基于層次分析法的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題危害程度綜合評(píng)價(jià)

羅清威，馮有利

（河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，焦作 454003）

作為一種資源開(kāi)采活動(dòng)，礦山在生產(chǎn)過(guò)程中引發(fā)了很多地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，如礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、地形地貌景觀影響和破壞及土地資源占用破壞等。這些問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，在不同程度上威脅了居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力［1－2]。為此，本文采用比較歸納法收集有關(guān)指標(biāo)因素資料，運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)體系的權(quán)重以及加權(quán)分值綜合評(píng)價(jià)法對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)［3]，為有效防治礦山地質(zhì)災(zāi)害、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和礦山資源合理開(kāi)發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 評(píng)價(jià)模型建立

1.1 評(píng)價(jià)原則

礦山地質(zhì)環(huán)境危害是指由礦山開(kāi)采活動(dòng)引起的各類(lèi)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度綜合評(píng)價(jià)就是對(duì)礦山不同的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行加權(quán)分值求和評(píng)價(jià)，計(jì)算出其地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題指數(shù)，以此來(lái)劃分危害程度的等級(jí)。

因此，礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度綜合評(píng)價(jià)應(yīng)遵循以下原則［4]：

（1）礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)要做到科學(xué)性、客觀性、實(shí)用性以及可操作性。

（2）各評(píng)價(jià)因子要具有代表性，不能重復(fù)，也不能遺漏。

（3）指標(biāo)和要素各等級(jí)的賦分值和權(quán)值的確定，以及由各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)評(píng)定分值所確定的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題等級(jí)要科學(xué)合理，便于操作。

（4）要評(píng)價(jià)出礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題危害程度的等級(jí)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

根據(jù)上述原則，結(jié)合礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查內(nèi)容，考慮到參評(píng)因子要易于量化，且所選因素必須具有特定的地質(zhì)環(huán)境代表性及區(qū)域范圍內(nèi)的系統(tǒng)性［5]，歸納總結(jié)之后，最終確定礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度綜合評(píng)價(jià)的4個(gè)子系統(tǒng)，以及14個(gè)二級(jí)評(píng)估指標(biāo)。

礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度綜合評(píng)價(jià)的子系統(tǒng)為礦山地質(zhì)災(zāi)害（A1）、含水層破壞（A2）、地形地貌景觀影響和破壞（A 3）、土地資源占用破壞（A 4）。其中礦山地質(zhì)災(zāi)害子系統(tǒng)的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)為地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模（B1）、地質(zhì)災(zāi)害的已發(fā)性（B2）、影響對(duì)象的重要程度（B3）、經(jīng)濟(jì)損失（B4）、受威脅人數(shù)（B5）；含水層破壞子系統(tǒng)的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)為含水層結(jié)構(gòu)破壞（B6）、礦井正常涌水量（B7）、主要含水層地下水位下降或疏干程度（B8）、礦區(qū)及周?chē)乇硭w漏失程度（B9）、對(duì)礦區(qū)及周?chē)a(chǎn)生活用水的影響程度（B10）；地形地貌景觀影響和破壞子系統(tǒng)的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)為對(duì)原生地形地貌景觀的影響程度（B11）、對(duì)可視范圍內(nèi)地形地貌景觀的影響程度（B12）；土地資源占用破壞系統(tǒng)的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)為占用破壞的土地類(lèi)型（B13）、占用破壞的土地面積（B14）。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)取值與分級(jí)

本次礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題危害程度評(píng)價(jià)劃分為危害嚴(yán)重、危害較嚴(yán)重和危害較輕3個(gè)等級(jí)，根據(jù)這3個(gè)等級(jí)的劃分，評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)界限按其質(zhì)量狀況也分為3個(gè)等級(jí)。參評(píng)因子對(duì)3個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值是根據(jù)有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況給出，同時(shí)盡量使其量化。對(duì)離散性指標(biāo)，采用專(zhuān)家評(píng)定法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)間的大小關(guān)系即影響嚴(yán)重的取為10，影響較嚴(yán)重的取為5，影響較輕的取為2（表1）［6]。

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 確定評(píng)價(jià)系統(tǒng)權(quán)值

采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重。由不同專(zhuān)家對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響要素及因子的相對(duì)重要性進(jìn)行綜合評(píng)估，然后按1～9標(biāo)度法對(duì)重要性程度進(jìn)行賦值，構(gòu)建一個(gè)能夠反應(yīng)評(píng)價(jià)因子之間關(guān)系的判斷矩陣，綜合分析各位專(zhuān)家提供的判斷矩陣，構(gòu)造最終的判斷矩陣，再利用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)［7]。

簡(jiǎn)要步驟如下［8]：

（1）構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣體現(xiàn)了各評(píng)價(jià)因素之間的相對(duì)重要性，而層次分析法導(dǎo)出權(quán)重的方法就是兩兩比較，并且把各評(píng)價(jià)因素之間的重要性進(jìn)行了量化。用1～9標(biāo)度法作為比較判斷的依據(jù)，來(lái)定義判斷矩陣。

（2）層次單排序及一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)CI，并查找一致性指標(biāo)RI。然后計(jì)算一致性比例CR。

其中，λmax為判斷矩陣最大特征值。當(dāng)CR＜0.10時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，否則重新修正。

（3）層次總排序及一致性檢驗(yàn)

這一過(guò)程是最高層次到最低層次逐層進(jìn)行，判斷底層中指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的排序權(quán)重，并作一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)上述模型，建立比較判斷矩陣，并確定各指標(biāo)的權(quán)重（表2～5）。

表2 O－A判斷矩陣

表3 A 1－B判斷矩陣

表4 A 2－B判斷矩陣

表5 A 3、A 4－B 判斷矩陣

由上述各判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)結(jié)果可知，權(quán)重分配合理，可得各層次權(quán)重結(jié)果（表6）。

2 評(píng)價(jià)方法

綜合評(píng)價(jià)法是將礦山地質(zhì)環(huán)境的嚴(yán)重程度給予定量綜合評(píng)定，本文采用評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)分值綜合評(píng)價(jià)法。

2.1 因子指標(biāo)加權(quán)分值綜合評(píng)價(jià)［9]

因子指標(biāo)加權(quán)分值綜合評(píng)價(jià)模型：

其中，F(xiàn)j為子系統(tǒng)要素加權(quán)分值（j＝A1、A2、A3、A4）；Fi為每個(gè)評(píng)價(jià)因子中指標(biāo)分值；Wi為各評(píng)價(jià)要素的權(quán)值；n為各子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)因子數(shù)。

表6 各層次權(quán)重結(jié)果表

礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型：

其中，F(xiàn)0為礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)分值；Wj為各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)要素的權(quán)值；m為子系統(tǒng)要素個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)為（A1、A2、A3、A4）。

2.2 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果劃分

本文將礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度劃分為3個(gè)等級(jí)，即“嚴(yán)重”、“較嚴(yán)重”和“較輕”3個(gè)等級(jí)（表7）。

表7 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)分級(jí)

3 應(yīng)用實(shí)例

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦位于平頂山市東北部，距市區(qū)中心約6 k m（圖1），礦區(qū)面積為20.615 8 k m2，開(kāi)采深度＋40 m至－800 m。礦井有50多年開(kāi)采歷史，目前核定生產(chǎn)能力為2.90 Mt／a，為大型煤礦。本礦區(qū)處于丘陵－平原的過(guò)渡部位，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫、地形復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育。井田范圍內(nèi)因開(kāi)采歷史較長(zhǎng)而引發(fā)了諸多環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，且影響因素多樣，主要包括采空區(qū)沉陷及伴生的地裂縫和對(duì)含水層的破壞等。

圖1 研究區(qū)域交通位置圖

本次將研究區(qū)劃分成采區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)和其他地段等3個(gè)區(qū)段，對(duì)每個(gè)區(qū)段的礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重程度等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)（表8）。

表8 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)合表7和表8可以看出，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦采區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)為礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度嚴(yán)重區(qū)，其他地段為較嚴(yán)重區(qū)（圖2）。

圖2 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)分區(qū)示意圖

4 結(jié)論

（1）本文采用層次分析法確定評(píng)價(jià)系統(tǒng)各指標(biāo)權(quán)重，將層次分析法與加權(quán)分值綜合評(píng)價(jià)法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，建立礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度綜合評(píng)價(jià)模型。

（2）依據(jù)該評(píng)價(jià)模型將礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度劃分為嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)和較輕區(qū)，對(duì)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果可知，該礦采區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)為礦山地質(zhì)環(huán)境危害程度嚴(yán)重區(qū)，其他地段為較嚴(yán)重區(qū)，評(píng)價(jià)結(jié)果與野外調(diào)查分析結(jié)果一致。

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