全 文 ：矿区可持续生态环境管理规划方法研究*
刘 平1* * 汤万金2
( 1 中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085; 2中国标准研究中心, 北京 100029)
摘要 矿区生态规划理论与方法研究可为矿区的可持续发展提供具体的理论指导和技术支持. 作为矿
区生态规划的重要组成部分之一的矿区可持续的生态环境管理规划,贯穿于矿区整个开发生产过程. 以可
持续的生态环境建设和管理的思想为基础, 建立了矿区生态环境管理体系框架, 对生态环境管理指标的确
定、生态环境因素的识别以及生态环境管理方案的决策提出了具体的方法.
关键词 矿区 环境管理 生态规划 管理规划
文章编号 1001- 9332( 2003) 02- 0301- 04 中图分类号 X322 文献标识码 A
On planning methods of sustainable ecoenvironmental management in mining areas. L IU P ing 1, TANG Wan
jin2( 1 Resear ch Center f or EcoEnv ironmental Sciences , Chinese A cademy of Sciences, Beij ing 100085, Chi
na; 2China National Institute of Standardiz ation , Beij ing 100029, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2003, 14
( 2) : 301~ 304.
Studies on the t heory and methodo logy of ecolo gical planning could prov ide mater ial guide and technical support
for sustainable development in mining areas. As one of the most impor tant section of ecological planning in min
ing areas, sustainable ecoenvironmental managing planning run through the whole producing course. On the ba
sis of sustainable ecoenv ironmental construction and management, the framework of ecoenv ironmental manage
ment system of mining ar eas w as established in this paper . The mater ial methods for confirming the indexes of
ecoenvironmental management, r ecognizing the factory of ecoenvironment and making the decision of ecoenvi
ronmental managing pro ject were also provided.
Key words Mining areas, Environmental management, Ecological planning , Manag ing planning.
* 国家自然科学基金资助项目( 79970109) .
* * 通迅联系人.
2001- 08- 27收稿, 2001- 11- 23接受.
1 引 言
矿业作为我国的基础产业,在国民经济和社会发展中具
有重要的地位和作用.我国 95%的能源、80% 以上的工业原
料和 70%的农业生产资料来自矿业[ 17] . 在矿区资源开发中
如何协调生态环境和经济、社会发展的关系, 寻求矿区社会
经济可持续发展,已经成为当今我国科技界所关注的一个重
要课题[ 8, 12, 13] .
我国矿区在其形成和发展过程中,存在着大量尖锐复杂
的生态环境、经济和社会问题, 其中生态环境问题尤为突出,
主要表现在: 1)国有大、中型矿山企业普遍不景气,生产能力
下降,采掘失调, 导致矿产资源的浪费和破坏; 2)矿产资源综
合利用程度和采选回收率较低; 3)矿业经营粗放, 劳动生产
率低; 4)矿产资源开发中的环境问题尤为突出. 据统计, 我国
历年煤炭开采形成的塌陷土地 1. 5 ! 104~ 2! 104 hm2, 全国
历年积存的废石、尾矿累计占地 6. 7 ! 104 hm2 .这些问题已
经成为我国乃至世界各国政府和科技界共同关注的热点问
题[ 10, 12] .自 20 世纪 50 年代, 特别是 80 年代末期以来, 围绕
着矿区生态环境破坏规律及其预测、控制技术,在矿区规划
和工程技术方面进行了广泛的研究和实践[ 1, 3, 5, 9, 11, 14, 16] .
但是,我国在矿山可持续发展的科学研究和实践方面仍
存在许多问题,未能从矿区整体上加以系统研究. 以自然经
济社会复合生态系统理论为基础的矿区生态规划理论的研
究将密切结合我国矿区实际, 研究我国矿区资源开发中生态
环境、经济和社会协调发展的模式、规划理论和方法,其目的
是要建立起一个可持续发展的矿山生产体系, 将矿山生产系
统从仅追求经济效益的最大化转变为同时考虑生态系统安
全、环境系统健康的高效生产系统. 可持续的矿区生态环境
管理规划理论方法作为矿区可持续发展生态规划理论方法
的重要组成部分, 将为新、老矿区的可持续生态环境管理规
划提供具体的管理框架体系和技术指导, 因此具有重要的科
学和现实意义.
2 可持续的生态环境管理规划
矿区生态环境管理规划是矿区生态规划的一个重要组
成部分,其中心任务就是创造一个可持续发展的矿区. 矿区
在矿产资源的开发过程中, 不可避免地带来对矿区的自然生
态系统、环境系统的破坏, 对经济系统和社会系统的重大改
变[ 15] .生态环境管理规划的目的就是要将矿产资源开采过
程中,及对生态系统的破坏控制在系统可以接受的程度内,
不至于使系统发生不可逆转的改变. 将环境污染控制在至少
满足国家和地方标准所规定的范围内, 最大限度地减少生态
重建的难度, 促进矿区经济、社会发展, 增强矿区自然、经济、
应 用 生 态 学 报 2003 年 2 月 第 14 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2003, 14( 2)∀301~ 304
社会可持续发展的能力.
矿区开发的生态规划应当包括以下 4 个方面的内容: 1)
矿山生产规划; 2)生态环境管理规划; 3)生态重建规划; 4)矿
产资源采后矿区发展规划.这 4 个方面贯穿于矿山开发从初
始的设计阶段、资源开采生产阶段直到矿产资源枯竭后的矿
区发展,而矿区的生态环境管理规划与其它 3个方面的规划
密切相关,并确保矿山生产阶段经济效益与生态环境效益的
协调,为矿产资源枯竭后矿区的自然、经济、社会发展提供良
好的自然生态环境基础,增强其可持续发展的能力.
生态环境管理包含了生态管理和环境管理两个部分. 它
们在管理的内容与目的方面是有区别的, 同时又紧密相关、
互相促进.生态管理与环境管理不同之处在于生态管理关注
于生态系统中生物主体、生产主体以及人的行为与环境系统
关系的调和管理,其目的是保持生态系统的健康稳定的持续
发展.一个矿山从勘探设计、投入生产到资源枯竭,短则几十
年、长则上百年, 在这么长的时间历程中,技术、经济、社会以
及环境标准等矿山外部条件都会发生很大的变化,因此生态
环境管理必须适应这些变化并做相应的调整,在生态系统保
育和环境管理等方面进行持续有效的改进.在矿山生态环境
管理上必须引进经济因素,要在效益、效果和代价上进行平
衡,做出决策.生态环境管理首先要建立起可行的管理机制
和管理框架 ,要用科学的方法进行生态环境管理, 以实现可
持续的矿区自然、社会、经济发展.可持续的矿区生态环境管
理规划流程及管理方案的框架见图 1.
3 矿区生态环境管理目标和指标的制定
在矿区资源开发生产过程中, 由于矿区自然生态环境、
矿产资源类型、生产技术手段、工艺的不同,对生态环境系统
影响所表现的效果也不同.综合各种情况, 在矿区开发中所
具有的生态环境共性问题为: 1)因采矿开挖对地下水进行排
泄, 造成地下水位的大幅度下降,使矿区主要供水水源枯竭,
并使地表植被干枯, 从而造成对地下含水系统及水资源的破
坏; 2)地表植被遭破坏, 同时采矿放顶而直接产生地表变形
干裂,在雨水作用下形成土壤侵蚀和水土流失, 并由此形成
土壤沙化; 3)矿区大面积的地下采矿活动在地下形成大量的
空洞, 采矿放顶后造成地面沉降,在地表形成低地 ,并由此会
形成沼泽地和积水区; 4)地下浅层开挖放顶后的冒落带直接
发展到地面, 造成地面塌陷、河流断流; 5)废矿石、尾矿堆积
在风力以及雨水淋溶的作用、受污染的地下水疏排, 所产生
的土壤污染、土壤盐渍化、空气粉尘污染和水污染; 6)废矿石
堆积物跨塌、滑坡,并因采矿所引发的山体开裂、滑坡、泥石
流等灾害[ 4] ; 7)表土层破坏严重、土壤消失,或者表土结构坚
硬或过于松散, 都使植物生存基础缺失或脆弱, 生态系统恢
复以及自我维持能力很差; 8)一些矿区废弃地存在重金属含
量过高、pH 值太低或盐渍化等问题,这些因子限制了植物的
生长,使生态系统受损; 9)许多矿山废弃地中几乎没有植物
可以利用的养分, 使植物难于生存; 10)在矿山开采的过程中
许多小型动物、微生物因失去植物系统基础而大部分消失或
大量减少, 使生物多样性消失、生态系统类型发生改
变[ 2, 4, 7, 11] .
根据上述矿山开采过程所出现的这些主要生态环境问
题,生态管理要控制的首要目标就是尽量减少对地表植被的
破坏和保护采后土地植被生态系统恢复所必须的基本条件
的存续.植物群落是生态系统中能流和物流循环的主导者,
同时提供动物、微生物生存的场所和食物,给人类提供美化、
净化和改善环境的能力. 环境管理要控制的首要目标是尽量
避免和减少矿山开采过程中对土地系统、水资源系统的污染
和破坏. 目前在矿山开发过程中对生态系统和环境系统的损
图 1 矿区生态环境管理规划流程及管理方案框架图
Fig. 1 Framew ork of managing project and planning f low of mining ecoen vironment manage.
302 应 用 生 态 学 报 14卷
害是不可避免的, 因此制定生态环境管理方案、建立管理体
系所要达到的目标主要是: 尽量减少这种损害; 尽量减少今
后对生态系统进行恢复和消除对环境系统污染工作的技术
难度和经济代价. 为了建立可持续的生态环境管理体系, 制
定的管理指标必须满足国家及地方环境标准,并满足与技术
经济条件相适应的能够达到的生态环境指标,并且这些指标
随着经济、社会的发展和国家、地方环境标准等外部条件的
改变也相应地能够得到更新.为此在建立管理指标时可以遵
循以下原则: 1)管理指标最严格原则: 在制定生态环境指标
时,国家及地方环境标准是最基本的依据, 但若矿山企业的
技术、经济条件能够使企业在某项生态环境影响方面达到严
于国家及地方标准的程度,那么企业在制定该项指标时应按
可能达到的最高指标进行制定. 2)考虑生态环境效益的综合
经济效益最大化原则:矿山生产的直接经济效益最大化是各
企业追求的目标,但通过对生态资产进行评估和对环境损害
进行经济评估,将这些生态侵害和环境损害纳入到矿山企业
生产成本中 ,对矿山生产的综合经济效益进行评价. 生态环
境管理规划中经济指标的制定应当是追求这种综合经济效
益的最大化. 3)控制对象重叠的指标取较严格指标的原则:
一些指标的控制对象会发生重叠的现象, 例如, 生态指标的
植被破坏和环境指标的土壤层破坏在控制对象的土壤方面
会发生重叠 , 这时应当取严格的指标作为规划指标进行控
制. 4)及时更新原则: 建立完善的内外信息交流、处理系统,
及时调整指标适应这种变化,并对具体管理方案进行修订.
4 生态环境因素的识别
生态环境管理规划的制定就是要把对生态系统、环境系
统产生重要影响的生态环境因素置于完善的运行控制之下,
控制各管理对象使之按照预定的程序进行运作. 通过控制生
态环境因素达到满足生态环境指标, 并最终达到保护生态环
境,促进矿区自然、经济、社会协调发展的目的. 为此在生态
环境管理规划制定的初期,首先要进行的一个重要工作就是
对重要生态环境因素的识别,也就是要辨别出生态环境管理
规划中要控制的对象.这些生态环境因素的识别通过两方面
的工作进行;一是分析矿区资源开发生产过程中所产生的生
态环境影响效果,并分析产生这些影响效果的生产规划设计
中对应的生产技术手段和工艺过程; 二是对矿区生态重建规
划和矿区矿产资源开采完结后的经济、社会发展规划进行分
析,寻找出对自然生态、环境系统的基本要求,同时分析辩明
对这些基本要求构成损害的生产技术手段和工艺过程.这些
对生态系统和环境系统产生影响或者可能产生影响的生产
技术手段和工艺过程就是生态环境管理规划要进行控制的
对象,也就是生态环境因素.
5 生态环境管理方案的制订
生态环境管理方案的制定就是要面对管理对象, 运用系
统科学、运筹学等理论方法进行管理方案规划和决策, 寻求
最经济、有效的方法达到管理目标, 也就是寻求最优解的问
题.矿山开发过程中的生态环境管理是通过对生态环境因素
的控制进行的,也就是对矿山生产的各种生产工艺过程、辅
助生产工艺过程进行控制, 如对矿产资源的采掘、精选、堆
置、废弃物排放等各类生产过程进行控制, 从而达到控制和
保护因矿产资源开发利用可能威胁到的生物、土壤和水资
源,有效控制和治理矿山开发带来的一系列环境污染. 某一
个生产过程会与若干生态环境影响相关, 某项生态环境影响
也会与若干生产过程相联系,在制定各项具体管理措施时数
学规划法是一个较好的数学工具,在进行方案筛选时可以利
用它做出较为科学的决策. 假定某一生产或辅助生产过程
Oi ( i= 1, 2, . . . , n) , 针对它的管理措施方案有 m 个, 以 P ij
( i= 1, 2, . . . , n; j = 1, 2, . . . , m )表示, 生态环境项用 Ek( k
= 1, 2, . . . , n )表示, 如果采取措施 P ij ,其对应的生态环境项
Ek 的预测值为 V ij k. 我们需要进行决策确定采用那一个措施
进行生态环境因素的控制最为经济有效, 为此整理出对应于
各个管理措施的生态环境项的预测值表, 即得益表(表 1) .
假定 Ek 具有 L 种状态, 表中的 V ij Lk为某项生态环境项
Ek所对应的 L 状态时采取措施P ij时的值. 在充分获取基础
数据的基础上可以得到状态 L 出现的概率 f L , 从而可以获
得对应于各个管理措施的生态环境项的期望值. 在选择措施
的决策中根据决策者的意志有如下 5 种原则可供选择: 1)期
望值极大原理:这个方法是采取使期望值为极大的措施. 2)
max min 原理(极小中极大原理) :这种方法着眼于最低的得
益,而在最低的得益中将极大的那个选择出来, 它是一种保
守的意志决定方法. 3) max max 原理(极大中极大原理) : 它
着眼于得益最大的情况, 从中选择最大的. 4)悲观乐观指
标:赫维滋于 1951年提出这种方法, 对于某一常数 a ( 0 # a
# 1) ,由此取下式:
X ij = amin Vij k+ ( 1- a)max Vij k ( 1)
X ij称为 a 指标,当 a = 1 时,就是采取 max min 基准, 当
a= 0 时, 就是采取 max max 基准.而这个 a 由决策者自己决
定,因此如果决策者对最坏的情形比较悲观害怕,则 a 值取
表 1 不同管理措施相应的生态环境项得益表
Table 1 Results of ecoenvironmental i tems following different manag
ing measures
E 1k E 2k . . . E Lk 最大Max imum
最小
M inimum
期望值
Expecta tion value
平均
Average value
Pi1 Vi11 kVi12k . . . Vi1Lk max Vi1Lk min Vi1Lk fL ! Vi1Lk Vi1Lk / L
Pi2 Vi21 k Vi22k . . . Vi2Lk max Vi2Lk minVi1L k fL ! Vi2Lk V i2Lk/ L
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pim Vim1k V im 2k . . . VimLk max VimLk min Vi1Lk f L ! VimLk VimLk / L
大些,若对最好的情形比较乐观, a 可以取小些. 5) min max
reg ret基准(极大中极小的后悔基准) : 这种方法是基于在完
成某件工作后深感后悔, 而对后悔的最大值进行评价, 而选
取使后悔为最小的行动. 因此, 首先选取各个措施中得益最
大和最小的差值,也就是后悔度, 然后选取后悔度为最小的
措施[ 6] . 在生态环境管理方案的制定中也包含了对部分矿山
开采生产过程工艺流程的修改.
例如,安徽省马鞍山钢铁公司南山铁矿自 1916 以来 80
多年的开采历史使矿区自然生态环境状况发生巨大变化, 通
3032 期 刘 平等:矿区可持续生态环境管理规划方法研究
过生态环境影响分析,其首要生态环境问题是土壤破坏和水
资源污染, 特别是硫酸盐酸性水污染问题. 酸性废水主要来
源于尾矿和排土场中大量未被充分利用的含硫矿石经长期
雨水淋溶, 目前已经形成一个面积达 147 280 m2 的酸水库,
对矿区自然生态系统造成严重威胁. 对产生酸性废水的主要
生态环境因素尾矿和排土场,目前可采用的最有效的管理手
段是采取措施对排土场和尾矿进行覆盖避免氧化和雨水淋
溶,或者通过对生产工艺进行改变, 对高含硫矿石等资源进
行充分利用以减少污染源. 在方案决策时, 根据极大中极大
原理,我们选择即能取得最大生态环境效益同时又能取得经
济效益的管理方案, 因此对生产工艺流程进行修改, 改变过
去将采矿的剥离岩土、尾矿的采矿废弃物进行简单堆置处理
的方式,而采取对其进行综合利用、减少环境污染的方式, 实
现地下矿产资源的多级、循环、再生利用 (包括采矿、选矿副
产品) ,产生了很好的经济效益、社会效益和生态效益. 其重
新规划后的废弃物综合开发利用工艺流程方案如图 2 所示.
根据本项规划方案, 尾矿综合利用量 35 ! 108~ 40! 108 kg∃
年- 1,尾矿库利用率 30% 以上, 回收铁精矿 2. 5 ! 107 kg∃
年- 1左右,回收硫精矿 4. 5 ! 107 kg∃年- 1左右. 利用造纸废
水进行矿业酸水的中和处理,做到废物的充分利用, 减少环
境污染和对生态系统的损害,提高经济效益.
图 2 安徽省马鞍山南山铁矿采矿废弃物综合利用生态环境规划方案
Fig. 2 E coenvironmental planning project of integrated using of mining
w aste on Nanshan Iron Ore in Anhui Province.
6 结 语
为了建立可持续的矿区自然、社会、经济发展体系,从矿
区开发之初就必须制订完善的生态环境管理方案, 将其与生
产、生态恢复重建等工艺、方案设计统一考虑相互融合.将生
态、环境和生产系统进行协调管理, 针对不同的矿山实际情
况和生产过程中出现的各种生态环境问题,以尽量减少矿山
资源开发生产过程中对生态环境系统的损害, 降低矿区未来
发展的难度和以付出经济代价的生态环境管理方案目标, 以
科学的评价决策手段进行各种可能的生态环境管理方案的
决策,以取得良好的生态环境效益、社会效益和经济效益. 生
态环境管理是一个动态的、持续改进的过程, 要不断地将新
的标准、技术引入到生态环境管理体系中, 促进矿区开发中
的各类技术进步,人员素质的提高和观念的转变, 从而使矿
区不断增强可持续发展的能力.
参考文献
1 Du P J(杜培军) . 1998. Study on the rational exploitat ion and use
of land in mining dist rict s. Coal E nv iron Prot (煤炭环境保护) , 12
( 3) : 11~ 13( in Chinese)
2 Fu XF(付兴方) . 1998. An approach to the issues of coordinat ion
development of environment and economy in coal mining areas. Coal
En vi ron Prot (煤炭环境保护) , 12( 2) : 41~ 43( in Chinese)
3 He SJ (何书金) . 2000. Evaluat ion method and it s applicat ion to
the potent ialit y of w asteland reclamat ion of China% s abandoned m in
ing areas. Geogr Res (地理研究) , 19( 2) : 165~ 171( in Chinese)
4 Hu WY(虎维岳) . 1998. M ining and negat ive affect ions on environment.
J China Coal Soc (煤炭学报) , 10(5) : 513~ 516( in Chinese)
5 Hu ZQ( 胡振琪) . 1997. Dest ruct characters of coal min ing sink
f ield in Huabei Plain. Coal Env i ron Prot (煤炭环境保护) , 11( 30) :
6~ 10
6 Jinteng CL(近藤次郎) . 1985. Management Engineering. Beijing:
China Societal Science Press. 154~ 184( in Chinese)
7 Liu LM (刘利民) . 1998. Thoughts on the sustainable develop
ment of China% s coal cit ies. S ci Techn Rev (科技导报) , 5: 61~ 63
( in Chinese)
8 Peking University S tudy Group on &Regional Development Plan
ning% of Fuxin City(阜新市产业结构调整及发展战略规划课题
组) . 2000. In dust rial st ructure adjustm ent and regional sustainable
development st rategy in Fuxin City. China Pop Res Env ir on (中国
人口∃资源与环境) , 10( 3) : 71~ 75( in Chinese)
9 Shi TG( 史同广) . 1997. Evolvement an d reconstruct ion of sink
soil in coal m in e. Count ry Nat Res S tudy (国土与自然资源研究) ,
( 3) : 27~ 30
10 Shu JM(舒俭民 ) . 1998. Ecological restorat ion of mining wasted
lands. China Pop Res En vi ron(中国人口∃资源与环境) , 8( 3) : 72
~ 75( in Chinese)
11 Song HB(宋焕斌) . 1998. Reinforce min e rehabilit at ion and pro
t ect land resources. China Min Mag (中国矿业) , 7( 3) : 72~ 75( in
Chinese)
12 T ang WJ(汤万金) . 1999. Several essential problems of sustainable
in mining area. China Min Mag (中国矿业) , 8( 1) : 11~ 13( in Ch i
nese)
13 T ang WJ(汤万金) , Wu G( 吴 刚) . 2002. Considerat ion for eco
logical planning in min ing areas. Chin J App l Ecol ( 应用生态学
报) , 11( 4) : 637~ 640( in Chin ese)
14 Xue L ( 薛 玲) . 1996. Demonst rate engineering of ecological
restorat ion and resume platoon soil in loess plateau. E nv iron S ci (环境科学) , 17( 2) : 60~ 63( in C hinese)
15 Zhao YX(赵玉霞) . 2000. S ustainable analysis and comparison of
several styles for agricultural reclamat ion in mines. China Pop Res
Env i ron (中国人口∃资源与环境) ,10( 2) : 72~ 74( in Chinese)
16 Zhong T (钟 铁) . 1998. Discussion on the sustainable utilizat ion
in minef ield resource planning of Nanshan Iron mine. Metal M in
(金属矿山) , ( 4) : 42~ 45( in Ch inese)
17 Zhu X(朱 训) . 1997. Recognize position, st rong one% s belief-
st rive for m ining development . China Min Mag (中国矿业) , 6( 1) :
1~ 4( in Chinese)
作者简介 刘 平,男, 1963 年生,博士, 副研究员,主要从事
产业生态学、生态工程以及城市生态方面的研究, 发表论文
10 余篇. Email: liuping@ mail. r cees. ac. cn
304 应 用 生 态 学 报 14卷