山东省田庄煤矿 山东省济宁市 272100
摘要：煤炭开采和复垦活动带来强烈的地表变化和生态环境扰动。该文以山西省平朔矿区为例,通过构建评价模型分析采煤矿区的生态风险动态变化。通过采用最小损毁累积模型测算风险源累积损毁影响值,利用遥感影像结合野外实测数据计算生态脆弱度指数,得出矿区2001年和2010年矿区生态风险值,分析不同开采年份中矿区由于采矿和复垦活动带来的生态风险变化。
关键词：生态风险评价；采煤矿区；土地损毁；复垦过程分析
1研究方法
1.1研究思路
矿区土地按不同的演变阶段可分为3种类型:原地貌、扰动地和复垦地。从土地生态系统的稳定性来看,原地貌处于原始的生态系统环境中,具有一定的稳定性;扰动土地因人为活动而处于快速动态变化中;复垦地是在露天采空区或原地貌上快速堆叠形成的人工重塑地貌上进行土壤重构与植被重建,生态系统处于再造过程中,具有一定的波动性。同时,由于平朔矿区是典型的露井联采矿区,开采类型为镶嵌型和叠加型,采矿作业相互作用加大了地质灾害、土壤侵蚀、水土流失等风险的发生。风险源和风险受体是生态风险评价的重要组成,在矿区生态风险因果链研究的基础上,从风险压力的释放和承受风险的能力两方面构建生态风险评价指标体系,即土地损毁压力和生态脆弱度。将风险源确定为矿区土地损毁的各个环节,土地损毁造成的环境压力越大,生态系统承受的风险性就越高。基于最小累积阻力的连通性模型近年来在生态安全评价和景观格局优化等方面广泛应用[4,21-22],可以定量表征矿区生态风险源与受体间的风险累积关系。风险受体在生态风险评价中通常被认为是研究区所在的各类生态系统,可以通过生态脆弱性评价来判断生态系统在特定时空尺度相对于外界干扰所具有的敏感反应和自我恢复能力。如果生态环境本身较脆弱,其抵抗风险和恢复的能力也相应较低,承受风险的能力也弱,选取的指标既要反映生态系统结构的健康程度,同时又要反映生态系统服务功能的强弱,可从植被、气候条件、土壤侵蚀度以及环境质量等方面进行评价。
1.2矿区生态风险评价方法
1.2.1评价指标体系
基于上述分析,将生态风险“暴露—响应”评价过程具体化为对风险源土地损毁累积评价和风险受体生态脆弱度评价两个方面,分别反映“矿业开采-生态系统”不同风险源、风险受体及其交互作用的特征,可以表征具体的开采、复垦活动或生态过程,通过对研究区30m?30m的像元进行评价实现矿区的生态风险空间上的响应。土地损毁累积评价的准则层是土地损毁压力,各指标通过划分矿业活动扰动区获得矢量数据,进而通过空间分析方法提取指标值;二级指标包括土地损毁过程的7个具体指标(表1)。风险受体生态脆弱度评价则包括植被、湿度、土地利用类型等5个指标(表1),通过遥感手段和矿区野外调研实测数据获得。基于德尔菲法和0~4对比评分法确定指标权重,即2个因子比较时,相对重要程度有以下3种基本情况:1)影响很大的因子得4分,另一很小的因子得0;2)较大影响的因子得3分,另一影响较小的因子得1分;3)同样影响的因子各得2分。对这12个指标进行标准化,定量表征矿区生态风险(表1)。对指标值采用极差标准化的方法,公式为:正效应指标:Xa′=(xa?xmin)/(xmax?xmin)(1)负效应指标:Xa′=(xmax?xa)/(xmax?xmin) (2)式中:Xa′为指标xa的标准化值,xa为某指标x的取值,xmax为指标x的最大值,xmin为指标x的最小值。
1.2.2评价方法
通过土地损毁的累积作用(cumulativeeffect,CE)表征不同类型损毁土地的综合危害的作用大小,通过各类土地损毁压力值及风险源对外扩散耗费系数(sprawlresistanceindex,SRI)进行量化,即风险源作用到空间上某点的生态阻力越小,则此点累积的土地损毁危害越高,生态风险越高。
式中:CEi表示空间内任意像元对某类风险源的累积损毁值,??表示矿区损毁耗费程度的标准化值,β表示对应像元的土地损毁压力指标中的指标权重,SRIi是该类风险源的扩散到此点时的耗费系数的标准化值,i为30m×30m的像元单位。
扩散耗费系数SRI可借助GIS中Costdistance模块进行计算,任一单元的耗费成本(cost)越高,越有利于该单元抵抗外来风险。借鉴景观评价中对土地利用类型的划分情况,将Cost值设置为林地赋值1,草地赋值0.6,耕地赋值0.4,居民点赋值0.3,裸地赋值0.2,采矿用地与交通设施用地赋值为0。
2结语
作为环境风险管理的重要组成部分及科学支撑,生态风险评价是当前环境管理领域中的重点和难点。由以往的研究中可以看到,矿业开采与能源生产等会引发一系列的生态环境问题,威胁着区域生态环境的稳定与可持续性。学者们对矿区的生态风险评价研究多为重金属污染风险评价和基于土地利用变化的景观风险评价,试图通过风险发生概率、生态损失度、生态承载力、景观格局指数等探讨生态风险发生的可能性与严重性。随着矿业开采对土地扰动的增强,对矿区生态风险的研究也在不断深入,其定量评价方法的探讨已成为我国矿区生态风险研究的趋势。
参考文献
[1]贺延伟,从常奎,王文杰.矿区土地复垦规划尺度研究[A].中国煤炭学会煤矿土地复垦与生态修复专业委员会.2016全国土地复垦与生态修复学术研讨会论文摘要[C].中国煤炭学会煤矿土地复垦与生态修复专业委员会:,2016:1.
[2]徐涵洵.井工开采引起煤矿区土地破坏状况及趋势分析[D].太原理工大学,2015.
论文作者:杜晓峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/4
标签：风险论文; 矿区论文; 生态论文; 土地论文; 评价论文; 指标论文; 生态系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;