礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中的廢棄物對生態(tài)環(huán)境的影響

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中的廢棄物對生態(tài)環(huán)境的影響

在中國，所有社會成員都有權(quán)使用明確的礦產(chǎn)資源來表明礦產(chǎn)資源具有公共屬性。在其開發(fā)利用活動中產(chǎn)生的外部不經(jīng)濟性的表現(xiàn)是采礦人按利潤最大化原則確定的開采量,往往與符合公共利益最大化原則而確立的數(shù)量相去甚遠,從而導(dǎo)致了諸如礦山開采破壞植被資源、地表塌陷、水土流失、尾礦(廢礦)堆積占用耕地等一系列問題的產(chǎn)生。生態(tài)效率(Eco-efficiency)的核心思想是提供最大化價值的同時最小化消耗與污染［１－３］。礦產(chǎn)資源得到可持續(xù)利用就要充分考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)利用帶來的外部不經(jīng)濟性的負面效果,改變對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率的審視觀,從過去和現(xiàn)在更多基于對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用進行經(jīng)濟社會效率評價轉(zhuǎn)變?yōu)?從投入產(chǎn)出的角度考量礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率,使礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)影響與資源強度降低到一個至少與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用承載能力一致的水平,從而保障礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的可持續(xù)性。目前礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率研究文獻比較有限。宋守志等［４］重點分析了國內(nèi)固體礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用中所取得的成就及存在的不足之處,提出應(yīng)該堅決地樹立起循環(huán)經(jīng)濟的新理念。王曉琳等［５］指出循環(huán)經(jīng)濟的路子是不斷提高我國礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用的水平之理想選擇。王淀佐等［６］詳細闡述了礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用對保障我國經(jīng)濟與資源安全以及緩解資源的壓力等方面有著重要意義。趙軍偉等［７］認為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率評價研究較少且有較大局限性,評價指標除了利用率外,還包括利用效果,受到資源條件、礦業(yè)政策、礦產(chǎn)經(jīng)濟、社會環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、國際市場、國際政治、礦山開發(fā)階段、生產(chǎn)管理和生產(chǎn)技術(shù)等多方面因素的影響。從CNKI檢索文獻看,國內(nèi)對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率研究還未成體系,目前對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進行思考較少。Barba-Gutiérrez等嘗試運用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型(DEA)從投入產(chǎn)出的視角分析生態(tài)效率［５］,本文借鑒此模型,通過構(gòu)建礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價模型,分析河北省11個市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率現(xiàn)狀,并闡述其空間分布規(guī)律,然后給出優(yōu)化礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率方案。1礦產(chǎn)資源的生態(tài)效率評價，dea模型和指標選擇1.1dea模型選取數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dataenvelopmentanalysis,DEA)是著名運籌學(xué)家A.Charnes和W.W.Copper等學(xué)者提出的。DEA以“相對效率”概念為基礎(chǔ),以規(guī)劃理論為工具,按照多種投入和多種產(chǎn)出的觀察值,得出每個DMU綜合效率的數(shù)量指標。據(jù)此將各決策單元定級排隊,確定有效的決策單元,并可給出其它決策單元非有效的原因和效率較差的DMU效率優(yōu)化空間。本文選擇DEA中的C２R模型作為河北省11個市(DMU)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率評價的基礎(chǔ)平臺。假設(shè)每個決策單元DMUｊ都有相應(yīng)的效率評價指數(shù),可以適當?shù)娜?quán)系數(shù)v和u,使得式(1)hｊ≤1;通過式(2)計算得出礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值hｊ的大小;通過式(3)計算礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率非有效市的松弛變量與剩余變量,所得結(jié)果將用于河北省11市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率實現(xiàn)DEA有效的優(yōu)化中。式(2)中,Xｒｉ為第r個DMU第i項投入;Yｒｉ為第k個DMU第j項產(chǎn)出;Vｉ為第i項投入權(quán)重;Uｊ為j項產(chǎn)出權(quán)重;hｊ為第j個DMU的效率值(相對效率);ε為非阿基米德無窮小量。根據(jù)線性規(guī)劃對偶理論,將式(2)轉(zhuǎn)為對偶線性方程(3)式中:λＰ為第P個DMU乘數(shù);θｋ為第k個DMU參考集的權(quán)重;S－ｉ為松弛變量;S＋ｊ為剩余變量。1.2礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率就是經(jīng)開發(fā)利用產(chǎn)出的礦產(chǎn)品和產(chǎn)生的經(jīng)濟、環(huán)境、社會效果與投入開發(fā)的礦產(chǎn)資源量之比。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的投入產(chǎn)出指標是評價礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率的基礎(chǔ)。在確定了需要評價的11個DMU后,需要提供能夠基于DMU的投入/產(chǎn)出指標。本文確定各市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)水消費、采礦業(yè)建設(shè)項目投資、從業(yè)人員作為DMU的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入。確定礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)出就相對復(fù)雜,對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價涉及到期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出,考慮到評價數(shù)據(jù)的可獲取性,本文選取礦產(chǎn)品銷售收入代表期望產(chǎn)出;確定(廢(矸)累計存放量+尾礦累計存放量)作為非期望產(chǎn)出見表1。2礦產(chǎn)資源的生態(tài)效率和空間分布2.1dea有效性檢驗本文以DEAP-2.1軟件為計算平臺,以河北省11市為例進行計算,得到11個市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率(表2)。根據(jù)計算結(jié)果,按降序?qū)Ω魇械V產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率值進行排序,11個市的序列為衡水市、滄州市、承德市、保定市、張家口市、石家莊市、廊坊市、秦皇島市、唐山市、邢臺市、邯鄲市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值從衡水、滄州、承德、保定、張家口的1.000下降到邯鄲的0.177,衡水、滄州、承德、保定和張家口市θ=1,S－ｉ=S＋ｊ=0,說明5市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率DEA有效,石家莊、廊坊、秦皇島、唐山、邢臺、邯鄲6市為非生態(tài)效率有效市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率DEA有效表明衡水、滄州、承德、保定和張家口市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用實現(xiàn)了空氣污染指數(shù)負荷等2個指標產(chǎn)出水平下最小化了采礦業(yè)建設(shè)項目投入等3個投入,而其他非生態(tài)效率有效市則需要通過改變其投入與產(chǎn)出才能達到礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率的DEA有效。從結(jié)果看,河北省礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值變化速率呈現(xiàn)先由小變大,后由大變小的特征。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值下降速率平緩,礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率最優(yōu)DMU相對其他優(yōu)勢明顯。除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市5個市落在效率前緣面上,其他6個市都落在效率前緣面的右側(cè),且以均衡遠離效率前緣面的離散狀態(tài)分布;大部分市都集中在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū),礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率較高是河北省11個市區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中主流的現(xiàn)實狀態(tài),但仍有部分地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率較低。2.2礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率為了考察礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率空間分布規(guī)律,對河北省11市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進行分區(qū)定等。分區(qū)定等標準如下:[1.000,0.800),礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū);[0.800,0.600),礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率亞高效區(qū);[0.600,0.400),礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率中效區(qū);[0.400,0.000],礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率低效區(qū)。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)分布在河北省的中部、西北、北部。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)包括承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市、石家莊市,礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率亞高效區(qū)分布在河北省中部的廊坊市,礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率中效區(qū)分布在河北省的東北部沿海的秦皇島市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率低效區(qū)包括唐山市、邢臺市、邯鄲市。3dea在緣面上的應(yīng)用礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化將按照下面三條原則進行:1DMU落在效率前緣面上是DEA有效的充分必要條件;2礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化優(yōu)先考慮污染物的排放控制與減少;3在實現(xiàn)DEA有效中,現(xiàn)實的客觀條件不約束礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中的投入產(chǎn)出與實現(xiàn)DEA有效的表1中的投入產(chǎn)出指標。3.1dea有效性指標本文仍以河北省11市為例優(yōu)化每個DUM的松弛變量S－１(勞動力投入減少量)、S－２(資金投入減少量)、S－３(水資源投入減少量),計算結(jié)果見表3。結(jié)果表明:承德市、張家口市、保定市、滄州市和衡水市基于礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入獲得的礦產(chǎn)資源生態(tài)產(chǎn)出最高。若讓其他6個DUM礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率同樣有效,則需要調(diào)整優(yōu)化6個非DEA有效的DUM的投入與產(chǎn)出方案,從而使得礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率為DEA有效。表3顯示,除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市、唐山外,其他6個市都需要減少礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率指標的量以實現(xiàn)DEA有效。其中秦皇島市需要減少1個指標,石家莊市、邯鄲市、邢臺市、廊坊市都需要減少2個指標以實現(xiàn)DEA有效。對S－１、S－２、S－３進行單獨分析。S－１最高值是邯鄲市為33966.794,其次是邢臺市為19626.470,再次是廊坊市為5228.845,3個市都是礦產(chǎn)資源分布區(qū),從事礦產(chǎn)資源開采的勞動力投入高度集中,勞動力投入過剩;其他市勞動力投入已經(jīng)達到相對最優(yōu)。S－２除石家莊市、邯鄲市、邢臺市需要減少投入外,其他市都不需要調(diào)整。按照降序排序,從高到低為石家莊市、邯鄲市、邢臺市。S－３除石家莊市、秦皇島市、廊坊市需要減少投入外,其他市不需要調(diào)整。按照降序排列,從高到低為秦皇島市、石家莊市、廊坊市。綜上分析,S－１、S－２、S－３在河北省5個市為實現(xiàn)DEA有效,需要減少投入;而減少量的大小與礦產(chǎn)資源分布區(qū)有一定的正相關(guān)。3.2礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)出指標的變化仍以河北省11市為例,每個DUM增加剩余變量S＋１(廢棄物-礦產(chǎn)品銷售收入負荷)、S＋２(空氣污染指數(shù))后的計算結(jié)果見表3。除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市外,其他市都需要增加礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)出指標的量以實現(xiàn)DEA有效。其中唐山市、邯鄲市需要增加2個指標的量,石家莊市、秦皇島市、邢臺市、廊坊市需要增加1個指標的量以實現(xiàn)DEA有效。對S＋１、S＋２進行單獨分析。S＋１有2個市不為0,分別是唐山市(0.005)和邯鄲市(0.001),其他市全部為0。說明唐山和邯鄲在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的廢棄物較其他市多。S＋２除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市外,都不為0,S＋２最大為唐山市(368.707),最小的非0為石家莊市,非0的S＋２區(qū)間為[7.667,368.707]。4dea模型下礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)生的廢棄物會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進行評價是為了實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用成本最小化的同時獲得最大化產(chǎn)出。既提高礦產(chǎn)品銷售收入,又不對環(huán)境造成負面影響。因此,可以通過減少礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入量,增加產(chǎn)出量實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率最大化。本文采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)中的C２R模型,以河北省11市為例,首先通過選取與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用相關(guān)的5個指標,以DEAP-2.1為平臺計算出11個市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值,通過對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用