礦區規劃環境評價中灰色關聯投影模型的應用

孟 帥，王翠紅

（山西大學黃土高原研究所，山西 太原 030006）

1 引言

礦區規劃環境評價通過以實現可持續發展為目標，對經濟社會發展的科學預測評價，達到經濟社會與資源環境協調發展的目的。礦區規劃環評旨在從可持續發展的理念出發，針對礦區資源開發利用和環境保護中存在的主要問題，通過對礦區規劃全面的分析，綜合評價規劃是否與礦區內的資源和環境承載力相一致，分析可能產生的環境與社會影響，提出完善規劃的戰略措施與對策，進一步促進資源的合理利用、產業結構與布局的優化和調整，為促進整個礦區全面、協調和可持續發展奠定科學的基礎。[1～3]

文章嘗試將灰色系統的理論方法引入礦區規劃環境評價中，從矢量投影角度出發，提出了一種新的多指標灰色關聯投影模型，并應用于晉城礦區的生態脆弱性評價中，取得了較為滿意的研究成果。該方法概念清楚、涵義明確、算法簡單，是一種較理想的評價方法。[4～5]

2 灰色關聯投影模型的建立

礦區環境是一個復雜的大系統，涉及諸多因素，由于因素的不確定性，使得該系統成為一個灰色系統。根據礦區多維的內涵特征，采取單一的指標來度量礦區的發展水平是不夠的，有必要構建一個復合指標體系來測定礦區的和諧程度。文章從矢量投影角度出發，運用灰色系統理論，建立了礦區環境規劃評價的灰色關聯模型。

2.1 矩陣的構造

在評價體系中評價指標與評價樣本及理想樣本共同組成一個樣本矩陣。

以評價指標分級標準為基礎，建立標準矩陣。

對評價樣本進行環境質量評價的主要目的是為了通過對各個評價樣本的評價指標與理想樣本的距離分析，確定它隸屬于環境質量標準矩陣中的哪一級。

2.2 矩陣元素的歸一化

由于評價指標值量綱的不統一，因此需要對樣本矩陣和標準矩陣中的元素進行歸一化。這樣所有的指標值都轉化為0～l間的數值。

2.3 灰色關聯度判斷矩陣的構造

灰色關聯分析的基本思想就是反映序列間的相互關聯程度，在這里就是要反映各個評價樣本與理想樣本間的關聯程度，以此作為確定評價樣本隸屬標準等級的依據:經過歸一化后的樣本矩陣，可得到子序列與母序列間的灰色關聯系數，同理可以得到各級評價標準與l級評價標準間的灰色關聯系數和相應的灰色關聯度判斷矩陣。

2.4 灰色關聯投影值的計算

（1）確定各評價指標權重。由于評價指標在評價體系中所占的權重大小不同，所以必須確定各評價指標在評價體系中的權重，體現出各評價因子在評價體系中的作用大小。

（2）構造增廣型加權灰色關聯度判斷矩陣。這樣，可以對上述矩陣進行分析，進而反映出各評價樣本與理想樣本間的關聯程度，確定其隸屬的標準等級。

（3）求模的大小。模的大小可以彌補夾角余弦法的不足，但其不能反映評價樣本與理想樣本之間的變動方向。如果變動方向相反，模越大則樣本越惡劣，因此模的大小和夾角余弦大小的結合才能全面準確反映評價樣本與理想樣本之間的接近程度。

（4）計算灰色關聯投影值。

2.5 評價等級標準的確定

根據計算出的灰色關聯投影值的大小，可以得到評價等級標準。依據投影值的大小可以得到環境質量的優劣，投影值越大，表明其與理想樣本越接近，即環境質量越高，反之越低。[6～8]

3 實例分析——以山西省晉東煤炭基地晉城礦區為例

3.1 研究區域概況

晉城礦區位于山西省東南部太行山西側，沁水煤田南端。行政區劃隸屬晉城市城區、陵川縣、澤州縣、沁水縣、高平市，長治市的長子縣、長治縣等。地理位置介于東經 115°55″～113°36″，北緯35°12″～36°04″之間。礦區東西長為 39～117 k m，南北寬約 37～72 k m，面積約6200.7 k m2。礦區內煤炭生產的大型國有企業為晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，現有生產礦井7對，即在老區的古書院礦、王臺鋪礦、鳳凰山礦和新區的寺河礦、成莊礦、長平礦及北部新投產的趙莊礦。7個生產礦井核定總能力為36.30 M t/a，其中老區9.40 M t/a，新區26.90 M t/a。礦區內地方勞改及合資礦3個，設計（核定）生產能力6.50 M t/a。礦區內地方蘭花集團目前下屬7個生產礦井，1個在建礦井，設計生產能力共計9.60 M t/a。根據山西省煤炭資源整合和有償使用工作領導組辦公室相關文件，資源整合后礦區地方煤礦419處，采礦許可證能力共計75.84 M t/a。[9]

3.2 晉城礦區生態脆弱性評價指標體系

3.2.1 評價指標的選擇

根據構建指標的全面性、獨立性、科學性、動態性、可操作性等原則，結合可獲取的資料，工作人員選取了4大類共12項指標，形成一個多層次的評價分析結構模型，分為自然資源指標、環境質量指標、經濟發展水平指標和社會生活水平指標。如：

3.2.2 評價分級標準

評價分級標準的確定是礦區生態脆弱性評價十分重要的內容。遵循評價等級標準的確立原則，初步確定了晉城礦區生態脆弱性評價分級標準及現狀值，見表1。

表1 評價標準及現狀值

3.3 晉城礦區生態脆弱性綜合評價

3.3.1 矩陣的構造及歸一化

由表1可以分別建立樣本矩陣X12×2和標準矩陣S12×5：

根據（1）和（2）式，分別對樣本矩陣 X12×2和標準矩陣 S12×5，進行歸一化處理，得到樣本歸一矩陣A12×2和標準歸一矩陣B12×5：

3.3.2 灰色關聯度判斷矩陣的構造

由（3）式可以分別計算出樣本歸一矩陣R12×2和標準歸一矩陣 T12×5：

3.3.3 指標權重的確定

根據層次分析法和專家打分的方法，計算出了晉城礦區生態脆弱性各評價因子的初始權重依次為=（0.0135，0.0277，0.0234，0.04，0.068，0.0185，0.0411，0.0138，0.0061，0.0611，0.0184，0.0084）T。

3.3.4 灰色關聯投影值計算

在加權向量的作用下，構造增廣型加權灰色關聯度判斷矩陣 Z12×5和 Q12×5。

由式（5）計算得出樣本的灰色投影角為c o s θ=0.9552。

然后由式（7）計算出了評價樣本灰色關聯投影值Y D=（理想值，現狀值）=（1，0.3021）和標準矩陣灰色關聯投影值 B D=（1級，2級，3級，4級，5級）=（1，0.359，0.249，0.186，0.142，0.126）；其次，根據計算出的標準矩陣灰色關聯投影值及式（9）將晉城礦區生態脆弱性分為以下5個等級標準：

最后根據計算結果，目前晉城礦區生態脆弱性灰色關聯投影值為YD=0.3021，根據上述的評價等級標準可以看出，目前晉城礦區生態脆弱性屬3級，僅處于一般狀態。礦區主要屬于中度脆弱區，且該區生態環境脆弱的主要原因是不合理的耕作習慣和一些氣候條件所致。因此，只要嚴格按計劃施工，及時進行檢測并采取必要的防范措施，評價區煤炭資源的開采不會對整個區域的生態構成大的威脅，并且該評價結果與實際取得了較好的一致性。

4 結束語

?在灰色關聯投影模型中，評價樣本與評價標準被視為多維向量，并向同一矢量進行投影，求出了各自的投影值。由于矢量投影值等于模型矢量夾角余弦兩部分的乘積。因此它能更為全面、準確地反映出評價樣本與理想樣本兩矢量間的接近程度。

在指標樣本數據量少的情況下，采用灰色關聯投影模型進行煤礦區環境評價，所得到的結果符合實際情況，而且與其他方法所求結果較為相近，相比其他方法有很多優點，可以簡明直觀的揭示引起生態脆弱性在不同區域差異的主導因素和空間分異規律,并可以為礦區規劃提供理論依據等。研究結果表明，灰色關聯投影模型涵義明確，計算方法簡單，可操作性強,在礦區規劃的環境評價中應廣泛應用。

由于我國幅員遼闊，礦區的自然條件差異大，礦區的發展水平不平衡，很難用統一標準去評價差異性較大的礦區。因此，礦區規劃沒有絕對的評價標準，任何標準都是相對的，評價標準的選擇可依據評價目的來確定。

[1]陳天乙.生態學基礎教程[M].天津：南開大學出版社，1995，97—162.

[2]吳開亞，李如忠，陳曉劍.區域生態環境評價的灰色關聯投影模型[J].長江流域資源與環境，2003，12（5）：473-478.

[3]鄧聚龍.灰色系統基本方法[M].武漢：華中工業學院出版杜，1987.

[4]湯亞林，韓家悅，門寶輝.水利項目投資決策的灰色關聯投影模型及其應用[J].南水北調與水利科技，2005，3(1)：30-32.

[5]李仕兵，趙定濤.區域環境友好度評價的灰色關聯投影模型及應用.科學學與科學技術管理，2007，8：114-117.

[6]賀瑞軍.關于煤炭礦區規劃環評思路及重點的思考[J].山西煤炭管理干部學院學報，2009.

[7]楊風等.大型煤炭礦區規劃環境影響評價中的循環經濟分析[J].干旱區資源與環境，2010，24（4）：32-37.

[8]曹偉，盛煜.煤礦區凍土環境評價的灰色關聯投影模型.水文地質工程地質，2008，4：111-115.

[9]北京華宇工程有限公司.山西晉東煤炭基地晉城礦區總體規劃環境影響報告書.2009，11.