2.2 研究区域概况
焦作市于1953年建市，地处河南省西北部的太行山“煤区”，北面是产煤大省山西省，南与郑州隔黄河相望，东西分别与新乡和济源相连。焦作市具体位置见图2-1。经纬度范围为34°49′03"～35°29′45"N，112°43′31"～113°38′35"E，东西宽约为120 km，南北长约77 km。
图2-1 焦作市行政区划位置图
截至2014年，焦作市总人口为368.49万人，土地总面积为4071 km2，现辖解放区、山阳区、马村区、中站区、城乡一体化示范区、孟州市、沁阳市、温县、博爱县、武陟县、修武县共5个区2个市和4个县，58个乡镇44个办事处和1814个行政村。该区域地处太行山脉与豫北平原的过渡地带，过渡性地域特征明显，呈现“北山、中川、南滩”的地貌特征；在气候上，属于温带大陆性季风气候，四季分明，冬冷夏热，年平均气温12.8～14.8°C，年平均降水量600～700mm；在经济活动上，由于地理位置优越，矿产资源品种较多，储量较大，品质较好，尤其是煤炭资源，焦作地区所产的无烟煤是化工和钢铁工业的理想原材料，和煤炭有关的产业增加值的比重很长一段时间都在90%以上。焦作市的煤炭开采历史长达百年，曾是我国五大煤炭基地之一，是典型的煤炭资源型城市，为国家经济建设做出过重要贡献。对煤炭产业的过度依赖和超常规利用曾经给焦作市的生态安全造成较大的影响，曾沦为全国十大污染城市之一。焦作市的发展历程是我国众多煤炭资源型城市的缩影。20世纪末，面对资源枯竭的客观现实，焦作市开始实行经济结构调整，通过实施一系列的政策措施，经济实现了成功转型，并形成了“焦作现象”。焦作市从一个生态安全问题比较突出的煤炭资源型城市发展成为一个生态环境逐步好转的优秀旅游城市，是煤炭资源型城市发展的典范。焦作市的发展已经经历了开发期、增产期、稳定期和萎缩期这样一个完整的煤炭资源型城市发展周期，属于衰退型煤炭资源型城市。它开始转型也比较早，已基本摆脱了对煤炭资源的依赖。可以说，无论是发展所经历的阶段，还是开始转型的时间及转型效果，焦作市都走在了我国煤炭资源型城市发展的前列，由“黑色印象”到“绿色主题”的转型经验入编我国普通高中地理教材。因此，选择焦作市作为个案具有典型性，对于加强煤炭资源型城市生态安全建设，实现煤炭资源型城市可持续发展具有重要意义；同时，可以为焦作市未来的安全发展和规划实施改善提供理论依据。
2.2.1 自然环境状况
（1）矿产资源状况[109]
经过普查的矿产资源有40余种，占河南省已发现矿种的25%，探明储量的有煤炭、石灰石、铝矾土、耐火黏土、硫铁矿等20多种，其中煤田东起修武，西至博爱，南接武陟，东西长约65 km，南北宽约20 km，保有储量32.4亿吨，为单一的优质无烟煤（发热量：5500～6700大卡。含硫量：0.5%～0.8%。挥发分：8%～9%。灰分：22%～27%），是化工和钢铁工业的理想原料；耐火黏土主要分布于修武至沁阳一线的太行山南侧，埋藏浅、易开采，耐火度达1650～1770℃，是生产陶瓷、耐火材料的优质原料，已探明储量4686.9万吨，占河南省保有储量的9.5%。
铁矿主要分布于焦作和沁阳，保有储量2726万吨，工业储量740.6万吨，以磁铁矿为主，含铁量32%；硫铁矿保有储量3475.5万吨，占全省储量的41%，品位一般为16%～20%，洗选性能良好，主要位于冯封矿区，矿体长3000 m，宽300～600 m；石灰石分布广、储量大，工业储量33亿吨，远景储量100亿吨，厚度稳定在30 m以上，含氧化钙52%～54%，主要分布于北部山区，面积500 km2，是生产纯碱、乙炔、水泥等产品的优质原料；此外，焦作市还有铜、铁、石英、大理石、铝、锌、磷、锑等矿产资源。
（2）植被状况
焦作市植物资源丰富，全市共有高等维管束植物1440余种，隶属159科685属，占全省植物总数的50%。其中，属于国家二级保护植物的有：狭叶瓶尔小草、连香树、山白树、太行花4种。主要植被类型属暖温带落叶阔叶林及落叶阔叶林和常绿针叶林混交林。山区原始植被久遭破坏，太行山区除少量天然白皮松林外，主要是以落叶阔叶林、针阔叶混交林为主的次生植被或人工林，区系成分以温带的华北区系为主，主要优势树种有栎类、侧柏、油松、黄栌、鹅耳枥等，灌丛以连翘、胡枝子、山皂角、黄荆为主，草本主要有白草、羊胡子草、竹叶草、黄被草、冬凌草、百合以及菊科蒿类；平原优势树种有欧美杨、毛白杨、泡桐、白榆、国槐、旱柳、臭椿等。全市经济树种主要有苹果、梨、桃、杏、李、葡萄、山楂、柿子、大枣、核桃、花椒等。
（3）土壤类型
焦作市土壤主要有棕壤、褐土、沙土、两合土等。平原土壤主要有褐土、潮土、风沙土、两合土，适宜营造杨树、泡桐、楸树等速生丰产林、农田防护林；山丘区土类主要有褐土和棕壤，适宜营造侧柏、油松、麻栎、黄连木等水土保持林、水源涵养林、生态能源林。
（4）水资源
总体上讲，焦作市属河流较多的地区。市内分布的较大型河流有黄河、沁河、老漭河、丹河、大沙河等，还有云阳河、神仙河、瓮涧河、普济河、山门河等季节性河流，分属黄河、海河两大水系。还拥有群英、八一、马鞍石、顺涧湖、青天河等多座水库，基本上可以保证常年有水，广泛用于工业生产和农、林业灌溉。焦作市水资源总量为10.045亿m3，地表水资源量为4.179亿m3，浅层地下水资源量为5.481亿m3，中深层地下水可开采总量为0.385亿m3；而现状年水资源开采量为11.612亿m3，地表水供水量为3.635亿m3，浅层地下水资源量为5.157亿m3，中深层地下水可开采总量为2.820亿m3，可见焦作市的水资源问题是很突出的。[110]
（5）气候特征
焦作市地处北温带，属暖温带大陆性季风气候，春旱多风，夏热多雨，秋高气爽。全市多年平均降水量为500～700 mm，一般情况下，山区降水量高于平原地区，山的迎风面多于背风面。太行山的屏障作用和海拔高差悬殊，致气候干燥，热量、光能等资源比较充足，自然灾害比较频繁。[111]
2.2.2 社会经济状况
焦作市是中部地区著名的“煤城”，煤炭及其相关产业也一直是焦作的支柱型产业，工业结构呈现资源型行业过多、高新技术产品少的特征，重工业曾占到整个工业的68%。在1999年，面临资源枯竭的客观现实，焦作市提出大力发展以旅游业为龙头的第三产业。经过3年的努力，2001年完成了旅游新格局的构建。经过不懈的努力，不仅遏制了城市经济的衰退，而且使焦作市的经济发展位于河南省前列，城市成长能力在中原城市群所属的9个城市中排名第二。[112]如图2-2所示，自“十五”以来，焦作市经济社会发展迅速，转型稳步推进，商品经济蓬勃发展，经济建设取得了有目共睹的成绩。据统计，1999年GDP总量为211亿元；2005年跨过500亿元大关，达到584亿元；2008年突破千亿元大关，是1999年的4.89倍；2014年，达到1846.32亿元。从2001年开始，GDP增速连续13年保持两位数；2000—2004年GDP增长率的增长趋势明显；2004年超过20%，达到了20.5%。[113]
图2-2 1999—2014年焦作市GDP增长趋势图
从20世纪90年代起，焦作市积极推动经济结构调整，大力发展非煤产业、制造业和农副产品加工业等产业。“十五”以来，经济结构调整的步伐进一步加快。从图2-3和表2-2可知，从2003年起，焦作市第二、第三产业呈现逐年递增的趋势，并且增速较快。虽第一产业也有所增长，但变化不明显。这几年是焦作市城镇化发展的高速阶段。2000年，第二产业占到了焦作市经济的半壁江山，之后逐年提高，一度达到69.7%（2011年），远高于全国及河南省平均水平；之后开始回落，第一产业比例逐年降低，第三产业比例从2012年开始逐步提升，2014年比2012年提高了2.6个百分点；到2011年，旅游综合收入在GDP所占比重提高到了11.7%，远远高于煤炭开采和洗选业所占3%的比重。“十五”以来，随着转型和经济结构调整的不断推进，焦作市的产业结构逐步合理和完善。从2012年开始，焦作市产业结构调整和转型初露端倪。2014年，焦作市地方财政收入为143.66亿元，人均GDP达到52477元，高于全国人均GDP，高出河南省15361元，排在第四位。人民生活水平、消费水平逐渐提高，全市城镇居民人均可支配收入达23977.2元；农村居民人均纯收入为12517.6元。焦作市的转型过程实现了工业经济的稳步发展和人民生活水平的不断提高。
图2-3 2000—2014年焦作市三产业GDP增长趋势图
表2-2 焦作市产业结构状况
注：表中数据来源于2000—2014年焦作市国民经济和社会发展统计公报。
2.2.3 生态环境状况
焦作市的形成源于煤炭开采，1949—2012年，全市共产煤7.9亿吨[114]，有力地支持了地区经济和国家建设；同时，因采矿活动带来的生态环境问题十分突出。据不完全统计，全市散落各处的已废弃矿山、矿井达510余处，大面积塌陷坑达18处，严重破坏的耕地达60多万亩，全市生态环境破坏面积达120 km2。因采矿引起全市地下水大幅下降，造成生态失衡，而且采矿产生了大量煤矸石堆积、山体崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝等矿山地质问题。[114]经过百余年的开采，焦作市资源日渐枯竭，导致许多煤炭工业企业破产。矿山企业由1995年的965家减少到2009年的137家，减少了84%。[115]与此同时，煤炭开采活动锐减，煤炭产量大幅下降，历史遗留的和未来潜在的资源高消耗、环境污染等问题突出。自2000以来，迎着经济转型的朝阳，大搞生态环境建设。已先后投入资金近3亿元，完成了14处废弃矿山治理项目；投资近1亿元，整治了北部10余个废弃采石场。[116]2010年5月，缝山针公园被国土资源部评为国家级矿山公园，而在20世纪八九十年代，这一带有采石场10多家，是焦作市最大的采石场之一，如今该公园已成为全市旅游资源的重要组成部分，是市民休闲纳凉的好去处。虽然全市的生态环境取得了积极进展，但从环境质量水平和变化趋势来看，自然环境问题与农业、工矿业的发展相互叠加，生态环境依然非常复杂和脆弱，仍然属于典型的生态环境脆弱区。
（1）大气环境质量形势十分严峻
较之过去，虽然焦作市的煤炭工业大幅萎缩，但仍然有近3万人从事矿业生产活动，还存在一定数量的煤场，而煤场多数露天作业，煤炭的筛选、转运及洗煤过程存在严重的扬尘问题，且大量工矿企业缺乏抑尘措施。为改善市容市貌，提升城市形象和居民的幸福指数，市政府启动了城市道路、市政管网、河道整治等重点工程，但施工过程中扬尘污染突出。2014年，焦作市大气环境NO2与2013年基本持平，SO2和PM10分别上升了12.7%和13.6%。2015年上半年PM10平均浓度值全省排名为倒数第二，与2014年同期相比PM10浓度不降反升；储油库油气回收治理工程完成率为0；有12家废水企业和33家废气企业均在超标排放。空气优、良天数的比例不足30%，处在全省18个省辖市的后三位。[117]
（2）产业布局带来的生态环境问题突出
“十五”以来，焦作市第二产业所占比重逐年攀升，2005—2014年连续10年都保持在60%以上，远高于全国及河南省水平，且重工业比例偏高。2014年重工业增加值占规模以上工业增加值的65.6%，是轻工业的1.9倍，火电、煤炭、冶金等高耗能行业占主导地位。这样的产业和工业结构导致焦作市能源消耗居高不下，2014年达到了1713万吨标准煤。能源消耗以煤炭为主，2014年焦作市工业用煤量超过1300万吨，占全年能源消耗总量的75%以上，且主要集中在建成区；2014年，建成区工业用煤占全市工业用煤量的70%左右。[117]华润电力焦作龙源电厂、焦作电厂、河南晋煤天庆煤化工有限责任公司已于2015年上半年陆续投产，煤炭消费的结果会产生大量的CO2、SO2以及粉尘。CO2是温室气体，而SO2和粉尘是大气污染的主要来源。虽然消耗煤炭的企业安装了脱硫设备，但煤炭燃烧引起的各种污染问题并没有得到有效缓解。因此，焦作市面临的节能减排任务十分严峻。
（3）煤炭资源开采中的生态环境问题突出
我国90%左右的煤炭产区都面临着突出的生态与环境问题，主要集中在地表沉陷、煤矸石压占土地及淋雨后引起的污染、对地下水资源和水系的破坏等。据统计，焦作市13个矿井生产产生的沉陷总面积为70.16 km2，其中稳定沉陷区占48.16 km2，非稳定沉陷区占22.00 km2。矿区地表沉陷深度多在1.20～4.30 m，平均深度为3.10 m，最大下沉深度达8.19 m，最大地表水平位移达1.96 m。[118]焦作矿区每吨煤排水量约60 t。由于综合利用水平低，大量的矿井水被直接外排，不仅造成了水资源的巨大浪费，而且也会污染周围土壤和其他水体，原因在于矿井水中含有煤粉等污染物。煤炭开采活动还会破坏植被，降低山体的稳定性和土壤的抗腐蚀能力，加剧水土流失。