（环境工程专业论文）陕北侏罗纪煤田环境承载力研究.pdf

s u b j e c t：s t u d yo nt h ee n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t yo fj u r a s s i c c o a l f i e l di nn o r t h e r ns h a a n x ip r o v i n c e s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：l i l i n g i n s t r u c t o r ：z h a ox i a o g u a n g w a n gz h e n g a b s t r a c t ( s i g n a t ur e ) ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) j u r a s s i cc o a l f i e l do fn o r t h e r ns h a a n x ip r o v i n c e ，w i t hat o t a la r e ao f2 714 0k m 2 ，w h i c h l o c a t e di ny u l i nc i t yo fs h a a n x ip r o v i n c e ，i n c l u d i n gf u g u , s h e n m u , y uy a n g ，h e n g s h a n ， j i n g b i a n , a n dd i n g b i a nc o u n t y ，i sd i v i d e di n t ot h r e em a i nm i n i n ga r e a s s h e n f um i n i n ga r e a , y u s h e nm i n i n ga r e aa n dy u h e n gm i m n ga r e a a st h ee n e r g yi n d u s t r y r e g i o n , n o r t h e r n s h a a n x ip r o v i c ei so n eo ft h em o s tp o t e n t i a lr e g i o ni nc h i n a i no r d e rt ok e e pr e g i o n a l r e s o u r c ee x p l o r a t i o na n dt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts u s t a i n a b l ea n dh e a l t h yd e v e l o p m e n t ，i n t h e a n a l y s i so fs i n g l ea n dc o m p r e h e n s i v ee l e m e n t s e v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h ep a p e r ，b y c a l c u l a t i n gr e l a t i v es u r p l u sr a t i oo fe n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t y ，s t u d yo nt h et h es p e c i f i c r e g i o n a le n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t ya n dt h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，t h ec a l c u l a t e dr e s u l to ft h eq u a n t i t yo fl o a d i n ga p p r o p r i a t ep o p u l a t i o ns h o wt h a t t h ea r e ao fl a n dr e s o u r c e sc a p a c i t yi ss e r i o u so v e r l o a d i n g a f t e rf o r e c a s t s ，a si n c r e a s e df o o d p r o d u c t i o nb y2 0 10 ，t h el a n dc a ns u p p o ab a s i cl o c a lp o p u l a t i o n s e c o n d l y ，w a t e rr e s o u r c ec a p a c i t yo fs h e n f ua n dy u s h e ni sr e l a t i v e l ys t r o n gc o m p a r e d w i t h y u h e n g h o w e v e r ，t h ei n s t a b i l i t yo fw a t e rc a r r y i n gi nt h er e g i o nm a k e si td i f f i c u l tt o c a r r yc o a li n d u s t r yi nal o n gt i m ew h i c hc o n s u m i n gl a r g eq u a n t i t yo fw a t e r t h i r d l y ，e c o l o g i c a lf l e x i b i l i t y ：s h e n f u y u s h e n y u h e n g ；r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t c a p a c i t y ：s h e n f u y u h e n g y u s h e n f u ；e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r e s s u r ei n d e x ：s h e n f u y u s h e n f u y u h e n g o v e r a l l ，t h er e g i o n ，、i t l lf r a g i l ee c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t ya n dl o w s t a b i l i t ys y s t e m ，h a v ew e a kc a p a c i t yt or e s i s tp o t e n t i a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e s ，p o l l u t i o na n d d e s t r u c t i o n s oi ti s n e c e s s a r yt os t r e n g t h e nt h ec o n s t r u c t i o no fe c o s y s t e mr e s t o r a t i o n ，t o d e c r e a s et h et h ep r e s s u r ea n dt oi n c r e a s et h ec a p a c i t y f o r t h l y ，t h er e s u l t so fe n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yr e l a t i v er e s i d u a lr a t em o d e ls h o wt h a t ：t h e h e nm i n i n ga r e ah a v em u c he n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t y ( 1 18 9 7 ) t h a nt h eo t h e rt 、0 ， f o l l o w e db yy u h e n gm i n e ( - o 0 6 6 8 ) ；a f t e ry e a r so fm i n i n g ，s h e n f um i n i n ga r e ah a sb e e n s e r i o u s l yo v e r l o a d i n g ( 一0 0 7 2 9 ) i n c o n c l u s i o n ，h i g h i n t e n s i t ya n dl a r g e a r e am i n i n g i s i n a p p r o p r i a t e w es h o u l dc o n t i n u e t oi m p l e m e n t m e c h a n i s m ，l a n dr e c l a m a t i o na n dr e l a t e d t h ep o l i c yo fe c o l o g i c a lc o m p e n s a t i o n k e y w o r d s ：s h e n f u m i n ea r e a y u s h e nm i n ea r e a y u h e n gm i n ea r e a t h e s i s r e g i o n a le n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t y ：a p p l i c a t i o na n d f o u n d a t i o n 西姿错技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技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。 学位论文作者签名：爹彩全日期：函以，只乡 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：营巧合 指导教师签名： 阳年宇其| 弓e t 1 序言 1 1 选题背景及研究意义 1 1 1 选题背景 1 序言 陕北侏罗纪煤田煤炭资源分布于榆林市府谷、神木、榆阳、横山、定边、靖边等县 区，北部与内蒙东胜煤田相邻成为一体( 见附图1 ) 。目前分为三大矿区进行开发，即神 府矿区、榆神矿区和榆横矿区，总分布面积2 71 4 0k m 2 。总储量22 6 7 亿t ，探明储量l 5 9 6 亿t 。根据第三次全国煤炭资源预测成果，埋藏10 0 0m 以浅的总资源量14 0 0 多亿 t ；煤层埋藏深度0 8 0 0r n ，其中的新民矿区、神木北部矿区和榆神矿区秃尾河沿岸地 区埋藏浅，一般0 - 3 0 0m ；煤层总厚度1 5 2 0m ，单层厚度平均3 一- 6m ，煤层稳定， 构造简单。煤质属特低灰、特低硫、特低磷、中高发热量的动力和气化用煤【l 】。由于陕 北侏罗纪煤田煤层埋藏浅，煤层稳定，厚度大，既适合建设机械化开采的大型矿井，也 适合当地群众因陋就简地开办小煤窑，从而使局部出现了过度开发现象。加剧了并引发 了一系列的问题如水资源匮乏、土地沙漠化、水土流失等环境问题。 陕北是我国未来能源工业最具开发潜力的地区，而且具有显著的开发优势。但是， 本区处我国西北内陆干旱地区，生态环境脆弱，地下水资源贫乏，煤炭资源的不合理开 发对环境影响非常大。鉴于此，陕北煤炭资源开发应本着经济效益与环境效益相结合的 原则，统一规划、合理布局、适度规模、分散开发、就近转化、保水采煤，合理开发利 用自然资源，提高资源利用率，使煤炭资源开发与生态环境保护实现持续健康发展【2 j 。 1 1 2 研究意义 随着近年来陕北地区煤炭资源的大量开采，矿产资源不断减少，水资源压力也越来 越大，同时，大气、水体、土壤、固体废弃物的污染对当地环境已经构成了严重威胁。 当前的煤炭资源储量已经基本探明，但对于土地资源、水资源、生态环境的潜力至今尚 不清楚。尤其是可以用作煤炭开发的水资源有以及煤炭开发对生态环境的影响，尽管作 了一些调查研究，但事实上没有进行定量化的研究。 从“能力角度的定义，彭再德等【3j 学者将环境承载力定义为：“在一定的时期和一 定区域范围内，在维持区域环境系统结构不发生质的改变，区域环境功能不朝恶性方向 转变的条件下，区域进行环境承载力相关问题的研究对于调节人类自身的社会经济活 动，实现自然一经济一社会的可持续发展，尤其是在资源开采方面具有重要的指导意义 和现实意义 。利用环境承载力概念“环境系统与人类在一定时期、一定状态或条件下， 西安科技大学硕士学位论文 一定环境系统所能承受的生物和人文系统正常运行的最大支持阈值 以及“环境系统所 能承受的人类各种社会经济活动的能力”，在环境与人类活动之间建立联系桥梁，就使 环境与社会经济的协调有了宏观准则1 4 j 。 本文基于已建立的区域和矿区环境承载力和评估模型和评估标准，选取典型煤田进 行分析，可对现有的环境承载力评估方法和模型进行验证，同时可为矿区生态系统的深 入研究、建设“绿色矿区”和促进矿区的可持续发展提供基础理论信息。因此，将环境 承载力概念的引入矿区人地关系及可持续发展研究，有其重大的理论意义和现实意义。 1 2 国内外的研究动态及发展趋势 国内外环境承载力研究现状及趋势“环境承载力 ( e n v i r o n m e n t a lb e a r i n gc a p a c i t y ) 中“承载力”一词最初应用【5 6 ，7 】于群落( 种群) 生态学，其涵义是“某一特定环境条件下( 主 要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的配合) ，某种生物个体存在数量的最高极 限”。后来应用于土地科学研究中，形成了“土地承载力 这一较为成熟的概念，其定 义为：“在一定条件下，土地资源的生产能力所能承载的一定生活水平下的人口数量”。 但由于它只从单要素出发，承载对象又仅仅是人口数量，因此它不能表示出社会经济活 动与环境之间的联系。 “环境承载力 这一概念的思想前提是环境的“资源观和“价值观 1 6 j 。环境作 为一种资源，它包含了两层涵义：一是指环境的单个要素( 如土地、水、气候、动植物、 矿产等) 以及它们的组合方式( 环境状态) ；二是指与环境污染相对应的环境纳污能力，即 “环境自净能力”。环境的这种资源观告诉我们，环境要素的供应量和产出速度是有限 的，环境要素组合方式的形成速度是极其缓慢的，环境的自净能力更是有限的，也就是 说在一定的时空条件下环境对人类社会经济发展活动的支持能力是有限的，我们应根据 环境资源的有限的支持能力来确定人类社会经济活动的方向、规模和速度。另外，环境 又是有价值的，这儿，价值的含义是“客体对主体需求的满足程度 ，环境资源的价值 是指环境对人类这一主体在物质、精神、文化、情感美学、经济诸方面需要的满足度。 环境价值与经济价值是两类不同的价值，对人类社会的永久生存而言，环境价值的重要 性决不低于经济价值的重要性。因此，决不能简单、片面地追求环境价值的货币化。但 为使环境资源得以永续利用、环境价值得以保持或提高，必须对环境作一定经济投入。 因此，环境价值与经济价值之间又有十分密切的联系，人们需要经济价值，更需要环境 价值。 从而“环境承载力 概念应运而生，它的的落脚点是人类社会的经济活动( 承载对 象1 ，因此它是人类社会经济活动与环境之间的联系界面，可以作为环境与发展的协调 判据。承载力一词也总是与环境退化、生态破坏、人口增加、资源减少、经济发展相联 系在一起的，承载力概念的外延也不断发生着相应的变化p j 。 2 1 序言 表1 1 承载能力概念的演化和发展 由于环境承载力描述的是环境系统对人类的支持功能，因此自其诞生以来，众多学 者的研究重点多是在环境承载力的“量化”上。环境承载力的量化研究实际上就是对环 境承载力值进行计算和分析，并提出相应的保持或提高的方法与措施。一般来说，环境 承载力与经济开发活动、环境质量状况之间的数量关系本身是非常复杂的，因此是很难 确定的。另外，所选取的指标不仅与人类的经济活动有关，而且还受到许多偶然因素的 影响，这些都给环境承载力的研究带来了一定困难。目前，对环境承载力科学性和普遍 性的量化研究仍未有突破性进展。人们一般是针对某一具体的区域来进行环境承载力的 量化研究，其中，由于环境系统是由各子系统组成的，因此环境承载力研究中首先得到 关注的便是各个环境要素承载力的研究。目前环境要素承载力研究有：土地资源承载力、 水资源承载力、矿产资源承载力、生态承载力等【7 】。 1 2 1 土地资源承载力 中国科学院综合考察委员会 9 1 对土地资源人v i 承载力的定义“在一定生产条件下土 地资源的生产能力和一定生活水平下所承载的人口限度”明确了土地承载力的四个要 素：生产条件、土地生产力、人的生活水平和被承载人口的限度。“生产条件和“生 活水平”是计算土地资源承载力的关键两部分，即先根据“一定的生产条件 计算土地 生产潜力，在根据“一定的生活水平 计算土地承载人口的数量。由于第二步容易确定， 所以土地生产潜力成为土地承载力的核心要素。 国内计算土地承载力的的方法【l o j 有环境因子逐步订正模型、迈阿密模型、筑后数学 模型、瓦赫宁根法、遥感估产法和综合资源计量技术模型等，大体分为两类：一种是先 3 西安科技大学硕士学位论文 根据环境因子潜力( 气候和土壤潜力) 结构或者植被潜力结构计算土地生产潜力，再计算 土地承载力；另一种是用系统动力法计算土地承载力。环境因子逐段订正，即： 】，眩t ，w ，s ) = 】，( q ) 厂( 丁) 。厂( 形) 厂( s ) ( 1 1 ) 式中，r ( e ，t ，w ，s ) 为土地生产潜力，】，( q ) 为光能生产潜力，厂( r ) 、f ( w ) 、f ( s ) 分别为温度、水分、土壤影响的订正系数。 李克、刘立华分别采用邓根云模型【1 1 1 对河南省及关中地区生产潜力进行了估算。邓 根云模型为： y ( q ) = 6 6 6 7 x1 0 4 f e 。q c 5 0 0 ( 1 2 ) ， 式中，f 为光能利用率，e 为经济系数，q 为辐射能，c 为l g 有机物贮存的能量， 平均取4 2 5 。 戴进等【1 2 】采用d o o r e n b o s 的模型估算水分对作物产量影响的公式。公式为： 1 一匕匕= k y ( 1 一e t a e t m ) ( 1 3 ) 式中，圪为作物在实际供水条件下的作物气候生产力，为作物的光温生产力， e t a 为作物生育期内的实际蒸散量，e t m 为作物生育期内的潜在蒸散量，凰为产量反 映系数，其值一般为0 7 1 2 5 。该模式也是联合国粮农组织( f a o ) 所推荐的用于灌溉计 划的一种方法。 陈国南【1 3 1 利用迈阿密模型初步估算了我国的生物生产力，模型的公式为： 嘲r ) = 3 0 0 0 ( 1 + e 1 1 1 9 r ) ( 1 4 ) 嘲j p ) 23 0 0 0 ( 1 一p m 删p ) ( 1 5 ) 上面两式中t s p ( r ) 和r s e , p ) 为研究区域的植物气候生产力，丁为年平均气温，尸为年 平均降水量。采用上两式计算出结果后，需用l i e b i g 定律取两者中较低位作为最终结果。 联合国粮农组织农业生态区域项目研制的农业生态区域法( a e z 法) 具有一般综合模 式的优点，还比较全面的考虑了影响作物生长发育的气候因素，可用于大面积的作物生 产力计算。 李付琴等【1 4 1 建立的气象因子综合模型和池宏康等建立的产值模型( l a d ) 都利用遥 感技术获得植被覆盖信息，从而推断植被生产力。 英国科学家m a l c o ms l e e s e r 等提出的综合资源计量技术模型即e c c o ( e n h a n c e m e n t o fc a p a c i t yo p t i o n s ) 可对区域的人口容量进行动态的定量计算。张志良【1 5 1 等运用系统动 力学方法在西北地区进行了土地承载力研究和城市人口承载量的研究土地生产潜力。 4 1 岛专 1 2 2 水资源承载力 水资源承载力可以定义为“在某一具体的区域和发展阶段下，以可预见的技术、经 济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为前提，在 水资源合理配置和高效利用的条件下，区域社会经济发展的最大人口容量 。 一般地说，区域水资源承载力是一个具有自然社会双重属性的概念，既反映了水 资源系统满足社会经济系统的能力，也与社会经济系统开发水资源的深度有关，其大小 取决于区域自然环境、水资源量、社会经济技术水平、社会经济结构和承载驭动力大小 等诸多因素【l6 。常见的定量研究方法很多，如模糊综合评价法、主成分分析法、系统动 ，力仿真模型、多目标决策分析法等，大致可分为指标体系评价法、复杂系统分析法和经 验估算法三大类。 唐曲等人【1 7 】在进行民勤盆地水资源承载能力研究过程中，将水资源承载能力指标体 系划分为供水系统和需水系统两大部分，并将需水系统进一步细分为生活需水、经济需 水和生态需水三大类。 王浩【l8 】等人在对西北内陆干旱区和吉林西部地区进行承载能力研究时，从各类指标 的特性对水资源指标体系进行了分析，将其划分为可比性指标、均衡性指标、效益性指 标和极限性指标。 闵庆东【l9 】等利用模糊综合评判模型对区域的水资源承载力进行研究，原理为：设给 定两个有限论域u = u l ，u 2 ，：”，u 1 1 ) 和v = v l ，v 2 ，v m ，其中u 代表综合评判的 因素所组成的集合，v 代表评语所组成的集合，则经过模糊变换，得到评价矩阵，即u i 的评价对等级v j 的隶属度，因而矩阵r 中第i 行r i = ( r i l ，r i 2 ，) 即为对第i 个因素 u i 单因素评判结果同时模糊变换也退化为普通矩阵计算，如式( 1 6 ) ： f 三1 b j = m i n 1 ，：a , r , j ( 1 6 ) 【百j 为了消除等级之间的跳跃现象，使函数在等级间平滑过渡，高彦春【2 0 1 等提出的隶属 度函数构造方法，定量反映各级别隶属度对目标的影响程度。对评价标准= v ， i i i ，i i ，i ) 在0 1 之间进行离散，令a - - ( 0 9 ，0 7 ，0 5 ，0 3 ，0 1 ) ，级别越高对水资 源承载力的贡献就越高，评分值也就越高，表明水资源承载力越大。综合评价取上述计 算所得到的a j 和b j 值进行计算，其计算如式1 7 ： 口：壹b 口，) ( 1 7 ) j - - i 式中，a 是水资源承载力综合评分，b i 是各等级的隶属度，a j 是各等级的评分。该 式突出占优势等级的作用，利用各等级隶属度b j 为权重进行加权平均计算。 崔风军【2 l 】采用系统研究方法，对城市水环境承载力的概念、实质、功能及定量表达 5 西安科技大学硕士学位论文 方法作过分析。他选择了8 个变量指标构建了水环境承载力评价指标体系，利用系统动 力学模拟手段进行了实证研究，利用水环境承载力指数变化对拟定的调整策略变量作出 了预测、优化。 1 2 3 生态承载力 生态承载力【2 2 1 是指生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容 能力及其可维持的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。生态承载力的度 量方法带有领域特点，自然植被净第一性生产力估测法、资源与需求的差量法、综合评 价法和状态空间法等。 第一性生产力模型，可分为气候统计模型、过程模型和光能利用率模型三种。我国 一般采用气候统计模型，如王家骥2 3 l 等人在对黑河流域生态承载力估测中使用的是周广 胜、张新时的自然植被第一性生产力模型。王中根【2 4 1 认为区域生态承载力体现了一定时 期、一定区域的生态环境系统，对区域社会经济发展和人类各种需求( 生存需求、发展 需求和享乐需求) 在量( 各种资源量) 与质( 生态环境质量) 方面的满足程度。另外，由加拿 大生态经济学家e r w i l l i a m 及其博士生m w a c k e m a g e l 于2 0 世纪9 0 年代提出了生态足 迹分析法，是一种度量可持续发展程度的方法，它是一组基于土地面积的量化指标体系 1 2 5 o 表1 2 生态承载力计算模型比较 名称特点使用者 自然植被净第一 性生产力估测法 资源与需求的差 量法 综合评价法 状态空间法 生态足迹分析法 以生态系统内自然植被的第一性生产力估测值确定生态承载力的王家骥 值，不能反映生态环境所能承受的人类各种社会经济活动能力( 2 0 0 0 ) 根据资源存量与需求量以及生态环境现状和期望状况之间的差量王中根 来确定承载力状况，该方法比较简单，但不能表不研究区域的社会夏军 经济状况及人民生活水平(1999) 选取一此发展因子和限制因子作为生态承载力的指标，用各要素的高吉喜 监测值与标准或期望值比较，得出各要素的承载率，然后按照权重( 2 0 0 1 ) 法得出综合承载率，考虑因素较全而、灵活，适用于评价指标层次 较多的情况，但所需资料较多 较准确地判断某区域某时间段的承载力状况。但定量计算较为困余丹林 难，构建承载力曲而较困难，所需资料较多毛汉英 ( 2 0 0 3 ) 由一个地区所能提供给人类的生态生产性土地的面积总和来确定赵秀永 地区生态承载力。不能反映社会、社会经济活动等冈素( 2 0 0 3 ) 6 1 序言 1 2 4 矿产资源承载力 矿产资源的承载力指在可预见的时期内，通过利用矿产资源，在保证正常的社会文 化准则的物质生活条件下，用直接或间接的方式表现的矿产资源所能持续供养的人口数 量。 徐吲2 6 】以湖南省铁矿资源的承载能力为例，从资源人口承载能力和资源经济承载能 力两个方面对矿产资源承载能力的分析方法进行了研究。矿产资源人口承载能力主要建 立在对矿产资源人均消耗量的正确预测基础之上，它主要分析在此人均消耗量下，未来 矿产资源产量与需求之间的供需平衡状况，未来人均可达到消耗量和应达到人均消耗量 之间的平衡状况，并通过分析未来资源产量与未来应有人均消耗量，得到未来资源所能 供养的人口数量。矿产资源经济承载能力是指矿产资源对经济发展速度的支持能力，它 通过测算经济发展速度对资源的需求，来确定未来可利用资源条件下的经济发展速度， 从而间接地反映矿产资源所能持续供养的人口量。王玉平【2 7 】贝0 建立了矿产资源人口承载 力分析的指标体系与计算模型，并对现有资源和预测资源的人口承载力进行了定量计算 和分析，预测了2 0 0 0 年和2 0 1 0 年的矿产资源人口承载数量。 1 2 5 环境综合承载力 除了各环境要素承载力的研究外，不少学者对具体区域的环境多要素综合承载力进 行了研究。 ( 1 ) 在湄洲湾的环境规划研究中【2 引，就是用式1 8 来表示第j 个地区环境承载力的相 对大小。 l j = ( 1 8 ) 式中，岛是进行归一后的第j 个地区第i 个环境因素的环境承载力。此方法的缺是 在实际环境中，每个因子的影响程度不一定相等，但此方法将权重都设为1 n 。 ( 2 ) 洪阳等人还提出可持续环境承载力两种计量模型 2 9 , 3 0 】： 人1 2 1 、经济、资源环境承载力模型( p e r ) 某区域内，以p p 表示现实的人口数量；e s 表示社会经济技术人口容量；r e 表示 自然经济人口容量。那么，e s - - 经济发展指标总量一定标准下的人均经济指标；r e = 自然资源拥有总量一定标准下的人均资源占有量；人口经济承载力指数e = p p e s ，人 口资源承载力指数r = p p i 也。 当e 1 时，表明承载力不足。当两个指数的加权平均值时，即可以认为该 地区的承载力是可持续的。 7 西安科技大学硕士学位论文 可持续环境承载力( e c c s 模型) 可持续环境承载力模型为e c c s = f ( r s ，p s ，n s ) ，其中r s 为不可再生资源的替代 技术开发能力和可持续利用量，p s 为污染物允许排放量、环境纳污能力、可再生资源的 持续利用量，n s 为环境无害经济技术体系，如清洁生产工艺、生态农业技术等。此外， 近年来环境承载力评估在理论上更多地吸取了生态学及可持续发展评价的新成果，研究 方法在传统数学方法的基础上开始运用计算机技术及地理信息系统g i s 。 ( 3 ) 小结国内外环境承载力相关研究及趋势 环境承载力的内涵不断拓展，由最初的描述自然环境特征的环境容量发展为能 反映人类与环境相互作用的界面特征的环境承载力。环境承载力概念和理论，尤其是环 境要素承载力中矿产资源承载力、水环境承载力、大气环境承载力的概念体系进行了进 一步深入研究。 研究方法上，从定性分析向定量分析方向发展，从单一环境要素的评估发展为 城市、区域环境承载力的综合评估，并不断在实践中得到了完善和发展；研究目的由环 境质量评估趋向于以环境承载力大小来定量表征城市可持续发展能力。 评价结果由半定量性趋向于准确性、定位性和可视性。定量化研究更加深入， 系统动力学( s d ) 具有对环境承载力系统进行动态的定量化计算的优点，通过遥感技术 限s ) 能够得到快速、准确的数据，应用地理信息系统( g i s ) 技术可以对环境承载力进行空 间分析。s d 、r s 、g i s 这三项技术必将在环境承载力的研究领域发挥重要的作用。 1 2 6 矿区环境及环境承载力评价现状 ( 1 ) 矿区环境评价现状 概述 矿山环境评价是在矿山环境质量调查研究的基础上，按照一定原则，制定一定指标 标准，选用合适的数学方法，对矿山环境质量优劣做出定性或定量评判，对其评价结果 进行等级划分，判别存在的最主要环境问题，为政府实施矿山环境问题防治工程规划和 有关企业制定防止和减少环境问题危害程度对策提供参考依据。 矿区环境评价的对象就是矿区环境问题。根据问题的性质，矿区环境问题可划分为： “三废”问题、地面变形、矿区排水、供水、生态环保三者之间的矛盾、沙漠化和水土 流失等5 大类型【皿】。对矿区环境问题作出评价，是矿区环境研究的一个重大课题。根 据提出问题、分析评价问题和解决问题的研究思路，在进行矿区环境评价之前，首先需 要对矿区环境所存在的问题进行分类研究，之后依据不同精度的矿区环境调查成果和基 础数据，针对不同问题，选择不同方法和方案进行矿区环境评价，在此基础上，才能提 出合理解决矿区环境问题、保护与修复矿区环境的对策。 根据评价的环境要素，矿区环境评价可划分为单环境问题( 要素) 评价和多环境问题 8 1 序言 ( 要素) 综合评价两大类。另外从时间角度出发，矿山环境评价又包括过去演变历史评价、 现状评价和演化趋势预测评价三大部分。目前，矿区环境评价是在现场调查和收集分析 整理已有资料基础上，根据矿区所存在的各类环境问题所作出的现状模拟和预测预报。 分类 由于矿山生态环境量化综合评价的重要性以及建立评价模型的复杂性使之成为当 前矿山生态环境研究中的热点和难点问题【3 3 】。 纵观国内外对矿山环境保护的研究现状，发现对矿区的环境质量评价方法及指标体 系的确定研究较多，但是如何将不同类型矿产、不同开发方式和不同地域区的矿山环境 问题构建在一个理想模型中，在制定生态环境量化指标体系的基础上，选择合适的数学 模型将单指标、多指标、多层次的评价值，有机地综合成一个评价值，使评价结果具有 科学性、客观性、全面性和可比性等方面存在着不足之处，并且对于矿区的环境容量以 其人地关系研究较少。 ( 2 ) 矿区环境承载力评价现状 煤田受到煤炭开采特殊规律( 生态环境扰动、资源耗竭等) 的影响，其发展不同于其 他类型区域，在生态环境方面具有典型性和特殊性。煤炭主导产业自身所固有的特点及 其对煤田生态环境的破坏和影响，使人为活动对环境的干预和影响超出了环境承载力， 导致煤炭资源、土地、大气、水资源等严重枯竭，生态环境质量不断恶化，从而在一定 程度上制约了可持续发展【3 4 1 。因而，矿区矿产资源开发应围绕生态环境平衡进行，寻求 资源开发与环境保护协调的合理途径，而矿区环境容量的评估将是重要的研究内容。矿 区环境承载力的评估具有一定的代表性，也是环境评价和环境规划一个重要发展方向。 中国煤炭学会于1 9 9 5 年开展煤炭工业可持续发展几个重要领域的研究主要内 容包括：煤炭工业可持续发展的系统分析，洁净煤利用技术体系，清洁开采技术，矿区 生态环境保护，可持续发展的煤炭开发布局，煤炭资源管理机制，准格尔、大屯、神府 东胜三矿区的可持续发展评价、煤炭工业可持续发展的宏观调控等。赵国浩所著的中 国煤炭工业与可持续发展，结合煤炭工业的特点，从系统工程角度分析了可持续发展 的问题。汤万金研究了矿区可持续发展理论与评价方法。 矿区可持续发展的评价对促进煤田发展起到了一定的积极作用，但仍存在不完善之 处，主要表现在煤田可持续发展的研究与煤田环境承载力的研究存在各自孤立性，煤田 可持续发展的评价缺乏以环境承载力为理论依据，而两者在渊源上却有着内在的联系。 故将两者结合起来的研究将更具有理论价值和实际指导意义，即煤田的环境承载力与可 持续发展的关系及如何用环境承载力定量表征城市的可持续发展能力需进一步研究和 确定。现有的煤田的环境问题【35 j 的评估是基于狭义度量煤田对各类污染物和人类活动的 容纳和承载状况。 煤田环境承载力的定量化研究较少，即使存在少量的定量化研究，亦仅限于数学方 9 西安科技大学硕士学位论文 法，使研究结果缺乏准确性、定位性和可视性。煤田生态环境问题的典型性和特殊性赋 予了其环境承载力评估的新内容，主要表现在各项评估因素的选取及评估指标体系的建 立将有别于其它类型城市和区域。目前煤田环境承载力的评估研究是初步的、凌乱不系 统的，其研究内容、研究步骤及研究方法正处于探索过程中，目前没有统一的工作方法 和工作规范。现有的其它一般类型城市环境承载力评估大都局限于基于数学方法的研 究，其评估指标体系及模型不适用于基于g i s 的煤田环境承载力的评估。故煤田环境承 载力的评估指标体系、评估标准及评估模型均需重新深入研究和探讨。 1 3 研究内容及拟采用的研究方案，主要技术 1 3 1 研究内容 在广泛分析各种评价方法的基础上，选择合理可行的方法，对神府、榆神、榆横三 个矿区的土地资源承载力、水资源承载力、生态承载力以及区域环境综合承载力分别进 行定性或定量研究，然后比较其结果，分析原因。 ( 1 ) 矿区土地资源承载力 综合分析矿区自然条件及土地利用现状，进行土地类型评价，以明确矿区土地 资源的数量、质量状况。 以矿区气候、水文、土壤等各种自然地理要素以及社会经济条件为依据，拟用 逐步订正法进行土地生产潜力研究。 选取不同人均消费标准，估算矿区人口承载量。比较矿区人口实际可能人口， 为人地关系的协调发展寻求对策。 ( 2 ) 矿区的水资源承载力【3 6 1 ( 可考虑用以下三个模型) 根据水资源利用与经济发展水平关系，建立水资源利用量的函数关系，如式1 9 。 e = f ( w ) ( 1 9 ) 式中，历为经济发展水平( 可用g d p 表示) ，形为流域不同的用水量。 根据水资源利用与生态、环境的关系，建立的水资源利用量( 包括地表水和地下 水量) 与环境质量综合指数( 包括生态、水质、地质环境) 的函数关系。其中环境质量综合 指数的计算，可参考水质综合评价和层次分析法。 关联度分析法：根据现有的综合评价法的区域水资源承载力指标体系，归纳符 合区域特征的区域水资源承载力指标体系；参考指标体系的各个承载能力分级对应的各 个分指标的数值，查阅相关资料结合实地考察，计算和对比出矿区的各分指标实际对应 值；利用灰色关联分析求出各个矿区与各个承载能力分级的关联度和关联序，与某个承 载能力分级关联度最大即该矿区的水环境承载能力为该分级( 很强、较强、中等、较弱、 很弱) 。 1 0 1 盏专 ( 3 ) 矿区生态承载力( 采用以静为主，动静结合的生态承载力分级综合评价方法) 静态评价：采用分级评价方法，以全而有序地了解矿区生态系统的承载力状况。 动态评价：对其发展趋势进行拟合，来分析生态承载力的动态变动状况。 ( 4 ) 矿区的区域环境综合承载力 在分析单要素承载力的基础上，利用环境承载力相对剩余率模型结合权重确定各个 矿区综合环境承载力，分析制约区域综合承载能力提高的因素，并探讨提高的具体途径 和方法。矿区环境承载力评价指标体系如图1 1 。 l i 指标层 图1 1 矿区环境承载力评价指标体系 西安科技大学硕士学位论文 1 3 2 研究方案 本文在参考一般区域环境承载力研究方法的基础上，结合陕北侏罗纪煤田自身的环 境状况和经济发展特点，针对以煤炭为主导行业的生态脆弱区环境承载力的研究方法和 指标体系进行了详细的探讨和研究，技术路线如图1 2 ，实施步骤描述如下。 确定所研究的煤田边界 j r 煤田的整体环境状况调查资料收集 u ， 分析各环境要素和各评价方法并建模 u il i 选择环境承载力评价指标f i 确定分指标阈值i uj j r 生态环境承载力承载力评价指标人文环境承载力评价指标 上上工 自然资源( 土地、水、矿产资源)经济承载 环境容量( 大气、水环境)人口压力 un 确定评价指标的权重 上工一 l ， 确定所研究区的环境承载力 n 儿 比较煤田的环境承载力并预测其发展趋势 儿 根据环境承载力大小表征区域发展协调程度 j l 就具体矿区提出相关发展建议 图1 2 技术路线 1 2 1 序言 ( 1 ) 确定所研究的矿区边界：陕北侏罗纪煤田主要包括三大矿区，神府、榆神和榆 横矿区。考虑到整个区域面积较大，局部地区已有多处煤矿开采，相关统计资料的缺乏， 本文研究的矿区范围较本身矿区有所缩小( 见附图2 ，3 和4 ) 。 神府矿区【3 7 】：位于陕北侏罗纪煤田的北部，神木县北部，毛乌素沙漠东南边缘， 北西以陕西内蒙交界线为界，东至煤层露头，南与榆神矿区接壤，跨神木、府谷等县( 区) 。 其中的神北新民矿区，东经1 1 0 0 0 5 ，1 1 0 0 4 9 ，北纬3 8 0 0 3 3 9 0 2 4 之间。东以沙界 沟为界，北达陕蒙边界，西与尔林兔区相接，南北长6 4k m ，东西宽4 5 6 3k m ，面积 约33 0 0k m 2 。行政区划涉及神木县大柳塔、孙家岔、中鸡、麻家塔镇及府谷县新民、 田家寨、庙沟门、三道沟、老高川、大昌汗等乡( 镇) 辖区。 榆神矿区【3 8 】：位于陕北侏罗纪煤田的中部，地跨榆林市榆阳区和神木县，地理 坐标为东经1 0 9 0 3 8 1 1 0 0 3 0 ，北纬3 7 0 1 77 - 3 8 0 5 07 。北接神府东胜矿区，以p 6 0 号钻孔 与麻家塔沟连线以及其向西延长线为界；东以5 旬煤( 局部为5 之煤) 露头线为界；南以2 2 煤火烧边界线和5 3 煤露头线为界；西以榆溪河和y = 1 9 3 8 2 5 0 0 经线为界。南北宽约 2 3 4 2k m ，东西长约4 3 - 6 8k m ，面积为26 2 5k m 2 。探明地质储量3 0 1 7 亿t 。 其中榆神一期规划矿区包括大保当详查区和金鸡滩。麻黄梁祥查区，南北宽约2 9 3 8k m ，东西长约3 2 一4 0k m ，面积11 9 6k m 2 ，含煤面积9 2 5k m 2 ，详查地质储量1 6 0 8 亿t 。行政区划涉及榆阳区金鸡滩、牛家梁、麻黄梁、大河塔及神木县大保当。 榆横矿区【3 9 j ：位于陕北侏罗纪煤田的南部，榆林横山两县境内，地理坐标为东 经1 0 8 0 3 0 1 1 0 0 0 ，北纬3 7 0 2 07 - - 3 8 0 0 ，矿区总面积约60 0 0k m 2 ，探明地质储量3 5 7 亿t 。 榆横矿区北区作为榆横煤化工的供煤区，北以北纬3 8 0 3 0 为界，西以陕蒙边界为界， 东以榆溪河及可采煤层为界，南至无定河，东西宽约5 0k m ，南北长约6 0k m ，面积32 0 0 k m 2 ，其中含煤面积27 0 0k m 2 ，地质储量2 7 0 6 亿t ，可采储量18 8 8 9 亿t 。 ( 2 ) 调查矿区的自然地理概况和经济发展概况：针对不同矿区，分析其自然环境及 人文环境。自然地理概况包括气象与气候、地质概况及煤层分布、土壤类型及植被、水 资源利用等；经济发展包括社会经济和人民生活水平等。 ( 3 ) 分析各环境要素及其影响程度：针对不同的环境要素，分析影响环境承载力的 主要影响因素，建立矿区环境承载力指标体系框架。煤田地处我国西北内陆干旱地区， 存在着水资源贫乏以及土地沙漠化、水土流失等环境问题。例如，就水资源方面，神府 和榆神在地下水供水方面是萨拉乌苏组孔隙含水层，区域地下水资源量比较丰富，是当 地居民与工农业用水水源。该含水层覆盖在含煤地层上，而矿区属浅埋型、近水平煤层 的煤矿床，煤层露头浅部地区开采深度浅，煤层顶板以上基岩厚度薄，多煤层开采、采 煤厚度大，采煤将破坏浅层水资源并使原来己十分脆弱的生态环境进一步恶化。 ( 4 ) 在指标体系框架的基础上，选择具体的可量化的环境承载力评价指标并确定各评 1 3 西安科技大学硕士学位论文 价指标的阈值。根据分析结果