承德武烈河流域礦山地質(zhì)環(huán)境影響定量化評(píng)價(jià)

王瑞豐，翟延亮，于 軍，劉宏磊(.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000；.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，北京 00083)

承德武烈河流域礦山地質(zhì)環(huán)境影響定量化評(píng)價(jià)

王瑞豐1，翟延亮1，于 軍1，劉宏磊2
(1.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，北京 100083)

礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)是礦山地質(zhì)環(huán)境問題研究的一個(gè)重要范疇，本文以河北承德武烈河流域礦山環(huán)境地質(zhì)問題為例，首次將礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分解為：潛在問題程度、已有問題程度、環(huán)境影響程度三個(gè)子系統(tǒng)，在傳統(tǒng)層次分析法評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，引入“礦山地質(zhì)環(huán)境綜合影響指數(shù)”的概念，建立了礦山地質(zhì)環(huán)境定量分析評(píng)價(jià)模型，通過分析各個(gè)單元的指數(shù)情況，確定等級(jí)閾值，實(shí)現(xiàn)承德武烈河流域礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)與分區(qū)，最終為該地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理提供了依據(jù)。

礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)；層次分析法；礦山地質(zhì)環(huán)境綜合影響指數(shù)

0 引言

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，一方面保障了人民生活和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)來源，另一方面，礦產(chǎn)資源的長期無序開采也引發(fā)了嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問題[1]，如礦山地質(zhì)災(zāi)害、水土污染、地貌景觀破壞、土地壓占等，這些問題已經(jīng)改變(或破壞)了人類的生存環(huán)境。因此如何引入科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)不僅是現(xiàn)代環(huán)境地質(zhì)學(xué)研究的一個(gè)重要課題，同時(shí)也可為解決礦山地質(zhì)環(huán)境問題提供技術(shù)支持。我國目前在礦山環(huán)境評(píng)價(jià)方面的方法較多，常用的有灰色模型、可拓理論、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法等，但是礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量定量化評(píng)價(jià)一直是難點(diǎn)和熱點(diǎn)，近年來劉金濤等通過不同的評(píng)價(jià)方法，建立了單個(gè)(或多個(gè))礦山的定量(半定量)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型[2];邢永強(qiáng)等應(yīng)用多級(jí)模糊識(shí)別模型進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)，并在小秦嶺礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)中取得了較好的效果[3];周建偉等利用加權(quán)信息量模型應(yīng)用到礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，通過核查礦山對(duì)該模型評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，可靠性較高[4]。但是由于各地區(qū)條件的差異性，目前尚未形成一套系統(tǒng)的、可操作性較強(qiáng)的礦山地質(zhì)環(huán)境定量化評(píng)價(jià)的理論和方法，因此筆者在分析總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，初步建立了一套較為完整的礦山地質(zhì)環(huán)境定量分析評(píng)價(jià)模型，在礦山地質(zhì)環(huán)境定量化評(píng)價(jià)方面做了一次探索。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于冀北地區(qū)，冀、蒙、遼三省交界地區(qū)，總面積達(dá)到2 580 km2。武烈河流域?yàn)楸成絽^(qū)，河道呈南北走向，坡度較陡，海拔在370～1 070 m。武烈河流域所在區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶匝嗌缴降貧夂?，具有“冬冷夏熱，四季分明，光照充足，雨熱同季，晝夜溫差大”的特點(diǎn)。全區(qū)平均氣溫為8.0 ℃，多年平均降雨量562.2 mm。

研究區(qū)內(nèi)出露的地層較為豐富，從老到新依次為：新太古界單塔子群、中元古界長城系、中元古界薊縣系、中生界侏羅系、中生界白堊系以及新生界第四系。研究區(qū)內(nèi)的巖漿巖自新太古代至中生代都有出露，分布范圍幾乎遍布全區(qū)。根據(jù)含水介質(zhì)、水力特征和地下水的賦存條件，研究區(qū)地下水可劃分為四種類型，即松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水和基巖裂隙水。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的基本原理

為了更好地反映礦山環(huán)境地質(zhì)問題的地質(zhì)環(huán)境影響，本次研究在進(jìn)行礦山遙感調(diào)查與監(jiān)測工作基礎(chǔ)上，通過對(duì)不同礦山開發(fā)類型充分調(diào)研，首先確定研究區(qū)礦山環(huán)境地質(zhì)問題主要包括礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞、土地資源破壞與地形地貌景觀破壞四大類[5]。其次結(jié)合不同類型礦山開發(fā)特點(diǎn)與規(guī)律，建立一套科學(xué)合理、行之有效地礦山環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與定量評(píng)價(jià)方法。

采用綜合指數(shù)法進(jìn)行武烈河流域礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)，將武烈河流域的礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分解為：潛在問題發(fā)生程度、已有問題程度、環(huán)境影響程度三個(gè)子系統(tǒng)。然后分別在子系統(tǒng)中選取具有代表性的評(píng)價(jià)因子，并根據(jù)所取得的影響程度確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，給出歸一化的指標(biāo)。再運(yùn)用AHP法確定各子系統(tǒng)和評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，將同一子系統(tǒng)內(nèi)的各評(píng)價(jià)因子的指標(biāo)值按權(quán)重進(jìn)行疊加[6-7]，得出一個(gè)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)總指標(biāo)，再將各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)的總指標(biāo)按權(quán)重進(jìn)行疊加，得出每個(gè)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，分析各個(gè)單元的指數(shù)情況，確定等級(jí)閾值，從而建立起評(píng)價(jià)等級(jí)，最終進(jìn)行武烈河流域地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)(評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐譃? km×2 km的網(wǎng)格)。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立及權(quán)重的確定

通過對(duì)研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查資料分析研究，針對(duì)不同的礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型，篩選其響應(yīng)因子并作為評(píng)價(jià)體系指標(biāo)層，據(jù)此構(gòu)建各礦山地質(zhì)環(huán)境問題的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)包括3個(gè)層次，依次為目標(biāo)層、中間要素層、影響指標(biāo)層[8]。目標(biāo)層以綜合指數(shù)表征評(píng)價(jià)單元礦山環(huán)境地質(zhì)問題影響程度，中間要素層從已發(fā)生問題程度、潛在問題發(fā)生程度、環(huán)境影響程度三個(gè)方面全方位刻畫各礦山地質(zhì)環(huán)境問題的影響程度，指標(biāo)層由具體的災(zāi)害調(diào)查指標(biāo)構(gòu)成。建立了礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之后，運(yùn)用層次分析法分別確定各指標(biāo)對(duì)于礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度，首先對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，并按1、2、3、…賦予分值，通過咨詢、篩選、專家打分，按照各類指標(biāo)的相對(duì)重要程度予以權(quán)值，分值與權(quán)重的乘積即為某指標(biāo)對(duì)要素層影響的實(shí)際得分；同樣方法，按照層次分析確定出要素層對(duì)綜合指數(shù)影響的分值，并賦以合適的權(quán)重，進(jìn)而計(jì)算出評(píng)價(jià)目標(biāo)的綜合指數(shù)。各礦山地質(zhì)環(huán)境問題評(píng)價(jià)指數(shù)表[9-10]見表1～表4。

表1 礦山地質(zhì)災(zāi)害問題評(píng)價(jià)指數(shù)表Table 1 The index table for the evaluation of mine geological disaster

表2 含水層結(jié)構(gòu)破壞問題評(píng)價(jià)指數(shù)表Table 2 The index table for the evaluation of aquifer structure’s destruction

表3 地貌與景觀破壞問題評(píng)價(jià)指數(shù)表Table 3 The index table for the evaluation of landform and landscape destruction

表4 土地與壓占破壞問題評(píng)價(jià)指數(shù)表Table 4 The index table for the evaluation of land resource destruction

4 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)模型的建立與評(píng)價(jià)分區(qū)

礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合指數(shù)M表征礦山環(huán)境地質(zhì)問題的影響程度，M災(zāi)表征礦山地質(zhì)災(zāi)害問題影響綜合指數(shù)，M含表征含水層結(jié)構(gòu)破壞綜合指數(shù)，M貌表征地貌與景觀破壞問題綜合指數(shù)，M壓表征含水層結(jié)構(gòu)破壞綜合指數(shù)。M每一類災(zāi)害綜合指數(shù)(M災(zāi)、M含、M貌、M壓)均由潛在災(zāi)害程度A(權(quán)重0.35)、已有問題程度B(權(quán)重0.45)、環(huán)境影響程度C(權(quán)重0.20)三個(gè)要素因子經(jīng)數(shù)學(xué)加權(quán)迭加計(jì)算后取得。要素因子用每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值加權(quán)迭加計(jì)算。數(shù)學(xué)模型如下：

M=Max[M災(zāi)、M含、M貌、M壓]

(1)

M災(zāi)或M含或M貌或M壓=0.35A+0.45B+0.2C

(2)

A或B或C=Σa﹒b

(3)

式中：a——為評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值；b——為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

最終根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害綜合指數(shù)M，將礦山地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦山的影響程度分為嚴(yán)重(M≥2.0)、較嚴(yán)重(1.5≤M<2.0)、輕微(M<1.5)三個(gè)等級(jí)。

根據(jù)前述礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)、評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)，將承德武烈河流域根據(jù)開采集中程度將區(qū)域內(nèi)的礦山劃分為九個(gè)礦產(chǎn)集中區(qū)域，對(duì)礦產(chǎn)集中區(qū)域內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境影響分別進(jìn)行了綜合判別，最終分別得到各個(gè)礦山地質(zhì)環(huán)境問題的綜合評(píng)價(jià)圖(圖1～圖4)。

圖1 礦山地質(zhì)災(zāi)害問題影響綜合評(píng)價(jià)圖Fig.1 The map of the comprehensive evaluation of mine geological disaster

通過對(duì)各個(gè)礦山地質(zhì)環(huán)境問題分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后根據(jù)式(1)得到礦山環(huán)境地質(zhì)問題綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，進(jìn)一步得到武烈河流域礦山環(huán)境地質(zhì)問題綜合評(píng)價(jià)分區(qū)圖(圖5)。

圖2 礦山含水層破壞問題影響綜合評(píng)價(jià)圖Fig.2 The map of the comprehensive evaluation of aquifer structure’s destruction

圖3 地形地貌與景觀破壞問題綜合評(píng)價(jià)圖Fig.3 The map of the comprehensive evaluation of landform and landscape destruction

圖4 礦土地壓占與破壞問題影響綜合評(píng)價(jià)圖Fig.4 The map of the comprehensive evaluation of land resource destruction

圖5 礦山環(huán)境地質(zhì)問題影響綜合評(píng)價(jià)圖Fig.5 The map of the comprehensive evaluation of mine geological environment

此外，按照《全國礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查技術(shù)要求》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問題危害程度分為：嚴(yán)重、較嚴(yán)重、較輕三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(圖6)。

圖6 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)分區(qū)圖(按規(guī)范)Fig.6 The map of the evaluation of mine geological environment(according to the criterion)

通過對(duì)比可以看出，按照傳統(tǒng)的規(guī)范對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，只能將礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度分為影響嚴(yán)重區(qū)、影響較嚴(yán)重區(qū)和影響輕微區(qū)，但礦山環(huán)境地質(zhì)問題的影響是一個(gè)漸變的過程，因此按照規(guī)范進(jìn)行評(píng)價(jià)不能進(jìn)一步刻畫出礦山環(huán)境地質(zhì)問題影響的過渡性。如韓麻營一帶、高寺臺(tái)一帶，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行評(píng)價(jià)所得到的結(jié)果基本都是影響嚴(yán)重區(qū)，而按照本次所提出的綜合影響指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果則可將該區(qū)域進(jìn)一步劃分為嚴(yán)重影響區(qū)和較嚴(yán)重影響區(qū)；而在頭溝一帶，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行評(píng)價(jià)所得到的結(jié)果都是影響嚴(yán)重區(qū)，按照本次所提出的綜合影響指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果則是較嚴(yán)重影響區(qū)和中等影響區(qū)。因此按照綜合影響指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果則更詳細(xì)，在礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理過程中，則可根據(jù)不同的影響區(qū)域分別制定相應(yīng)的措施，從而避免了籠統(tǒng)地制定治理措施，造成人力、物力的浪費(fèi)。

5 結(jié)論

根據(jù)提出問題、分析評(píng)價(jià)問題和解決問題的思路，礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)是礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理措施的制定、解決礦山地質(zhì)環(huán)境問題的重要前提，同時(shí)也是礦山地質(zhì)環(huán)境研究的重要一環(huán)。通過本文的研究主要取得了如下結(jié)論：

(1)通過綜合分析研究，首先將研究區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境問題劃分為礦山地質(zhì)災(zāi)害、含水層結(jié)構(gòu)破壞、土地壓占與破壞、地形地貌與景觀破壞四大類，并且針對(duì)不同礦山環(huán)境地質(zhì)問題的特點(diǎn)，建立了系統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)將礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分解為潛在問題發(fā)生程度、已有問題程度、環(huán)境影響程度三個(gè)子系統(tǒng)，引入“礦山地質(zhì)環(huán)境綜合影響指數(shù)”的概念，建立了適合多個(gè)礦山的礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)定量化模型，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)由定性研究向定量研究的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了深層次的探討和實(shí)踐。

(3)通過與傳統(tǒng)的規(guī)范評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，基于礦山地質(zhì)環(huán)境綜合影響指數(shù)的定量化評(píng)價(jià)結(jié)果更加系統(tǒng)、全面，可以詳細(xì)刻畫礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度的過度性，與礦山的實(shí)際情況比較相符。

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The quantitative research of mine geology environmental evaluation of Wulie River basin in Chengde

WANG Ruifeng1,ZHAI Yanliang1,YU Jun1,LIU Honglei2
(1.The4thGeologicalTeamofHebeiGeologyandMiningBureau,Chengde,Hebei067000，China; 2.NationalEngineeringResearchCenterofCoalMineWaterHazardControlling,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),Beijing100083，China)

Mine geological environment evaluation is an important category of mine geology environmental problem research. In this paper, the mine geology environmental problem in Wulie river basin of Chengde was taken as an example.The mine geology environmental problem was first time broken down into three subsystems, namely the extent of potential problems、the extent of existing problems and the extent of environmental impact. In addition, the “mine geological environment comprehensive influence index” was introduced on the basis of traditional evaluation by the use of AHP, and the quantitative analysis and evaluation model of mine geology environmental problem was built. Finally, the level threshold is determined by analyzing the index of each unit, so the comprehensive evaluation and zoning of mine geological environment in the study area can be obtained which provided the basis for the protection and control of the mine geological environment in the area.

the evaluation of mine geological environment; AHP; mine geological environment comprehensive influence index

2016-10-08;

2016-11-24

王瑞豐(1979-)，男，河北張家口人，工程師，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)方面的研究工作。E-mail:wrfcd@163.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.17

TD167

A

1003-8035(2017)02-0124-07