多金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的評價研究

杜金亮，徐志強

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261000）

1 多金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力評價的現(xiàn)狀研究

近年來，關(guān)于多金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的研究方興未艾。隨著研究的不斷深入，學(xué)者們對其重要性的認(rèn)識發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變，關(guān)于地質(zhì)環(huán)境承載力的內(nèi)涵也逐漸豐富，更加完善。

總的來說，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力廣義上是指在不影響礦區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及人類正常的社會經(jīng)濟活動的前提下，礦業(yè)活動可對礦區(qū)進行的最大開發(fā)強度[1]。

礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力直接反映著礦業(yè)活動的適宜性，承載力越高越適宜開采。

目前關(guān)于地質(zhì)環(huán)境承載力的研究存在以下兩個難點：①缺乏一個適宜的表征量來對地質(zhì)環(huán)境承載力進行量化和表征；②目前的定量指標(biāo)通常選取人口、面積和經(jīng)濟等指標(biāo)進行，這些指標(biāo)已經(jīng)不單單是自然屬性，因此無法從整體評估礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力。當(dāng)前關(guān)于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的評價已經(jīng)有許多系統(tǒng)性研究，但取得的成果有限，有待進一步地深入研究，當(dāng)前研究的不足之處主要有以下幾點：①以單項研究居多，缺乏地質(zhì)環(huán)境承載力的綜合要素評價研究；②研究較膚淺，未形成完整的理論體系；③地質(zhì)環(huán)境承載力的定量方法尚未統(tǒng)一[2]。

2 環(huán)境承載力的評價方法

2.1 地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分析

地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)十分龐大且復(fù)雜，其包含眾多物質(zhì)和能量，這些物質(zhì)和能量按照一定的方式共同構(gòu)成了地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)。

地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)作為一個整體，我們可以將其看作是時間和空間的結(jié)合體，其結(jié)構(gòu)也可分為時間和空間結(jié)構(gòu)?？臻g結(jié)構(gòu)是由物質(zhì)實體形態(tài)按照一定的空間特征排列而成，可根據(jù)其空間結(jié)構(gòu)不同分為水平和垂直結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顯著的層次性。因此，基于其層次性結(jié)構(gòu)的特點，我們可以采用層析分析法來進行地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)體系的構(gòu)建[3]。

2.2 評價指標(biāo)的確定

多金屬礦區(qū)通常地質(zhì)十分廣闊且復(fù)雜，通過對問題進行深入分析，并對條件進行分解，我們可以將地質(zhì)環(huán)境承載力評價體系劃分為目標(biāo)、準(zhǔn)則、問題和指標(biāo)等4個層次，這4個層次與其組成元素是一一對應(yīng)的。在評價時應(yīng)以原生環(huán)境作為重點，同時還應(yīng)考慮自然環(huán)境因素，最終的評價結(jié)果能夠反映多金屬礦區(qū)的開發(fā)潛力。

目標(biāo)層表示的是多金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的承載力，準(zhǔn)則層則是衡量目標(biāo)能否實現(xiàn)的準(zhǔn)則，也可理解成多金屬礦區(qū)的開采對地質(zhì)環(huán)境的影響，具體影響主要包括三個方面，水土污染、環(huán)境破壞及地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生等。上述因素從三個不同角度反映了礦產(chǎn)開采對地質(zhì)環(huán)境的影響，以及這種影響對礦業(yè)活動的危害[4]。

結(jié)合上述三個因素就可以反映多金屬礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境是否適宜礦業(yè)活動?；诖?，我們常將標(biāo)準(zhǔn)層劃分成三個方面：水土資源、地質(zhì)條件及生態(tài)環(huán)境，其對應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境問題如下：水土資源：包括水資源及土壤污染等；地質(zhì)條件：塌陷、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，生態(tài)環(huán)境：植被破壞、土地荒漠化以及水土流失等[5，6]。

評價指標(biāo)在選擇時應(yīng)該充分考慮其普適性和可操作性等，我們首先要做的是對容易引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題的因素進行總結(jié)。這些因素往往不具備明確的物理意義，或較難獲取，抑或是相關(guān)性較高但精度不統(tǒng)一，在實際應(yīng)用中可操作性較差。而通過GIS系統(tǒng)的聚類分析功能對這些因素進行優(yōu)化后，即可篩選出獨立的、清晰、代表性的評價指標(biāo)。

2.3 評價指標(biāo)的量化分級

不同評價指標(biāo)在屬性、尺度和維度等方面均存在明顯的差異，因此其定量可比性不高。對于部分定量數(shù)據(jù)不足的指標(biāo)，我們根據(jù)其對目標(biāo)的影響程度分級，以此來反映地質(zhì)環(huán)境的由好到壞的變化。

通過對其定性描述并賦予分值后即可做比較，這里的分值是相對的。在參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及研究成果，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外多金屬礦區(qū)的實際情況，并委托多位相關(guān)專家對其進行分類評分，最后評價指標(biāo)共分為五個層次，最高記為5，最低記為1。

2.4 評價指標(biāo)的權(quán)重

考慮到研究領(lǐng)域的廣泛性，太過精確的權(quán)重定義方法顯然不合適，基于此我們選擇了層次分析法來進行定義權(quán)重，該方法相對成熟，且在宏觀評價中非常實用。具體步驟：①層次結(jié)構(gòu)的建立，主要有目標(biāo)、問題和指標(biāo)層三種；②判斷矩陣的確定，根據(jù)satty 1-9進行標(biāo)度，各專家分別比較各評價因素，確定自己的判斷矩陣，集中所有成員的判斷矩陣，進行分析匯總并經(jīng)過修改討論后確定綜合判斷矩陣；③權(quán)重的計算，由②中確定的判斷矩陣來計算指標(biāo)的權(quán)重，且須經(jīng)過一致性檢驗[7]。

采用問卷調(diào)查的方式對調(diào)查相關(guān)專家的意見，同時在查閱國內(nèi)外文獻基礎(chǔ)上，采用相關(guān)軟件計算對應(yīng)的判斷矩陣以及指標(biāo)的權(quán)重，對各個評價指標(biāo)分別打分，并構(gòu)建各自的判斷矩陣。

經(jīng)一致性檢驗，若其平均一致性＜0.1，表明其具有一致性，權(quán)重分配合理。

2.5 評價模型

評價模型選擇的是基于GIS的加權(quán)平均綜合指數(shù)模型。該技術(shù)可以有效地提取、處理各地質(zhì)環(huán)境承載力的指標(biāo)層，并采用加權(quán)平均綜合指數(shù)法對各評價指標(biāo)層作疊置分析，即可得到多金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的承載力指數(shù)。

式中：PI為地質(zhì)環(huán)境的承載力指數(shù)；

Wi為綜合權(quán)重；

Pi為指標(biāo)的評分；

n為指標(biāo)的數(shù)量。

2.6 評價過程

在ArcGIS軟件的基礎(chǔ)上，通過其矢量數(shù)據(jù)疊加分析功能對指定單元進行劃分、編輯和賦值。常見的數(shù)據(jù)類型主要可以分為兩種。其一是有明確數(shù)據(jù)來源的柵格如氣溫、降雨、坡度和植被覆蓋率等，主要是通過建立一系列評價指標(biāo)網(wǎng)格集。每個網(wǎng)格單元根據(jù)分類級別給出一個特定的值來描述網(wǎng)格的類別、類型和組成，最后在ArcGIS中將其轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)信息并以字段的形式存儲[8]。其二是土壤類型、巖層特征和土地利用類型等分類指標(biāo)，是通過收集遙感解譯資料和地質(zhì)背景資料，并以矢量數(shù)據(jù)進行存儲。單個要素圖層疊置分析后，網(wǎng)格將進行自動剖分，并分配新的ID和分級指數(shù)[9]。

最后，利用ArcGIS平臺中的相關(guān)計算器計算特定ID單元格的值，即可知曉各評價單元的綜合指數(shù)。通常認(rèn)為計算值越小，地質(zhì)環(huán)境承載力越低，反之則越高。

根據(jù)計算值可將地質(zhì)環(huán)境承載力的評價以數(shù)值形式表示，并將其分成5個等級，其中的0～1分則認(rèn)為其承載力極弱，1分～2分為較弱，2分～3分為良好，3分～5為較好，4分～5分為最好。

3 小結(jié)

對于承載力較強的礦區(qū)可以開展中小型的礦業(yè)活動，承載力中等的礦區(qū)只能開展小型的礦業(yè)活動，而承載力較弱的礦區(qū)則應(yīng)禁止開展任何礦業(yè)活動。在礦業(yè)開發(fā)活動中，應(yīng)該做到科學(xué)規(guī)劃和布局，嚴(yán)格監(jiān)測，對于已經(jīng)受影響的礦區(qū)應(yīng)該及時采取有效措施進行治理，此外還應(yīng)建立健全生態(tài)環(huán)境保護及補償修復(fù)機制。