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第18章 国有煤炭企业与环境共生系统动力学模型

国有煤炭企业生产造成的环境污染主要包括固体废物、水污染以及大气污染三部分(孙玉峰,2006)。本书依据系统动力学的建模原理以及矿区环境自身所具有的特性,确定了国有煤炭企业生产环境污染与治理模块各元素的因果关系。在此基础上,又分别建立了固体废物、水以及大气的污染及治理模块。模型主要的负反馈回路有:

总投资↑→原煤产量↑→原煤综合利用率↑→矸石总量↓→环境质量↑→环境投资↓→总投资↓

总投资↑→原煤产量↑→原煤综合利用率↑→矿井水排放量↓→环境质量↑→环境投资↓→总投资↓

总投资↑→原煤产量↑→原煤综合利用率↑→塌陷面积↓→环境质量↑→环境投资↓→总投资↓

总投资↑→总产值↑→能源燃烧总量↑→总人口↑→环境质量↓→环境投资↑→总投资↓

矸石总量↑→环境质量↓→环境投资↑→矸石利用率↑→矸石总量↓

矿井水排放量↑→环境质量→↓环境投资→↑矿井水处理率↑→矿井水排放量↓

塌陷面积↑→环境质量↓→环境投资↑→土地复垦率↑→塌陷面积↓

粉煤灰总量↑→环境质量↓→环境投资↑→粉煤灰利用率↑→粉煤灰总量↓

生活废水排放量↑→环境质量↓→环境投资↑→生活废水处理率↑→生活废水排放量↓

废气排放量↑→环境质量↓→环境投资↑→大气污染治理率↑→废气排放量↓

1.固体废物污染及治理模块

矿区固体废物主要包括矸石、粉煤灰、其他固体废物以及生活垃圾等,其中矸石和粉煤灰占矿区固体废物的绝大部分。所以,对固体废物污染的治理亦重点集中在这两种固体废物的综合利用上。依据系统动力学的建模原理,结合上述分析,把矸石量、粉煤灰量、其他固体废物量和生活垃圾量确定为模型的状态变量,再确定相应的速率变量、辅助变量以及有关的参数,建立各要素的相互关系,即可确定本模块的结构关系(JIA Renan,1991)。本模块的结构关系。

矿区固体废物污染为矸石、粉煤灰、其他固体废物及生活垃圾之和。矸石和粉煤灰的堆积总量遵从系统动力学的状态方程。

构造SD方程的变量集:

矸石总量(GSZL)、初始矸石总量(CSGSZL)、矸石产生量(GSCSL)、矸石利用量(GSLYL)、原煤产量(YMCL)、矸石产生量因子(GSCSLYZ)、矸石利用率(GSLYLU)、矸石利用投资(GSLYTZ)、固体废物处理投资(GTFWCLTZ)、矸石利用投资比例(GSLYTZBL)。

粉煤灰的SD方程与矸石类似。其他固体废物和生活垃圾的堆存量按实际发生量计算。

2.水污染及治理模块

矿区水污染主要包括矿井水、生活废水、洗煤水以及焦化废水污染等,其中矿井水和生活废水占矿区水污染的绝大部分。因此,对水污染的治理应重点集中在这两种废水上。建模时,把矿井水、生活废水、洗煤水和焦化水确定为模型的状态变量,在此基础上,确定相应的速率变量、辅助变量以及有关的参数,即可确定出水污染模块的结构关系,矿区水污染为矿井水、生活废水、洗煤水及焦化废水之和。水污染的治理途径主要是减少排放和增加废水的利用率,实现废水的综合利用。本模块的SD方程与固体废物模块类似,这里不再赘述。

构建SD方程的变量集:

矿井水总量(KJSZL)、初始矿井水总量(CSKJSZL)、矿井水排放量(KJSPFL)、矿井水处理量(KJSCLL)、原煤产量(YMCL)、矿井水产生系数(KJSCSXS)、矿井水处理率(KJSCLL)。

3.大气污染及治理模块

矿区废气污染属于煤烟型污染,其主要污染物是工业锅炉、窖炉和民用燃煤产生的烟尘和矿井排风、燃煤所产生的瓦斯、CO2、SO2、NO2等有毒气体。本模块的结构关系(丁凡、王艳,1998)。从图中可以看出,废气的治理途径主要是增加投资,改善燃煤锅炉,减少烟尘和有毒气体的排放量,改造矿井排风系统,回收瓦斯等有毒气体,变废为宝,实现资源的再利用。

构造SD方程的变量集:

大气污染(DQWR)、初始大气污染(CSDQWR)、大气污染产生(DQWRCS)、大气污染治理(DQWRZL)、大气污染消散(DQWRXS)

另外,在矿产资源的开发过程中会不可避免地造成地表变形和塌陷,这对矿区环境会产生较大的影响。因此,在建立国有煤炭企业共生环境评价模型时,必须充分考虑矿区地表变形和塌陷及治理问题,建立塌陷区复垦及治理模块。

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