干旱半干旱采煤礦區村莊人居環境宜居性評價研究：以大同市南郊礦區為例

王改靜，張紹良，岳彩召，侯湖平，陳 浮，馬 靜

(中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116)

干旱半干旱采煤礦區村莊人居環境宜居性評價研究：以大同市南郊礦區為例

王改靜，張紹良，岳彩召，侯湖平，陳 浮，馬 靜

(中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州 221116)

受損村莊搬遷安置在我國干旱半干旱采煤礦區是一項非常復雜的工作。由于地形復雜、水源有限、風沙侵襲等原因，干旱半干旱礦區宜居場所其實十分有限，因此搬遷安置前必須進行礦區村莊人居環境宜居性評價，以輔助搬遷決策。本文以大同南郊采煤礦區為例，通過實地調查和遙感分析，構建了以基本生活條件和基本生產條件為評價因素的宜居性評價指標體系，采用等級-分值法和層次分析法構建評價模型，對礦區103個村莊的人居環境質量及其宜居性進行了評價。評價結果表明，人居環境極差、較差、較好、好的村莊分別有51個、20個、8個、24個。與礦區破壞實際情況對比的結果表明，該評價指標體系合理，評價模型有效，可用于輔助干旱半干旱采煤礦區的村莊搬遷決策。

人居環境；環境影響評價；評價指標體系；干旱半干旱地區；采煤礦區

進入21世紀以來，我國煤炭開發的中心已經向干旱半干旱的西部、西北部生態脆弱地區轉移，致使這些礦區土地沉陷、地表開裂、河流干枯、水位下降、環境污染、生態脆弱等，嚴重影響到礦區居民的生存[1-6]。破解此困局的有效途徑之一是村莊搬遷、重新安置。然而，筆者在山西煤礦區調查發現，采煤沉陷地內很多受損村莊并沒有搬遷。究其原因，西部礦區開采后地表不像東部礦區那樣由于嚴重積水的原因，開采前必須對其村莊實施搬遷，西部礦區的采煤沉陷地還可以勉強耕種，輕度破壞的房屋還可以勉強居住，礦山每年給予一定的賠償還可以維持生計。但隨著重復采動和破壞積累，村莊人居環境破壞的日益嚴重，搬遷安置量越積越多，甚至積重難返，給礦山企業和地方政府都帶來很大難題。由此可見，構建西部礦區村莊搬遷安置的決策體系十分必要，而礦區村莊人居環境質量及其宜居性是村莊搬遷決策的主要依據。

20世紀50年代，希臘學者道薩迪亞斯(Doxiadis)創立了“人居環境學”(Ekistics)的理論，并對人類生活環境等問題作了大量基礎研究[7]。而在國內，20世紀90年代吳良鏞提倡建立人居環境科學，將人居環境系統劃分為五大系統：自然系統、人類系統、社會系統、居住系統和支撐系統[8]。目前國內外大量有關人居環境評價研究，主要是對城市、鄉村人居環境的評價方法、評價指標及評價體系的構建[9-14]，但對礦區居民的人居環境評價的研究卻很少。曾有學者對煤礦區人居環境變化的機理進行過研究[15]，也有學者對礦區人居環境滿意度進行過調查與分析[16]，但幾乎沒見到關于礦區人居環境宜居性評價指標體系、評價方法和評價模型等研究的報道。

為此，本文以山西大同市南郊煤礦區為例，對礦區村莊居民人居環境展開調查，采用層次分析法與綜合指數和法，構建礦區居民人居環境宜居性評價指標體系和評價模型，對南郊區煤礦區范圍內五個鄉鎮的103個村莊的人居環境進行評價，以為我國干旱半干旱采煤礦區村莊搬遷決策提供借鑒。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

大同市南郊礦區位于山西北部，屬半干旱區暖濕帶氣候。礦區含煤面積達429.6km2，含侏羅系、石炭系煤層，其中，侏羅紀煤主要賦存于侏羅紀中統大同組地層中，含煤巖層厚234m，含煤層21層，煤層總厚15～20m，個別達26m；石炭紀煤含煤地層為上石炭紀太原組、山西組，含煤巖層厚120～140m，一般可采煤層14層，煤層總厚31.20～35.43m。煤炭開采歷史悠久，目前礦區內主要分布著大同煤礦集團和山西煤炭運銷集團，煤礦43座，總生產能力為5708萬t。根據大同煤田開采沉陷長期觀測，采煤沉陷系數達到0.5～0.8，最大地表下沉值會達到7.5～16m，但由于地處黃土高原山地，溝壑縱橫，所以沉陷表現并不明顯。本文研究范圍包含口泉鄉、高山鎮、云岡鎮、鴉兒崖鄉以及平旺鄉等五個鄉鎮的103個行政村莊，總面積為632.5km2，總人口為12.3萬人。

1.2 數據來源

土地利用、村莊信息、地質災害等資料來源于《大同市南郊區2013年土地利用現狀數據庫》、《大同市南郊區煤礦分布圖》、《大同市南郊區2013年統計年鑒》、《大同市南郊區農村住房信息表》、《大同市南郊區地質災害防災明白卡》、《2005～2013年的南郊區地質災害調查報告》。

2015年6～7月，結合高分辨率worldview-2衛星影像，對礦區村莊進行了全面調查，包括房屋破壞狀況、水源破壞狀況、道路等基礎設施破壞狀況、耕地破壞狀況、灌溉系統破壞狀況以及村莊人居現狀等。

2 研究方法

2.1 評價指標體系的構建

據實地調查，礦區村莊破壞的特點是大量建筑物開裂、道路等基礎設施損毀嚴重、地表分布著大面積地裂縫和滑坡點，這些直接威脅到村民的生活，乃至生存，所以礦區居民人居環境評價的重點應放在基本生活條件評價和基本生產條件評價兩方面，其中基本生活條件指居民衣食住行的條件，包括教育、醫療等，這是人居環境宜居的充分條件。只要具備了這些條件，該村莊就宜居。基本生產條件指居民耕作、灌溉、交通以及耕地狀況等，這是居民賴以生存的基礎，構成了宜居的必要條件。二者結合起來形成了采煤村莊人居環境綜合質量宜居的充要條件。

實地調查中，當地居民反應最強烈的是，村莊房屋開裂、水井干枯、出行道路塌陷、學校教室、操場和村衛生所、商店等設施破壞，以及地裂縫溢出的一氧化碳、硫化氫、二氧化硫等煤地下非充分燃燒后產生的混合氣體，這些構成了日常生活的最基本威脅。生產條件方面，村民意見最大的是，牛羊掉進裂縫時有發生，放牧不敢進山，耕地裂縫漏水漏肥，灌溉水井干枯，生產道路塌陷嚴重等。根據這些實際調查信息，結合前人研究的基礎[15-16]，遵循目的性、可行性、穩定性、與評價方法協調性等評價指標選取原則，最終選取房屋破壞等級、生活用水保障度、出行道路破壞程度、教育條件保障度、醫療條件保障度和毒氣溢出程度等6個指標作為基本生活條件指標，耕地裂縫影響程度、生產道路破壞程度、灌溉系統保證率和放牧危險程度等4個評價指標作為礦區村莊基本生產條件適宜性評價因子，指標體系見表1。

表1 人居環境宜居性評價指標體系及分級標準

2.2 評價模型的建立

將礦區村莊人居環境分為4個等級，分別對應評語集={人居環境好；人居環境較好；人居環境較差；人居環境極差}。其中人居環境極差則意味著必須采取村莊搬遷措施，人居環境較差的村莊可采取維修或者搬遷措施，人居環境較好的村莊不須搬遷，可采取維修措施，而人居環境好的村莊不搬遷，也無需維修。

指標量化的方法很多，本文采用等級-分值量化法：將每項指標分為A、B、C、D四個等級，每個等級的含義如表1所示。然后采用問卷調查法，每個村隨機抽樣調查30～50個樣本，被調查的村民根據表1確定每個指標的等級。接下來根據四個等級值的頻度分布，采用式(1)將該指標的等級值量化為百分制。

F=fA×100+fB×200/3+fC×100/3+fD×0

(1)

式中：F為指標量化值；f為等級頻度，且有：fA+fB+fC+fD=1 。

采用加權指數和法計算基本生活條件和基本生產條件的作用因素分值，見式(2)。

(2)

式中：Pi為評價因素i的質量分值；Fij為第i個因素中第j個指標的分值，Wj為第j個指標的權重值；Ni為評價因素i的指標個數；i的取值為1或2。

加權求和得到評價村莊的人居質量分值，見式(3)。

(3)

式中：p為人居質量綜合分值；P1，P2分別為基本生活條件和基本生產條件因素的作用分值；W1和W2分別為基本生活條件和基本生產條件因素的權重。

權重值采用層次分析法(AHP)確定[17]，結果見表2。

表2 人居環境宜居性評價指標權重

3 結果與分析

建立ArcGIS數據庫，將所有信息輸入到數據庫中，在區位圖層的基礎上，建立指標和因素圖層，采用空間疊置分析法得到每個評價村莊的基本生活條件作用分值、基本生產條件作用分值和人居質量分值。根據人居環境宜居性評價綜合總分值的頻率直方圖劃分個各級宜居性級別區間，將人居環境宜居性分值劃分為4個等級，其劃分標準是：人居環境好(>80)、人居環境較好(60～80)、人居環境較差(20～59)、人居環境極差(<20)。從而得到研究區103個評價村莊的人居環境宜居性評價結果分級圖，見圖1。

評價結果對比分析如下所述。

1)由圖1可知，人居環境極差的村莊有51個，主要分布在高山鎮的南部、口泉鄉和平旺鄉的西部、以及鴉兒崖鄉的大部分村莊、另外還有云岡鎮中西部以及南部的少部分村莊。行政村總面積為292.0km2，涉及人口為17767戶、47858人。而經實地調查，這些村莊受塔山煤礦、同忻礦、國投塔山、四臺礦及白洞礦采煤的影響，地表形變很嚴重，建筑物破壞很嚴重，生活用水不能得到基本的保障，甚至完全依賴同煤集團定期送水。基礎設施破壞嚴重，醫療衛生、教育等都受到影響，迫使其關閉、停課等。環境污染也比較嚴重，有部分居民由于有害氣體的逸散不得不暫搬別處，嚴重威脅居民的生命安全，基本生活條件難以保障；由于重復開采的原因，地面沉陷引起的裂縫，塌陷坑等地質災害非常嚴重，破壞農田基礎設施，致使農業生產活動基本停滯，基本生產條件難以滿足，這與評價結果相符合。

圖1 人居環境宜居性評價結果

2)由圖1可知，人居環境較差的村莊有20個，主要分布在高山鎮北部、云岡鎮范圍內大部分村莊、以及鴉兒崖鄉的高屯村和興勝溝村、平旺鄉的大北溝村和煤峪口村。行政村總面積為132.0km2，涉及人口為5935戶、16760人。經實地調查，這些村莊大多位于相對沉陷值較小的地區，其建筑物破壞較嚴重，村中房屋出現危房現象，耕地破壞較嚴重，棄耕率較高。另外，鴉兒崖鄉的高屯村和興勝溝村、平旺鄉的大北溝村和煤峪口村，其地表形變雖然比較嚴重，建筑物破壞也比較嚴重，但是其村莊目前還設有醫療機構場所等基礎設施，生活用水也能得到保障等，其人居環境相對于鴉兒崖鄉的其他村莊較好，這與評價結果相符合。

3)由圖1可知，人居環境較好的村莊有8個，主要分布在口泉鄉的中西部，包括楊家窯村、上窩寨村、下窩寨村、郊城村、回去村，平旺鄉的拖皮村、王家園村，以及云岡鎮的云岡村。行政村總面積為59.9km2，涉及人口為2915戶、8162人。經實地調查，這些村莊在采煤沉陷區的邊緣，其居民點不在沉陷區范圍內，或者村莊下方留有保護煤柱，如云岡鎮的云岡村，屬于風景名勝保護區，地表建筑物基本沒有破壞。但是其村莊范圍內仍有較小面積的采空區分布，其耕地仍受到影響，基本生產條件難以得到很好的保障，這與評價結果相符合。

4)由圖1可知，人居環境好的村莊有24個，主要分布在口泉鄉以及平旺鄉的東部。行政村總面積為148.6km2，涉及戶數為19429戶、50629人。經實地調查，這些村莊遠離采煤沉陷區一段距離，地表沒有變形，耕地未受到破壞，建筑物基本上沒有受到破壞，生活用水得到基本的保障，而醫療衛生、教育等基礎設施由于其靠近南郊城區，所以比較完善。總體上，其基本生活、生產條件能很好的得到保障，這與評價結果相符合。

4 討 論

采煤沉陷區的人居環境與一般地區的人居環境不同[1，11，13-14，16]，一方面受該地區的社會、政治、經濟和文化發展的影響；另一方面，由于沉陷區地表不穩定的特殊性，地質災害等因素對沉陷區人居環境的影響就顯得更為重要。考慮到選取的指標是為村莊搬遷決策提供借鑒的目的，整個綜合評價指標體系的構成必須緊緊圍繞著綜合評價目的層層展開，使最后的評價結論能夠反映了我們的評價意圖。又因研究區域范圍小，區域社會、政治、經濟和文化差異相對較小，所以在選取指標時更側重選取采煤活動引起的破壞性指標，忽略社會、政治、經濟和文化等指標。

本文采用漸進式加權求和模型，而不采用極限條件法，其目的是綜合考慮每個評價指標的貢獻作用，盡可能準確地反映指標等級之間的差異，使評價結果更合理化。例如，生活用水保障度指標，如果采用極限條件法，對各個評價因子進行分級，并將等級最低的評價因子的等級作為評價結果等級，調查結果顯示評價單元沒有水源，基本生活條件綜合評價評價值就是0，該方法忽略了其他因子對評價結果的貢獻作用，從而在一定程度上低估了評價結果。

搬遷安置是解決采煤礦區人居環境、保障人民生命財產安全的有力措施，但是搬遷選址在我國西部、西北部采煤礦區是一項非常復雜的工作。由于地形復雜、水源有限、風沙侵襲等原因，干旱半干旱地區宜居場所十分有限，現有的居住場所是經過當地居民世世代代開發、經營得到的，這就使得搬遷決策不是簡單的問題。對維修、加固和修復后能適宜居住的要盡量不搬遷，對大型村莊、搬遷選址特別困難的地方，要設立保護煤柱或者采取保護性開采技術，盡量減少破壞，避免搬遷，這也是本文采用謹慎性模型的原因之一。

5 結 論

1)實證分析表明，房屋破壞等級、生活用水保障度、出行道路破壞程度、教育條件保障度、醫療條件保障度和毒氣溢出程度等6個評價指標和耕地裂縫影響程度、生產道路破壞程度、灌溉系統保證率和放牧危險程度等4個評價指標分別作為采煤礦區村莊基本生活和生產條件的評價因子是可行的。

2)采取漸進式加權求和評價模型以及等級-分值量化法，充分依據社會調查結果，這符合西部采煤礦區的實際，評價程序的操作性較強、評價結果符合實際。

3)隨著西部大開發的不斷推進，我國干旱半干旱煤礦區的大規模開采與其干旱脆弱生態特性的空間耦合將會使得煤礦區人居環境質量問題日益增多，本文以大同市南郊礦區為例，建立了人居環境宜居性綜合評價模型，構建了評價指標體系，并進行了實證研究，在理論上以及實用上都具有一定的借鑒意義。

[1] 魏偉，石培基，洪海春，等． 干旱內陸河流域人居環境適宜性評價：以石羊河流域為例[J]． 自然資源學報，2012，27(11)：1940-1950．

[2] 汪云甲，張大超，連達軍，等．煤炭開發的資源環境累積效應[J]． 科技導報，2010，28(10)：61-67．

[3] 錢鳴高．煤炭產能擴張引發中西部環境隱憂[EB/OL]．科技時報，(2011-02-20)[2015-11-23]． http：//www．cas．cn/xw/zjsd/201102/t20110221_3073269． shtml．

[4] Elisabeth B，Marina H，Joachim L，et al． The impact of mining activities on the environment reflected by pollen，charcoal and geochemical analyses．Journal of Archaeological Science，2010，37(7)：1458-1467．

[5] Otto F． Aspects of surface and environment protection in German mining areas[J]． Mining Science and Technology，2009，19(5)：615-619．

[6] 葉貴均．西北五省( 區) 煤炭資源水資源及生態環境[J]． 煤田地質與勘探，2000，6(1)：39-42．

[7] C A Dioxides. Athropopolis: City for Human Development[M]．Athens Publishing Cen Ten，1975．

[8] 吳良鏞．人居環境科學的探索[J]．規劃師，2001，17(6)：5-8．

[9] Hubbard B，Gelting R，Baffigo V，et al． Community environmental health assessment strengthens environmental public health services in the Peruvian Amazon[J]. International Journal of Hygiene and Environmental Health，2005，208(1)：101-107．

[10] Mayor of London．The London Plan：Spatial development Strategy for London[R]． London：Greater London Authority,2004．

[11] 王洪海，范海榮，姜銘閱．城市人居環境質量評價指標體系與評價方法研究[J]．資源開發與市場，2009，25(4)：312-313．

[12] 李雪銘，晉培育．中國城市人居環境質量特征與時空差異分析[J]．地理科學，2012，32(5)：521-529．

[13] 朱彬，張小林，尹旭．江蘇省鄉村人居環境質量評價及空間格局分析[J]．經濟地理，2015，35(3)：139-144．

[14] 楊興柱，王群．皖南旅游區鄉村人居環境質量評價及影響分析[J]．地理學報，2013，68(6)：852-867．

[15] 杜培軍，郭達志，盛業華．煤礦區陸面演變影響下的人居環境問題研究[J]．煤炭學報，1999，24(5)：543-547．

[16] 劉戎，史興民，曹繼亮．陜西彬縣礦區居民人居環境滿意度測評[J]．西北大學學報：自然科學版，2011，41(4)：709-714．

[17] 鄧雪，李家銘，曾浩健，等．層次分析法權重計算方法分析及其應用研究 [J]．數學的實踐與認識，2012，42(7)：93-99．

Study on the evaluation of human settlement livability of the village in the arid and semi-arid mining area：taking the mining area of Nanjiao district of Datong city as a case

WANG Gaijing，ZHANG Shaoliang，YUE Caizhao，HOU Huping，CHEN Fu，MA Jing

(College of Environment and Surveying，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)

The relocation and resettlement of damaged villages is a very complicated work in the arid and semi-arid mining area of China.Due to the complex terrain，limited water resources，sand invasion and some other reasons，the suitable site in arid and semi-arid area is very limited，so the evaluation of human settlement livability must be carried out before relocation and resettlement，in order to assist the relocation decision.In this paper，the mining area in Nanjiao district of Datong city are taken as a case，through field surveys and remote sensing analysis，constructs the basic living and product conditions as the evaluation factors of livability evaluation index system，modeling by grade-score method and analytic hierarchy process method，to evaluate the human settlement quality and livability of 103 villages.It shows that there are 51 villages which are in a very poor living environment.there are 20 villages which are in a poor living environment.There are 8 villages with better human settlement.Actually，there are 24 villages with best human settlement.The results elaborat that the evaluation indexes system is reasonable，the evaluation model is effective，and can be used in making the decision of the village relocation in the coal mining area of semi-arid and semi-arid regions.

human settlement；environmental impact evaluation；evaluation indexes system；arid and semi-arid area；mining area

2016-04-11

國家自然科學基金項目資助(編號: 51474214)

王改靜(1989-)，女，漢族，河南禹州人，碩士研究生，主要研究方向為礦山遙感環境監測，E-mail：wgjh2010@163.com。

張紹良(1968-)，男，漢族，安徽安慶人，教授，博士生導師。主要研究方向為礦區生態監測與評價，E-mail：slzhang@cumt.edu.cn。

X82

A

1004-4051(2016)12-0054-05