改進(jìn)的層次分析法用于淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中各指標(biāo)權(quán)重的確定

陳永春，耿宜佳，王曉輝

(1.淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，煤炭開(kāi)采國(guó)家工程技術(shù)研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥 230009；3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230061)

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改進(jìn)的層次分析法用于淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中各指標(biāo)權(quán)重的確定

陳永春1，耿宜佳2*，王曉輝3

(1.淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，煤炭開(kāi)采國(guó)家工程技術(shù)研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥 230009；3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230061)

淮南礦區(qū)是我國(guó)華東地區(qū)重要的煤炭和煤電一體化生產(chǎn)基地，對(duì)于區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，煤炭資源的開(kāi)采不同程度地造成了環(huán)境污染和生態(tài)破壞。為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，必須找到影響煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的癥結(jié)所在，而對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)是前提。應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法構(gòu)建淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，科學(xué)得出不同指標(biāo)權(quán)重的大小，清楚地顯示影響淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要和次要因素(水土流失率、景觀多樣性指數(shù)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)彈性度所占權(quán)重值較大，是決定淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵)，結(jié)果對(duì)于淮南礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)措施的提出具有重要支持作用。

淮南礦區(qū)；改進(jìn)的層次分析法；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；權(quán)重

淮南礦區(qū)是我國(guó)東部和南部地區(qū)資源最好、儲(chǔ)量最大的一塊整裝煤田，位于淮河中游兩岸，東西長(zhǎng)達(dá)180 km，南北寬約20 km，面積為3 600 km2，煤炭遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)444億t，已探明儲(chǔ)量153.6億t，占安徽省煤炭總儲(chǔ)量的63%、華東地區(qū)煤炭總儲(chǔ)量的32%[1]，被列為全國(guó)13個(gè)億噸煤炭生產(chǎn)基地、6個(gè)煤電基地之一。淮南礦區(qū)由淮河以南的老礦區(qū)及淮河以北的潘謝新礦區(qū)組成，老礦區(qū)包括位于城區(qū)的“泉大”資源枯竭老礦區(qū)和位于礦區(qū)中南部的衰退型礦井區(qū)，現(xiàn)有新莊孜、李咀孜、謝一、李一4對(duì)礦井；潘謝新礦區(qū)是目前淮南礦區(qū)煤炭開(kāi)發(fā)重點(diǎn)礦井區(qū)，現(xiàn)有潘一、潘二、潘三、張集、謝橋、顧橋、顧北、丁集、潘北9對(duì)礦井。

淮南礦區(qū)是安徽省最大的煤礦區(qū)，現(xiàn)已形成年產(chǎn)8 100萬(wàn)t的原煤生產(chǎn)能力，并在發(fā)展坑口電廠及其煤電一體化方面取得了明顯成效。與此同時(shí)，礦區(qū)在煤炭開(kāi)采、加工和利用過(guò)程中產(chǎn)生了一系列不容忽視的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，主要表現(xiàn)為土地塌陷、煤矸石及粉煤灰壓占土地、地貌改變導(dǎo)致的景觀變化，以及礦區(qū)生產(chǎn)污染和對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響等。這些問(wèn)題在一定程度上產(chǎn)生了區(qū)域資源浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境破壞、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿ο魅鹾偷V區(qū)社會(huì)問(wèn)題加劇等深層次的矛盾，從而成為礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素[2-3]。淮南礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)能夠使決策者明確礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的基本情況，找出影響礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的制約因素，為礦區(qū)污染防治和生態(tài)保護(hù)對(duì)策的提出提供技術(shù)支撐。筆者將應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法，在系統(tǒng)分析影響淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。

1 改進(jìn)的層次分析法

層次分析法[4]是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出的，是一種解決多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題的定性與定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的決策分析方法。該方法能將復(fù)雜問(wèn)題中的各種因素通過(guò)劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟味怪畻l理化，并能將數(shù)據(jù)、專(zhuān)家意見(jiàn)和分析者的客觀判斷直接而有效地結(jié)合起來(lái)，檢驗(yàn)并減少主觀因素的影響，使分析評(píng)價(jià)工作更加客觀和科學(xué)，并已逐步在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用。改進(jìn)的層次分析法在構(gòu)造比較矩陣時(shí)采用了三標(biāo)度法，摒棄了傳統(tǒng)方法的九標(biāo)度法，使決策者很容易判斷兩兩因素的相對(duì)重要性[5]。而且，改進(jìn)的層次分析法不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，運(yùn)用矩陣進(jìn)行推導(dǎo)，過(guò)程清晰，計(jì)算簡(jiǎn)單[6]。其一般步驟是：

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型在應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法之前，需要針對(duì)研究區(qū)的具體情況建立層次結(jié)構(gòu)模型，主要包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，各層的評(píng)價(jià)指標(biāo)因?qū)嶋H情況而定。

1.2 構(gòu)建比較矩陣根據(jù)專(zhuān)家組對(duì)每層因素重要性的兩兩比較，得出比較矩陣：

其中，Aij為第i因素與第j因素相對(duì)比的重要性，且有Aii=1或Ajj=1。

1.4 構(gòu)造判斷矩陣Bij對(duì)每組因素構(gòu)造判斷矩陣，其元素bij遵循以下算子[7]：

1.5 求上述判斷矩陣Bij的傳遞矩陣Cijcij=lgbij(i，j=1，2，…，n)。

1.9 總排序利用單層次排序結(jié)果進(jìn)行總層次排序。例如某一指標(biāo)權(quán)重為a，其下因素的權(quán)重分別為(W1，W2，…，Wn)T，則在總層次中這些因素的權(quán)重分別為aWi(i=1，2，…，n)。按照該方法確定各因素在總層次中的順序。

2 基于改進(jìn)的層次分析法的淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)模型的建立以淮南礦區(qū)為例，根據(jù)該礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和特點(diǎn)，依照指標(biāo)體系建立的原則，確定具有代表性的淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)綜合體系。指標(biāo)體系有3層結(jié)構(gòu)，包括目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B(3個(gè))和評(píng)價(jià)方案層C(9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo))，構(gòu)成了淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系(圖1)。

圖1 淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體評(píng)價(jià)層次分析模型

2.2 各層指標(biāo)權(quán)重值的確定由于涉及到的指標(biāo)種類(lèi)較多，具體的計(jì)算過(guò)程不一一列舉。僅以準(zhǔn)則層為例，依據(jù)改進(jìn)的層次分析法計(jì)算步驟，給出相應(yīng)的運(yùn)算過(guò)程及其結(jié)果矩陣，主要包括比較矩陣、判斷矩陣、傳遞矩陣、最優(yōu)傳遞矩陣、擬優(yōu)一致矩陣，結(jié)果依次如下：

2.2.1求比較矩陣Aij和重要性排序指數(shù)ri。通過(guò)專(zhuān)家評(píng)分和計(jì)算，得出相應(yīng)的比較矩陣和ri：

2.2.2求判斷矩陣Bij。構(gòu)造的判斷矩陣如下：

2.2.3求判斷矩陣的傳遞矩陣Cij。通過(guò)計(jì)算，求得判斷矩陣的傳遞矩陣如下：

2.2.4求傳遞矩陣的最優(yōu)傳遞矩陣Dij。通過(guò)計(jì)算，求得傳遞矩陣的最優(yōu)傳遞矩陣如下：

2.2.7總排序。基于求得的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值，可以計(jì)算出方案層中各指標(biāo)的最終權(quán)重值，按大小排列，可以得出方案層中指標(biāo)的總體排序結(jié)果(表1)。

表1 淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)各指標(biāo)權(quán)重排序結(jié)果

由表1可知，9個(gè)指標(biāo)對(duì)淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響程度為水土流失率>景觀多樣性指數(shù)>生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)彈性度>土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)>土地適宜度>土地生產(chǎn)潛力>抗壓指數(shù)>歸一化植被指數(shù)>土壤侵蝕因子。由排序可知，影響淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)是生態(tài)環(huán)境持久能力和生態(tài)環(huán)境發(fā)展能力。從各準(zhǔn)則層權(quán)重來(lái)看，水土流失率和景觀多樣性指數(shù)處于靠前的位置，是主要的影響因素，在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理中應(yīng)予以重視。

3 結(jié)論與討論

筆者通過(guò)運(yùn)用改進(jìn)的層次分析法，確定淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中各指標(biāo)的權(quán)重，得到方案層中的總排序，確定了影響淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，為決策者提出生態(tài)保護(hù)與建設(shè)措施提供了理論支持。改進(jìn)的層次分析法用于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，較好地克服了決策者的主觀影響；通過(guò)引入最優(yōu)傳遞矩陣，避免了一致性檢驗(yàn)，并且推導(dǎo)過(guò)程采用矩陣方式，使得過(guò)程清晰，計(jì)算簡(jiǎn)單。但是，利用該方法得到的權(quán)重值分布比較集中，可能會(huì)出現(xiàn)等值情況，這在以后的應(yīng)用中應(yīng)該多加注意。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，水土流失率、景觀多樣性指數(shù)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)彈性度所占的權(quán)重值較大，是決定淮南礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。礦區(qū)煤炭開(kāi)采會(huì)形成地表塌陷和沉降，造成地表植被破壞和水土流失加劇，大大影響了礦區(qū)水土流失率和地表景觀多樣性指數(shù)，也造成礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)惡化。因此，在對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)與治理時(shí)應(yīng)該抓住主要問(wèn)題，加大整治力度，使得礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量盡快得到改善。

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Application of the Improved Analytic Hierarchy Process in Determination of Indicator Weight of Eco-environment Quality Evaluation in Huainan Mining Area

CHEN Yong-chun1, GENG Yi-jia2*, WANG Xiao-hui3

(1. Huainan Mining Industry Group Co. Ltd., Huainan, Anhui 232001; 2. School of Nature Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009;3. Anhui Institute of Environmental Science, Hefei, Anhui 230061)

Huainan mining area in east China is important base for coal and electricity integration production, which has great significance for the regional social and economic development. At the same time, coal mining causes environmental pollution and ecological destruction to varying degrees. In order to realize sustainable development of the mining area economic, social and eco-environment, we must find the crux of the coal mining area eco-environment quality. For coal mining area eco-environment quality of scientific and objective evaluation is the premise. The improved analytic hierarchy process is applied to establish ecological environment quality evaluation system in Huainan mining area. And then the weights for screened evaluation factors are determined, which clearly indicate main factors and subordinate factors(soil and water losses, landscape diversity index and the eco-environment system accounts for a bigger weight value of elastic degrees. They are key determinants of Huainan mining area ecological environment quality). The results have important role in put forward countermeasures for ecological protection and construction in Huainan mining area.

Huainan mining area; Improved analytic hierarchy process; The ecological environment quality; Weight

淮南礦業(yè)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(HNKY JT JS(2013)31)。

陳永春(1978- )，男，山西大同人，工程師，碩士，從事環(huán)境工程以及生態(tài)學(xué)研究工作。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：環(huán)境工程。

2014-11-19

S 181.3

A

0517-6611(2015)04-275-03