伴随着社会的快速发展，资源、环境及经济发展之间的矛盾日益突出，各种生态问题对人类生存环境构成了严重威胁。正确评价人类活动对区域自然环境的压力和区域生态系统的承载力，是实现社会经济可持续发展面临的重要问题[1]。生态经济学家Rees[2]和Wackernagel[3]等提出了一种用于衡量人类对自然资源的利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法，该方法通过测定现今人类为了维持自身及其生存而利用自然量来评估人类对生态系统的影响。生命周期评价（LCA）在评估矿山开采、选矿、冶炼等对环境的影响方面得到广泛应用[4]。Osanloo[5]等把处理酸性和非酸性废石和尾矿的成本纳入铜矿的边界品位优化中，但没有考虑生态功能损害的价值损失。Wang[6]等基于生态足迹和生态系统的主要生态功能，以林地为例对生态足迹模型和生态成本模型进行了研究，并量化了矿山生产的生态成本，为在矿山规划设计中实现生态成本的内生化奠定了基础。

 

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金属矿床露天开采的生态足迹

生态足迹是某一给定人类群体（或区域内）的各种人类活动在给定年份及当时的技术和资源管理水平条件下，对生态系统的服务需求。在数量上，生态足迹用支持特定人口或经济体的资源消费和废弃物吸收所需要的具有生态生产力的土地的面积表示，它是人类对生态资源的占用和对生态系统压力（即生态压力）的一种量化。

 

矿山生产的生态足迹可定义为提供矿石生产过程中所消耗和破坏的资源和吸收所排放的废弃物需要的生态生产性土地的面积，它是衡量为生产矿石而产生的生态压力的一个综合指标。基于矿山生态足迹的定义，将露天开采的主要生态足迹范畴划分为直接足迹和能耗足迹。直接足迹包括露天采场、排岩场、尾矿库以及“其他直接足迹”；能耗足迹包括一次化石能源足迹（吸收化石能源燃烧中排放的二氧化碳需要的固碳地的面积）和电能消耗的足迹（为了满足露天采场和选矿厂耗电而燃烧煤排放的二氧化碳需要的固碳地的面积）。根据采剥量、总的尾矿量，排岩场、尾矿库形态以及能源燃烧转换关系建立矿山生态足迹计算模型。

 

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金属矿床露天开采的生态成本

概括地讲，矿山生产的生态成本包括矿山生产对生态系统的破坏和损害所造成的生态功能的价值损失，以及矿山企业为恢复生态功能而支出的各种费用。本着界限清晰和易于计算的原则，把某类土地的生态成本划分为复垦成本、直接经济价值损失、外部生态价值损失、能耗生态成本四部分。前三项是对应于直接足迹的生态成本，第四项是对应于能耗足迹的生态成本。由于金属矿山一般地处山区，破坏的绝大部分为林地生态系统，以林地为例建立生态成本计算模型。

 

其中直接经济损失主要考虑征地成本；复垦成本按照年均复垦面积及单位面积复垦成本计算；外部生态价值主要体现在涵养水源、防风固沙、净化环境、气候调节、光合固碳、释放氧气、土壤保持、养分循环、维持生物多样性等，根据矿山所处环境及数据搜集情况，得出年外生生态价值损失；能耗成本根据年均能耗及造林成本计算。

 

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考虑生态成本的境界优化分析

以南芬露天矿为实例，参照南芬露天矿矿山已有的地质资料，得出生态成本并将重置矿山开采成本，运用MetalMiner软件进行成本重置的境界迭代优化，得出考虑生态成本下的最终境界，并分析生态成本对最终境界的影响。

图1  境界迭代优化流程框图

 

3.1  不考虑生态成本的境界优化

根据不考虑生态成本下给定的采矿成本、剥离成本和选矿成本等技术经济参数，运用MetalMiner软件进行最终境界优化，露天矿境界优化参数设置如表1。

 

基于以上参数设置，产生不考虑生态成本的最终境界（这里称作境界0，图2实线），得到境界0的优化结果：矿石量54 622万t，废石量196 947万t，开采出的矿石平均品位30.22%，平均剥采比为3.606 t/t，总盈利2 716 628万元。

 

根据前面所介绍的生态成本定义，结合境界0的优化结果，对南芬露天矿的各项生态成本进行核算，得到境界0的直接价值损失、复垦成本、外生生态价值的损失和能耗生态成本分别为435 684万元、72 614万元、245 680万元和122 063万元。可以看出，直接经济损失和外生生态价值损失占据主导地位，分别占总生态成本的50%和28%。不计生态成本来圈定境界，得出矿山利润（不计基建投资）为271.663亿元。可以看出，生态破坏成本占利润值的32%，不由矿山经营者负担的外生生态价值损失和能耗生态成本占利润的13%。不难预料，将“外生成本”内生化对境界优化有一定的影响，下面将生态成本分摊到矿山各开采成本中。

 

3.2  考虑生态成本的境界迭代优化

依据产生生态成本的各种生态足迹，将4种生态成本按对应的比例分摊到采矿成本、剥离成本和选矿成本3种成本里面。与直接足迹有关的生态成本（直接经济损失、复垦成本、外生生态经济损失）按照占地面积比例分摊，与能耗足迹有关生态成本按照各自能耗足迹占的比例分配。将生态成本分配后得到的单位采矿生态成本、单位剥离生态成本和单位选矿生态成本与原采矿、剥岩和选矿成本综合，得到考虑生态成本的单位采矿成本、单位剥离成本和单位选矿成本分别为24.954￥/t，18.109￥/t，138.798￥/t。

 

基于得到的新的单位开采成本并结合其他的技术经济参数，运用优化软件优化得出新的境界模型（境界1）。运用优化得到的境界1的相关数据，按照前面讲过的生态足迹、生态成本计算方法以及生态成本分摊方法，再次得到一组新的单位采矿成本、单位剥离成本和单位选矿成本，然后再以最新的技术经济参数进行优化，得到新的优化境界模型（境界2），以此类推，重复迭代，再次得到新的优化境界模型(境界3、境界4等)，直至找到矿岩量相差不大、釆动范围相近的相邻境界，任选其中一个境界作为最优境界，境界迭代优化过程中产生的各境界的技术经济参数和相应的优化结果见表2。

 

上述境界1至境界8的开采成本皆包含了生态成本，即是将“外生成本”内生化下优化得到的最终境界。各境界除了开采成本重置之外，其他的技术经济参数（按采矿回收率95%，选矿回收率82%，原矿平均品位25%，精矿品位66%，废石混入率0.035计算）都不变。

 

3.3  生态成本对最终境界影响的分析

从表2中各境界的优化结果（采矿量、剥离量等）可以看出，在不考虑生态成本的情况下，境界内需要剥离更多的岩石，因而圈定的最终境界较大，将生态成本考虑在内的话，圈定的最终境界会出现陡降的现象，这是由于考虑生态成本后，单位开采成本上升，导致经济合理剥采比减小，进而导致圈定的最终境界减小。将生态成本考虑在内进行境界迭代优化，从表2中各境界的矿岩总量可以看出各个境界的矿岩量一开始是个微震荡的过程，直至境界矿岩量几乎不变，任取矿岩量趋于不变的几个境界（境界6、境界7、境界8）中任意一个境界作为考虑生态成本下的最终境界，本设计取境界8为考虑生态成本下的最终境界。图2是未考虑生态成本和考虑生态成本分别得出的最终境界采动范围圈定线。

图2中面积较大的圈定范围为未考虑生态成本圈定的最终境界的釆动范围圈定线，面积较小的红线圈定范围为考虑生态成本下圈定的最终境界的釆动范围圈定线，采动范围圈定线圈定的面积可以在软件中直接读出，分别为5 136 543.9 m2和4 556 521.5 m2，经计算，可以得出考虑生态成本后圈定的最终境界的采场面积是比未考虑生态成本圈定的最终境界采场面积减少了11.29%。

 

通过分摊生态成本，矿山开采出的矿岩量也发生了明显的变化，矿山总的利润值也发生了很大变化，对分摊前后的结果进行对比分析，产生矿岩量和矿山总的利润值的对比见表3。

考虑生态成本后，矿山生产的矿石量减少15.38%，岩石量减少30.45%，可见对生态成本对矿山生产量的影响很大。

 

考虑生态成本后，矿山总的利润下降了23.13%，减少的这部分利润用于补偿矿山生产对土地、水系、大气和生物质等造成的生态损失；境界0的生态成本为876 040万元，若将其考虑在内，则境界0的净利润为1 840 588万元，所以将矿山生态成本内生化圈定的境界0得到的净利润，比未考虑生态成本圈定的境界8，并以该境界核算出对应的生态成本,进而得到的矿山综合利润多出了13.46%，将生态成本内生化进行境界优化可以提高矿山企业的整体效益。

 

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结 论

（1）从生态角度出发，将矿山生产对生态环境的破坏量化，从而可以折合到矿山开采成本中去，将生态成本内生化对最终境界进行优化，是“源头减量”的一次尝试。

 

（2）考虑生态成本时圈定的最终境界，比未考虑生态成本时圈定的最终境界缩小了，生产的矿岩量与平均剥采比也相应的有所减小，如果国家强制要求矿山企业担负起生态成本的话，矿山总的利润大幅下降，许多品位低等赋存条件较差的矿床将不被开发，这对保护生态环境和矿产资源有着积极的作用。

 

（3）将矿山生态成本内生化圈定的境界所得到的净利润，比未考虑生态成本圈定的境界，并以该境界核算出对应的生态成本进而得到的矿山综合利润提高了，说明从“源头减量”对矿山境界进行优化，可以提高矿山企业的综合效益。

 

参考文献

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[3]  Wackernagel M,Rees W.Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth[M].Gabriola Island, BC:New Society Publishers,1998.

[4]  Azapagic A,Clift R.Life cycle assessment as a tool for improving process performance:a case study on boron products[J].International Journal of Life Cycle Assessment,1999,4(3):133-142.

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[6]  王 青,胥孝川,顾晓薇,等.金属矿床露天开采的生态足迹和生态成本[J].资源科学,2012,34(11):2133-2138.

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素材来源：（顾晓薇  朱清玉  胥孝川  王  青  王忠康：考虑生态成本的南芬露天矿最终境界优化。金属矿山，2017年第7期）