基于GIS矿产品开发过程中生态环境负外部性评价研究

发布时间：2016-05-17 06:25

第 1 章  前  言

1.1  立题依据
矿产资源是一种不可再生的自然资源，其在国民经济的发展中有着不可或缺的作用。矿产资源是我国能源、工业原材料、农业的重要生产资料。目前我国矿产资源的开采和利用存在很多的不合理，造成了资源浪费不利于矿产资源可持续发展，同时矿产品大量开采对生态环境造成了不可弥补的影响，主要包括：矿产品开发产生带来大量工业废水，采矿活动造成采矿区域地下水及地表水发生渗漏，造成地下水位大幅下降，引起当地干旱缺水，打破水资源补给条件带来一系列生态环境问题。外部性最初由马歇尔在《经济学原理》一书中提出，而负外部性则是庇古提出的“外部不经济”：一些人的生产使另一些人受损而前者无法补偿后者的现象。矿产品开发过程中生态环境外部性即矿产品开发对生态环境带来的经济损失。随着经济的高速发展，矿产品需求增加，矿产品大量开采，带来环境污染和生态破坏等负效益，造成的生态环境问题已日益突出。2013 年 11 月 12日召开的中国共产党第十八届三中全会，其中关于加快生态文明建设，要求加快自然产品和自然资源价格改革，自然资源的价格要符合市场需求，反映市场供需关系、自然资源的稀缺性程度和修复自然产品生产带来的生态环境破坏的成本和修复效益。 目前，我国各级政府在制定改善矿产品生态环境的相关政策时，根据各地的实际情况同时借鉴西方国家一些成功的生态补偿案例，已经取得了一些成绩。但是由于我国对矿产品开发过程中生态环境负外部性没有形成统一评价机制，没有合理的方法对矿产品开发带来的生态环境负外部性进行有效地评价，因此没有合理的依据对矿产品开发的企业收取矿产品开发带来的生态环境破坏的经济补偿， 矿产品的开发仍存在高利润、过度和不合理的利用，不能很好地促进矿产资源的可持续发展。 
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1.2  研究意义
矿产品开发必然会带来生态环境的破坏，从而造成严重的经济损失，且这种经济负效应存着不确定性、长期作用及社会影响面广等特点，对矿区生态环境进行客观评价比较困难。本文在对矿产品开发过程中造成的生态环境负外部性评价的理论和方法进行系统性总结分析的基础上，通过选取一套较为全面的评价指标体系，分阶段、分层次的建立其负外部性定量评价模型与方法，并利用现代信息技术（GIS）实现快速评价过程。通过获得的矿区生态环境负外部性损失大小，可以为矿区管理人员进行矿产品资源合理、有效开发提供一定的技术支撑。其主要意义包括：在充分认识矿产品开发过程中的生态环境负外部性的具体特征基础上，才能对其进行有效的、合理的评价，另外考虑到现今定量评价方法的发展，利用 GIS技术，可以对其造成的经济损失进行定量分析。评价结果可以量化矿区生态环境影响情况，为矿产品的合理开发，有偿使用及生态补偿提供理论依据。高利润的矿产资源开发造成了肆意、不合理的开采，且长期以来的生态环境保护意识的薄弱，造成了矿区生态环境的持续恶化。如今，在大力提倡环境保护背景下，必须进一步考虑矿产品开发造成的生态环境破坏问题，重新制定矿产品价格构成，纳入生态有价补偿成本。自然资源的稀缺程度是能够在市场中进行检验的，但是对生态环境的损害成本的具体数额很难用市场价值去衡量。所以通过对矿产品开发过程中的生态环境负外部性评价，将生态环境环境的损害进行经济量化，从此角度探析如何完善矿产资源价格形成机制。 
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第 2 章  矿产品开发造成的生态环境负外部性

矿产品是自然界的组成部分，其生态环境必然受到气象、水文、土壤等自然条件因素制约，且开发环境质量的好坏很大程度又取决于人类的改造程度。伴随着矿产品开发过程，必然会对矿区生态环境造成一定的影响。既有包括正面积极的作用，如促进当地经济的繁荣、生活水平的提高，，以及交通运输、工农业等行业的持续发展；又有反面消极的影响，如因采矿而产生的工业废气，当其进入大气后还会引起酸雨，对农作物、建筑等露天设施造成腐蚀与破坏。矿产品开发过程中必然会涉及到取水、改变河道流向以及污染地表水质等问题，同时伴随着矿区城镇的兴建还会引发同农业、其它工业及城镇用水资源竞争，可能会造成区域或流域内较大范围的生态环境破坏。造成当地生态环境质量恶化、生活环境变的拥挤以及噪音污染等问题，此外还极易诱发矿山地质灾害威胁居民生命财产安全。 在一个短期时间内，生态环境问题容易被国民经济评价体系所忽略，即通过耗尽一个国家的矿产资源、砍伐它的森林、污染他的水资源，可是国民经济生产总值仍然处于上升状态，造成一种经济虚增的假象。所以必须改变这种长期以来的传统价值观念，深刻认识要可持续发展的重要性，长期的环境污染、资源消耗等带来的经济增长是不合理的。并且生态环境作为一种不可替代的资源，一旦被破坏将造成难以估计的、长期的反作用效应。针对矿产品开发对生态环境造成的影响，本文主要从大气环境、地表环境及地下环境三个方面分别入手，即考虑到空间区域范围条件，也兼顾到时间演化因素。 
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2.1  负外部性的基本概念
1890 年，著名的经济学家马歇尔（A. Mashall）在发表的《经济学原理》一书中提出了外部性概念，后经庇古（A.  C.  Pigou）的修改完善，于 1920 年发表《福利经济学》中正式提出了著名的外部性理论。该理论主要研究国民收入的规模、分配与稳定性问题，以社会资源达到最优配置为目的。根据庇古的观点，外部性的构成来源于社会边际净产值与私人边际净产值的差异。显而易见，这种差异，即外部性是可正可负的，说明在社会成本与私人成本之间，社会收益与私人收益之间出现了一定的偏差，造成资源配置无法最优化。随着外部性理论在经济学中的发展，不同的经济学家又给出了不同的定义，目前比较常用的是布坎南（James M. Buchanan）运用数学语言给出的定义，即外部性是某经济主体的效用函数的自变量中包含了他人的行为，而该经济主体又没有向他人提供报酬或索取补偿，（冯思静 2010）可见，该外部性定义同样包括了正外部性与负外部性两个方面，且只要存在外部性，便会造成社会资源使用不当，正外部性表现为资源使用不足，而负外部性则是资源使用过量。 
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第 3 章  矿产品开发过程中生态环境负外部性评价模型的建立 ...... 25
3.1 矿产品生态环境负外部性评价基本原理 ...... 25
3.1.1 负外部性评价的基本假定 ......... 25
3.1.2 负外部性评价的基本原则 ......... 26
3.2 矿产品生态环境负外部性评价指标体系 ...... 27
3.3 矿产品生态环境负外部性评价模型 ......... 31
3.3.1 数学评价模型 ........ 31
3.3.2 负外部性评价模型的建立 ......... 33
3.3.3 负外部性评价结果说明 ....... 47
3.4 基于 GIS 技术实现矿产品生态环境负外部性评价 ...... 48
3.4.1 评价的基本流程 ......... 48
3.4.2 评价单元的确定 ......... 49
3.4.3 矿产品开发生态环境负外部性评价实现 ...... 50
3.5 小结 ........ 51
第 4 章  矿产品开发过程中生态环境负外部性评价模型应用 .... 52
4.1 评价指标 ..... 52
4.1.1 大气环境指标 ........ 53
4.1.2 地表生态环境指标..... 54
4.1.3 地下生态环境指标..... 58
4.2 评价结果分析 ........ 59
4.3 小结 ........ 61

第 4 章  矿产品开发过程中生态环境负外部性评价模型应用

综合论文的主要研究成果，构建了基于 GIS 的矿产品开发造成生态环境负外部性综合评价技术方法体系，但是该方法在真实的环境条件下，其实用性如何，能否达到预期的目的与要求，都还需要通过大量的实际检验来证明。基于此，本文选取了某磷矿开采区进行方法检验与应用。 该磷矿位于贵州省中部，是我国富磷矿的主要产区，地理坐标：东经 106°49′57″至 106°55′33″，北纬 27°8′24″至 27°10′分 50″。矿区内发育唯一的一条河流——洋水河，其发源于洋桥，由南向北，主河段长 31.9km，呈现条带状，是一条典型的山区降雨补给性河流，最终汇入乌江。由于磷矿石富含有毒有害元素较高，如砷、镉、铀、铅等，随着矿区大量磷矿石的开采，这些有毒有害重金属元素会随着流入矿区周边的大气与水体中，从而威胁着整个矿区及周边生态环境安全，导致严重的污染事件，如造成乌江流域氟化物和总磷严重超标，大多河段已基本无鱼类生存，当地居民的生活用水极度紧张。 

4.1  评价指标

针对该磷矿区域范围对生态环境的影响，包括大气、地表与地下三个方面，共六个指标进行了现场调查与监测数据的收集。由于生态环境评价指标的复杂性，且现场实时监测数据的不完整性，导致了在获取各个评价因子图层信息时困难重重。为此，在尽可能的收集可靠的监测数据以外，再通过收集一些调查报告、文献以及相关资料进行综合分析，尽可能提取出较准确的各个评价因子图层数据。研究区评价范围仅限于上洋水河流域范围，详见图 4-1 所示，网格剖分单元大小 500×500m2。 该矿区主要位于上洋水河流域，全镇面积 74.84km2，人口 31212 人（2002年末），其中农业人口 13300 人。全镇有耕地 36484 亩，林地 39340.8 亩，草坡593.3 亩，建筑及道路用地 5681.8 亩，水域 1016.7 亩，耕地绝大部分都是 25o以上的陡坡地，占耕地的 83.9%。森林覆盖率 38.6%，石漠化土地面积 3000 亩。区域内气候变化较大，雨季期间潮湿多雨，且日降雨强度大，正是由于这种雨、水的强烈作用，加上人类生产活动过于频繁，导致该流域地质灾害频发，如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等广泛分布。就目前调查数据显示，滑坡体有13 处，潜在滑坡体总方量 36.6 万 m3，蹦塌体 35 处，崩塌总方量约 220 万 m3，泥石流堆积在各冲沟和上洋水河主河床内的泥石流固体物质共有 414 万 m3。

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结  论

本文以经济学中的外部性理论为基础，通过深入分析矿产品开发过程中造成生态环境负外部性影响效应，主要包括大气环境污染、地表生态环境污染及地下生态环境污染三个方面，其中地表生态环境又包括了地表水、地表土壤、地表植被与诱发地质灾害四个部分。基于此，选取了矿区生态环境负外部性综合评价指标体系，运用层次分析法与综合指数法建立了矿产品开发生态环境负外部性评价模型与方法，再利用现代地理信息技术（ArcGIS）实现了矿区生态环境负外部性综合评价。主要取得了以下几点结论与认识： 
（1）为了尽可能全面地评价矿产品开发造成的生态环境负外部性影响，确定从大气环境、地表环境与地下环境三个层次分别进行研究。其中大气环境质量负外部性的评价，可以从颗粒物浓度与人体健康损失相互关系入手。地表环境包括地表水、地表土壤、地表植被以及诱发地质灾害四个评价方面。地下生态环境的评价主要考虑地下水环境质量。 
（2）矿产品开发过程中生态环境负外部性评估是一个综合的系统评价过程，是基于一定假设条件下展开的，故其评价结果也只是一个概略的综合体现。基于此认识，通过综合使用经验法、主成分分析以及两两对比分析方法对矿产品开发造成的生态环境负外部性评价指标进行了筛选，建立了能够较全面地反映出矿产品的开采造成生态环境的负外部性综合评价指标体系。 
（3）综合利用层次分析法与综合指数法，构建了矿产品开发造成生态环境负外部性综合评价模型，且给出了其评价结果相对应的经济损失价值大小。在此基础上，利用 ArcGIS 软件实现矿产品开发造成生态环境负外部性综合评价。 
（4）通过对选取的某磷矿开采区域造成生态环境负外部性影响的调查与评价，发现磷矿矿区生态环境污染程度较高的地区都分布在矿产品开采区、加工区及居民生活区。其中，受磷矿开采与居民区工程活动的影响最为强烈，其两区连接地带的影响次之。  
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参考文献(略)

本文编号：45913