自然资源开发利用的环境影响

第八章自然资源开发利用的环境影响第一节采矿活动的环境影响采矿活动可分为地下开采和露天开采，但无论哪一种均导致了构成自然环境和社会文化环境要素的变化，有些变化造成不良影响。目前，随着经济的不断发展，人们对各种矿产资源的需求越来越大，采矿活动也随之变得频繁，规模也不断增大；采矿对环境的影响如土地破坏、生态环境和自然景观的改变、人类健康和社区安全所面临的威胁等等也必然会加剧；采矿迹地生态重建所面临的任务也更加繁重。要从根本上搞好采矿迹地的生态重建，必须研究采矿活动产生的环境影响及其影响机制。采矿活动的环境影响及其机制是非常复杂的，不仅取决于被开采矿物的种类、采矿方法、采掘机械的选用，还取决于矿山周围的自然地理特征、社会文化环境等。我们将按采矿对自然环境和社会文化环境各要素产生的影响及其机制进行讨论；但是我们应该清醒地认识到：环境是各要素相互联系、相互作用而构成的有机整体，采矿活动对其各要素的影响不是孤立地发生作用的，它在使此要素发生变化时，也直接或间接地使彼要素发生变化；因此，下面以要素为线索的论述只是为了方便和条理化，述及某一要素时不可避免会涉及其他要素。在生态重建中必须明确，各要素的健康发展或平衡均有赖于其他要素的均衡发展或平衡。一、采矿活动对地形的影响采矿活动对环境最直观的影响莫过于使矿区周围的地形发生变化。地下开采和露天开采对地形影响的程度和表现形式是不同的。1．地下开采的影响地下开采常引起地层的变形、裂缝甚至塌陷，此外还有固体废物堆砌。把矿物从地下开采出来后形成的地下空间使矿区周围的应力分布发生了变化，一般说来，这种持续不断的应力变化发生在地下矿工作面周围；它导致地下采空区上方的岩层变形、运动乃至被破坏。当地下采空区面积越来越大时，应力变化超过了阀值，岩层就会产生塌陷，从而在采矿区上方形成塌陷区。塌陷区的形状取决于地下采空区的深度、高度，顶板的坚固程度，岩层的性质以及采矿方法等。如果下陷的地层接近地表，则塌陷区往往是对称的；如果下陷的角度很陡峭，则塌陷区就不大对称。塌陷区的面积通常取决于采矿活动造成的地层往下垂直坳陷的深度，小的可能仅几亩，而大的却可能达数百亩甚至更大。如至1996年底，在开滦矿务局古冶矿区就有大小不等的塌陷坑53个，总面积约1800hm2，平均每个塌陷坑占地27hm2。下面以煤矿开采为例具体说明一下地表塌陷的形成。采煤引起的地表塌陷按其形态和破坏程度可分为两种类型：一类是浅层开采急倾斜煤层或厚煤层形成的漏斗状陷坑和台阶状断裂，这类塌陷坑常突然发生，其上方的种植物和建筑物均遭破坏，造成猝不及防的损害，但塌陷只在局部发生，虽危害剧烈但范围小；另一类塌陷是开采深部的急倾斜煤层，以及开采深厚比大于10倍、倾角小于45~的煤层所发生的大范围平缓的下沉盆地，这类塌陷是在不知不觉的缓慢过程中形成的。一般说来地表塌陷的最大深度约为煤层开采厚度的70％一80％，甚至可达90％。通常由于地下留有各种不采的煤柱，它们对地层的支承作用使塌陷区出现凹凸不平的复杂形状，塌陷容积约为煤层采出体积的60％一70％，塌陷面积约为煤层开采面积的1．2倍。从全国范围来看，由于矿区所处的地理位置不同，地形地貌、区域气候、地下水位的高低等条件的迥异，采矿造成的塌陷对地形的影响也不尽相同，一般可分为以下三种类型：(1)塌陷影响小：矿区内地形地貌无明显变化，仅局部有漏斗状塌陷坑；坑内也很少积水，对矿区周围的自然社会环境影响不大。这种情况在我国东北、西北和华北的丘陵地区较为常见，生态重建也较易实现。(2)塌陷影响较大：对矿区的地形地貌、水文等有较大影响，塌陷后可形成局部季节性积水，常年积水的面积不大。我国黄河以北的平原地区多出现此类情况。(3)塌陷影响大：基本改变了矿区的地形地貌条件，对水循环有巨大影响，地表塌陷后有很大部分变为常年积水区，塌陷较浅部分造成耕地盐碱化，良田变为沼泽。此类情况在黄淮海平原中、东部以及长江中下游平原较为常见。裂缝往往伴随着塌陷出现，但它也可单独出现。当应力变化扩展到岩层以外的地区时，在地下采空区上方就会形成许多裂缝。这些岩层中的裂缝垂直扩散的距离可以是开采厚度的百倍之多。通常，在致密的细粒嵌布的岩面内，发生剧烈破裂的垂直区估计是被开采地区厚度的20---30倍。地表塌陷最直接、最明显的影响是使塌陷区上的建筑物(包括房屋、管道、铁路、公路、桥梁等)变形乃至破坏，尤其是塌陷区下沉不均匀时对建筑物危害尤大，建筑物的变形直接危及了人类安全和生产建设。当塌陷深度超过地下水位时，塌陷区被地下水浸满，陆地变为沼泽、湖泊，原有的陆生植物被水生植物取代；陆生农业生态系统也变为水生农业生态系统或水—陆生农业复合生态系统，随之改变了当地的生产劳作习惯。这种沼泽地或湖泊含有较多的矿物质，并且这些矿物质还有可能进入附近的河流及其它水体，从而增大它们的影响范围，进而对这些水体内及其周围的植物和土壤产生影响。在靠近塌陷区的边缘部分，平坦的耕地一般要产生小于5‘的坡地，形成所谓“坡子地”，影响农业生产。大面积塌陷区积水还可能对周围小气候产生一定的影响，因为它们的蒸发和热容作用使空气湿度增加、气温变化幅度减缓。在裂缝较多的地区，水体常常会逐渐干涸，地表水、浅层地下水会沿着裂缝渗入到更深层地下，从而导致该地区生产和生活用水的困难以及植物水分匮缺。另外，与矿床伴生的一些有毒、有害气体会沿着裂缝逸出地表，也会对该地区的人类健康、动植物生长以及土壤性状产生不良影响，例如，从煤矿逸出的沼气可改变土壤的结构并导致动植物死亡。地下采矿不可避免地产生大量固体废物，这些固体废物大多数是堆放于地表，从而形成矸石山。矸石山的影响在下文一并详述。2．露天开采的影响露天开采是将矿体的上覆地层和表土剥离后直接采掘矿石。剥离方式有等高剥离和区域剥离两种，一般都会大规模地挖损土地；剥离后的土体或岩石还需要堆放，又占压了大量土地；因此，露天开采造成双重的土地破坏。据煤矿部统计，1949年以来，全国露天某矿共产煤日x108t，挖损土地近8700hm2；1993年全国露天煤矿产煤3．1x107t，挖损土地333hm2，平均每开采10000t原煤约要挖损土地0．1hm2。目前我国露天煤矿产量占全部统配煤矿原煤产量的7％左右，渐人佳期的神木、府谷、准格尔、平朔等煤炭基地都是设计能力在5xlo’t左右的大型露天煤矿，霍林河、伊敏河、元宝山等大型躇天煤矿也正在开发，今后露天煤矿产量的比重和产量都将增大。预计到2000年全国露天煤矿产量将达2x-10“t，每年因此而挖损的土地将达2000hrn2。土地挖损形成岩石裸露的深坑，例如，抚顺露天煤矿已形成一个长11km,宽2．5km,深288m的采场大坑，破坏土地2700hm2。有些挖损地常年或季节性积水。特别是干旱、半干旱地区的露天开采加剧沙漠化和水土流失，往往对脆弱生态系统造成不可逆转的破坏。无论是露天开采还是地下开采，都有大量的剥离物和废弃物，此外还有坑口电厂排放的粉煤灰，它们的堆放严重占压土地。据煤炭部统计，仅煤矿和坑口电厂产生的各种固体废弃物迄今已达7．4x109t以上，占压土地13000--20000hm2。我国露天采煤平均每万吨占地0．Uhm2，到2000年仅此一项又将占地2200hm2。井下采煤和洗煤废弃物，即煤矸石的不断堆积形成矸石山，占用大量土地。我国煤矿的矸石率约为20％，年产矸石近10xlO8t，累积总量2x109t，已形成矸石山1100余座，占压土地约6700hrnz。再加上地方煤矿，全国矸石总量约为3x109t，占压土地约10000hms。有的矸石山含有较多的碳、硫物质，这些物质氧化自燃后，释放出大量的二氧化碳、一氧化碳、硫氢化物和粉尘，从而造成大气污染；而有的矸石山含有铝、砷、铅、硫化铁等可溶性盐，被雨水淋滤后析出，并随着地表径流或地下径流进入附近水体，引起这些水体的污染。二、采矿活动对土壤的影响土壤对人类生存和发展具有非常重要的作用，只有具有一定厚度土壤的土地才能保持生产力的持续性。土壤是不能被其它物质替代的，它既是生物的产物，同时也是生物进化的必备条件，我们应该尽力保护土壤和它的生产力。采矿活动对土壤的影响主要是引起土壤侵蚀。土壤侵蚀一般是指在风和水的作用下，土壤或岩石物质被磨损、剥蚀或溶解，并从地表脱离的一系列过程，它包括风化、溶解、侵蚀和搬运等。在自然状态下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程，速度非常缓慢，表现很不显著，并常和自然土壤形成过程处于相对平衡状态。但采矿活动，如大面积的剥离、清理地面，搬运土、石、矿渣堆积物等，都会加速和扩大自然因素作用所引起的土壤破坏和土体物质的移动、流失。在造成土壤侵蚀的所有因子中，最常遇到的是分解和搬运土壤的水。在雨水的冲击作用下，土壤微粒产生移动，这种情况在暴雨时尤为明显。雨水的分解作用是造成土壤侵蚀的重要原因，降水时，雨水降落的最高速度可达7--9m/s，从而雨水对地面可产生巨大的冲击力，据测定雨水的冲击力可使小于o．5mm的土粒离开原位被激溅到离地面60crnl~gl-的高度，并可产生1．2m到1．5m的水平位移。在雨水的持续冲击下，就产生了土壤微粒的搬运。根据降水强度、地表植被状况、土壤理化性质等因素的不同，土壤侵蚀可分为下列几种类型：(1)冲刷侵蚀：雨水冲击到土壤上引起土壤微粒的分散，松散的微粒可能会接着被地表径流搬运走。(2)片流侵蚀：理化性质相当一致的土壤层被表流冲走。(3)细流侵蚀：在雨水的冲击下产生无数仅几厘米深的小冲沟的侵蚀过程，主要发生在刚开耕不久的土壤上。(4)冲沟侵蚀：在较短时间内，水在狭沟内积蓄，并从这个狭窄的区域内移走相当深度的土壤，从30cra到30m不等，此即为冲沟侵蚀。在不同的地区，土壤的侵蚀率是不同的。在一个废弃矿区，典型的土壤侵蚀率是约950(／km2，这100倍于相同面积的森林地区的侵蚀率。在一个生产着的矿区土壤侵蚀率是约19000t／km2，2000倍于同面积的森林地区。细小微粒组成的疏松土壤由于侵蚀而受到的损失明显较质地粗或紧实的土壤要严重，而原始土壤表层因存在集合体要较有废弃物的土壤稳定性大。土壤侵蚀的危害除使土地退化乃至荒漠化以外，还包括：占据水库库容；填充湖泊、池塘，堵塞水道；沉积在具生长力土壤上；破坏水生群落；产生的混浊物减损了水的再生性并且降低了可见度；供消费的水质降低；提高了水处理成本，破坏了水分配系统；携带其他污染物，如杀虫剂、除草剂、重金属等；充当了细菌与病毒的载体。采矿活动对土壤的影响除了产生土壤侵蚀外，还能造成土壤污染、土壤酸化等。对某些重金属矿的开采可致使更多的重金属进入土壤，由于土壤的吸附、络合、沉淀和阻留等作用，绝大多数重金属都残留、累积在土壤中，这样就造成了土壤污染；一I~-I-壤中重金属的含量超过了土壤环境容量，就会对生长于其上的植物产生污染与危害，造成农作物产量的下降。土壤酸化是指人类活动所产生的酸性物质使土壤变酸的过程，一般硫化矿床的开采可使土壤环境酸化。土壤酸化的不良后果反映在许多方面，最重要的是随着pH值的降低，土壤对呈离子态的元素的吸附能力发生显著变化，如对钾、钙、镁等养分离子的吸附显著减少，导致这些养分随水流失。土壤酸化还对多价离子的元素活动性影响很大，它使某些金属离子的活动性增加，某些毒害性阳离子毒性增加。在生态重建中，对矿区土壤的一个保护方法是在采掘之前分层剥离和保存，就近堆置，以备采掘后复垦时利用。这个过程本身就可能影响土壤的各种特性。在采集土壤时要使用许多大型机械，这样可能会压实土壤，造成土壤结构及微生物的损害；堆放土壤如果堆放过高且堆存期过长，土壤中的微生物将停止活动，土壤将发生板结，土壤的性质会迅速恶化，雨水淋溶后有机质含量将下降。这些影响均会使土壤的肥力降低，给以后的生态重建利用这些土壤带来困难。三、采矿活动对水文的影响水体几乎覆盖了地球表面的2／3，水对于我们这个星球具有非同寻常的意义，生命的存在有赖于清洁水体的水质和水量两个方面，我们应尽量保持水循环系统的自然状态，但采矿活动却不可避免地要对之产生影响。在水循环过程中，当水处于地表和地下时最易为人类利用，因此采矿活动对水