基于PSR模型的荒漠区露天煤矿环境绩效评估研究∗

马晓婷 阴俊齐 程 艳 王晓愚

(新疆环境保护科学研究院,新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市,830011)

★节能与环保★

基于PSR模型的荒漠区露天煤矿环境绩效评估研究∗

马晓婷 阴俊齐 程 艳 王晓愚

(新疆环境保护科学研究院,新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市,830011)

为构建适用于荒漠区露天煤矿的绩效评估体系,对荒漠区露天煤矿生态环境影响因素进行分析,借鉴ISO14031标准对新疆五彩湾矿区5个露天煤矿的环境绩效进行评估。通过指标筛选原则确定重大环境影响因子,以PSR(压力—状态—响应)框架模型为基础构建环境绩效指标体系,采用熵值法对指标进行权重赋值,结合环境绩效指数法及雷达图像对矿区环境绩效进行评估。研究结果表明,研究区环境绩效水平整体中等偏低,各露天煤矿环境绩效水平有明显差异。在荒漠区敏感、脆弱的环境条件下,提高环境绩效水平的关键在于对污染源的控制,生态环境的修复,环境监管和治理水平的提升。

荒漠区 露天煤矿 环境绩效评估 PSR框架模型

自21世纪以来,我国煤炭产量快速提高, 2012年煤炭产量达到36.6亿t,露天煤矿开采量占我国煤炭开采量的比重提升至12.3%。露天煤矿开采造成区域内的土地利用、植被覆盖和地貌等生态因子发生变化,可能造成矿山地区水土流失与荒漠化、生境破碎和生物多样性变化等。为确保在经济发展的同时改善生态环境,需要一种能够评价和改善企业自身环境绩效的途径。环境绩效评估(EPE)是一个促进组织环境绩效管理决策的过程,它能够为组织提供信息,帮助组织确定自身的环境绩效是否满足评价基准并进行持续改善。为此将基于PSR(压力—状态—响应)概念框架模型对我国荒漠区露天煤矿环境绩效评估方法进行研究,并将其运用于新疆五彩湾矿区环境绩效评估中,为促进荒漠区煤炭资源开发与环境保护工作协调发展提供研究基础。

1 研究区概况

准噶尔盆地是我国西北分布面积最大的两大荒漠区之一,生态环境上具有典型荒漠地区的生态环境特征。五彩湾矿区位于新疆准噶尔盆地东部,地处亚欧大陆腹地,属于典型的大陆干旱荒漠气候。年均降水量约为106 mm,蒸发量为1202～2382 mm/a,日照时间约为3053 h/a,常年多风。矿区内无地表水系分布,地下水资源不丰富。地表土壤质地颗粒粗,土层薄,植被稀疏、生物量低,风蚀严重。

五彩湾矿区开发相对较晚,煤矿开采以露天开采为主。矿区东西长度为9.35～36.39 km,南北宽度为10.59～38.75 km,含煤面积为901.05 km2,已探明可采储量为117亿t。通过高分辨率遥感影像对2012年五彩湾矿区的土地利用情况进行识别,结合实地勘察情况,确定区域内共有5个正在开采的大型露天煤矿,呈L型分布,从北至南分别为大成能源煤矿、湖北宜化煤矿、神东天隆煤矿、神华能源煤矿、天池能源煤矿5个煤矿。

2 环境绩效评估体系构建

2.1 PSR模型

PSR模型起源于20世纪70年代,后被经济合作与发展组织(OECD)于1993年发展形成应用于环境绩效评估的PSR框架,用压力变量描述人类活动对环境施加的影响,用状态变量描述由压力变量所导致的环境问题的物理可测特征,用响应变量描述人类社会响应环境问题的程度,三者相互影响循环往复,构成了人类与环境之间的压力—状态—响应关系。

2.2 指标筛选原则

(1)政策相关性原则。能够因地制宜,适应本地区特点,客观反映评估区域的环境状态,能准确度量本区域的环境管理绩效。

(2)数据可得性原则。所选指标在进行评估时具有良好的可操作性,指标数据应是在已有统计数据中选取或经过实际监测获得的。

(3)完备性原则。所选指标应能够全面反映环境绩效评估所需信息,使评估结果更加准确、有效。

(4)清晰性原则。从使用者的角度考虑,表义清晰、不含糊的指标更易于理解。因此必须明确每个指标的含义、数据来源、分析方法、时间、地点和适用范围,即使复杂的观点和计算也应该以大众能理解的形式表达出来。

2.3 典型荒漠区环境绩效评估体系

按照PSR模型建立指标体系,适用于整个评价过程。对于荒漠区露天煤矿环境绩效评估来说,压力指标代表荒漠区脆弱的生态环境状况、煤炭开采活动对生境存在的潜在压力;状态指标衡量由煤矿开采活动导致的环境质量或环境状态的变化,如煤尘污染、荒漠植被受损、土壤重金属污染、地表扰动和景观结构变化等;响应指标则表示为减轻环境污染和资源破坏各企业所作的努力,如环境监管措施、创新技术、污染防治与修复措施等。五彩湾露天煤矿开采环境绩效评估指标体系见表1。

3 评估方法及结果分析

3.1 绩效评估方法

3.1.1 指标标准化

标准化处理旨在消除评估体系中定性及定量指标量纲和数量级的影响。采取目标渐近法进行数据标准化处理。

(1)正向指标:

(2)负向指标:

式中:dij——标准化指标值;

d′ij——对象i对应的指标j的实测值;

dmin——指标j的最小值;

dmax——指标j的最大值;

d目标,j——j指标环境绩效目标值。

3.1.2 指标权重确定

采用熵权法对指标体系中各指标进行赋权。熵权法计算权重公式如下:

式中:m——被评价对象的数目;

N——评价指标数目;

Ej——第j指标计算信息嫡;

pij——第j项指标值的比重,如果pij＝0,则定义

Wj——j指标权重值。

3.1.3 指标综合评价

(1)环境绩效指数。在对指标进行标准化处理后,依据权重分配来进行综合评价。采用加权法计算综合环境绩效指数E。指数越高,表明环境绩效越好。计算公式如下:

式中:E——评价对象综合环境绩效指数。

表1 五彩湾露天煤矿开采环境绩效评估指标

(2)环境绩效雷达图像分析。雷达图像分析可将多个变量进行可视化处理,使高维空间的点与平面上某种图形对应,从而反映多个变量数据之间的关系,体现某组高维数据的特点。通过雷达图像法对五彩湾矿区环境绩效指标体系进行可视化分析并构建研究区5个露天煤矿的雷达图像,对其环境绩效进行更为直观的评估。

3.2 研究区环境绩效评价结果

3.2.1 环境绩效指数综合评估结果与分析

应用上述环境绩效评估方法对五彩湾矿区露天煤矿2012年环境绩效水平进行评估及分析。研究区单项环境绩效指数及综合环境绩效指数见表2。

表2 五彩湾矿区露天煤矿单项环境绩效指数及综合环境绩效指数

图1 准东五彩湾矿区露天煤矿单项环境绩效指数

研究中共设计9个单项指标,27个二级指标。压力、状态和响应类指标所占权重依次为0.264、0.230和0.505。按单项指标分析,排名前4位的单项指标分别为污染控制与废物利用、煤尘粉尘污染状况、组织管理水平和土壤资源保护响应,其中属于响应指标的有3个。土壤污染及退化、矿区植被资源指标等分配权重相对较小,由此可知,荒漠区露天煤矿环境治理措施的实施是影响环境绩效水平的主要因素,但资源开采的压力与生态环境变化是实施露天开采的客观条件,一定程度限制煤矿开采及管理活动。

五彩湾矿区露天煤矿综合环境绩效水平排名前3位的依次为神华能源煤矿、湖北宜化煤矿、天池能源煤矿,神东天隆煤矿和大成能源煤矿综合绩效水平较低。神华能源煤矿、湖北宜化煤矿、天池能源煤矿3个露天煤矿响应类指标的绩效指数较高,是影响其综合绩效指数的关键。神华能源煤矿各单项指标绩效指数分布不均,两项状态指标绩效指数为0,反映出该煤矿煤尘、粉尘污染及植被退化情况与其他4个煤矿相比较为严峻,但其环境保护及监管治理水平较高,一定程度上缓解了煤炭开采造成的环境污染及生态环境带来的压力。湖北宜化煤矿各单项指标绩效指数相差不大,表明该煤矿环境监管水平与其相应的环境及煤矿开采活动均衡发展,针对开采活动做出的响应措施取得一定成果。准东五彩湾矿区露天煤矿单项环境绩效指数如图1所示。

3.2.2 雷达图结果分析

根据评价结果绘制五彩湾矿区各露天煤矿环境绩效评估雷达图,包括5个煤矿单项绩效指数及五彩湾矿区各单项指标平均绩效指数,如图2所示。

图2 五彩湾矿区各露天煤矿环境绩效雷达图

A～C项指标代表煤矿开采活动面临的环境及开采压力,D～F项指标表示煤矿开采活动对环境造成的扰动及污染程度,G～I项指标则反映了政府、开采单位实施的环境监管及保护措施。由绩效雷达图可以看出,湖北宜化、天池能源基本与矿区平均绩效水平相当,雷达图呈外扩趋势,说明煤矿各环境绩效水平相互制约、均衡发展。神华能源煤矿、大成能源煤矿、神东天隆煤矿环境绩效与平均水平有一定程度的偏移,相较于后两个煤矿,神华能源煤矿更注重于环境监管及防治,但其面临的环境压力也是最大的。

5个煤矿的平均环境绩效指数表明五彩湾矿区各项指标绩效水平相差不大,但各指标绩效指数值偏低,荒漠区典型的生态环境对煤矿开采活动造成的压力较为明显,煤矿对环境造成的扰动、土壤及植被破坏均较为严重,尤其是煤尘、粉尘污染相对突出。煤矿无污染违规行为,环境监管工作正步入正轨,但现有企业在环境保护方面的管理水平及投入、新开采技术与治理技术的应用方面还有待提升。

4 结论

基于PSR模型构建适用于荒漠区露天煤矿环境绩效评估体系从压力、状态和响应3个方面考虑,分别对应荒漠区环境现状及露天煤矿开采压力,煤矿开采活动对环境造成的扰动程度和相应的环境监管及防治水平,全面反映荒漠区生态环境、露天煤矿开采活动及监管部门间的相关关系。

评估新疆准东五彩湾矿区露天煤矿2012年的环境绩效水平,结果显示五彩湾矿区整体环境绩效水平偏低,各露天煤矿间综合绩效指数相差较大,各煤矿单项绩效指数存在明显差异。评估结果及雷达图显示,在荒漠区脆弱、敏感的生态环境压力下,煤炭开采活动更易对环境造成破坏及污染,因此在对污染源进行控制、规范煤炭开采活动及土壤修复措施的同时,环境监管投入程度及高科技低污染开采技术等是提高环境绩效水平的关键。

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Research on open-pit coal mine environmental performance evaluation based on PSR model in desert region

Ma Xiaoting,Yin Junqi,Cheng Yan,Wang Xiaoyu
(Xinjiang Academy of Environmental Protection Science,Urumqi,Xinjiang 830011,China)

In order to constructing a performance evaluation system which applying to openpit coal mine in desert area and analysis the influence factors on ecological environment of openpit coal mine in desert area,the authors took ISO14031 standard as an example to evaluate the environmental performance of 5 open-pit coal mines in Wucaiwan mining area in Xinjiang．By using the principles of index screening to determine significant environmental influence factors,the authors constructed the environmental performance index system based upon PSR(pressurestate-response)frame model and using entropy method to given value for index-weight,and evaluated coal mine area environmental performance by combining environmental performance index method and the radar chart．The results showed that environmental performance level of research area were medium to low,and the 5 open-pit coal mine environmental performance level were significant difference．Thus,in the desert region of sensitive and fragile environment conditions,the keys of improving the environmental performance level were controlling pollution sources,restoration of the ecological environment,and improving environmental supervision and management level．

desert area,open-pit coal mine,environmental performance evaluation,PSR frame model

TD993

A

马晓婷(1988－),女,回族,新疆乌鲁木齐人,助理工程师,现工作于新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院,主要从事生态环境保护研究。

(责任编辑 孙英浩)

2011年度环保公益性行业科研专项项目(201109027)