（安全技术及工程专业论文）采煤塌陷区生态安全综合评价研究——以唐山南部采煤塌陷区为例.pdf

河北理工大学硕士学位论文 a b s 打a c t w i t ht h eg e n e r o u se x p l o i t a t i o no ft h ec o a l ，t h eg r a d u a li n c r e a s ei nt h es u b s i d i n ga r e a h a sd e s t r o y e dt h ee c o l o g i c a ls t r u c t u r eo fm i n i n ga r e as e r i o u s l y ，a n di n f l u e n c e dt h el i f eo f t h em i n i n ga r e aa n ds u r r o u n d i n ga r e ap e o p l e a l t h o u g hs o m es u b s i d i n ga r e a sh a v ea l r e a d y b e e nr e c l a i m e d ，s t i l li th a sn o tr e a c h e dam o r es a t i s f a c t o r ys e c u r i t ys t a t e i ns u c hc a s e s ， h o wt oc a r r yo ne c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o ni nt h es u b s i d i n gm i n i n ga r e as e e m s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t a tp r e s e n t ，t h ee c o l o g i c a ls a f e t ya p p r a i s a lt h e o r ya n dm e t h o da r e n o tr i p e ry e t o nt h eb a s i so fa b s o r b i n gt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e l e v a n tr e s e a r c hi n c o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lo fe c o l o g i c a ls a f e t y ，t h es a f ec o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lm e t h o do f t h ee c o l o g yo fs u b s i d i n ga r e a sa n di n s t a n c eh a v eb e e ne x p l o r e da n ds t u d i e di nt h i st e x t t h i st e x th a ss u m m a r i z e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dt h et r e n ds t u d i e di nd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a le c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o n ，s u m m a r i z e dt h ee c o l o g i c a ls a f e t yd e f i n i t i o n ( m e a n st h a tt h es y s t e mc a r lm e e tak i n do fs t a b l es t a t e ( e x c e p tm i l i t a r yr e a s o n s ) s u r v i v i n g a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h eh u m a nh e a l t h ) ，e x p o u n d e dt h e e c o l o g i c a ls a f e t y c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef u n c t i o no fe c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o n , p r o b e di n t ot h er e s e a r c h p u r p o s e ，t h em e a n i n ga n dt h er e s e a r c hc o n t e n t so fe c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o no fs u b s i d i n g a r e ao fm i n i n g ，e x p l a i n e da n dm i n e dt h ec o m p o s i t i o no ft h es u b s i d i n ga r e a sb r i e f l y ，a n d a n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo f m i n i n gc o l l a p s e so ne c o l o g i c a ls a f e t yo f t h ea r e a a c c o r d i n g t ot h e p r e s s u r e s t a t e i n f l u e n c ei e p s r ( p r e s s u r e s t a t e r e s p o n s e ) c o n c e p t u a lm o d e l ，i th a ss t r u c t u r e dt h es a f e t ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo ft h ee c o l o g yi n s u b s i d i n ga r e a s ，s e l e c t i n gt w om a j o ri n d e x e si n c l u d i n gn a t u r a le n v i r o n m e n ta n ds o c i a l e n v i r o n m e n tf o ru s e ，s e tu pt h ee c o l o g i c a lg r a d eo fi n d e xo ft h es u b s i d ea r e ao fm i n i n g ， d i v i d i n ge v e r yi n d e xi n t o f i v eg r a d e s ，a n di n t r o d u c e dt h e l i n e a rc o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a l m e t h o do fw e i g h t i n ga n dn o t - r e a l l y - k n o w ne s t i m a t i n ga n da p p r a i s i n gm o d e lt h e s et w o k i n d so f m e t h o d s a d o p t i n gt h ea n a l y t i c a lm e t h o do ft h el e v e lt oc o n f i r mt h ew e i g h to ft h es a f e t y e v a l u a t i o ni n d e xo ft h ee c o l o g y ，w eh a v ec a r r i e do nt h es a f ec o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lo f t h ee c o l o g yi nt a n g s h a ns o u t hs u b s i d i n ga r e a sw i t hl i n e a rw e i g h t i n gc o m p r e h e n s i v e m e t h o da n dt h en o t - r e a l l y k n o w ne s t i m a t i n ga n da p p r a i s i n gm o d e l ，a n dt h r o u g ht h es a f e t y c o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lo fe c o l o g yo ft h es u b s i d i n ga r e a si nt h es o u t ho ft a n g s h a n ，t h e 摘要 r e s u l th a si n d i c a t e dt h a t1 ) t h e s et w ok i n d so fa p p r a i s a lm e t h o d sa r es u i t a b l ef o rt h e e c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o no ft h es m a l la r e aa n dt h ea p p r a i s a lr e s u l t so ft w ok i n d so f a p p r a i s a lm e t h o d sh a v ec o n s i s t e n c y 2 ) t a n g s h a ns o u t hm i n es u b s i d i n ga r e a sw a si ni i g r a d ee c o l o g ys a f es t a t ei n2 0 0 3 ，w h i l ei nng r a d ee c o l o g ys a f es t a t ei n1 9 9 2a n d1 9 9 7 ， t h em a i nr e a s o ni st h a tt h eg o v e r n m e n to ft a n g s h a ns t r e n g t h e n e dt h ea d m i n i s t r a t i o no ft h e s u b s i d ea 瑚o f m i n i n gt ot h es o u t hs i n c e19 9 7 f i g4 ；f o r m18 ；r e f e r e n c e s6 4 k e y w o r d s ：m i n i n gs u b s i d i n ga r e a s ，e c o l o g i c a ls a f e t ye v a l u a t i o n ，i n d e xs y s t e m c l a s s i f i e a t i o nn u m b e r ：x 9 3 6 ；t d 7 一1 1 1 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：叠壁堡日期：迦坚年皇月望日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：蛊盐蟹 导师签名： 日期：a 必牟蜘丝日 河北理工大学硕士论文 引言 良好的生态环境是人类生存的基础。人类在享受自己创造的物质和精神财富的 同时，也不可避免的给地球带来了各种各样的环境问题和生态危机。随着生态环境 质量的日益恶化全球气候变暖、臭氧层空洞、生物多样性的消失与全球生态系 统的危机，局部与区域的酸雨、水土流失、干旱洪涝、沙尘暴、泥石流、水污染、 大气污染、垃圾问题，还有最近印尼发生的大海啸等等，人类丌始意识到生态环 境破坏不仅是影响一个地区，一个国家问题，而且也是关系到人类可持续生存和发 展的全球性问题。因此，在一切开发地球资源、改变地球环境的活动中，对我们的 生存环境进行生态安全评价和改善生态安全状况，是十分重要的，也是我们今后面 临的重大任务。 煤炭企业为我国经济的发展提供了优质服务，但同时也造成了严重的生态环境 问题和社会问题。由于采煤塌陷使生态结构破坏，生态功能丧失或是降低，生态环 境恶化，生态失衡。截至2 0 0 4 年1 2 月3 日，全国煤矿累计采空塌陷面积超过7 0 0 亿m 2 ，造成的损失已经超过5 0 0 亿元。因为塌陷是个缓慢的过程，其严重后果并不 是立即显现，这也造成煤矿企业在经济效益不是太景气的情况下“忽略”塌陷治 理。山西作为产煤大省，是采煤塌陷灾害最严重的地区。全省共1 5 0 0 亿m 2 的土 地，采空区就达2 0 0 亿m 2 ，相当于总面积的七分之一。目前，采空区中6 0 亿m 2 的 地域已经遭受了地质灾害【2 】。 自2 0 世纪9 0 年代以来，我国及相关部门对采煤塌陷区进行了大量的研究，尽 管已经恢复了大片土地，但是还远远不能恢复到破坏前的生态安全状念，严重影响 了我国矿区及周边人民的生产和生活。为此应该对采煤塌陷区生态安全进行综合评 价和治理以引起当地决策者的注意，尽快使采煤塌陷区恢复或重组到最佳状态， 这样才能使矿区及周边人民的生活安居乐业。 建立套科学的、合理的采煤塌陷区生态安全评价指标体系对采煤塌陷区进行 科学的、合理的综合评价，可以为制定合理科学的治理方案提供依据，对治理采煤 塌陷区具有重要的指导作用。 目前，对采煤塌陷区的生态安全综合评价的研究，在国内外尚未见报道。因 此，对采煤塌陷区的生态安全综合评价研究具有理论意义与现实意义。 本课题来源于唐山市科技局项目唐山市采煤下沉区生态园林化综合技术开发 研究。 1 文献综述 1 文献综述 1 1 国内外生态安全研究现状 1 1 1 国外生态安全评价研究进展 早在1 9 8 9 年，国际应用系统分析研究所就提出要建立优化的全球生态安全监测 系统，并指出生态安全的涵义是指在人的生活健康安乐基本权利、生活保障来源、 必要的资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁【3 1 。 在宏观上，国外研究主要围绕生态安全的概念及生态安全与国家安全、民族问 题、军事战略、可持续发展和全球化的相互关系而展开。n o r m a nm v e r s f 4 1 于1 9 9 3 年 指出生态安全涉及由地区的资源战争和全球的生态威胁而引起的环境退化，这些问 题继而波及经济和政治的不安全，他将此概念广泛宣传于学术期刊和国际会议上。 1 9 9 6 年地球公约的面对全球生态安全的市民条约中，约有1 0 0 多个国家的 2 0 0 多万人签字。该条约建立在生态安全、可持续发展和生态责任的基础之上，要 求各成员国和各团体组织互相协调利益，履行责任和义务 4 1 。1 9 9 8 年发表的生态 安全与联合国体系中，各国专家就生态安全的概念、不安全的成因、影响和发展 趋势发表了不同看法，其中有悲观危机的观点，有中立的客观认议，也不乏积极乐 观的见解【5 4 】。总之，生态安全作为一个热点已被越来越多的专家学者和行政长官乃 至平民百姓所重视。 国际社会给予生态安全的重视程度还不能与资源、环境和社会的可持续发展相 比，但它拥有一些有影响力的倡导者，包括我们共同的未来报告主席o r o h a r l e mb r u n d t l a n d 、美国前任副总统a 1 g o r e 和联合国前任秘书长b o u t r o sg h a l i 。 n o r m a nm y e r s 是发展和宣扬生态安全概念的先行者之一。他在学术期刊和安全分析 研讨会上多次提及生态安全。他的著作最后的安全对诸如地区资源战争和全球 生态威胁等焦点问题作了大量案例分析，来证明生态环境退化将会牵连到经济的不 安全和政治的不安全 4 1 。 从微观角度，国外对生态安全的研究是从生态风险分析和生态系统健康评价发 展起来的。与生态安全相关的生态风险评价和生态健康风险评价具有较为完整的概 念体系和系统的操作方法，就研究内容来看，主要集中在以环境污染和毒物危害的 2 河北理工大学硕士学位论文 生态风险评价以及微观的生态系统质量和健康评价。而对生态系统的生态安全及其 评价的研究还很少。 生态风险评价( e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t ，e r a ) 是环境风险评价的重要组成部分 【8 】。它是指受个或多个胁迫因素影响后，对不利的生态后果出现的可能性进行的 评估1 9 】。随着新技术和新方法的应用，e r a 的研究领域迅速扩展。早期的生态风险 评价主要是针对人类健康而言的，也就是人类健康风险评价。主要评价化学污染物 进入水体后通过食物链的传递，最终可能对人类造成的影响。这方面的工作做得很 多，技术也很成熟，并且成为环境毒理学的一个主要分支。生态风险的评价内容主 要包括危害评价、暴露分析、受体分析和风险表征 10 1 。b a r n t h o u s e 等将生态风险评 价的一般步骤归纳为：选择终点、定量和定性描述风险源、鉴别和描述环境效应、 采用适宜的环境迁移模型，评价暴露的时空模式、定量计算生物暴露水平和效应之 间的相关性等j ”。 2 0 世纪9 0 年代初，美国科学家j o s h u a l i p t o n 等人提出生态风险的最终受体不 仅为人类自己，而且包括生命系统的各个组建水平( 个体、种群、群落、生态系统乃 至景观) ，并且考虑了生物之间的相互作用以及不同组建水平的生态风险之问的相互 关系，这个更广泛的定义被普遍接受。当前e r a 的研究重点放在生态系统对环境干 扰的敏感性上。美国环保局已把e r a 作为制定环保政策的依据之一【1 3 , 1 4 。k i m ”1 认 为生态安全的定义是由生态威胁、生态风险等概念演变而来，人类则是造成生态威 胁的主要责任者。 生态系统健康评价是s c h a e f f e r 等1 9 9 8 年在生态健康1 1 6 1 中首次提出，该文 探讨了生态系统健康的度量问题。k a r r ”1 认为由于人类的国度干扰造成了生态系统 的退化，生态系统健康就是生态系统的完整性，并率先在河流的评价中使用了“生 态完整性指标”。 生态系统健康评价要基于系统的功能过程来确定指标，特别是评价其干扰后的 恢复能力，包括完整性、适应性和效率1 1 8 】。评价指标即可使用系统综合水平、群落 水平、种群及个体水平等多尺度的生态指标来体现生态系统的复杂性，还可以包含 物理、化学方面的指标以及社会经济、人类健康指标，反映生态系统为人类提供生 态系统服务的质量与可持续性【1 9 】。m a r s h a l l 等提出评价大尺度国家和区域生态系统 健康的指标体系【2 例，可用于局域、洲际到全球尺度的生态系统长期监测。c o s t a n z a 等提出的生态系统健康的质量标准，对各组分进行加权，考虑了每一组分整个生态 系统功能的相对重要性的评估，将评估结果合成为价值 2 1 1 。 i 文献综述 1 1 2 国内生态安全评价研究进展 在我国，环境安全意识是从2 0 世纪9 0 年代刚刚起步。1 9 9 8 年的长江流域的大 洪灾是所有生态环境问题的一次大爆发，也给环境安全问题敲晌了一次警钟，人们 更多的是考虑我国的生态安全问题。新世纪之初，沙尘暴一次又一次的袭击我们 1 2 2 1 ，使人们意识到治理我们的生态环境已经是刻不容缓。同时国家正在进行着西部 大开发，人们担心，在开发过程中会不会更加破坏西部脆弱的生态环境，因此学术 界纷纷把生态安全作为研究内容。 2 0 0 0 年1 2 月国务院发布的全国生态环境保护纲要中，提出了一个全新的 国家生态安全概念。国家生态安全是指国家生态和发展所需的生存环境处于不受破 坏和威胁的状态，这是我国首次明确提出的维护国家生态安全的目标。2 0 0 1 年3 月，全国人大、政协两会期间，环境保护与生态建设成为代表们和委员们的热门话 题，认为“十五”计划的发展目标有两个即经济发展和生态建设，将生态建设和环 境保护放在突出的位置。2 0 0 1 年4 月，中央电视台焦点访谈连续五天播出“中国生 态安全报告”，从我国生态灾难、沙漠化、森林以及湿地功能减退等方面，介绍了 我国生态安全面临的态势，呼唤公众加强生态安全的忧患意识。在九届全国人大五 次会议上，前总理朱镕基作 时就语气沉重地说：“我国生念环境问 题依然相当严重”。“两会”期间，全国人大环资委主任委员曲格平说，我国生态 环境问题逐步上升发展成为生态安全问题，已成为国家安全的一个重要方面。 国内的生态安全研究虽不多见，但近年来有增长趋势，应该说还停留在探索阶 段，理论尚不够成熟。不少学者对生态安全的概念及内涵做了阐述： 程漱兰 23 】认为国家生态安全是实现一国生存和发展所处生态环境，保持土地、 水资源、天然林、地下矿产、动植物种质资源、大气等“自然资源”的保值增值、 永续利用，使之适应国民教育水平、健康状况体现的“人力资本”和机器、工厂、 建筑、水利系统、公路、铁路等体现的“创造资本”持续增长的配比要求，避免因 自然衰减、资源生产率下降、环境污染、和退化给社会生活和生产造成的短期灾害 和长期不利影响，甚至危害国家军事、政治和经济安全。 尹希成【2 4 1 认为生态安全是指人类赖以生存的生物圈处于自然平衡状态。 陈国阶1 2 5 1 认为生态安全是指人类赖以生存的生态和环境，包括聚落、聚区、区 域、国家乃至全球，不受生态条件、状态及其变化的威胁、胁迫、威海、损害乃至 毁灭，能处于正常的生存和发展状态。 4 河北理工大学硕士学位论文 肖笃宁皿q 认为生态安全有广义和狭义的两种理解。前者以国际应用系统分析研 究所( i a s a ，1 9 8 9 ) 提出的定义为代表：生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基本 权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受 威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人 工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统 完整性和健康的整体水平反映。 曲格平口7 1 提出生态安全的概念，其一是防止由于生态环境的退化对经济基础构 成威胁，主要指环境质量状况和自然资源的减少和退化削弱了经济可持续发展的支 撑能力：其二是防止环境问题引发人民群众的不满特别是导致环境难民的大量产 生，从而影响社会稳定。 吴开亚【2 8 】认为生态安全是由自然、经济和社会等组成的复合生态系统在受到一 定的威胁、破坏或损害时，系统所具有的服务功能仍能满足人类可持续发展需求的 种状态。 综合以上学者对生态安全概念的定义，本文用一句话概括说明生态安全的定 义：是指系统能够满足人类健康生存及可持续发展的一种稳定状态( 除了军事原 因) 。 在此期间不少学者对生态安全综合评价开展了具体的研究工作： 吴国庆 2 9 】对浙江省嘉兴市的农业进行了生态安全评价。介绍了农业可持续发展 的生态安全的概念、特点，以浙江省嘉兴市为例，讨论了区域农业可持续发展的生 态安全评价的基本过程和方法，确定包括资源生态环境压力、质量和保护整治能力 的评价指标体系，以及不安全标准值和不安全指数的计算方法；提出区域农业可持 续发展的生态安全建设对策。 中国科学院南京地理研究和湖泊研究所的吴豪、许刚【30 】等人做了构建长江流域 的生态安全体系初步探讨，阐述了生态安全与生态安全体系的基本概念，提出了生 态安全体系由生态安全组织管理系统，规划、决策与建设管理系统，政策与法律配 套系统，信息管理系统，监测、预警、监督与评估系统和资金保证系统等组成：最 后分析了长江流域生态环境问题现状，认为建立长江流域生态安全体系非常紧迫， 并勾画了这体系的基本框架。 张建新，邢旭东【3 l 】等人对湖南土地资源可持续利用的生态安全进行评价。指出 了生态安全是土地可持续利用的基础，土地生态安全评价是土地可持续利用研究的 前沿课题。以湖南省1 4 个地州市为样本，从1 9 9 9 年社会经济和土地生态环境压 一5 l 文献综述 力、土地生态环境质量、土地生态环境保护和整治能力等各方面的运行数掘中选取 人口密度、城镇化水平、人均耕地等2 4 个指标，采用均方差客观赋权，从各指标的 统计特征值及全国的平均值出发，确定本省的生态安全评价阈值s ，计算各地市多 指标加权综合评价值，试图对本省土地生态安全进行客观综合评价。 胡宝清，廖赤眉【3 2 】等人对广西都安瑶族自治县农业可持续发展的生态安全进行 评价。以广西都安瑶族自治县为例，建立都安农业可持续发展生态安全评价指标体 系，对都安农业可持续发展进行生态安全评价，进而做出生态安全区划，并提出了 不同生态安全区的土地利用与生态安全建设对策。 黄裕婕，张增祥【3 3 l 等人对西藏中部的生态环境综合评价。主成分综合评价方法 是一种不需专家打分，而能将多指标所包含的信息综合为一个指标的综合评价方 法。将该方法应用于西藏中部的生态环境综合评价，得出了西藏中部生态环境质量 级的分布状态及其与地形地貌的关系。 阎传海 3 4 1 对江苏北部景观生态评价。景观生态评价就是对景观生态现状进行评 定，它是景观规划、管理、保护的基础，以地貌为基本线索，以植被为标志，建立 江苏北部的景观生态分类系统f 包括6 个景观型，2 3 个景观亚型) 。根据景观型之f n 】 的相似性与差异性，选取两套指标对各景观亚型进行生态评价。通过评价指标的等 级化处理和评价指标权重的确定，计算出各景观亚型的综合评价指数。据此划分出 极危急、危急、正常三种景观生态现状类型统计结果显示，江苏北部生态现状极危 急、危急、正常景观面积分别占总面积的1 3 7 ，3 2 1 ，5 4 2 ，表明江苏北部景 观生态形势非常严峻，景观生态的恢复与重建已迫在眉睫。 孙玉军，王效科 35 】等人对五指山保护区生态环境质量评价研究。血指i h 自然保 护区是当今世界热带雨林保护较为完整的区域，是具有典型热带特征的自然生态系 统。通过设置0 0 6 o 1 0 h m 2 的样方进行调查与线路调查，对该区的土壤、植被、生 态系统、物种多样性、动物等主要生态环境因子进行了分析评价。认为该区属区域 生态环境脆弱的地带，生态服务功能敏感性强。在此基础上，提出区域的有序开发 与环境保护协调发展的基本思路。 吴开亚【3 6 】对区域生态安全综合评价的理论方法及应用问题进行了深入系统的研 究。阐明生态安全理论的形成背景，重新对生态安全概念进行定义，通过对国内外 区域生态安全评价的框架模型和指标体系比较分析，将层次分析法与p s r 概念模 型相结合，构建了区域生态安全评价的指标体系。该指标体系由3 6 个指标组成，涵 盖系统自身的生物物理状态、社会经济和人文压力等方面，这样就保证了指标体系 6 河北理t 大学硕士学位论文 选择的科学性和完备性。基于各评价指标的特性、水平以及国内外相关标准、制定区 域生态安全的评价标准和等级。总结区域生态安全评价单元的确定方法、原始数据 采集方法和数据预处理方法，分别采用层次分析法和熵权法对区域生态安全的评价 指标进行赋权，在此基础上又使用“考虑评价者对赋权方法的偏好及赋权方法的一 致性程度”的组合赋权法，对评价指标进行重新赋权。将主成分投影、b p 神经网络 和未确知测度理论引入到区域生态安全评价领域，建立了相应的生态安全评价模 型。从资源、环境、人口、社会经济等方面，深入探讨安徽生态安全现状及威胁生 态安全的主要因素，提出从按照经济规律组织社会经济活动、实施“三区推进”战 略、积极进行产业结构调整、优先解决影响生态安全的关键问题、重点解决资源丌 发利用中的生态环境问题、建立全省生态安全监测、预警、监督和评估系统、建立 和完善生态安全的资金保障体系、完善生态安全管理的政策法规及执法检查体系、 提高全民生态安全的参与意识等九个方面，加强安徽省的生态安全管理。 1 2 生态安全评价 1 2 1 生态安全评价的对象 生态安全评价的内容【3 7 1 包括：1 ) 国土安全。国土安全是指国土资源的数量、质 量和结构处于一种有效的供给状态，即在动态上满足当代任何未来人的需要：2 ) 水 安全。水安全就是水资源的可持续利用。3 ) 森林和植被安全是指维护森林和植被提 供生态服务的功能的完整性和生产过程的连续性。4 ) 生物多样性安全。生物多样性 是生物及其他环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。生物多 样性提供了地球生命系统的基础，包括人类生存的基础，生物多样性的价值除了具 有经济价值和生态价值以外，还具有重大的社会价值( 科学研究和美学价值等) ， 保证生物多样性就是保证地球生命系统基础的安全和人类生存的安全。5 ) 大气安全 是指大气质量维持在授纳体可接受水平或不对授纳体造成威胁和伤害的水平。 1 2 1 生态安全的特点 1 整体性。生态环境是相连相通的，任何一个局部环境的破坏，都有可能引发 全局性的灾难，甚至危及整个国家和民族的生存条件。许多环境问题都是由小范 围、小局部的问题，逐渐蔓延扩大成大范围、大区域性的问题，如全球大气污染等 问题。 7 l 文献综述 2 不可逆性。生态环境的支撑能力有其一定限度，一旦超过其自身修复的“阀 值”，往往造成不可逆转的后果，比如野生动物、植物一旦灭绝就永远消失了人力 无法使其恢复。像西南地区出现的“石漠化”土地，流失的土壤人力无法使其恢复， 这种环境问题也是不可逆转的。 3 全球性。正如全球经济一体化之后，国与国之间的经济安全密切相关一样， 生态安全也是跨越国界的。一国的生态灾难有可能危及邻国的生态安全，如国际性 河流中，上游国家的污染物排放或渗漏，就有可能危及下游国家的用水安全。在生 态安全上，各国有着相当广泛的共同利益，因而也最有可能开展国际合作。 4 长期性。许多生态环境问题一旦形成，要想解决它就要在时问和经济上付出 很高代价。比如改变沙化土地，使之恢复原来的面貌，往往要数十年甚至几代人的 努力，经济代价也很高。如为了防止我国沙漠的蔓延并使之部分沙漠化土地得到恢 复，恐怕要付出上万亿元的投入才有可能。 5 基础性。生态安全是整个安全体系的载体，与经济安全、政治安全和军事安 全有着密切的联系，如果连基本的生态安全都保障不了，其他的安全更无从谈起。 1 2 2 生态安全评价作用 1 生态环境系统状况的安全性表征和定量评价，使公众对生态安全问题的严重 形势有明确的理解。 2 通过测定研究区的生态安全状况，为可持续发展提供参考，为环境管理决策 者提供理论依据和方法基础。 3 通过对区域生态安全的评价，使生态环境调控具有数量化的意义。 1 3 研究内容、目的和意义 1 1 3 1 研究内容 在吸收国内外有关生态安全的研究成果的基础上，对采煤塌陷区生态安全综合 评价理论方法和应用问题进行了系统的研究。 第一，总结了国内外生态安全研究的现状及趋势；概括了生态安全的定义，阐 明了生态安全的特点及生态安全评价的作用：研究技术路线及采煤塌陷区生态安全 评价的理论和实践意义。 第二，简单说明了采煤塌陷区的形成过程，分析采煤塌陷对区域生态安全的 8 一 河北理t 大学硕士学位论文 影响。 第三，构建采煤塌陷区生态安全评价指标体系，并建立采煤塌陷区的生态指标 等级。 第四，在分析常用的生态安全评价方法基础之上，选择适合采煤塌陷区的生态 安全评价方法。 第五采用层次分析方法确定了生态指标的权重；然后对唐山南部采煤塌陷区 进行了生态安全综合评价。 第六，总结。 1 3 2 研究的意义 1 理论意义 随着煤炭和其他有用矿物的大规模开发和利用，既给人类带来巨大的经济效益 和社会效益，也对人类生存环境产生一系列的消极影响。其中，开采沉陷对环境的 影响就是一个重要的方面。近年来随着开采沉陷学的深入研究，开采沉陷对生态的 影响越来越受到重视。然而本文的研究属于应用理论的范畴，其研究成果不仅可以 丰富开采沉陷学内容，同时也可以直接服务于决策者的决策行为。 2 现实意义 我国是一个以煤炭为主要能源的国家，大规模的煤炭资源的丌采，造成大面积 的采煤地面塌陷，对农业生态系统、矿区人们及周边的百姓造成严重危害和影响。 通过对采煤塌陷区的生态安全评价可以为采煤塌陷区的生念环境的恢复及开发利用 提供理论依据。促进煤炭工业发展老路子向良性循环转化，走可持续发展的生态道 路。 研究的目的是通过建立采煤塌陷区的生态安全综合评价系统，为各地的采煤塌 陷区提供评价方法。通过评价唐山市南部采煤塌陷区的生态安全状态，进而为唐山 市南部采煤塌陷区的决策者提供生态安全报告，以引起采煤塌陷区的决策者的重 视，尽快使采煤塌陷区恢复生态安全状况，以免引起其他的生态安全不良状况。 2 采煤塌陷对区域生态安全的影响分析 2 采煤塌陷对区域生态安全的影响分析 2 1 采煤塌陷区的形成 当地下煤层被采出之后，采空区的顶板岩层在自身的重力和其上覆岩层的压力 作用下，产生向下的弯曲和移动。当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该层岩层 抗拉强度极限时，直接顶板发生破碎和断裂并相继冒落，接着上覆岩层相继向下弯 曲、移动进而发生断裂和离层。随着采煤工作面向前推进，受到采动影响的岩层也 不断扩大。当煤层开采扩大到一定时，在地表就会形成一个比采空区大得多的近似 椭圆形的塌陷盆地，从而影响了区域生态安全【3 8 l 。 2 2 采煤塌陷对区域生态系统的影响分析 2 2 1 采煤塌陷对区域土壤的影响分析 1 塌陷对土地侵蚀的影响 开采塌陷形成了下沉盆地，下沉盆地使地表倾斜、坡度改变。坡度是决定径流 冲刷能力的基本因素之一。径流是指雨水流向排泄区的作用过程。坡度越大则径流 量越大，冲刷量也越大，引起水土流失和土地侵蚀也越严重，所以根据地面倾斜估 算侵蚀程度是恰当的。李树志等在矿区生态破坏防治技术时93 中将地面坡度与 侵蚀程度之间关系列表1 。 表1 地面坡度与侵蚀程度之间的关系 t a b l elt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r o u n dg r a d i e n ta n ds o i le r o s i o n 2 采煤塌陷对土壤盐碱化的影响 地面塌陷形成大面积地表盆地，下沉由几毫米十几米不等，这很容易引起土 壤的盐碱化和沼泽化。普遍认可的土地的沼泽化和盐碱化划分级别为表2 。 1 0 河北理工大学硕士学位论文 表2 土壤的盐碱化和沼泽化分级 t a b l e2c l a s s i f i c a t i o no f s o i ls a l i a i z a t i o na n ds w a m p i n g 影响级别 影响程度地下水埋藏深度( m ) 矿化度( 1 ) 地下水停滞时间 1 土壤无盐泽现象 3 1 停滞时间短 2 土壤出现盐泽化 2 31 2地f 径流缓慢 3 洪涝、盐泽共存 2 一o 52 1 0 地下径流滞缓 3 对土壤湿度的影响 地面塌陷导致地下水位下降、土壤中裂隙产生，这不仅使因毛细现象而使土壤 反湿非常困难，也大大加强了风力挟走土壤水分的能力( 蒸发作用) ，因此土壤湿度 大幅下降，农作物减产。对于不同质地的土壤，农作物f 常生长所需的有效水分和 湿度是不同的。 4 沉陷对土壤质量的影响 1 ) 开采塌陷对土壤物理特性的影响 土壤水分及其强度是对土壤生产力影响的重要因素。土壤重度是反映土壤强度 的指标。土壤物理特性试验结果表明未塌陷区土壤重度一般为1 3 1 5e d c m 2 左右， 而沉陷区土壤重度一般在o ，9 0 1 3 2g c m 2 之间。表现为白上坡到塌陷中心土壤重度 逐渐加大的趋势。一般而言，塌陷地上坡为0 9 1 0 c m 2 之间，中坡为1 0 1 2 0 g c m 2 之间，塌陷中心为1 2 0 1 3 0 9 c m 2 之间。这反映了采煤引起土体下沉，增加土 壤密实度，导致土壤重度加大的现象。 大气降水或灌溉水在土壤中的入渗能力主要取决于土壤的导水率和水压梯度， 其中土壤导水率由土壤结构决定，而水压梯度则决定于降雨或灌溉水量的大小。采 煤发生大面积塌陷、地下水位下降，塌陷区地表产生大量裂隙，改变了土壤的质地 结构，增大了土壤的导水率“”。 2 ) 开采沉陷对土壤养分的影响 土壤有机质及化学特性是影响作物生长的重要因素。开采塌陷造成地表形成了 许多裂缝和相对的坡地和洼地，土壤中许多营养元素随着裂隙、地表径流流入采空 区或洼地造成许多地方土壤中养分的短缺，严重影响了农作物的生长。研究结果表 明，受采空区影响，土壤养分最短缺的部位是塌陷拐点，因为此部位裂缝发育良 好，极容易漏水漏肥。塌陷中心情况不尽相同，一般与采深有关，采深越浅，土壤 养分越短缺；采深越深，养分短缺越不明显，有时还会出现养分集中的现象，这与 养分沿坡度向塌陷中心移动及采空区顶板岩性有关。所以在复垦时要分区、分情况 2 采煤塌陷对区域生态安全的影响分析 而采取不同的复垦办法进行治理。采煤塌陷对土壤有机质有破坏作用，如受塌陷影 响的耕地与正常的耕地相比，有机质含量下降3 0 左右，而土壤肥力的下降导致了 农作物减产1 0 4 0 1 4 ”。 益正蓄i 主隹 图1采煤塌陷对土壤质量的影响效应模式 f i g 1i m p a c tp a t t e ro f c o a l l i e l de x p l o i t a t i o nu p o ns o i lq u a l i t y 2 2 2 采煤塌陷对区域水系的影响分析 1 采煤塌陷对水资源量的影响 煤层浅层干旱区长期大面积采煤，导致采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙 带和地面塌陷范围随之扩大，使地表水与地下水、矿坑水发生了直接联系，造成沙 川径流大量渗漏，径流量明显减少。 1 2 河北理工大学硕士学位论文 煤炭开采对不同类型的地下水产生不同的影响。由于煤矿开采使地表水水量减 少，必然导致第四系孔隙水补给减少，而一部分第四系含水层底板被采煤裂隙所波 及，进而又增加了含水层向下部基岩的垂直入渗，因此，采煤是导致孔隙水水位下 降，水量减少的原因之一；裂隙水资源赋予石炭、二叠系煤系地层中，由于煤矿排 水打破了原有的自然平衡状态，多年的采煤排水形成了以矿井为中心的降落漏斗， 使裂隙水向矿坑汇流，在其影响半径范围内，地下水流速加快，水位下降，贮存量 减少，局部地区由承压水转为无压水，使裂隙水呈超采状态。采煤改变了岩溶水的 补、径、排关系，使岩溶水变成了矿坑水。这对煤矿附近的固定供水水源造成极大 的威胁，特别是煤炭开采层位于岩溶水水位以下，发生断裂导水时，都有可能造成 恶性突发水事故。 2 采煤塌陷对水质的影响 塌陷坑的积水又多为死水，周围工农业生产、生活废水排入塌陷坑，使水质恶 化，又给积水塌陷坑的开发利用带来困难。 矿坑水排出地表后，水中所含的各种有害物质直接进入河道，污染水体。由于 地表水己受到矿坑水的污染，地表水补给浅层孔隙水，导致浅层孔隙水水质间接受 到污染，地下水的化学类型逐步过渡为硫酸重碳酸钙型水，矿化度大于5 0 0 m g l ， 硫酸盐严重超标。采煤对石炭、二叠系含水层造成破坏，使裂隙水转化为矿坑水， 从而使其水质严重污染，呈现与矿坑水相同的水质特征 4 “。 3 采煤塌陷对地下水位的影响 在高潜水位地区，地表沉陷引起地下潜水位相对上升接近或超出地面，产生永 久性积水或季节性积水。当潜水位接近地表时，潜水蒸发量增加，加速农田土壤盐 渍化过程。地下潜水位所处的深度使得地下水盐分能够补充土壤盐分时，就可能发 生土壤盐碱化。 地表塌陷造成的潜水位相对上升，对作物根系的水分与养分也产生影响。当前 水位上升到耕作层土壤以下，其毛管水强烈上升高度达到作物根系所及范围时，毛 管上升水能给根系供应不少水分，是农作物生长的重要水分来源。当潜水位上升接 近地表时，并达到农作物根系所及的范围时，它将阻止作物根系向下发展，阻止作 物对水分和养分的吸收，造成作物减产。 由于地表塌陷区地势相对沣，在雨季，大量雨水汇聚塌陷区，原有排水系统失 败，不能排除出水，使农田受淹，甚至形成沼泽地。正常的农阳生态系统完全消 失，转化为半封闭型的沼泽生态系统。 1 3 2 采煤塌陷对区域生态安全的影响分析 2 2 3 采煤塌陷区的大气污染 井下排出的废气以及煤矸石自燃释放出二氧化硫、一氧化碳，致使塌陷区大气 受到污染。 2 2 4 采煤塌陷对地表生物及非生物的影响分析 地下煤炭的开采引起地表大面积下沉，影响植物的生长发育，甚至造成绿色植 物的大幅度减少。但是，土地塌陷对植物的影响情况与矿区的地形地貌、地质、区 域气候、地下水位高低等自然要素和采矿条件有关。高潜水位的平原矿区，通常地 面沉陷后潜水出露地表，下沉盆地内常年大面积积水，造成大量土地小能耕种，使 绿色植物大幅度减少；有盆地的季节性积水部分，减少植茬或造成严重减产。盆地 的其他部分因产生附加坡度而形成坡耕地，不利于农作物生长。地丽塌陷对农阳造 成破坏的同时，还会引起地面建筑物倾斜、开裂，甚至倒塌，危及人类生命和财产 的安全。使水利工程遭破坏，造成铁路塌陷，停运等等。 1 4 河北理工大学硕士学位论文 3 采煤塌陷区生态安全评价指标体系的构建 3 1 区域生态安全评价指标选取的框架模型 为了全面的评价区域生态安全状况，在建立指标体系的时候，要有一定的方式 或是方法，如根据生态压力、区域生态条件和空间、压力一状态一响应、生态系统 服务功能等方面来选择指标。近年来，为了满足对生态系统管理的要求，出现了一 些评价指标体系的概念模型，主要有p s r 、p r e d 、驱动力一p s r 概念模型等