基于DPSIR-TOPSIS模型的煤炭礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價

王廣成 劉龍山

(1. 濱州醫(yī)學(xué)院，山東省煙臺市，264033；2. 山東工商學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院，山東省煙臺市，264005)

煤炭在我國能源供應(yīng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，面對煤炭資源儲量豐富、石油天然氣資源儲量貧乏的資源供應(yīng)現(xiàn)狀，合理開發(fā)利用煤炭資源顯得尤為重要。煤炭開采會帶來礦井廢水排放、含有瓦斯等其他有害氣體排放、煤矸石污染、礦區(qū)土地塌陷等一系列環(huán)境問題，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進行有效管理是解決這些問題的重要途徑之一。在供給側(cè)改革的大背景下，我國煤炭生產(chǎn)急需向低能耗、低污染的發(fā)展方向轉(zhuǎn)型，因此礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價對于科學(xué)決策、清潔生產(chǎn)具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

DPSIR模型常用于評價生態(tài)系統(tǒng)健康程度，驅(qū)動力(Driving)表示驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生變化的根本因素；壓力(Pressure)表示在驅(qū)動力的作用下，系統(tǒng)所受到的直接影響；狀態(tài)(State)表示在驅(qū)動力和壓力下，系統(tǒng)所處的狀況，如空氣質(zhì)量狀況、環(huán)境綠化狀況等；影響(Impact)表示在外界環(huán)境發(fā)生變化的情況下對人類所造成的影響，主要由相關(guān)疾病的發(fā)病率等方面的指標進行表示；響應(yīng)(Response)表示為了消除環(huán)境變化對人類所造成的不利影響，在驅(qū)動力、壓力等方面所采取的措施。DPSIR模型多用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價、生態(tài)安全評價、生態(tài)承載力評價等方面，是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價的重要概念模型。

綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型方面的研究受到了很多學(xué)者的關(guān)注。Gibbs探討了政策制定者鼓勵和發(fā)展綠色經(jīng)濟的動機，著重論述英國政府試圖促使傳統(tǒng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)向綠色建筑的方法和技術(shù)；Eluma認為可持續(xù)發(fā)展與綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型需要能夠同時實現(xiàn)經(jīng)濟增長和改善人類與環(huán)境福祉的創(chuàng)新方法，并探討了尼日利亞水產(chǎn)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的需求和驅(qū)動力；Weber分析了德國在綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型過程中的主要矛盾，一方面大量投資于可再生能源，另一方面發(fā)電廠卻大量使用褐煤發(fā)電；Droste分析了綠色轉(zhuǎn)型過程中制度的影響，并闡釋了政府干預(yù)對不同級別系統(tǒng)的綠色轉(zhuǎn)型行動的影響。在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，國內(nèi)學(xué)者對綠色轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵、模式進行了大量的研究，綠色轉(zhuǎn)型評價研究主要集中于區(qū)域綠色轉(zhuǎn)型評價。朱斌(2016)以福建省為例，從綠色發(fā)展支持、綠色生產(chǎn)活力和綠色生態(tài)環(huán)境3個方面選取評價指標，運用灰色局勢決策模型和線性回歸模型對福建省的綠色轉(zhuǎn)型情況進行評價分析；肖貴蓉(2016)根據(jù)DPSIR模型對太原市的綠色轉(zhuǎn)型狀況進行評價分析；王晗(2018)從經(jīng)濟效益、社會發(fā)展、資源稟賦和生態(tài)環(huán)境4個方面選取評價指標對吉林省的綠色轉(zhuǎn)型能力進行了評價分析。國內(nèi)外學(xué)者對綠色轉(zhuǎn)型評價研究取得了眾多成果，為相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)，提供了借鑒。但是以煤炭礦區(qū)為研究對象進行綠色轉(zhuǎn)型評價的文獻還比較少。

本文運用現(xiàn)代綜合評價方法，從驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)5個維度選取評價指標，構(gòu)建了礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型綜合評價體系，基于熵權(quán)法改進的TOPSIS方法計算綜合評價結(jié)果，以龍口礦區(qū)為對象進行了實證研究，并提出相關(guān)建議。

1 煤炭礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價指標體系構(gòu)建

礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價指標體系的構(gòu)建應(yīng)從社會、經(jīng)濟、資源環(huán)境方面選取評價指標，遵循系統(tǒng)性原則、可操作性原則、科學(xué)性原則、引導(dǎo)性原則。礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價指標體系及其權(quán)重值見表1。

1.1 指標體系構(gòu)建原則

(1)系統(tǒng)性原則。礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價是對一個完整的人地生態(tài)系統(tǒng)的評價，指標的選取應(yīng)能夠涵蓋礦區(qū)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的各個方面，并且能夠體現(xiàn)出系統(tǒng)的評價指標之間的因果關(guān)系。

(2)可操作性原則。指標體系的構(gòu)建要考慮數(shù)據(jù)的可獲得性和指標體系結(jié)構(gòu)的層次性，指標的選取要考慮不同年份之間的可比性以及對所獲取的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的充分利用。

(3)科學(xué)性原則。指標應(yīng)盡量選取能夠量化的指標，對所獲得的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，剔除具有明顯邏輯錯誤的數(shù)據(jù)，在綜合評價方法的選取上，要注意定量方法與定性方法合理使用。

(4)引導(dǎo)性原則。評價指標體系的建立應(yīng)考慮對礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型的引導(dǎo)作用，為礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型的發(fā)展提供可以改進的方法指引。

1.2 指標分析和篩選

1.2.1 驅(qū)動力指標分析和篩選

驅(qū)動力指標是推動礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型的指標，主要是社會經(jīng)濟方面的指標。本文選取工業(yè)產(chǎn)值、采區(qū)回采率、在職人數(shù)、職工平均薪酬作為驅(qū)動力指標。礦區(qū)的綠色轉(zhuǎn)型主要由經(jīng)濟、科技、人口、員工福利等因素所驅(qū)動，工業(yè)產(chǎn)值代表了經(jīng)濟方面的驅(qū)動力，采區(qū)回采率的高低取決于開采的技術(shù)水平，代表了科技方面的驅(qū)動力，在職人數(shù)代表了人口方面的驅(qū)動力，職工平均薪酬代表了福利方面的驅(qū)動力。

1.2.2 壓力指標分析和篩選

壓力指標是直接作用于礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型系統(tǒng)的壓力，主要包括資源的消耗和廢棄物的排放，本文選取原煤產(chǎn)量、油頁巖產(chǎn)量、耗電量、耗水量表示系統(tǒng)承受的壓力。在煤炭礦區(qū)中，用原煤產(chǎn)量代表對煤炭資源的消耗，用油頁巖產(chǎn)量表示礦區(qū)對其他資源的開采，在煤炭的開采、洗選等過程中會消耗大量的水資源和電力資源，選取耗電量和耗水量代表其對礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型系統(tǒng)的壓力。

1.2.3 狀態(tài)指標分析和篩選

狀態(tài)表示礦區(qū)受人類活動壓力影響的環(huán)境要素的變化，狀態(tài)既是驅(qū)動力、壓力作用于環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)果，也是分析影響和響應(yīng)的基礎(chǔ)。本文選用萬噸塌陷面積表示煤炭資源開采后土地資源所處的狀態(tài)，剩余開采年限表示煤炭資源所處的狀態(tài)，噸煤瓦斯排放量表示大氣環(huán)境所處的狀態(tài)。

1.2.4 響應(yīng)指標分析和篩選

響應(yīng)表示在驅(qū)動力的作用下，環(huán)境承載的壓力導(dǎo)致了環(huán)境狀態(tài)的變化，為了保護環(huán)境所采取的措施稱之為響應(yīng)。本文選用復(fù)墾率、土地塌陷治理費用、水環(huán)境治理費用、煤矸石處理費用、植被恢復(fù)費用指標代表對環(huán)境變化所采取的響應(yīng)措施。復(fù)墾率、土地塌陷、植被恢復(fù)費用表示對采煤破壞后的土地進行整治而采取的響應(yīng)行為，水環(huán)境治理費用表示對礦區(qū)水污染采取的響應(yīng)行為，煤矸石處理費用表示對采礦和洗選過程中的煤矸石采取的響應(yīng)行為。

表1 礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價指標體系及其權(quán)重值

2 評價模型及方法

本文采取熵權(quán)改進的TOPSIS法對礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型進行評價，TOPSIS法(逼近于理想解的排序方法)常用于系統(tǒng)的多方案多屬性問題的分析，是一種客觀的評價方法，通過計算每一個方案與最優(yōu)理想解的貼近度，可以對復(fù)雜問題進行綜合評價。熵權(quán)法可以使用信息熵對不同的方案進行賦權(quán)，具有良好的客觀性。

2.1 評價指標標準化

正指標的標準化公式：

(1)

逆指標的標準化公式：

(2)

式中：x(i,j)——第i年第j個評價指標的值；

xmin(j),xmax(j)——第j個評價指標的最小值和最大值。

2.2 計算指標權(quán)重

首先，計算第j個評價指標的信息熵Hj，即：

(3)

其次，計算第j個評價指標的差異性系數(shù)Gj，即：

Gj=1-Hj

(4)

最后，計算第j個評價指標的權(quán)重Wj，即：

(5)

2.3 建立加權(quán)規(guī)范化矩陣V

V=|Vi|m×n=Wj×Yij

(6)

式中：Yij——標準化后的矩陣。

2.4 確定正理想解和負理想解

分別以加權(quán)規(guī)范化決策矩陣中的最大值和最小值作為正理想解和負理想解。

正理想解為：

V+={maxvij|i=1,2,…,m}

(7)

負理想解為：

V-={minvij|i=1,2,…,m}

(8)

2.5 計算不同年份評價對象到正理想解的距離D+和到負理想解的距離D-

2.6 計算評價對象與理想解的貼近度Ci

(11)

式中，Ci介于0～1之間，該值越大表明第i年的礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型狀況越好。參考相關(guān)學(xué)者的研究成果，本文以非等間距的方式，依據(jù)貼近度(C)將礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型狀況劃分為5個評判等級。煤炭礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評判標準見表2。

表2 煤炭礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評判標準

3 實證研究

3.1 龍口礦區(qū)概況

龍口礦區(qū)創(chuàng)建于1968年10月，1987年5月組建龍口礦務(wù)局，2003年3月成立龍口礦業(yè)集團有限公司。經(jīng)過50年的建設(shè)發(fā)展，公司業(yè)務(wù)范圍覆蓋魯、晉、吉3省9地市。現(xiàn)擁有7對生產(chǎn)礦井；依托“黃藍”經(jīng)濟疊加區(qū)和臨港區(qū)位的優(yōu)勢，建成了山東省首家煤炭儲備配送基地，運營能力達到2000萬t/a；在油頁巖綜合利用方面，具備處理油頁巖260萬t/a、產(chǎn)油20萬t/a的產(chǎn)能；建成4座熱電廠，熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機容量81 MW。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)來源于2008-2016年的《煙臺市統(tǒng)計年鑒》、2008-2016年的《中國煤炭工業(yè)統(tǒng)計年鑒》以及對煤礦調(diào)研期間由龍口礦區(qū)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 評價結(jié)果

對數(shù)據(jù)進行標準化處理，運用熵權(quán)法進行賦權(quán)，所得各指標權(quán)重見表1；應(yīng)用所建的評價模型計算各年度的貼近度(C)，最終綜合評價結(jié)果見表3。

表3 龍口礦區(qū)綜合評價結(jié)果

3.4 評價結(jié)果分析

3.4.1 龍口礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型效果的影響因素

根據(jù)龍口礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型評價指標的權(quán)重值可知，職工薪酬支出與產(chǎn)值的比、消耗的電力、采區(qū)回采率、工業(yè)產(chǎn)值、水環(huán)境治理費用、在職人數(shù)等指標的權(quán)重較大，它們是9年來對礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)揮較大作用的影響因素。其中，工業(yè)產(chǎn)值、采區(qū)回采率、在職人數(shù)、職工薪酬支出屬于驅(qū)動力因素，消耗的電力屬于壓力因素，水環(huán)境治理費用屬于響應(yīng)因素。因此，未來促進礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展需要重視對以上主要因素的改進。

3.4.2 龍口礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型狀況分析

根據(jù)計算結(jié)果可知，2008-2016年龍口礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型水平整體呈上升趨勢，貼近度(C)由2008年的0.2929提高到2016年的0.6998，礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型狀況由很差等級提升到一般等級。2008-2010年，貼近度(C)出現(xiàn)小幅度下滑，同時在這兩年之間綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展水平處于很差等級，通過分析可知，主要受2008年美國金融危機影響，煤炭銷路不暢，煤炭價格大幅度下跌，產(chǎn)值也比較低，而后國家實施了一系列的宏觀經(jīng)濟調(diào)控政策，國民經(jīng)濟逐漸回歸理性，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的擴大刺激了煤炭的需求，2010年的工業(yè)產(chǎn)值比2008年有所上升，在消耗的水資源、消耗的電力、塌陷面積方面比2008年也有所增加。2010-2012年，貼近度(C)出現(xiàn)較大的上升，主要由于原煤產(chǎn)量減少、采區(qū)回采率的上升，從而使得消耗的電力、消耗的水資源、塌陷面積減少，同時，龍口礦區(qū)積極開發(fā)油頁巖煉油技術(shù)，在此期間，油頁巖三期中顆粒煉油項目成功投產(chǎn)、順利出油，油頁巖產(chǎn)量上升。2012-2014年，貼近度(C)有小幅度的下滑，通過對數(shù)據(jù)的分析可知，原煤產(chǎn)量、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值仍然繼續(xù)呈下降趨勢，油頁巖產(chǎn)量呈上升趨勢，消耗的水資源增多，復(fù)墾率下降。2014-2016年，貼近度(C)有較大幅度的上升，2016年的工業(yè)產(chǎn)值比2014年有所回落，油頁巖產(chǎn)量回落，煤炭產(chǎn)量上升，消耗的水資源與電力呈下降趨勢。

對驅(qū)動力系統(tǒng)進行分析可知，2008-2016年，整體呈較快上升趨勢，表明礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的驅(qū)動力充足，整體向好的方向發(fā)展，經(jīng)濟、科技、社會等方面都有充足的發(fā)展動力，但2012-2014年出現(xiàn)小幅度下滑，主要由于職工薪酬支出與產(chǎn)值比的下降造成的，當(dāng)職工薪酬支出在工業(yè)產(chǎn)值中占比較大時，意味著企業(yè)的科技含量較高，需要為人力資源支付更高的報酬。

對壓力系統(tǒng)進行分析可知，2008-2016年，壓力系統(tǒng)的貼近度(C)呈波動上升趨勢，表明礦區(qū)對生態(tài)環(huán)境的破壞在下降，對自然資源的消耗在減少。2010年貼近度(C)最小，主要由于美國金融危機后，對宏觀經(jīng)濟的調(diào)控擴大了煤炭需求，導(dǎo)致對環(huán)境的壓力增大。

圖1 2008-2016年礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型狀況及各子系統(tǒng)趨勢圖

對狀態(tài)系統(tǒng)分析可知，2008-2016年，狀態(tài)系統(tǒng)的貼近度(C)整體上呈平穩(wěn)小幅度上升趨勢，2010年，由于土地塌陷面積的增加，出現(xiàn)小幅度的下降。2016年，由于資源的剩余開采年限的減少，貼近度(C)出現(xiàn)小幅度的下降，表明煤炭儲量的減少會對礦區(qū)的綠色發(fā)展帶來一定的影響，煤炭資源的枯竭是礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展不可忽視的影響因素。

在響應(yīng)系統(tǒng)中，2008-2016年，響應(yīng)系統(tǒng)的貼近度(C)呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢，表明礦區(qū)采取積極的措施對生態(tài)環(huán)境進行恢復(fù)和保護，如治理塌陷土地、凈化處理礦井水、產(chǎn)業(yè)化利用煤矸石、恢復(fù)植被。2016年，由于復(fù)墾率的下降，響應(yīng)系統(tǒng)的貼近度(C)有微弱減小。

3.4.3 發(fā)展建議

(1)提高職工平均工資，提升人力資源在生產(chǎn)要素中的地位。煤炭礦區(qū)要實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，就要提高對人才的重視，煤炭礦區(qū)實現(xiàn)綠色、高效、安全發(fā)展，離不開開采技術(shù)的機械化、自動化、智能化發(fā)展，對井下工人的需求會越來越少，對掌握先進技術(shù)的科技人才的需求會越來越大。

(2)在原有的煤電油運產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上積極擴展，形成以煤炭生產(chǎn)為基礎(chǔ)的多業(yè)并舉的發(fā)展戰(zhàn)略。如將開采后的煤炭用于煉焦、煤化工、煤制油等，延長以煤炭開采為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)鏈，增加煤炭的附加值，構(gòu)成循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，減少煤炭開采所帶來的環(huán)境壓力。

(3)合理解決煤炭開采所造成的煤矸石堆積、土地塌陷等問題。如將煤矸石用于采空區(qū)回填、建材生產(chǎn)等，將塌陷土地進行復(fù)墾，治理后的塌陷土地可用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、觀光旅游業(yè)。