基于層次分析的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法

吳小鵬

（廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，廣東 惠州 516000）

1 層次分析法概述

在對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程中，對(duì)諸多評(píng)價(jià)因子綜合考量，對(duì)變量不同且擁有權(quán)衡輕重作用的數(shù)值，稱其為權(quán)值。通過(guò)權(quán)值的概念不難看出，權(quán)值是礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系中體現(xiàn)其重要程度的標(biāo)志，主要是作為不同評(píng)價(jià)因子間反映該評(píng)價(jià)觀點(diǎn)的價(jià)值，所以可以說(shuō)明，對(duì)權(quán)值的求取過(guò)程也是對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子間重要性分析的過(guò)程，其屬性應(yīng)該為程度分析。但在實(shí)踐中考慮到礦山地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、模糊性和不可更改性，想精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)各個(gè)環(huán)境因子的權(quán)值有很高的難度，所以，通常會(huì)選擇專家打分的層次分析法確定權(quán)重。層次分析法可以為彼此制約、相互關(guān)聯(lián)的諸多元素組成的復(fù)雜問題的決策和鋪排創(chuàng)造了一款全新的、簡(jiǎn)便可行的建模方式。模型通過(guò)層次分析法構(gòu)建，一般通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)：第一，遞階層次結(jié)構(gòu)模型建立；第二，構(gòu)建出每個(gè)層次中全部判斷矩陣；第三，進(jìn)行單排序?qū)哟我约耙恢滦缘臋z驗(yàn)[1]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建與評(píng)價(jià)功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)層次分析法在ArcGIS Engine平臺(tái)上構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系，有序地完成各系統(tǒng)的主界面、顯示地圖及應(yīng)用功能、圖形矢量化功能、查詢數(shù)據(jù)功能、空間分析功能及輸入輸出等功能等。系統(tǒng)構(gòu)建只是第一步，良好地運(yùn)行才是關(guān)鍵。

2.1 污染程度等級(jí)

按照研究礦山的地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀的考察結(jié)果，選取對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境有一定影響的項(xiàng)目作為評(píng)價(jià)因子，其中包括區(qū)域穩(wěn)定性、地下水防污性、地基承載力、土壤污染程度等。例如對(duì)土壤污染因子的評(píng)價(jià)，首先大量收集相關(guān)的土壤污染資料，利用補(bǔ)充取樣、樣品密度的加大等措施，最大限度滿足其評(píng)價(jià)要求。以單因子評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，有效重疊八項(xiàng)單因子污染評(píng)價(jià)分區(qū)圖，包括石油總烴、銅、鎘、鉛、酚類鉻、汞、硫化物等，以獲得重要而關(guān)鍵的污染分區(qū)圖。污染程度等級(jí)的確定要通過(guò)提取具備最高污染程度因子來(lái)完成。

2.2 區(qū)合評(píng)價(jià)

該環(huán)節(jié)是采用系統(tǒng)平臺(tái)中分析模塊中區(qū)對(duì)區(qū)的合并分析功能，基于單要素圖的需求進(jìn)行區(qū)合并的操作評(píng)價(jià)因子的不同而彼此分區(qū)。

區(qū)合并后產(chǎn)生的面文件內(nèi)的各個(gè)區(qū)，既可以基于評(píng)價(jià)因子的差異而相互分區(qū)，體現(xiàn)不同評(píng)價(jià)因子的影響，權(quán)值也可以從各個(gè)評(píng)價(jià)因子屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中提取，該評(píng)價(jià)單元可以直接應(yīng)用。但單因子評(píng)價(jià)沒有針對(duì)礦山基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋的范圍，該區(qū)域的區(qū)合并實(shí)施，最好利用書面文件方式保存，可以進(jìn)行零賦值。

2.3 綜合評(píng)價(jià)單元

以權(quán)重求得為基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)框架內(nèi)的疊加分析功能，自動(dòng)提取評(píng)價(jià)因子指標(biāo)，然后評(píng)價(jià)因子的指標(biāo)輸出可以通過(guò)輸入輸出功能完成，可以將其視為模糊綜合評(píng)價(jià)方法模型的數(shù)據(jù)來(lái)源，然后借助自身的權(quán)值實(shí)施模糊綜合評(píng)價(jià)。最終在系統(tǒng)中輸入評(píng)價(jià)結(jié)果，連接空間數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的可視化輸出。最后通過(guò)評(píng)價(jià)單元空間疊加分析生成綜合評(píng)價(jià)。

3 構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)模型

3.1 體系和層次結(jié)構(gòu)

對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)確定不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，既要研究自然的地質(zhì)條件，又要分析人類行為因素，各個(gè)因素之間是錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，而且對(duì)因素的量化也存在難度。針對(duì)這樣不確定因素極大的體系，必須進(jìn)行深入的分析研究，從紛繁的各因素交織中梳理問題的實(shí)質(zhì)，提取出典型的指標(biāo)，構(gòu)建量化標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系，以完成定量評(píng)價(jià)。按照該城市圈的具體狀況，將地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)劃分為三個(gè)子系統(tǒng)：水環(huán)境子系統(tǒng)、巖石環(huán)境子系統(tǒng)、土環(huán)境子系統(tǒng)。按照各種不同的問題構(gòu)建一個(gè)密切關(guān)聯(lián)的遞階層次結(jié)構(gòu)，具體可劃分為目標(biāo)層、措施層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層等。

（1）水環(huán)境子系統(tǒng)針對(duì)的是與水相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，引發(fā)因素包括礦區(qū)用水匱乏、各種水患、水文地球化學(xué)異常等。首先選取影響大的八個(gè)地質(zhì)環(huán)境問題最為評(píng)價(jià)因子，包括十分短缺的地下水資源、接近枯竭的地下水資源、水質(zhì)污染、礦坑突水、地方病、冷浸田、塌崩、洪澇災(zāi)害等，其指標(biāo)體系的集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題的規(guī)模大小和造成的損失多少。

（2）巖石環(huán)境子系統(tǒng)指與巖石相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，形成的原因包括基巖以及其風(fēng)化物及巖石地球化學(xué)異常等。首先取影響大的幾個(gè)環(huán)境地質(zhì)問題作為評(píng)價(jià)因子，包括山崩、地面沉降、泥石流、礦山開采區(qū)地面塌陷、滑坡等。其指標(biāo)體系集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題發(fā)生范圍的大小和損失的多少。

（3）土環(huán)境子系統(tǒng)針對(duì)的是與土相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，選取影響大的五個(gè)環(huán)境地質(zhì)問題作為評(píng)價(jià)因子，包括地面膨脹土、地面塌陷、軟土、土壤污染、水土流失等，其指標(biāo)體系集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題的規(guī)模大小和造成的損失多少。

3.2 判斷矩陣的構(gòu)建

針對(duì)同一層次的不同元素對(duì)于上個(gè)層次不同規(guī)則所對(duì)應(yīng)的重要性，實(shí)施兩兩比較，構(gòu)建實(shí)施兩兩比較判斷的正矩陣A：

A=（aij)n·n

aij＞0 aij=l/aijaij=1 i,j=1.2……n

因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜還存在諸多不確定的問題因素，綜合礦山的具體狀況，為了確保每個(gè)因素之間進(jìn)行兩兩比較的判斷矩陣的量化，將標(biāo)度確定在1—9的值，在本文應(yīng)用AHP法的評(píng)價(jià)中，決策目標(biāo)層與地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)相匹配，而子系統(tǒng)中的不同環(huán)境地質(zhì)問題是通過(guò)措施層反映出來(lái)。利用上面計(jì)算方式界定各個(gè)環(huán)境地質(zhì)問題所對(duì)應(yīng)的環(huán)境子系統(tǒng)質(zhì)量合成權(quán)值，然后充分結(jié)合各個(gè)環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)育強(qiáng)度因素，以構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型[2]。

3.3 權(quán)重確定和檢驗(yàn)

利用本文介紹的1-9標(biāo)度法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行構(gòu)建并且計(jì)算權(quán)重。計(jì)算結(jié)果通過(guò)一致性檢驗(yàn)C.R均<0.1，表明構(gòu)建的判斷矩陣完全合理。

4 構(gòu)建評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

4.1 綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

以本文介紹的三個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，綜合評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，基于三個(gè)子系統(tǒng)對(duì)環(huán)境質(zhì)量有不同的影響，所以他們也呈現(xiàn)大小不同的權(quán)重，構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型和權(quán)重取值公式如下：

A=αB1+βB2+γB3

公式中：A表示地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量指數(shù)；B表示的是環(huán)境子系統(tǒng)的質(zhì)量指數(shù)，B1為巖石、B2為土、B3為水；α表示巖石環(huán)境子系統(tǒng)的權(quán)重，取值0.4；β表示土，取值為0.25；γ表示水，取值0.35。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

按照上面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則與方式，利用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。

4.3 確定強(qiáng)度指數(shù)

為了表征巖石、土、水三個(gè)環(huán)境子系統(tǒng)中地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)問題的發(fā)育強(qiáng)度，采用特發(fā)育、發(fā)育、中等、不發(fā)育四個(gè)等級(jí)表示，強(qiáng)度指標(biāo)利用四個(gè)量化值表示：特發(fā)育為10、發(fā)育為5、中等為2、不發(fā)育為0。

5 層次分析評(píng)價(jià)

5.1 子系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量分析評(píng)價(jià)

（1）依托GIS技術(shù)實(shí)施1/2.5萬(wàn)分幅自動(dòng)剖分，全區(qū)總共劃分剖分單元580個(gè)。

（2）相對(duì)應(yīng)的文件的關(guān)鍵字可以利用剖分單元編號(hào)。根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算程序的編寫選擇層次分析法原理，將各個(gè)因子的權(quán)重計(jì)算出來(lái)。

（3）礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的換算可以根據(jù)各個(gè)因子的強(qiáng)度劃分原則進(jìn)行，最終對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)實(shí)施統(tǒng)一計(jì)算。

（4）有效連接數(shù)據(jù)庫(kù)中的剖分單元編號(hào)和GIS圖形的用戶自定義關(guān)鍵字段，就能夠完成GIS中屬性庫(kù)的連接，就可以瀏覽圖形中各個(gè)剖分單元的實(shí)際環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

（5）借助GIS超強(qiáng)的圖形編輯能力，按照每個(gè)剖分單元的質(zhì)量級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量指數(shù)值，進(jìn)行自動(dòng)著色；然后結(jié)合空間分析功能自動(dòng)生成巖石環(huán)境、土環(huán)境、水環(huán)境和環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量圖。

5.2 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合分析評(píng)價(jià)

利用上述構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型及礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，逐一利用計(jì)算機(jī)計(jì)算，以巖石環(huán)境評(píng)價(jià)、土環(huán)境評(píng)價(jià)以及水環(huán)境評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，將計(jì)算出的結(jié)果根據(jù)相關(guān)的權(quán)重實(shí)施疊加，以最后獲取礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦山地質(zhì)環(huán)境的研究要想保證評(píng)價(jià)的合理性、準(zhǔn)確性，首先要構(gòu)建科學(xué)的、綜合性強(qiáng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系。而接下來(lái)務(wù)必要進(jìn)行有目標(biāo)地標(biāo)準(zhǔn)的篩選和優(yōu)化[3]。隨后進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的定量評(píng)價(jià)，并合理量化評(píng)價(jià)指標(biāo)。進(jìn)行量化后按照所在地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)，利用符合的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。