境影响的主要制约因素和影响程度，便于有针对性地制定水泥灰岩矿区生态环境保护对策和生态恢复措施。

　　国外生态影响评价指标体系研究多集中在系统的生态健康［２］、生态安全［３］方面。国内对矿区地质环境、矿区环境质量的综合评价指标体系研究较多［４－８］，对矿区生态环境影响评价指标研究相对较少，其中针对水泥灰岩矿区生态评价方面的指标体系研究更少。目前主要的研究有钱金平等［９］从自然生态环境子系统和社会生态环境子系统两方面构建了１８项指标的生态环境影响评价指标体系，唐晓兰等［１０］建立了以影响受体为对象的指标体系等。

　　本研究在分析水泥灰岩矿山开发引发的区域生态环境问题的基础上，着重从矿山开采活动产生的后果和矿区生态恢复潜力两个角度筛选评价指标，构建了由５项一级指标、１５项二级指标构成的水泥灰岩矿区生态影响评价的指标体系，并采用层次分析法（ＡＨＰ）确定各个指标的权重值，力求客观评价河北省水泥灰岩矿山开发所产生的生态影响程度。

　　１材料与方法

　　１．１评价指标体系建立的思路和原则

　　基于对水泥灰岩开发产生的生态问题分析可知，水泥灰岩开发产生的影响主要体现在对矿区环境质量影响、生态环境影响、地质环境影响和社会环境影响几方面。另外，根据实地考察，位于不同地区的同等规模的水泥灰岩矿山开发后，其生态恢复难易程度和恢复效果不同。因此，本研究指标体系的构建着重从矿山开采活动产生的影响后果和矿区生态恢复潜力两个角度筛选评价指标，区别于已有的研究成果［２－１０］。

　　为体现对矿山开发影响评价结果的科学性和准确性，在指标体系建立过程中，遵循以下几方面原则。

　　１）科学性原则。指标体系的确定应能够直接反映水泥灰岩矿山开发活动所产生的生态环境影响情况及存在的主要问题。

　　２）数据可得性原则。指标体系的建立应充分考虑所用指标数据的可得性，尽可能利用现有的统计数据及易于观测的资料。

　　３）可操作性原则。指标应具有一定的操作性，不应盲目求全求大，过于复杂将直接导致可操作性降低。

　　４）准确性原则。所选用的评价指标尽量以定量化指标为主，以便能够较为准确地反映生态影响情况。

　　５）系统性原则。从能够反映一个系统的整体结构和功能角度，遴选出相应指标来反映所产生的影响。

　　１．２评价指标体系构建

　　根据指标体系构建原则，构建了由５项一级指标、１５项二级指标组成的水泥灰岩矿区生态影响评价的指标体系，见表１。

　　１．２．１环境质量影响指标矿山开发主要的环境质量影响是开采区粉尘污染影响和弃渣堆存产生的固废污染影响，因此用扬尘产生面积比和固废排放强度２项二级指标来反映。其中①扬尘产生面积比＝开采面积／矿区面积；②固废排放强度以剥采比表示。

　　１．２．２生态环境影响指标选取地貌破坏强度、植被破坏强度、水土流失增率、景观破碎度４项二级指标。其中①地貌破坏强度＝受破坏面积／矿区面积；②植被破坏强度＝受破坏植被面积／原有植被面积；③水土流失增率＝采后水土流失增量／背景水土流失量；④景观破碎度用景观斑块破碎化指数表示，反映由于自然或人为因素的干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程［１１］。

　　１．２．３地质环境影响指标选取地质灾害面积比、矿山生态恢复治理率２项二级指标。其中①地质灾害面积比＝地质灾害面积／矿区面积；②矿山生态恢复治理率＝已生态恢复矿山面积／矿山面积。

　　１．２．４社会环境影响指标选取环境敏感度和视觉敏感度２项二级指标。其中①环境敏感度用矿点距环境敏感区（如自然保护区、风景名胜区、文物古迹保护区、水源保护区、城镇等人口集中区）的距离表示；②视觉敏感度以矿山距国道、铁路、高速公路的距离来表示。距离越近产生的影响就越大。

　　１．２．５生态恢复潜力指标选取了气候、区域植被、土层厚度、土壤有机质含量、土壤侵蚀５项二级指标。其中①气候条件是生态恢复潜力的一项重要指标，在此以反映降水、蒸发、温度等综合气候因素的气候干燥度表示；②区域植被原始状况在很大程度上反映区域生态恢复潜力。区域植被较好，说明该区域的生态系统稳定性好，抗逆性强，受破坏地区的植被恢复能力就越强。③植被恢复离不开土壤，主要与土壤厚度、有机质含量相关。④土壤侵蚀度越高，生态恢复潜力越低，用土壤侵蚀模数表示。

　　１．３水泥灰岩矿区生态影响评价方法

　　为了说明水泥灰岩矿山开发产生的生态影响程度，首先对各评价指标进行确权，然后计算生态影响评价值，最后对评价值进行分等定级。

　　１．３．１生态影响评价指标权重的确定指标权重的确定采用层次分析法（ＡＨＰ）［１２］进行。ＡＨＰ法是美国运筹学家Ｓａａｔｙ于２０世纪７０年代提出的，此方法巧妙地把定性分析和定量分析结合了起来［１２］，适合于多目标决策。通过进行系统分析计算，最终确定各个一级指标和二级指标的权重值见表１。

　　１．３．２生态影响评价值计算水泥灰岩矿区生态环境影响评价值利用加权求和法对目标层逐层进行计算，直到最高层。计算公式为：

　　Ａ＝■ωｉＤｉ；■ω■＝１

　　式中，Ａ为某一矿区评价值；Ｄｉ为指标标准化值；ωｉ为指标的相应权重值；ｍ为指标总数。

　　１．３．３评价等级值计算为了使水泥灰岩矿区生态环境评价结果具有可比性，对生态影响评价值进行了等级划分，即建立评价等级标准值。一般是评价者或专家进行人为的分等定级，本研究结合有关标准、规范和经验数值等确定评价等级标准值如下：

　　１）建立水泥灰岩矿区生态影响评价因子等级阈值，即对评价因子进行分等定级，见表２。

　　２）将矿区生态环境影响程度划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共４个级别，各级别代表的影响程度见表３。

　　３）将各因子等级阈值进行标准化，结合表１中相应因子的权重值，利用１．３．２中公式，计算不同等级对应的生态环境影响综合评价值，得出水泥灰岩矿山开发的生态环境影响等级分值，见表３。

　　２结果与分析

　　２．１唐山市丰润区典型石灰岩矿区应用与评价

　　丰润区位于唐山市西北部，地处燕山褶皱带东段南缘与华北拗陷区的交界地带，属河流冲洪积扇地貌。评价区域位于丰润区西北部，东经１１８°０１′４３．１４″－１１８°０９′１６．９９″之间，北纬３９°５０′４８．６0″－３９°５５′５１．５０″之间，面积１１０１９．０３ｈｍ２，目前开采的矿山属于王官营矿区，面积为２２５９．５８ｈｍ２，约占评价区域面积的２０．５１％。

　　本研究选取了１９８７年ＴＭ影像数据，以及２００７年的中巴资源卫星０２Ｂ星ＣＣＤ数据，通过人工解译，对两个时段的影像数据进行对比分析，并借助ＧＰＳ进行实地验证调查，结合表１评价指标体系，得出丰润区西北部山区水泥灰岩矿区生态环境影响综合评价结果见表４。

　　表４表明，从矿山开采初期即１９８７年至开采２０年后即２００７年，研究区域生态环境发生了较大的变化。主要体现在由于矿山开采面积的增加，原有地貌破坏程度、植被破坏程度、可能发生地质灾害的面积均明显增加。研究区域被开采部分矿区均未进行生态恢复，矿山开采、裸露基岩面积的增加导致开采区水土流失模数及水土流失量大量增加，区域水土流失增率从１９８７年的３．１６％增加到了２００７年的３２．８８％。

　　通过对影像数据对比分析，评价区域除原有开采斑块面积扩展较明显外，新增斑块数量较少，对区域景观影响不大，研究区景观破碎化指数变化不明显，１９８７年为０．１７，２００７年为０．１９。研究区气候干燥度为０．８～１．２，属半干旱地区；区域植被以灌草为主，有林地比重较小。土层厚度约２０～３５ｃｍ，原地貌土壤侵蚀为６００ｔ／（ｋｍ２·ａ），区域生态环境具有一定的恢复潜力。

　　１１２国道与本研究区域西部相邻，本矿区距１１２国道仅１００ｍ左右，视觉敏感度较高。研究时段间区域内增加了唐山地表饮用水源保护区，区域的环境敏感程度增加。

　　研究区域１９８７年和２００７年生态环境影响综合评价值合计分别为０．７７３和０．３８７。通过与表３对比分析可知，该区域生态影响评价等级从１９８７年的Ｉ级影响较轻，降为２００７年的Ⅲ级影响较重。因此２０年的矿山开发活动对区域生态环境造成了比较明显的不良影响。