基于層次分析法的鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)

賈運(yùn)娜，王 蕾

(1.黑龍江科技大學(xué)研究生學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022；2.黑龍江科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022)

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基于層次分析法的鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)

賈運(yùn)娜1，王 蕾2

(1.黑龍江科技大學(xué)研究生學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022；2.黑龍江科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022)

摘要結(jié)合國內(nèi)外煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性相關(guān)理論，借助3S技術(shù)，以鶴崗市煤礦區(qū)為例，從環(huán)境暴露性、敏感性和適應(yīng)性3個(gè)屬性出發(fā)，基于層次分析法和專家咨詢法構(gòu)建鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性模型及評價(jià)指標(biāo)體系。結(jié)果顯示，煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性影響因素中適應(yīng)性影響力大于環(huán)境暴露性和敏感性，說明生態(tài)環(huán)境受外界干擾影響大；10個(gè)影響因子指標(biāo)中植被覆蓋率權(quán)重最大即影響力顯著，耕地面積比例次之。減少人類干擾，提高植被覆蓋率和耕地面積比例是煤礦區(qū)生態(tài)建設(shè)的最佳選擇，也是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本。

關(guān)鍵詞生態(tài)脆弱性；煤礦區(qū)；評價(jià)體系；層次分析法

煤礦的開采在給人類帶來巨大資源財(cái)富的同時(shí)造成了生態(tài)環(huán)境破壞，礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的破壞性問題嚴(yán)重制約著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性問題逐漸增多，它已經(jīng)成為典型的、嚴(yán)重受損的土地系統(tǒng)，亟待加強(qiáng)對煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性問題的研究。

脆弱性研究是全球變化及可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。近十幾年，脆弱性研究開始朝多元化方向發(fā)展。國內(nèi)外學(xué)者在區(qū)域評價(jià)體系和評價(jià)方法研究基礎(chǔ)上，開展了一系列人地關(guān)系的相關(guān)研究并取得一定成果。部分國內(nèi)學(xué)者針對不同的研究對象制訂出適合礦區(qū)的脆弱性評價(jià)體系[2]，也有不少國外學(xué)者應(yīng)用不同的方法[3-4]進(jìn)行脆弱性評價(jià)，還有學(xué)者利用GIS、RS等軟件進(jìn)行礦區(qū)評價(jià)、生態(tài)脆弱性及安全評價(jià)[5-6]等分析研究。目前生態(tài)脆弱性評價(jià)方法主要有主成分分析法、層次分析法(AHP)、模糊綜合評價(jià)法、回歸分析法、聚類分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[7]。這些評價(jià)方法，多數(shù)存在主觀性強(qiáng)、缺乏靈活性等問題，而土地系統(tǒng)具有復(fù)雜性，所涉及的參數(shù)和因子多，每種方法都有局限性，所以目前仍未形成統(tǒng)一的評價(jià)方法。

黑龍江省鶴崗市地理位置優(yōu)越，煤礦開采已有百年，但隨著礦產(chǎn)的開采，礦區(qū)的土地利用發(fā)生了很大的變化，給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重破壞。筆者通過構(gòu)建生態(tài)脆弱性評價(jià)體系對鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)因素進(jìn)行影響度分析，并結(jié)合分析結(jié)果提出相應(yīng)的生態(tài)重建對策。此研究不僅可以為鶴崗市的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)發(fā)展及生態(tài)重建提供理論依據(jù)，也可以為特殊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)提供參考依據(jù)。

1區(qū)域概況及研究方法

1.1區(qū)域概況鶴崗市坐落在黑龍江省東北部小興安嶺與江平原的緩沖地帶，地處129°40′～132°31′ E，47°04′～48°09′ N，面積14 648 km2。據(jù)2010年土地利用面積統(tǒng)計(jì)，城市用地12 092.4 hm2，占0.8%；農(nóng)村居民點(diǎn)用地20 000.6 hm2，占1.4%；工礦用地3 103.1 hm2，占0.2%。全市人口110萬，人口密度75人/km2。鶴崗煤礦區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒干燥，夏季溫?zé)釢駶?，年平均氣?.5 ℃，雨季為6～8月，年無霜期平均147 d，年平均降水量599 mm。

長期以來人類活動改變著煤礦區(qū)土地的結(jié)構(gòu)和功能，煤礦區(qū)土地利用脆弱性造成的環(huán)境問題愈來愈顯著。目前，鶴崗市大多數(shù)礦區(qū)地表出現(xiàn)塌陷或裂縫現(xiàn)象，直接導(dǎo)致地表建筑物受損和地表景觀格局變化。開采導(dǎo)致的水分流失與土壤污染對植被造成嚴(yán)重威脅，水域生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞，影響生物多樣性及連續(xù)性。煤礦區(qū)的這些環(huán)境問題，不僅制約著礦產(chǎn)資源的持續(xù)合理開發(fā)利用，而且影響礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性。

1.2研究方法

1.2.1評價(jià)因素的選擇。層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學(xué)薩蒂教授于 20 世紀(jì)70 年代提出的，專門針對比較復(fù)雜的問題給出最終決策的一種比較有效的方法[8]，常與專家咨詢法、社會調(diào)查法結(jié)合使用。結(jié)合鶴崗市具體現(xiàn)狀，從環(huán)境暴露性、敏感性、適應(yīng)性3個(gè)屬性來度量，根據(jù)評價(jià)原則，即科學(xué)性、綜合性、主導(dǎo)因素、系統(tǒng)性、可操作性等原則確定具體評價(jià)指標(biāo)。

環(huán)境暴露性廣義上是指對生態(tài)環(huán)境有害的因素，一般表現(xiàn)為暴露因子的組成和特征變化。評價(jià)中將暴露性等同于外界壓力，當(dāng)壓力超過生態(tài)環(huán)境承受的負(fù)荷時(shí)，會破壞生態(tài)環(huán)境與人類之間的耦合關(guān)系，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)問題。這里選取人口密度、耕地面積比例、農(nóng)林用地比例、降雨集中月份降雨量作為指標(biāo)因子。

生態(tài)敏感性是通過土地生態(tài)環(huán)境問題惡化表現(xiàn)出的敏感反應(yīng)，根據(jù)鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境存在的突出問題，選取年輸沙量、侵蝕密度、地質(zhì)災(zāi)害頻數(shù)作為生態(tài)環(huán)境敏感因子。

環(huán)境適應(yīng)性反映了生態(tài)環(huán)境對暴露性和敏感性的承受及調(diào)節(jié)能力，可以通過適應(yīng)能力的大小來體現(xiàn)自我恢復(fù)能力的特性。當(dāng)外界影響小于環(huán)境適應(yīng)能力承受力時(shí)，會使生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理成為可能。選取植被覆蓋率、人工造林面積比例、工程治理面積作為評價(jià)指標(biāo)。

1.2.2建立評價(jià)指標(biāo)體系。煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境作為敏感區(qū)域，具有復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，子系統(tǒng)的變化會對整個(gè)系統(tǒng)造成巨大的改變，所以在構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系時(shí)要合理、客觀評價(jià)。根據(jù)指標(biāo)體系建構(gòu)的要求，構(gòu)建3個(gè)層次的煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)結(jié)構(gòu)模型(如圖1)。選取暴露性、敏感性、適應(yīng)性為中間因素層，人口密度、耕地面積比例、農(nóng)林用地比例、降雨集中月份降雨量、年輸沙量、侵蝕密度、地質(zhì)災(zāi)害頻數(shù)、植被覆蓋率、人工造林面積比例、工程治理面積共10項(xiàng)為評價(jià)指標(biāo)因子。

圖1　生態(tài)脆弱性層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1　Hierarchical structure model of ecological vulnerability

1.2.3評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定。AHP法與專家咨詢法結(jié)合，確定層次結(jié)構(gòu)中相鄰層元素間相對重要性程度，期間運(yùn)用模糊分析法對其相對重要程度進(jìn)行量化，用數(shù)字1、3、5、7、9分別表示兩者相比同等重要、稍微重要、比較重要、十分重要、絕對重要，2、4、6、8是取相鄰兩個(gè)程度中間值。然后將判斷矩陣中的特征向量ω進(jìn)行歸一化處理，得出相對重要性排序，最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性指標(biāo)CI

2結(jié)果與分析

煤礦區(qū)的生態(tài)既涉及煤礦區(qū)資源的有效開發(fā)利用與保護(hù)，還涉及耕地保護(hù)、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)治理等問題。脆弱性已成為大多數(shù)煤礦區(qū)土地系統(tǒng)的固有屬性，是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)承受壓力程度的整體表現(xiàn)。基于層次分析法和專家咨詢法建立鶴崗市生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系(見表1)，可以直觀看出生態(tài)環(huán)境脆弱性影響因子權(quán)重大小。

從表1可以看出，鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性研究中生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性因素權(quán)重最大，環(huán)境暴露性次之。影響度相對較大的指標(biāo)因子是植被覆蓋率、耕地面積比例和人工造林面積比例。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，總體可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。

(1)通過對鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)分析，因生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性影響脆弱性程度較高，說明受外界干擾程度大。植被覆蓋率是影響煤礦區(qū)適應(yīng)能力和土地系統(tǒng)完整性的最主要因素，植被的大量恢復(fù)可減輕風(fēng)沙與風(fēng)蝕危害，也為礦區(qū)人們提供良好的生態(tài)環(huán)境、舒適的生活空間，應(yīng)加強(qiáng)人工造林治理措施，提高植被覆蓋率。

表1鶴崗市煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系

Table 1Evaluation index system of land use vulnerability in Hegang coal mine area

目標(biāo)層Targetlayer要素層Elementlayer權(quán)重Weight指標(biāo)層Indexlayer權(quán)重WiWeightWi脆弱性A暴露性B10.31人口密度C10.059農(nóng)林用地比例C20.107耕地面積比例C30.115降雨集中月份降雨量C40.029敏感性B20.19年輸沙量C50.032侵蝕密度C60.084地質(zhì)災(zāi)害頻數(shù)C70.074適應(yīng)性B30.50植被覆蓋率C80.285工程治理面積C90.071人工造林面積比例C100.144

(2)環(huán)境暴露性即壓力程度受農(nóng)林用地比例、耕地面積比例影響較大，受降雨集中月份降雨量的影響較小。由于鶴崗市以礦業(yè)和農(nóng)業(yè)為主，所以農(nóng)用設(shè)施用地在該地區(qū)起著至關(guān)重要的作用，其暴露程度越大則生態(tài)脆弱性越明顯。

(3)生態(tài)敏感性是衡量生態(tài)脆弱性的重要自然屬性，具有區(qū)域性和客觀性。鶴崗市煤礦區(qū)由于煤炭資源的長期開采、生產(chǎn)和利用，土地結(jié)構(gòu)早已發(fā)生變化，土地受侵蝕程度偏高，所以侵蝕密度比重較大。從表1可知，生態(tài)敏感性指標(biāo)影響度：侵蝕密度>地質(zhì)災(zāi)害頻數(shù)>年輸沙量。

3結(jié)論與討論

鶴崗市作為礦產(chǎn)資源豐富的區(qū)域，經(jīng)過長期的煤炭開采和利用，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受到極大影響，生態(tài)環(huán)境脆弱性嚴(yán)重制約著生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，結(jié)合煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性現(xiàn)狀，運(yùn)用層次分析法建立了脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系并確定相關(guān)評價(jià)因子權(quán)重。脆弱性評價(jià)不僅可以優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)和空間組織，還可以為生態(tài)修復(fù)和環(huán)境維持提供方向。研究結(jié)果顯示生態(tài)脆弱性受適應(yīng)性影響較大，環(huán)境暴露性也占據(jù)較大的影響權(quán)重，所以在綠色生態(tài)建設(shè)中應(yīng)提高環(huán)境適應(yīng)能力，有利于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和完整性；在指標(biāo)層因素中植被覆蓋率、耕地面積比例、農(nóng)林用地比例對生態(tài)環(huán)境影響力權(quán)重大，應(yīng)采用合理的生態(tài)建設(shè)技術(shù)和政策阻止生態(tài)環(huán)境退化。

煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性評價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在研究過程中仍需不斷完善。根據(jù)生態(tài)環(huán)境脆弱性評價(jià)結(jié)果，鶴崗市生態(tài)環(huán)境狀況不容樂觀，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)過程中應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境功能保護(hù)區(qū)建設(shè)，豐富物種多樣性，維護(hù)和推進(jìn)林地、農(nóng)用地等保護(hù)工程，以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)為主，最終實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境和諧共處。

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基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41101177)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41301081)；黑龍江省普通高校青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目。

作者簡介賈運(yùn)娜(1989- )，女，河南商丘人，碩士研究生，研究方向：城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

收稿日期2016-04-16

中圖分類號S 181

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)15-092-02

Ecological Vulnerability Assessment Based on Analytic Hierarchy Process in Hegang Coal Mining Area

JIA Yun-na1,WANG Lei2

(1. Graduate School, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin, Heilongjiang 150022; 2. College of Mining and Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin, Heilongjiang 150022)

AbstractBased on the theory of ecological vulnerability of domestic and foreign coal mining areas, the 3S technology was adopted in coal mining area of Hegang City. From the three properties of environmental exposure, sensitivity and adaptability, ecological vulnerability model and evaluation index system were established in coal mining area in Hegang City based on hierarchical analysis method and expert consultation method. Results showed that among the influencing factors of ecological vulnerability in coal mining area, suitability had greater impacts on environmental exposure and sensitivity, indicating that ecological environment was greatly affected by external disturbance. In the ten indexes of influencing factors, vegetation coverage rate had the greatest weight (significant influence), followed with the percentage of cultivated land area. Therefore, reducing human interference, increasing vegetation coverage and the proportion of arable land were not only simply the best choice for ecological construction of coal mining area, but also the foundation of sustainable economic development.

Key wordsEcological fragility; Coal mining areas; Evaluation system; Analytic hierarchy process