層次分析法在礦山地質環境影響評價中的應用
——以貴州盤縣煤礦資源集中開采區調查為例

胡 嶼, 劉 勇, 李丙霞, 段方情

(貴州省地質環境監測院,貴州 貴陽 550018)

層次分析法在礦山地質環境影響評價中的應用
——以貴州盤縣煤礦資源集中開采區調查為例

胡 嶼, 劉 勇, 李丙霞, 段方情

(貴州省地質環境監測院,貴州 貴陽 550018)

在對盤縣煤礦資源集中開采區礦山地質環境調查的基礎上,根據當地礦山地質環境條件及礦山地質環境問題的特點,選用層次分析法對其進行礦山地質環境影響評價,選取合理的評價因子、評價等級劃分,并計算出符合要求的評價因子權重,得出礦山地質環境影響評價分區并對評價結果進行驗證,充分反映區內礦山地質環境特點。對今后在貴州開展類似礦山地質環境調查評價選用定性與定量相結合的評價方法及研究工作有著重要的意義。

層次分析法；礦山地質環境；影響評價

貴州盤縣素有“江南煤海”之稱，是全國重點產煤縣之一，其煤礦資源具有儲量大、質量優、易開采等特點，開發利用歷史較為悠久。截至2011年底,其煤礦保有資源儲量91.5×108t，占全市54.2%,占全省16%[1]。煤炭資源賦存在二疊系龍潭組，分布于盤縣的北部及西部一帶[2]。

截至2011年底,盤縣共有煤礦山142個,其中:大型礦山5個,中型礦山8個,小型礦山129個[3],主要有松河煤礦、土城煤礦、老屋基煤礦、山腳樹煤礦、響水煤礦、金佳煤礦等大中型礦山。以煤電為主的工業生產總值達168億元,占整個地區生產總值的67%,礦業經濟對全縣國民經濟的構成有著舉足輕重的作用[4]。煤礦資源的大量開發,嚴重地擾動和改變了區內原生地質環境結構,引發了眾多如礦山地質災害、土地資源及地形地貌景觀影響與破壞、含水層影響與破壞、廢水廢渣污染等礦山地質環境問題,已對社會經濟發展形成了制約作用[5],因此,對煤礦區進行礦山地質環境評價尤為重要。

以盤縣煤礦資源集中開采區調查為基礎,通過層次分析法評價開采區內礦業活動對地質環境的影響,提出礦山地質環境保護與治理的對策與建議,為實施礦山地質環境監督管理提供依據,促進礦產資源開發與礦山地質環境保護協調發展。

1 礦山地質環境問題

截至2011年底,通過對區內礦山地質環境調查,發現礦山地質環境問題主要有礦山地質災害、土地資源及地形地貌景觀影響與破壞、含水層影響與破壞、廢水廢渣污染四大類,其中以礦山地質災害、地下含水層影響與破壞為主。

1.1 礦山地質災害

區內共發現礦山地質災害102處,其中,地面塌陷數量最多,為71處;地裂縫、泥石流最少,共為4處。規模以小型為主。地質災害造成的直接經濟損失11 921萬元,其中地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂縫造成的直接經濟損失分別為10 733.5萬元、987.5萬元、195萬元、5萬元。礦山地質災害威脅人口39 340人,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流與地裂縫威脅人口,分別為27 436人、6 635人、3 533人、900人、836人。礦山地質災害威脅財產98 368萬元,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流與地裂縫威脅財產分別為69 464萬元、16 744萬元、7 824萬元、2 400萬元、1 936萬元[6]。

1.2 土地資源及地形地貌景觀影響與破壞

1.2.1 占用與破壞土地資源

區內礦業開發活動占用與破壞土地資源較嚴重,其占用和破壞方式主要表現為露天采場、工業場地、煤矸石堆放場、地質災害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)。礦業開發共占用及破壞土地2 526 hm2,其中:耕地被破壞712 hm2,林地539 hm2,草地200 hm2,園地70 hm2,建筑209 hm2,其他796 hm2,主要以受地面塌陷、工業廣場和煤矸石堆放場破壞和占用為主[6]。

1.2.2 地形地貌景觀影響與破壞

據調查統計,受采礦活動影響與破壞的地形地貌景觀面積達1 943 hm2。主要表現為三個方面:礦山地質災害如崩塌、滑坡、地面塌陷等造成山體嚴重撕裂,嚴重地改變了礦區的地形地貌,蒼翠青山不復存在,山體遍體鱗傷,礦區原有的良好自然生態環境遭受嚴重的威脅；煤矸石堆放于公路旁邊,造成視覺污染；砂石礦等露天開采礦山大多建在公路邊,且開采方式落后,采用“一面墻”的開采,無任何綠化措施,非常影響視覺感受。

1.3 含水層影響與破壞

據調查統計,因采礦活動造成地下水水位下降的面積為5 493 hm2。礦山在開采過程中形成了大量采空區,致使礦層及上覆巖體遭到破壞,從而改變了地下水自然流場及其補給、徑流和排泄條件,破壞了區域地下水均衡,造成地下水水位下降,水量減少,淺層地下水枯竭,地表泉點流量減少,甚至斷流。

1.4 廢水廢渣對環境的影響

煤礦開采過程中產生大量廢水廢渣。廢水廢液年產出量5 074.25×104m3,年排放量3 881.82×104m3,年循環利用量1 192.43×104m3，綜合利用率為23.5%[6]。固體廢棄物年產出量639.04×104t,年排放量460.85×104t,綜合利用率為27.88%,累計庫存量6 222.47×104t。廢水廢渣排放至周圍環境，幾乎所有煤礦附近的河流、溪溝都被嚴重污染，大部分河水非常渾濁，顏色為黑色，可見大量煤粒，無法作為人畜飲用水源；水中主要指標色度、渾濁度、溶解氧、Fe、As均超標，土壤中As超標嚴重。

2 層次分析法評價

層次分析法是一種解決多目標復雜問題的定性與定量相結合的決策分析方法,常用來解決諸如綜合評價、決策方案選擇、估計和預測、投入量的分配等問題,一般評價因子判斷矩陣不超過9階。本次評價選取影響礦山地質環境的評價因子,將其進行遞階層次劃分,對同一層次因子就其對礦山地質環境影響的相對重要性進行兩兩比較列成矩陣,采用層次分析法計算各級評價因子對礦山地質環境影響的貢獻等級(即權重),根據礦山地質環境調查情況與擬定的閾值相互驗證確定地質環境影響程度閾值。本次評價將盤縣礦集區剖分為555個1 km2矩形網格,計算各單元格分值,根據單元格分值采用surfer軟件繪制等值線,劃分礦山地質環境影響分區。

2.1 礦山地質環境評價因子選取

礦山地質環境質量的影響因素眾多,根據本次調查的結果,將本區礦山地質環境質量的影響因子選擇如下:

目標層(A),為層次結構最高層,即本次礦集區調查評價的礦山地質環境質量。準則層(B),包括礦山地質環境條件(B1)、礦山人為工程活動強度(B2)、地質災害危害(B3)、土地資源占用與破壞(B4)、含水層影響與破壞(B5)、地形地貌景觀影響與破壞(B6)。指標層(C),包括礦山地質環境條件(C1、C2、C3、C4、C5)、礦山人為工程活動強度(C6、C7、C8)、地質災害危害(C9、C10、C11)、土地資源占用與破壞(C12、C13、C14)、含水層影響與破壞(C15、C16、C17、C18、)、地形地貌景觀影響與破壞(C19、C20)。評價因子選擇見表1。

2.2 評價因子權重確定

(1) 對同一層次因子就其對礦山地質環境影響的相對重要性進行兩兩比較列成矩陣T,設U={u1,u2,Λ,um}為評估因子集。uij表示ui對uj的相對重要性數值,uij的取值見表2。

(2) 利用線性代數知識,精確地求出T的最大特征根所對應的特征向量。所求特征向量即為各評價因素的重要性排序,歸一化后,得到權重分配。

(3) 驗證通過所構建的判斷矩陣求出的特征向量(權值)是否合理,需要對判斷矩陣進行一致性和隨機性檢驗,檢驗公式為:CR=CI/RI。

CR為判斷矩陣的隨機一致性比率,當CR<0.1時,即認為判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權數分配是合理的；否則,就需要調整判斷矩陣,直到取得滿意的一致性為止。

CI為判斷矩陣一致性指標,它由下式計算:

式中:λmax為最大特征根；m為判斷矩陣階數；RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標,由大量試驗給出,對于低階判斷矩陣,取值見列表3。

通過以上步驟可計算得出準則層和指標層各評價因子的權重,見表1中ai、bi。

表1 礦山地質環境評價因子權重及賦值

表2 判斷矩陣標度及其含義表

表3 層次分析法的平均隨機一致性指標值

2.3 目標層得分

在本次評價過程中根據不同的等級和標準將各個評價指標分為三個等級,并且分別賦予不同分值。根據實際調查各礦山的各項具體數據和對地質環境影響程度對照評分等級范圍,可以確定出整個評價單元的各個評價因子相應的指標分值,評分見表1。

目標層得分計算如下:

式中:YA為目標層得分；aj為準則層權重；bi為指標層權重；Xi為指標得分。

最后計算得到盤縣煤礦資源集中開采區內555個單元格每個單元格的總分值。

2.4 評價等級

為了對最終得出的地質環境質量分值進行綜合評價,使得評價結果具有可比性,必須建立一定的評價等級。本次采用盤縣煤礦資源集中開采區地質環境調查結果與擬定的等級相互驗證,最后確定等級劃分閾值,即:YA≥7,表示礦山地質環境影響嚴重；3

2.5 礦山地質環境影響程度分區

依據上述評價方法,對盤縣煤礦資源集中開采區按礦山環境影響程度進行分區,共分為12個區,其中:礦山地質環境影響嚴重區7個,礦山地質環境影響較嚴重區4個,礦山地質環境影響較輕區1個,其范圍和分布見圖1。

3 評價結果驗證與礦山地質環境保護、治理對策建議

3.1 評價結果驗證

貴州盤縣煤礦資源集中開采區內煤炭資源豐富、埋藏較淺,眾多礦山的開發,特別是大中型煤礦山的開發活動引發的礦山地質環境問題較為突出。礦山開發占用了大量的土地資源,形成了大量的采空區,影響與破壞了含水層,導致地質災害發育(主要為地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂縫等),其危害相當嚴重。如分布在柏果鎮、灑基鎮的土城煤礦,盤江鎮、斷江鎮的月亮田煤礦、山腳樹煤礦,火鋪鎮的火鋪煤礦,紅果鎮的金佳煤礦,響水鎮的盤南煤礦等,本次評價得出的礦山地質環境影響嚴重區Ⅰ-1、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-7就是以上煤礦分布區。

圖1 盤縣煤礦資源集中開采區礦山地質環境影響程度分區圖Fig.1 Zone map of influence degree of mine geological environment

3.2 礦山地質環境保護、治理對策建議

對礦山地質環境影響嚴重區(Ⅰ)應盡快地展開實質性的礦山地質環境恢復治理工作；加大執法力度,對偷排廢水廢渣的礦山企業依法處理;在采礦過程中注意保護原生地質環境,避免產生新的礦山地質環境問題。對礦山地質環境影響較嚴重區(Ⅱ)應采取邊開采邊治理的方式,防止礦山地質環境問題擴大化。對礦山地質環境影響較輕區(Ⅲ)應作為地質環境保護區進行保護,防止地質環境遭到破壞。

4 結語

本文采用層次分析法,對貴州盤縣煤礦集中開采區進行了地質環境影響評價,通過選取符合煤礦集中開采區的不同層次評價因子、權重及綜合評價等級閾值,得到了比較合理的影響程度分區結果,為今后采用層次分析法開展類似煤礦山地質環境調查評價工作提供了借鑒。

[1] 楊繼紅,楊志剛,李元林,等.貴州省盤縣重點地區重大地質災害隱患詳細調查報告[R].貴陽:貴州省地礦局111地質大隊,2012.

[2] 貴州省地層古生物工作隊.西南地區區域地層表:貴州省分冊[M]．北京:地質出版社,1977.

[3] 湛達剛，徐永科,羅軍，等.貴州省采礦權探礦權數據庫[DB].貴陽:貴州省國土資源廳,2011.

[4] 鄧志宏.盤縣2012年政府工作報告[R].盤縣:盤縣人民政府,2012.

[5] 張進德,張德強,田磊,等.全國礦產資源集中開采區礦山地質環境調查技術要求[Z].北京:中國地質環境監測院,2012.

[6] 胡嶼,劉勇,李丙霞,等.2012—2013年貴州省礦山地質環境調查報告[R].貴陽:貴州省地質環境監測院,2010.

(責任編輯：陳姣霞)

Application of AHP in Impact Assessment of Mine Geological Environment

HU Yu, LIU Yong, LI Bingxia, DUAN Fangqing

(TheGeo-environmentMonitoringInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550018)

On the basis of the investigation of mine geological environment about ore concentrating area in Panxian,according to local mine geological condition and characteristics of mine geological environment,the authors choose AHP to assess mine geological environment impact,select appropriate evaluation factors,calculate evaluation factors’ weight.It has great significance for the evaluation method and research work of combining qualitative and quantitative methods about investigation and evaluation of mine geological environment in Guizhou.

analytic hierarchy process; mine geological environment; impact assessment

2015-04-13;改回日期:2015-05-04

國家公益性、基礎性地勘基金項目,中國地調局地質礦產調查評價項目(水[2012]01-035-025)。

胡嶼(1982-),男,工程師,環境地質專業,從事水文地質、工程地質、環境地質調查與研究工作。E-mail:huyu0419@sina.com

F224; X141

A

1671-1211(2015)04-0468-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504021

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.011.html 數字出版日期:2015-06-19 13:33