資源枯竭型城市的工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價
——以黃石市七約山礦區為例

彭玉玲， 林愛文， 王珂， 李山勇， 孫鋮

(1.武漢大學資源與環境科學學院，武漢 430079；2.教育部地理信息系統重點實驗室，武漢 430079；3. 測繪遙感信息工程國家重點實驗室，武漢 430079)

資源枯竭型城市的工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價
——以黃石市七約山礦區為例

彭玉玲1，2， 林愛文1，2， 王珂3， 李山勇1，2， 孫鋮1，2

(1.武漢大學資源與環境科學學院，武漢 430079；2.教育部地理信息系統重點實驗室，武漢 430079；3. 測繪遙感信息工程國家重點實驗室，武漢 430079)

工礦廢棄地復墾利用對于資源枯竭型城市而言具有重要意義。資源枯竭型城市的工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價能夠客觀定量地反映土地資源的利用效果。采用2013年最新調查數據，將特爾斐法、層次分析法等傳統經典方法與遙感、GIS等新方法相結合，針對工礦廢棄地復墾利用的特點，以黃石市七約山礦區為例，重點介紹了資源枯竭型城市工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價的研究思路和評價方法，客觀定量地反映了研究區工礦廢棄地復墾利用前后綜合效益總體指標和單項指標的變化情況。結果表明，該研究區工礦廢棄地復墾利用總體效果較好，但部分單項指標分值提高不明顯，在今后的實踐中應重視經濟效益、社會效益、生態效益和景觀效益的協調發展。

工礦廢棄地；復墾利用；綜合效益；定量評價；資源枯竭型城市

0 引言

工礦廢棄地是在工業生產和礦產資源開發利用過程中，由于壓占、塌陷、挖損及污染等破壞形成的閑置和廢棄土地，包括露天采場、排土場、廢石場、矸石場、尾礦場、廢渣堆、塌陷區、地面沉降變形區、重金屬污染損毀地以及交通、水利等基礎設施廢棄地等。工礦廢棄地復墾有利于土地資源的集約化和合理高效利用、耕地保護和礦山生態環境的治理及恢復、拓展用地空間，保障經濟社會又好又快發展。資源枯竭型城市工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價是對工礦廢棄地復墾利用效果的定量描述，可從整體和部分2個層面指導工礦廢棄地復墾利用工作，提高資源枯竭型城市土地利用的綜合效益。

目前，一些學者對廢棄地復墾進行了多方面的探討，主要圍繞基礎理論研究[1]、土地利用評價[2]、景觀生態建設[3-4]、重金屬污染分析[5]、土壤微生物研究[6]、土地生產力變化[7]、政策法規比較[8]、具體案例應用[9-10]等內容開展。研究內容已初步形成了較完整的理論體系，研究方法逐步向與GIS結合的動態模型化與空間決策化方向發展[11-12]，研究數據精度越來越高。但目前將遙感、GIS等新方法與特爾斐法、層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)等傳統方法相結合，并對綜合指標以及單項指標進行定量評價和對比分析的研究較少[13-14]，且缺乏針對資源枯竭型城市以及工礦廢棄地特色開展的研究，研究方法的實用性和研究結果的準確性也有待進一步檢驗。

本研究針對資源枯竭型城市以及工礦廢棄地的特色，以黃石市七約山礦區為例，將遙感、GIS等方法與傳統方法相結合，進行工礦廢棄地復墾利用綜合效益及單項指標的定量評價，并對工礦廢棄地的內涵進行了探討。本文將特爾斐法和AHP法相結合，提出一種能描述各評價指標復雜關系的數學模型與計算方法。

1 研究區概況與數據源

1.1 研究區概況

湖北省黃石市是一個典型的資源型城市。研究區(七約山礦區)位于湖北省黃石市陽新縣金海煤炭開發管理區內，行政區劃屬陽新縣管轄。礦區中心地理位置：E115°11′22.5″，N30°05′20″。目前研究區土地利用類型主要為工礦廢棄地，總面積為282.77 hm2，主要包括由于歷史原因無法確定土地復墾義務人的工礦廢棄地、國有礦山企業遺留的工礦廢棄地、因礦產資源開采受到嚴重影響的損毀地、閑置工礦用地及交通水利設施廢棄地。

1.2 數據源

本研究基礎數據主要有土地利用數據、社會經濟數據及問卷調查數據3類。其中，土地利用數據主要來源于黃石市陽新縣國土資源局提供的2009年陽新縣第二次全國土地調查(簡稱“二調”)數據、2011年陽新縣土地利用變更調查數據、2012年研究區實測地形數據、2013年研究區遙感監測數據、2013年研究區補測地形數據、陽新縣土地利用總體規劃(2006—2020年)、陽新縣工礦廢棄地復墾利用試點規劃(2012—2015年)、陽新縣2013年度第一批工礦廢棄地復墾利用試點項目區實施規劃、研究區現場踏勘與測試數據等。社會經濟數據主要來源于2011 年陽新縣統計年鑒。問卷調查數據主要來源于湖北省高校與研究機構中從事經濟、環境、資源、生態、人文社科領域研究的專家對指標權重的打分值，以及2013年工礦廢棄地復墾利用前后對研究區5個村300家農戶進行的入戶調查、補充調查中的指標打分值。

研究區現狀圖按照1∶2 000地形圖的精度要求進行測圖。對照“土地利用現狀分類(過渡期)”與“土地利用現狀分類(二調)”的轉換關系，將研究區土地利用類型重新劃分為耕地、園地、林地、其他農用地、城鎮、農村居民點、其他建設用地、水域、未利用地共9類，并將矢量數據轉換為5 m×5 m 的柵格數據，基于ArcGIS9.3，MapGIS6.7及Surfer10等工作平臺進行數據處理與分析。

2 研究方法

首先，采用遙感和GIS的方法，對研究區基礎數據和資料進行處理，結合研究區數字高程模型(digital elevation model，DEM)進行輔助評價和分析；然后，根據國家土地開發整理編制規程和土地復墾技術標準，運用特爾斐法與層次分析法建立評價指標體系、確定評價指標權重、建立評價模型；最后，計算得出綜合效益評價指標分值。

2.1 判讀研究區數據和生成DEM

利用研究區遙感數據和1∶2 000地形圖(1980年北京坐標系、高斯克里格投影、等高距1 m)以及最新補測高程數據，將地形圖中的等高線和參考點進行柵格化處理(柵格單元為5 m×5 m)，生成研究區數字高程模型圖，并將其與研究區土地利用現狀數據疊加，生成研究區工礦廢棄地復墾前土地利用三維效果圖(圖1)，為研究區工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價提供清晰直觀的數據支持和評價依據。

圖1 工礦廢棄地復墾前三維效果圖Fig.1 3D map of the mining wasteland before reclamation

2.2 構建評價指標體系

工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價指標應從經濟效益、社會效益、生態效益及景觀效益4個方面來考慮。經濟效益是對土地進行資金、勞動及技術等的投入所獲得的效益，表現為土地復墾后產量增加、生產成本降低等。社會效益是對社會環境系統的影響和產生的宏觀社會效應，反映復墾對實現農村經濟發展、縮小城鄉差距等所作貢獻與影響的程度。生態效益反映土地復墾對區域內水資源、土壤、植被、生物等產生的諸多直接或間接、有利或有害的影響，要求在保護和改善生態環境的前提下進行復墾，避免造成新的生態破壞。景觀效益反映土地復墾后“田成方、樹成行、渠相通及路相連”的美妙景觀，會給當地居民帶來愉悅的心情，提高居民的生活質量，改善其生存環境[13,15]。

為了將上述指標的相互聯系有序化，首先建立一個3層次的工礦廢棄地復墾綜合效益評價指標體系。該體系由目標層、準則層和方案層構成。將工礦廢棄地復墾綜合效益定為目標層，經濟效益、社會效益、生態效益和景觀效益定為準則層，各單項指標定為方案層。層次結構如圖2所示。

圖2 工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價指標體系

Fig.2 Comprehensive benefit evaluation index system of the mining wasteland reclamation and utilization

2.3 確定評價指標權重

采用特爾斐法和層次分析法確定指標權重。首先通過廣泛征詢專家意見，并進行多次反饋和統計匯總，對所列指標逐層進行兩兩重要程度比較，從而逐層進行判斷評分，構造判斷矩陣; 然后在MATLAB中輸入各判斷矩陣，計算求得對應的特征向量和最大特征根；最后通過一致性檢驗，得到單項指標對總目標的重要性權值，確定工礦廢棄地復墾綜合效益評價各級指標權重。

2.4 量化評價指標分值

綜合考慮各評價指標的質量和數量，將各指標轉化為可運算的分值。取研究區各指標的平均值為基數，指標值高于平均值40%為最優，定為100分；高于平均值30%為優，定為90～99分；高于平均值20%為良好，定為80～89分；高于平均值10%為一般，定為70～79分；位于平均值上下浮動10%范圍內為合格，定為60～69分；低于平均值10%以下為不合格，定為0～59分[13]。

2.5 建立評價模型

根據各級指標確定的得分值A與權重B，建立工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價的數學模型，即

(1)

式中：C為綜合效益評價的綜合得分值；Ai為某單元第i個評價指標的分值；Bi為第i個評價指標權重；n為評價指標的個數；i=1，2，3，…，n。

2.6 計算指標分值

根據上述模型，將各指標量化分值乘以其對應權重，即可得到各項指標對應的效益評價加權量化分值；將各指標量化分值進行相加，即可得出研究區工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價分值。各指標加權量化分值考慮了該指標對總目標重要性的質量量化表達，綜合分值則考慮了所有指標相互作用后的總分值。因此，本方法既能體現單一指標的變化情況，又能綜合反映多指標的變化關系。

3 結果與討論

3.1 綜合效益分析

根據基礎資料數據分析和專家調查結果，確定了資源枯竭型城市工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價的指標體系、各指標權重和相應的分值。經過模型計算，得出研究區工礦廢棄地復墾利用前后綜合效益評價分值，如表1所示。

表1 工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價分值Tab.1 Comprehensive benefit evaluation scores of the mining wasteland reclamation and utilization

續表

評價結果表明，研究區工礦廢棄地復墾前土地利用綜合效益較差；復墾后土地利用綜合效益較好，綜合效益評價分值較復墾前提高了38.31分，綜合效益提高幅度較大，表明工礦廢棄地復墾利用達到了較好的效果，在很大程度上改善了研究區土地利用狀況，從而促進了資源枯竭型城市土地資源的合理高效利用。

3.2 單項指標變化情況分析

從復墾前后各單項指標效益評價分值的對比(圖3)可以看出，復墾后各單項指標效益評價分值普遍高于復墾前。經濟效益評價指標(Q1—Q5)分值明顯提高，尤其是土地生產率(Q1)和土地利用率(Q5)2項指標有較大幅度提高；社會效益評價指標(Q6—Q12)分值有所提高，但變化幅度不明顯，其中人均耕地面積(Q7)提高幅度相對顯著；生態效益評價指標(Q13—Q17)分值有一定提高，其中抗旱澇災害率(Q16)提高幅度最為明顯；景觀效益評價指標(Q18—Q22)分值有一定提高，其中耕地、園地、林地等景觀生態用地面積(Q18)提高幅度相對較大。

圖3 工礦廢棄地復墾利用前后單項評價指標效益分值比較Fig.3 Comparative evaluation scores of individual benefits before and after the mining wasteland reclamation

從各單項指標分值變化情況可以看出，研究區工礦廢棄地復墾利用并不能使綜合效益評價各項指標都得到顯著提高。根據工礦廢棄地的特色，個別指標在土地利用狀況改善的同時會得到大幅度的提高，如土地生產率(Q1)、土地利用率(Q5)、抗旱澇災害率(Q16)等；而另一些指標卻受工礦廢棄地復墾利用影響較小，如就業率(Q8)、扶貧效果(Q9)、土地權益保護狀況(Q11)、土地墾殖率(Q13)及生物多樣性狀況(Q17)等。

3.3 指標變化原因分析

1)經濟效益指標中，由于復墾前工礦廢棄地沒有得到充分利用，土地生產率(Q1)、農業年產值(Q2)、有效耕地面積(Q4)和土地利用率(Q5)較低；由于土壤和水分條件較差，生產成本(Q3)較高。經過各種修復和改良措施(包括工程措施、物理措施、化學措施及生物措施等)，改善了研究區農作物種植條件，復墾后工礦廢棄地得到充分利用，各項指標分值大幅提高。

2)社會效益指標中，由于復墾前農民就業和收入主要依靠外出打工，人均收入水平(Q6)和就業率(Q8)比較有保障；由于政府支持，扶貧效果(Q9)較好；研究區土地主要為集體所有，土地權益保護狀況(Q11)較好；但由于研究區土地主要為工礦廢棄地，故人均耕地面積(Q7)較少，農村城鎮化水平(Q10)較低，農田基礎設施狀況(Q12)較差。復墾后通過土地平整工程、田間道路工程和農田水利工程等布局，使研究區地盡其用，社會效益整體提高，但個別指標由于提升空間小，故提高幅度不明顯。

3)生態效益指標中，由于研究區挖損、壓占、塌陷等原因造成土地閑置、廢棄，農田水利設施等荒廢失修，土地墾殖率(Q13)、林草覆蓋率(Q14)、耕地有效灌溉率(Q15)、抗旱澇災害率(Q16)較低，生物多樣性狀況(Q17)較差。復墾后研究區土地類型以耕地為主，農田水利設施連通性較好，生態效益整體提高，個別指標提高幅度較大。

4)景觀效益指標中，通過土地平整、道路和水利設施布局、樹種栽培及觀景臺布置等措施，使研究區景觀生態用地面積(Q18)、道路水系連通度(Q19)、道路密度指數(Q20)、田塊規整率(Q21)、土地平整率(Q22)以及整體景觀效果得到明顯提高。

通過復墾前后各單項指標變化的原因分析，在實踐中有針對性地對個別指標加以改進，從而使工礦廢棄地復墾利用綜合效益整體提高，實現經濟效益、社會效益、生態效益及景觀效益協調發展的目標，各指標在數量和質量上同時得到穩步提高。

3.4 工礦廢棄地復墾利用效果可視化表達

將研究區DEM數據與工礦廢棄地復墾利用規劃設計數據相疊加，可得到研究區工礦廢棄地復墾后三維效果圖(圖4)，從而更直觀地反映研究區工礦廢棄地復墾利用整體效果。

圖4 工礦廢棄地復墾后三維效果圖Fig.4 3D map of the mining wasteland after reclamation

從圖4中可以看出，研究區廢棄土地得到了很好的利用，形成了田成方、路成網、林成行、溝相通、渠相連、旱能澆及澇能排的高效農用地，景觀效果大大提高，工礦廢棄地復墾利用總體效果得到較大提升。工礦廢棄地復墾工作達到了提高耕地質量、確保糧食安全、改善生態環境、提高農民整體生活水平的目的，該工作可以在資源枯竭型城市中推廣展開。

4 結論與展望

1)針對資源枯竭型城市工礦廢棄地復墾利用的特點，建立了綜合效益評價的指標體系和數學模型，綜合考慮了各層次各因素對評價結果的影響，并采用遙感、GIS等方法使該模型與研究區土地利用現狀數據相結合，定性、定量地對研究區工礦廢棄地復墾利用經濟效益、社會效益、生態效益和景觀效益進行了評價和分析。

2)研究結果既能表明研究區工礦廢棄地復墾利用的綜合效益，也能反映單個指標的變化情況，有助于客觀定量地對工礦廢棄地復墾利用整體和局部效果進行分析和監測，在實踐中指導土地利用經濟效益、社會效益、生態效益和景觀效益的協調發展。

3)黃石市七約山礦區這一具體案例的應用情況表明，本研究能方便、快速及準確地為研究區提供規劃決策的理論依據和數據支持，對土地復墾相關工作和研究具有一定的參考價值，研究模型與方法具有很好的應用前景。

4)本文對工礦廢棄地的概念進行了界定，但未對其分類體系等內容進行深入的梳理和探討，有待在今后的研究中進一步修訂和完善。

5)由于目前我國工礦廢棄地復墾利用仍處于試點階段，其復墾利用綜合效益評價的方法和指標體系的構建仍有待進一步研究和探討，本文所提出的評價方法和指標體系是對資源枯竭型城市工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價的一種嘗試，沒有進行多種方法的比較和分析，有待在今后的研究中展開更深入的探索。

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(責任編輯：李瑜)

Comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities: A case study of the Qiyueshan mining area, Huangshi City

PENG Yuling1,2, LIN Aiwen1,2, WANG Ke3, LI Shanyong1,2, SUN Cheng1,2

(1.SchoolofResourceandEnvironmentScience,WuhanUniversity,Wuhan430079,China; 2.KeyLaboratoryofGeographicInformationSystem,MinistryofEducation,Wuhan430079,China; 3.StateKeyLaboratoryofInformationEngineeringinSurveying,MappingandRemoteSensing,Wuhan430079,China)

The mining wasteland reclamation and utilization proposed in the past two years are of great importance for resource-exhausted cities. The comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities can objectively quantify the effects of land resources utilization. This study adopted the latest survey data in 2013, integrated the traditional classic methods such as Delphi and AHP with the new methods such as remote sensing and GIS, and took the Qiyueshan mining area of Huangshi City as the study area. According to the characteristics of mining wasteland reclamation, this paper deals with the research idea and evaluation method of the comprehensive benefits evaluation of the mining wasteland reclamation and utilization in the resource-exhausted city, which reflect the overall effect and individual indicator changes of mining wasteland before and after reclamation objectively and quantitatively. The results show the good overall effect of the study area’s mining wasteland reclamation and utilization, except that the improvement of some monomial index scores is not obvious. Due attention should be paid to the coordinated development of the economic, social, ecological and landscape benefits in future practices.

mining wasteland; reclamation and utilization; comprehensive benefits; quantitative evaluation; resource-exhausted cities

2014-04-17；

2014-05-14

國家自然科學基金項目“農業干旱和水文干旱對氣象干旱的預警響應模擬研究”(編號：41301586)和國家“十二五”科技支撐計劃項目“地理國情監測技術研究”(編號：2012BAJ22B02)共同資助。

10.6046/gtzyyg.2015.03.25

彭玉玲，林愛文，王珂，等.資源枯竭型城市的工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價——以黃石市七約山礦區為例[J].國土資源遙感，2015，27(3)：161-166.(Peng Y L,Lin A W,Wang K,et al.Comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities:A case study of the Qiyueshan mining area,Huangshi City[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(3)：161-166.)

F 301.2; F 323

A

1001-070X(2015)03-0161-06

彭玉玲(1986-)，女，博士生，主要從事GIS 在土地方面的應用研究。Email: yulingpeng@whu.edu.cn。

林愛文(1963-)，男，教授，博導，主要從事遙感與GIS 在土地方面的應用研究。Email: awlin@263.net。