因子權(quán)重法在礦山地質(zhì)環(huán)境影響分區(qū)中的應(yīng)用
——以鄂州市為例

張金朝, 張 波, 熊 麗, 習(xí) 彪

(湖北省地質(zhì)局 第五地質(zhì)大隊(duì),湖北 黃石 435000)

因子權(quán)重法是利用因子分析法結(jié)合專家打分法求權(quán)重的方法,因子分析起源于心理學(xué),直到上世紀(jì)60年代才發(fā)展成型,因子分析的基本目的就是用少數(shù)因子去描述多個(gè)指標(biāo)因素之間的聯(lián)系,即將關(guān)聯(lián)密切的幾個(gè)變量歸在同一類中,每一類變量就是一個(gè)因子,以較少的幾個(gè)因子反映原資料的大部分信息。消除由于因子不同造成的不可比以及各因子之間的影響,避免信息量的重復(fù),克服權(quán)重確定的主觀性。

鄂州市礦山開采歷史悠久,受多年來(lái)采礦活動(dòng)的影響,礦區(qū)及周邊地質(zhì)環(huán)境破壞嚴(yán)重,特別是對(duì)土地和地下水資源破壞較多,礦山地質(zhì)災(zāi)害就有40處[1],占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的60%,嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。通過(guò)開展鄂州市礦山地質(zhì)環(huán)境影響分區(qū)評(píng)價(jià),根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)估分區(qū)結(jié)果,結(jié)合礦山地質(zhì)環(huán)境發(fā)展變化趨勢(shì)分析,按緊迫性進(jìn)行分類,劃分出不同等級(jí)的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理區(qū)域,為鄂州市政府開展礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及治理工作提供依據(jù),并對(duì)鄂州市合理開發(fā)礦產(chǎn)資源、促進(jìn)礦業(yè)開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

鄂州市內(nèi)產(chǎn)生的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題有地質(zhì)災(zāi)害、壓占土地、地下水系統(tǒng)的影響以及廢水廢渣污染四大類。

1.1 地質(zhì)災(zāi)害

鄂州市內(nèi)礦山地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育,主要有地面塌陷和不穩(wěn)定斜坡,其中地面塌陷16處,不穩(wěn)定斜坡21處,崩塌1處,滑坡2處,共計(jì)40處。地質(zhì)災(zāi)害面積達(dá)到142.38 hm2,影響面積170.8 hm2,體積達(dá)到36.85萬(wàn)m3,造成經(jīng)濟(jì)損失15 663萬(wàn)元,威脅人口1 328人,威脅財(cái)產(chǎn)11 914.8萬(wàn)元。

1.2 占用與破壞土地資源

鄂州市內(nèi)礦山占用及破壞土地資源的情況較為普遍,據(jù)統(tǒng)計(jì),全市礦業(yè)開發(fā)壓占土地約429.55 hm2。按照破壞土地類型來(lái)分,破壞林地176.54 hm2、耕地119.47 hm2、草地101.84 hm2、荒坡地8.43 hm2、其他地23.27 hm2。

1.3 地下水系統(tǒng)的影響

鄂州市地下水系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)為地下水位下降及地下水均衡破壞。目前鄂州市內(nèi)共形成6個(gè)地下水降落漏斗區(qū),總面積達(dá)32.56 km2,主要分布在廣山礦區(qū),范圍201.59 hm2;程潮主礦區(qū),范圍163.70 hm2;黃土咀—鴻潤(rùn)德礦區(qū),范圍607.92 hm2;陳盛礦區(qū),范圍387.08 hm2;銅坑礦區(qū),范圍275.57 hm2;大洪山—鴻?！镒涌诘V區(qū),范圍1 619.72 hm2。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),鄂州市礦山地下水均衡受破壞的礦山有20個(gè),造成大量水井、泉干涸。

1.4 水土環(huán)境污染

鄂州市礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)生的廢水包括礦坑水、選礦水等,廢渣包括廢石、尾礦等。其中礦山廢水年產(chǎn)出量1 480.3萬(wàn)m3,年排放量1 261.3萬(wàn)m3;礦坑水年產(chǎn)出量1 219.1萬(wàn)m3,年排放量1 000.1萬(wàn)m3;選礦水年產(chǎn)出量110萬(wàn)m3,年排放量110萬(wàn)m3,其綜合利用率為14.8%,年循環(huán)利用量為219萬(wàn)m3。鄂州市目前積存廢渣(廢石、尾礦)2 869.2萬(wàn)t,其中廢石堆20個(gè),尾礦庫(kù)26個(gè),累計(jì)積存廢石渣85.4萬(wàn)t、尾礦2 783.8萬(wàn)t,年產(chǎn)固體廢棄物158.2萬(wàn)t,年綜合利用量32.2萬(wàn)t,年綜合利用率達(dá)到20.35%。

根據(jù)水土樣檢驗(yàn)結(jié)果,區(qū)內(nèi)廢水、廢渣對(duì)地表水環(huán)境污染較重,對(duì)地下水污染較輕。

2 分區(qū)評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)原則

根據(jù)《礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范(DD2014—05)》及相關(guān)規(guī)范要求,結(jié)合鄂州市礦山實(shí)際情況,充分利用礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)資料,及礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理方案數(shù)據(jù)資料,通過(guò)深入地研究對(duì)比分析,評(píng)價(jià)采礦活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度。

以采礦對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響為主,兼顧地質(zhì)環(huán)境背景,緊抓礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題現(xiàn)狀。本次影響評(píng)估分為三級(jí):嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)和輕微區(qū)。礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度指標(biāo)A>1.5,為礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū);1.5>A>0.5,為礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重區(qū);A<0.5,為礦山地質(zhì)環(huán)境影響輕微區(qū)。

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1評(píng)價(jià)因子的選取

與礦山地質(zhì)環(huán)境相關(guān)的各類評(píng)價(jià)因子主要有地形地貌、植被發(fā)育情況、礦山企業(yè)規(guī)模、開采深度、占用破壞土地面積、廢水廢液排放量、尾礦固體廢物排放量、礦坑排水對(duì)水環(huán)境的影響、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用及保護(hù)規(guī)劃、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理難易程度等二級(jí)因子。上述評(píng)價(jià)因子可綜合為四個(gè)一級(jí)因子(表1)。

2.2.2評(píng)價(jià)單位

本次評(píng)估成圖比例尺1∶50 000,在充分考慮各評(píng)價(jià)因子對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響大小(即權(quán)重的不同)的情況下,以全市的礦山礦權(quán)范圍及其影響范圍(即緩沖區(qū))劃分評(píng)價(jià)單元,通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)單元的評(píng)判、賦值、疊加得出礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù),從而判定出礦山地質(zhì)環(huán)境的相對(duì)好壞。

表1 評(píng)價(jià)因子說(shuō)明表Table 1 Statement of evaluation factors

2.2.3評(píng)價(jià)模型

(1) 數(shù)學(xué)模型建立。

A=∑aibi

式中:A為礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度;ai為指標(biāo)層因子權(quán)重,用專家打分法確定;bi為礦山地質(zhì)環(huán)境影響強(qiáng)度指數(shù)。

(2) 各級(jí)因子權(quán)重。一級(jí)因子權(quán)重見表2。

表2 一級(jí)因子權(quán)重表Table 2 Weight table of first-order factor

二級(jí)因子權(quán)重見表3。

2.3 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法,對(duì)鄂州市各評(píng)價(jià)單元采用綜合分值確定等級(jí),最終在Mapgis中成圖(圖1)。本次分區(qū)共分為3個(gè)大區(qū):影響嚴(yán)重區(qū)、影響較嚴(yán)重區(qū)和影響輕微區(qū)。其中影響嚴(yán)重區(qū)有2個(gè)亞區(qū),總面積約94.12 km2,占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的5.25%;影響較嚴(yán)重區(qū)共有3個(gè)亞區(qū),集中在礦山開發(fā)較強(qiáng)烈區(qū)域,總面積約280.8 km2,占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的18.66%;影響輕微區(qū)是嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)以外的其它地區(qū),總面積達(dá)1 130.08 km2,占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的75.09%。各區(qū)基本情況見表4。

經(jīng)驗(yàn)證,其中2處影響嚴(yán)重區(qū)人口密集,采礦活動(dòng)強(qiáng)烈,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),對(duì)周邊環(huán)境影響嚴(yán)重,與分區(qū)結(jié)果基本吻合,較嚴(yán)重影響區(qū)、一般影響區(qū)與實(shí)際情況也都基本一致。

表3 二級(jí)因子權(quán)重表Table 3 Weight table of secondary-order factor

注:因子權(quán)重?cái)?shù)值參考《2012—2013年湖北省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告》[2]。

圖1 鄂州市礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合分區(qū)圖Fig.1 Comprehensive zoning map of mine geological environment impact in Ezhou City1.嚴(yán)重影響區(qū)及代號(hào);2.較嚴(yán)重影響區(qū)及代號(hào);3.輕微影響區(qū)及代號(hào)。

3 結(jié)論

選用因子權(quán)重法對(duì)鄂州市進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境影響分區(qū),對(duì)今后在鄂州市開展礦山恢復(fù)治理規(guī)劃及治理具有重要意義。利用因子分析法求權(quán)重[3]評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度,不僅考慮了評(píng)價(jià)中所涉及到的各個(gè)因子,也考慮到了某種因子在評(píng)價(jià)中的重要程度,且結(jié)合專家打分法與經(jīng)驗(yàn)對(duì)權(quán)重賦值,效果是理想的也是合理的;難點(diǎn)在于各種權(quán)重賦值不易操作,所以在其他地區(qū)應(yīng)用時(shí),需特別注意評(píng)價(jià)因子的選擇和權(quán)重的確定,以保證評(píng)價(jià)的合理性;另外因子權(quán)重法只能評(píng)價(jià)出相對(duì)的結(jié)果,準(zhǔn)確的結(jié)果需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)分區(qū)界限進(jìn)行修正。

表4 礦山地質(zhì)環(huán)境綜合分區(qū)說(shuō)明表Table 4 Interpretation table for comprehensive zoning of mine geological environment