基于層次分析法的鶴崗市煤礦區生態脆弱性評價

賈運娜，王 蕾

(1.黑龍江科技大學研究生學院，黑龍江哈爾濱 150022；2.黑龍江科技大學礦業工程學院，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生態脆弱性評價

賈運娜1，王 蕾2

(1.黑龍江科技大學研究生學院，黑龍江哈爾濱 150022；2.黑龍江科技大學礦業工程學院，黑龍江哈爾濱 150022)

摘要結合國內外煤礦區生態脆弱性相關理論，借助3S技術，以鶴崗市煤礦區為例，從環境暴露性、敏感性和適應性3個屬性出發，基于層次分析法和專家咨詢法構建鶴崗市煤礦區生態脆弱性模型及評價指標體系。結果顯示，煤礦區生態脆弱性影響因素中適應性影響力大于環境暴露性和敏感性，說明生態環境受外界干擾影響大；10個影響因子指標中植被覆蓋率權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生態建設的最佳選擇，也是經濟可持續發展的根本。

關鍵詞生態脆弱性；煤礦區；評價體系；層次分析法

煤礦的開采在給人類帶來巨大資源財富的同時造成了生態環境破壞，礦產資源開發引起的破壞性問題嚴重制約著社會和經濟的發展。煤礦區生態脆弱性問題逐漸增多，它已經成為典型的、嚴重受損的土地系統，亟待加強對煤礦區生態脆弱性問題的研究。

脆弱性研究是全球變化及可持續發展領域關注的熱點[1]。近十幾年，脆弱性研究開始朝多元化方向發展。國內外學者在區域評價體系和評價方法研究基礎上，開展了一系列人地關系的相關研究并取得一定成果。部分國內學者針對不同的研究對象制訂出適合礦區的脆弱性評價體系[2]，也有不少國外學者應用不同的方法[3-4]進行脆弱性評價，還有學者利用GIS、RS等軟件進行礦區評價、生態脆弱性及安全評價[5-6]等分析研究。目前生態脆弱性評價方法主要有主成分分析法、層次分析法(AHP)、模糊綜合評價法、回歸分析法、聚類分析法、人工神經網絡法等[7]。這些評價方法，多數存在主觀性強、缺乏靈活性等問題，而土地系統具有復雜性，所涉及的參數和因子多，每種方法都有局限性，所以目前仍未形成統一的評價方法。

黑龍江省鶴崗市地理位置優越，煤礦開采已有百年，但隨著礦產的開采，礦區的土地利用發生了很大的變化，給生態環境帶來嚴重破壞。筆者通過構建生態脆弱性評價體系對鶴崗市煤礦區生態脆弱性評價因素進行影響度分析，并結合分析結果提出相應的生態重建對策。此研究不僅可以為鶴崗市的經濟結構協調發展及生態重建提供理論依據，也可以為特殊區域的生態環境綜合評價提供參考依據。

1區域概況及研究方法

1.1區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2010年土地利用面積統計，城市用地12 092.4 hm2，占0.8%；農村居民點用地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。鶴崗煤礦區屬寒溫帶大陸性季風氣候，冬季嚴寒干燥，夏季溫熱濕潤，年平均氣溫3.5 ℃，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土地的結構和功能，煤礦區土地利用脆弱性造成的環境問題愈來愈顯著。目前，鶴崗市大多數礦區地表出現塌陷或裂縫現象，直接導致地表建筑物受損和地表景觀格局變化。開采導致的水分流失與土壤污染對植被造成嚴重威脅，水域生態環境嚴重破壞，影響生物多樣性及連續性。煤礦區的這些環境問題，不僅制約著礦產資源的持續合理開發利用，而且影響礦區生態系統完整性。

1.2研究方法

1.2.1評價因素的選擇。層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學薩蒂教授于 20 世紀70 年代提出的，專門針對比較復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、社會調查法結合使用。結合鶴崗市具體現狀，從環境暴露性、敏感性、適應性3個屬性來度量，根據評價原則，即科學性、綜合性、主導因素、系統性、可操作性等原則確定具體評價指標。

環境暴露性廣義上是指對生態環境有害的因素，一般表現為暴露因子的組成和特征變化。評價中將暴露性等同于外界壓力，當壓力超過生態環境承受的負荷時，會破壞生態環境與人類之間的耦合關系，從而導致嚴重的生態問題。這里選取人口密度、耕地面積比例、農林用地比例、降雨集中月份降雨量作為指標因子。

生態敏感性是通過土地生態環境問題惡化表現出的敏感反應，根據鶴崗市煤礦區生態環境存在的突出問題，選取年輸沙量、侵蝕密度、地質災害頻數作為生態環境敏感因子。

環境適應性反映了生態環境對暴露性和敏感性的承受及調節能力，可以通過適應能力的大小來體現自我恢復能力的特性。當外界影響小于環境適應能力承受力時，會使生態環境保護和治理成為可能。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指標。

1.2.2建立評價指標體系。煤礦區的生態環境作為敏感區域，具有復雜的生態系統，子系統的變化會對整個系統造成巨大的改變，所以在構建評價指標體系時要合理、客觀評價。根據指標體系建構的要求，構建3個層次的煤礦區生態脆弱性評價指標結構模型(如圖1)。選取暴露性、敏感性、適應性為中間因素層，人口密度、耕地面積比例、農林用地比例、降雨集中月份降雨量、年輸沙量、侵蝕密度、地質災害頻數、植被覆蓋率、人工造林面積比例、工程治理面積共10項為評價指標因子。

圖1　生態脆弱性層次結構模型Fig.1　Hierarchical structure model of ecological vulnerability

1.2.3評價指標權重的確定。AHP法與專家咨詢法結合，確定層次結構中相鄰層元素間相對重要性程度，期間運用模糊分析法對其相對重要程度進行量化，用數字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是取相鄰兩個程度中間值。然后將判斷矩陣中的特征向量ω進行歸一化處理，得出相對重要性排序，最后進行一致性檢驗，一致性指標CI

2結果與分析

煤礦區的生態既涉及煤礦區資源的有效開發利用與保護，還涉及耕地保護、生態環境的保護治理等問題。脆弱性已成為大多數煤礦區土地系統的固有屬性，是礦區生態系統承受壓力程度的整體表現。基于層次分析法和專家咨詢法建立鶴崗市生態脆弱性指標體系(見表1)，可以直觀看出生態環境脆弱性影響因子權重大小。

從表1可以看出，鶴崗市煤礦區生態脆弱性研究中生態環境適應性因素權重最大，環境暴露性次之。影響度相對較大的指標因子是植被覆蓋率、耕地面積比例和人工造林面積比例。根據評價結果，總體可以歸結為以下幾點。

(1)通過對鶴崗市煤礦區生態脆弱性評價指標分析，因生態環境適應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適應能力和土地系統完整性的最主要因素，植被的大量恢復可減輕風沙與風蝕危害，也為礦區人們提供良好的生態環境、舒適的生活空間，應加強人工造林治理措施，提高植被覆蓋率。

表1鶴崗市煤礦區生態脆弱性評價指標體系

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

目標層Targetlayer要素層Elementlayer權重Weight指標層Indexlayer權重WiWeightWi脆弱性A暴露性B10.31人口密度C10.059農林用地比例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地質災害頻數C70.074適應性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)環境暴露性即壓力程度受農林用地比例、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。由于鶴崗市以礦業和農業為主，所以農用設施用地在該地區起著至關重要的作用，其暴露程度越大則生態脆弱性越明顯。

(3)生態敏感性是衡量生態脆弱性的重要自然屬性，具有區域性和客觀性。鶴崗市煤礦區由于煤炭資源的長期開采、生產和利用，土地結構早已發生變化，土地受侵蝕程度偏高，所以侵蝕密度比重較大。從表1可知，生態敏感性指標影響度：侵蝕密度>地質災害頻數>年輸沙量。

3結論與討論

鶴崗市作為礦產資源豐富的區域，經過長期的煤炭開采和利用，礦區生態環境受到極大影響，生態環境脆弱性嚴重制約著生態、經濟的可持續發展。根據景觀生態學原理，結合煤礦區生態脆弱性現狀，運用層次分析法建立了脆弱性評價指標體系并確定相關評價因子權重。脆弱性評價不僅可以優化土地利用結構和空間組織，還可以為生態修復和環境維持提供方向。研究結果顯示生態脆弱性受適應性影響較大，環境暴露性也占據較大的影響權重，所以在綠色生態建設中應提高環境適應能力，有利于維持生態系統平衡和完整性；在指標層因素中植被覆蓋率、耕地面積比例、農林用地比例對生態環境影響力權重大，應采用合理的生態建設技術和政策阻止生態環境退化。

煤礦區生態環境脆弱性評價是一項復雜的系統性工程，在研究過程中仍需不斷完善。根據生態環境脆弱性評價結果，鶴崗市生態環境狀況不容樂觀，在生態環境保護過程中應注重生態環境功能保護區建設，豐富物種多樣性，維護和推進林地、農用地等保護工程，以保護生態系統為主，最終實現人與環境和諧共處。

參考文獻

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基金項目國家自然科學基金青年科學基金項目(41101177)；國家自然科學基金項目(41301081)；黑龍江省普通高校青年創新人才培養計劃項目。

作者簡介賈運娜(1989- )，女，河南商丘人，碩士研究生，研究方向：城市規劃與設計。

收稿日期2016-04-16

中圖分類號S 181

文獻標識碼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