矿区生态环境质量评价理论及预警方法研究.pdf
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1、密级:公丌单位代码:1 0 4 2 4工程硕+学位论文矿区生态环境质量评价理论及预警方法研究刘志钧申请学位级别:王程亟校内导师姓名:煎佳握校外导师姓名:崖建国领域名称:芷些王程职称:教援职称:直级工程娅山东科技大学二零零五年六月山东科技人。T 程唢卜#位论摘凄摘要在我国的许多矿区,随着采矿业的不断发展给矿区的生态环境带柬了多方面的、不同程度的破坏,产生了一系列的生态环境问题。因此,需要将各种先进的技术手段引入矿区生态环境的保护和治理中来,充分利用现代高新科学技术,服务于区域生态环境治理。煤炭工业是一类特殊的行业,由于煤炭资源的开发和利用,带来了非常严重而又复杂的生态与环境问题。影响生态与环境的
2、因素多种多样,影响的程度和效应也各不相同,因此,必须建立一套由若干相互联系、相互补充、具有层次性和结构性指标组成的指标体系,才能对矿区的生态与环境质量进行科学、客观的评估,为矿区的生态与环境预警指标体系的建立及预警系统的开发打下良好的基础。本论文在分析矿区生态环境现状和对矿区生态环境要素进行调查与分析的基础上,建立了矿区生态环境评价指标体系、评价方法、预警指标体系和预警的方法。本论文所构建的评价和预警指标体系考虑到煤炭矿区生态环境的实际,具有较强的适用性和科学性。本文所构建的评价和预警模型,经过实地的检验是有效的,具有较强的先进性和针对性。本论文的研究成果能够为矿区进行生态环境治理提供决策依据
3、,对指标矿区生态环境治理具有一定的理论和现实意义。关键词:矿区;生态环境评价;预警山4、科投人学r 程獗I 学位论殳摘璧A B S T R A C TI n c l u d i n gm a n ym i n i n ga r e a si no u rc o u n t r y,w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to ft h em i n i n gi n d u s t r y,i th a sp r o m o t e dt h ea d v a n c e m e n to fr e g i o n a le c o n o
4、 m ya n dh a sa c c e l e r a t e dt h ep r o c e s so fi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o no fm i n i n ga r e a A tt h et i m e,i th a sb r o u g h tt h ed e s t r u c t i o nt oe c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h em i n i n ga r e ai nm a n ya s p e c t sa n dp
5、 r o d u c e das e r i e so fq u e s t i o n so fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t S o,w es h b u l dl e a dv a r i o u sk i n d so fa d v a n c e dt e c h n o l o g i c a lm e a n si n t ot h ep r o t e c t i o na n da d m i n i s t r a t i o no ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t
6、o fm i n i n ga r e a,f u l l yu t i l i z em o d e r oh i g h n e ws c i e n c ea n dt e c h n o l o g yt os e r v et h eei m p r o v e m e n to f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lo f a r e a,a n dt h e np r o m o t et h er e g i o n a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm i n
7、i n ga r e a T h ec o a li n d u s t r yi sak i n do f s p e c i a lt r a d e,b e c a u s eo f t h ed e v e l o p m e n to f e n a lr e s o u r c e s,t h ev e r ys e r i o u sa n dc o m p l i c a t e de c o l o g ya n de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sh a v eb e e nb r o u g h t T h e r ea r
8、em a n yk i n d so ff a c t o r,w h i c hi n f i u e n c et h ee c o l o g ya n de n v i r o n m e n t,t h ed e g r e ea r ed i f f e r e n t S o,w em u s ts e tu pai n d e xs y s t e mw h i c hi n c l u d e sc o r r e l a t i n g,c o m p l e m e n t a r yi n d e x e s,t h es y s t e ms h o u l dh a
9、 v el e v e lq u a l i t ya n ds t r u c t u r e O n l yIt h i sw a yC a nw ec a r r yo u ts c i e n t i f i ca n do b j e c t i v ea s s e s s m e n to ne c o l o g ye n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo f m i n i n ga r e a B a s e do na n a l y z i n gp r e s e n ts i t u a t i o na n de s s e
10、n t i a lf a c t o ro fM i n ga r e a C C O e n v i r o n m e n t,t h i sp a p e rs e t su pa s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m,a s s e s s m e n tm e t h o d,f o r e w a r n i n gi n d e xs y s t e ma n df o r e w a r n i n gm e t h o do fM i n ga r e aC O O e n v i r o n m e n t,T h ea s s e s
11、 s m e n ta n df o r e w a r n i n gi n d e xs y s t e mc o n s t r u c t e di nt h i sp a p e rt a k e st h er e a l i t yo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fm i n i n ga r e ai n t oc o n s i d e r a t i o n,i th a sr e l a t i v e l ys t r o n gs u i t a b i l i t y;T h ea p p r a i s a
12、 la n df o r e w a r n i n gm o d e li sp r o v e dt ob ee f f e c t i v et h r o u g hp r a c t i c a lt e s ta n di ti sr e l a t i v e l ya d v a n c e d t h i sp a p e r Sa c h i e v e m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e a r c hc a np r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rp r o t e c t
13、i o na n da d m i n i s t r a t i o no ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fm i n i n ga r e a,a n dt h e r ea r eo fc e r t a i nt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dc u r r e n ts i g n i f i c a n c e K e y w o r d s:M i n ga r e a,E c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t,F o
14、r e w a r n i n g彖科技凡学T I 砷卜位论缔l 仑1 绪论1 1 问题的提出可持续发展理论告诉我们,资源、生态环境、人口与发展是当令人类社会面临的主要问题。在进行矿山资源开发时,需要将区域的上述四个问题作为了个整体,指定不同类型工矿资源优化开发、环境保护和区域可持续发展的舰划,进行科学的生产、经营、管理和调控。在我国的许多矿区,随着采矿业的不断发展,在促进地区经济发展,加快地区工业化、城市化进程的同时,也给矿区的生态环境带来了多方面、不同程度的破坏,包括对地表的破坏、对土地的占用和破坏,对自然景观的影响和破坏,造成“三废”污染,破坏水资源,造成水土流失,诱发和孕育滑坡、泥石流
15、、冲击地压、矿震等动力地质、环境地质问题,噪声和震动污染,热污染等其他公害。这些矿区生态环境问题由于长期没有得到有效、及时的解决,致使许多矿区的生态环境系统遭到了或轻或重、程度不一的破坏,同时由于这些生态环境问题带有综合性、空间性、动态性、后效性和不确定性等特点,因此研究和治理的难度非常大。因此,建立矿区生态环境评价、预警的理论和技术体系是矿区生态环境保护和污染治理工程的重要组成部分。通过该系统的建立,能够动态、综合地反映矿区的生态环境信息,对矿区的生态环境质量进行综合、全面的评价和预警。为矿区的生态环境保护工作提供决策依据。1 2 国内外研究现状1 2 1 我国煤炭矿区生态环境与保护现状建国
16、5 0 年来,我国的矿业发展很快,截至1 9 9 7 年底,国有矿山已达1 0 8 3 8个,乡镇集体矿山1 5 4 6 4 3 个,个体采矿点9 6 3 7 6 个,独立核算矿业产值为4 6 9 1 3 1亿元,占工业总产值的6 8 6,矿产开发总规模居世界第三位,已成为世界上的矿业大国之一。随着矿业的发展,已新建成3 0 0 多座矿山型城市。但是矿产资源尔科投凡。tl 程硕I 学位沦正绪沦的开发,特别是不合理地开发、利用,已对矿山及其周围环境造成严重的污染,并诱发多种地质灾害,破崩、了生态环境,使矿山成为人与环境矛盾最为尖锐的I 域。不仅威胁到人民生命安全,而且严重地制约了国民经济的发展。
17、特别是占矿山总数5 9 0 6 的乡镇集体矿山,环保工作差距较大:更为严重的是占总数3 6 8 0的个体采矿点的环保工作几乎是空白。1 2 1 1 煤炭矿区生态环境现状煤炭采掘活动产生的生态环境问题和破坏的种类很多。例如:开采活动对t地的直接破坏,如露天开采直接破坏地表土层和植被:矿山开采过程中的废弃物(如尾矿,矸石等)需要大面积的堆置场地,从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏:矿石、废渣等固体废物中含酸性、碱性、毒性、放射性或重金属成分,通过地表水体径流、大气飘尘,污染周围的土地、水域和大气,其影响面将远远超过废弃物堆鼍场的地域和空间,污染破坏的治理恢复要花费大量人力、物力、
18、财力,需要很长时间,而且很难恢复到原有的水平。l、矿业废气由于废气、粉尘及废渣的排放引起大气污染和酸雨,以硫化工和煤炭最严重。如煤炭采矿行业中工业废气排放量达3 9 5 4 3 亿立方米年,其中有害物排放量为7 3 1 3 万吨年,多为烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳,矿山地区大气环境受到不同程度污染。此外废渣、尾矿对大气的污染也相当严重。2、矿业废水我国矿业活动产生的各种废水主要包括矿坑水,选矿、冶炼废水及尾矿池水等。煤矿废水以酸性为主,并多含大量重金属及有毒、有害元素(如铜、铅、锌、砷、镉、六价铬、汞、氰化物)以及C O D、B O D 5、悬浮物等。众多废水未经达标处理就任意排放,甚至
19、直接排入地表水体中,使土壤或地表水体受到污染。此外,由于排出的废水入渗也会使地下水受到污染。3、矿业废渣矿山废渣包括煤矸石、废石、尾矿等。1 9 9 7 年我国废渣的累计贮存量已达“7 2 亿吨,占地面积为5 0 6 5 0 万平方米,矿业及相关行业的废渣为5 8 5 l 亿吨,一 山、科技_ 人学 坝卜产化论文绪l 它占地面积2 9 1 6 0 万平方米,1 9 9 7 勾。与1 9 9 5 年相比,已有明显下降趋势,但所占比重有所增加。截止1 9 9 7 年底,仑国固体废渣排放累计占地面积中,矿业固废占了5 7 5 7。由于治理率低,大都艮期露天堆放或排入河道即占用大量土地,抬高河床影响地
20、卜水补给,破土1;地表景观和植被,造成水十流失,物种减少,严重破坏地表生态,而且大量废石露天堆放又会在外力地质作用下发生氧化、风化和自燃,产生大量有害气体和粉尘,对周围土地、土壤、水体和生态环境造成严重污染,直接影响矿山及周围居民的生活质量和身心健康。4、水土流失及土地沙化矿业活动,特别是露天开采,大量破坏了植被和山坡土体,产生的废石、废渣等松散物质极易促使矿山地区水土流失。如位于鄂尔多斯高原的神府东胜矿区,由于气候及人为因素的影响已使该区生态环境非常脆弱,土地沙化、荒漠化的面积已超过4 1 7 万平方公里,占全区面积的8 6 以上。据对全国1 1 7 3 家大中型矿山调查,产生水土流失及土地
21、沙化所破坏的面积1 7 0 6 7 公顷及7 4 3 5 公顷,治理投资的费用己达2 3 9 3 3 万元。5、侵占土地矿山开发占用并破坏了大量土地,其中占用土地指生产、生活设施及开发破坏影响的土地:其中破坏的土地指露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区及其它矿山地质灾害破坏的土地。据国家统计局资料:1 9 5 7 1 9 9 0 年间,全国各项建设用地、弃地、浪费与因灾损失的耕地达4 2 7 3 万公顷。矿山占地达4 9 1。我国采矿业破坏的土地面积约有1 4 2 0 万平方公里,并以每年2 0 0 平方公里的速度增加。造成矿山占地的原因主要是露天采场及各类矿渣、工业垃圾堆置所致。据统计,一座大
22、型矿山平均占地达1 8 2 0 万平方米,小矿山也达几万平方米。到1 9 9 5 年,1 1 7 3 家国有大中型矿山企业中,占用土地面积7 2 9 9 7 1 6 公顷,其中仅露天开采矿场、排土场、尾矿场和塌陷区占地面积为2 1 2 8 1 7 4 公顷,占矿山用地面积的2 9 1 5,其他工业用地、行政生活用地等为5 1 7 1 5 4 公顷,占7 0 8 5。同时矿业活动造成的土地沉陷,严重破坏了矿山及周围生态系统的稳定性,认为1 彖技、?1:程硕I 学位论t绪l 造成了地形、地貌的变化进两导致地表水系和小气候发q:变化形成季节性或I 丈年积水,不仅减少了土地适种丽积,影响农业生广,同时
23、也对地面建筑、道路、树林和水系造成严重破坏,使农民失去了生存与发展的基础和支撑,沦为生态难民,增加了社会的不安定因素。上述矿山占地问题进一步加剧了我国耕地紧张的局面。据推算,全国矿山开发占用林地约1 0 5 9 万公顷,我国森林面积为1 3 4 亿公顷,森林覆盖率仅为1 3 9 2,为此,矿山开发占用林地情况不容忽视。据估算,全国矿山开发占用草地面积约2 6 3 万公顷,而我国的草场已日益退化,退化率由7 0 年代的1 6 上升到3 7,平均以6 7 万公顷年的速率递增,矿山开发引起的草场退化问题绝不能忽视。6、土壤污染由于三废排放使矿区周围土壤受到不同程度污染。7、矿震采矿所诱发的地震,出现
24、在我国许多矿山,成为矿山主要环境问题之一。8、尾矿库溃坝据统计,全国有尾矿库约7 0 0 座,江西、云南、安徽、湖北等省都发生过尾矿库溃坝事件。9、破坏水均衡系统,并引起水体污染由于疏干排水及废水废渣的排放,使水环境发生变异甚至恶化。如破坏了地表水、地下水均衡系统,造成大面积疏干漏斗、泉水干枯、水资源逐步枯竭、河水断流、地表水入渗或经塌陷灌入地下,影响了矿区的生态环境。沿海地区的一些矿山因疏千漏斗不断发展,当其边界达到海水面时,易引起海水入侵现象。矿山附近地表水体常作为废水、废渣的排放场所,由此遭受污染。地下水的污染一般局限于矿山附近,为废水及废渣、尾矿堆经淋滤下渗或被污染的地表水下渗所致。1
25、 0、崩塌、滑坡、泥石流采矿活动及堆放的废渣因受地形、气候条件及人为因素的影响,发生崩塌滑坡、泥石流等。如矿山排放的废渣常堆积在山坡或沟谷内,这些松散物质在暴、科 t 人学【程坝士学位沦艾绪沦雨诱发。卜,极易发生泥行流。1 2 1 2 煤炭矿区生态环境保护与治理的现状及难点l、矿区生态环境保护与治理的成效(1)政策法规基本配套,环保投入增大。国家相继出台和修订与煤炭矿区环境保护直接相关的法律法规1 3 项,使矿区环境保护与治理步入法制化轨道,加快了矿山环境保护事业的发展。矿区的环境改善离不开投入,据不完全统计,“九五”期间煤炭工业投入环境治理的资金达2 8 6 亿元,平均每年5 7 亿元。(2
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