基于遙感調查的礦山綜合評價研究

王昊 汪潔 李浩 李丹 劉雪 宋伊圩

摘要：本文利用模糊層次分析法構建了區域發展與環境壓力的評價模型，并利用多期遙感影像，結合社會經濟統計數據，對新疆某銅鎳礦區開展了動態評價工作。文中選用了區域發展、環境壓力兩個主要評價因子，結合子因子的評價標準，采用隸屬函數確定各個子因子的評級標準。評價結果表明：1）該礦山的評價得分不斷降低，礦山開發的破壞作用對評價結果仍占主導地位；2）該礦山開發的經濟效益與區域發展、環境壓力密切相關，當礦山效益增長會促進區域發展；礦業市場不景氣時，公司無暇顧及區域發展，會進一步對環境施壓，謀取利益。

關鍵詞：遙感調查；礦山；模糊層次分析法；綜合評價

中圖分類號：X822 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0007-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.003

Abstract： This paper uses the fuzzy analytic hierarchy process to construct the evaluation model of regional development and environmental pressure and multiphase remote sensing image， combined with social and economic statistical data， a copper and nickel mines in Xinjiang was carried out by dynamic evaluation. In this paper， regional development and environmental pressure are selected as the two main evaluation factors， and the evaluation criteria of sub-factors are used to determine the rating criteria of each sub-factor. The evaluation results show that： 1） the evaluation score of the mine is decreasing continuously， and the damage effect of mine development still dominates the evaluation result. 2） the economic benefits of the mine development are closely related to regional development and environmental pressure， and the growth of mining benefits will promote regional development； When the mining market is depressed， the company has no time to take into account the development of the region， which will further pressure the environment and seek profits.

Key words： Remote sensing survey； Mine； Fuzzy analytic hierarchy process； overall merit

礦產資源是支撐我國經濟社會快速發展的重要基礎性產業，也是促進人類社會進步，保障人們生產生活及社會可持續發展的物質基礎[1]。礦山開發作為區域發展的一把雙刃劍，其兩面性影響逐漸顯露出來：礦山開發往往會伴隨土地壓占或損毀、廢棄廢水廢渣等排放以及地質災害（隱患）等諸多不利影響，而隨著礦山企業的發展，其在為國家提供礦產資源、為地方提供經濟效益的同時，也能夠對區域的發展起到一定的促進作用[2]。本研究以新疆某合法在采銅鎳礦山為例，將經濟發展、社會影響以及環境保護等綜合效益均列入評價體系，通過指數評價法從地質環境壓力、區域發展建設方面對該礦區進行多年度動態綜合評價。

1 礦山綜合評價模型

目前，對礦山環境地質問題的評價，國內外常用的環境評價方法主要有熵權法、因子分析法、模糊數學法和模糊層析分析法等[3]。根據礦山環境評價目標，綜合各評價方法側重內容，比較各種評級模型的優劣勢，最終選取模糊層次分析法[4]。其結合了層次分析法和模糊數學法的優點。改進了層次分析結果主觀性影響較大的問題，剔除了模糊數學法結果存在大量重復信息的問題，提高了最終結果的可靠性[5]。

為了避免人為主觀性太強從而影響最終的評價結果[6]，建立評價因子的優先關系矩陣U：

評價因子記為a1（i=1，2，3，…，n），所有評價因子的集合則為A={a1，a2，…，an}。根據評價因子的重要程度，首先構建評價因子的優先關系矩陣U。之后構建模糊判斷矩陣R：

2 礦山綜合評價因子分級標準

本次分級標準結合《礦山環境遙感監測技術指南》中評價標準，設定對區域社會、生態、地質環境正面和負面的2個亞目標層，結合研究區的具體情況，每個亞目標層包括數個指標層，即數個評價因子[7]。每個評價因子都有其獨特性，為了進行統一評價，須將評價因子的結果對應其標準化為無量綱數值，最后將各個評價因子的無量綱數值以一定的比例相加得到礦區的整體評價結果[8]。每個評價因子都有優、差兩個極端，根據每個評價因子的特殊性分別建立模糊隸屬函數[9]，如遇無法量化的因子時設每個評價因子最優時的無量綱化數值為0.83，最差時的無量綱化數值為0.16，所以當評價結果接近1時說明礦山環境評價結果較好，反之較差。

該礦區位于縣城東南35km處，礦區主體位置原為草地，尾礦庫坐落于礦區主體南側約2.3km一處干涸河床內。通過前期資料調查和2016年實地走訪，礦區西北部已發展為擁有職工居民樓、教育、醫療、體育場等基礎設施的完善而獨立的較成熟綜合社區。礦區東南部為中轉場地、固體廢棄物堆積地、礦山建筑、冶煉廠等，該礦山為地下開采，無露天開采面。礦區內主干道和西南側職工住宅區有相當程度的綠化，東南側礦業活動區內部植被較少，外部多為當地牧民草場。該地區屬大陸性寒溫帶干旱氣候，冬季嚴寒漫長、夏季炎熱，日照充足，因此該地區年降水量小而年蒸發量大，總體氣候干燥，礦山開發造成的地表水和地下水污染幾率小，受干燥少雨的氣候的影響，冶煉廠、固體廢棄物堆和中轉過程則易對周圍草場和牧民造成粉塵污染。

結合上述實地調查情況，本次研究建立如下準則：區域發展、環境壓力。①區域發展包括人文建設（即礦區內的學校、廣場、文化娛樂設施）和植被活力指數（礦區外草地和礦區內綠化情況）兩個方面；②環境壓力包括工礦壓占損毀土地（中轉場地、固體廢棄物對、尾礦庫、礦山建筑等）、開采強度（該礦山為地下開采，無露天開采面，因此已出礦量代表其開采強度）、環境污染（主要為粉塵污染）。

具體如下圖所示：

2.1 區域發展

人文建設以建設面積評價其優差，但人文建設面積處于兩者之間時，優、差的評斷是模糊的[10]。我們評價時總希望給出具體的數值去表征其好壞，根據人們對事物判斷的概率規律，可以構建以正態分布為基礎的隸屬函數，本文以人文建設面積為零時隸屬環境最差的得分為0，當人文建設面積增加時，隸屬度得分逐漸增高，當人文面積為100%時，得分為1。根據本文的設定條件可以得出人文建設隸屬度公式如下：

（2-1）

植被活力指數以NDVI指數度量其優差[11]。植被覆蓋度在不同的生態環境各有差異，如森林的覆蓋度很高，即使覆蓋度低的森林也要比荒漠的植被覆蓋度高。所以在評價區域覆蓋度得分時，要根據具體區域而定。本研究區屬土礫質荒漠植被類型[12]，根據中國荒漠化防治報告提出的風蝕荒漠化評價分級閾值：低植被覆蓋度（0

2.2環境壓力

礦業活動產生的生態環境問題和產生的破壞種類有很多，例如：礦石、廢渣等固體廢棄物中含酸性、堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過地表水徑流、大氣飄塵，污染周圍的土地、水體和大氣，其影響面將遠超廢棄物堆積地域和空間[13]。礦山開發環境遭到破壞后，需花費大量人力、物力、財力在經過長時間的治理才能恢復，且很難恢復到原有水平，該礦區以廢氣污染為主。根據開采規模，該礦山為大型礦山，開采活動一直非常頻繁，為了更好地評價開采活動對研究區環境造成的破壞，本文將從礦山開采強度、環境污染以及工礦壓占損毀土地等方面進行評價。

為了統一標準需將開采強度做歸一化處理，開采強度隸屬度公式如下：

環境污染以標準限值為基準，超標時評價最差的分為0，其余情況見公式：

對于工礦壓占損毀土地共有兩個極端，當工礦占地面積達到所屬區域100%時，開發環境為最差；當沒有工礦占地時，開發環境為最好。但開發占地面積處于兩者之間時，好和差的評斷是模糊的。我們評價時總希望給出具體的數值去表征其好壞，根據人們對事物判斷的概率規律，可以構建以正態分布為基礎的隸屬函數，本文以工礦占地面積為零時隸屬開發環境最優的得分為1，當工礦占地面積增加時，隸屬度得分逐漸降低，當工礦占地面積為100%時，得分為0。根據本文的設定條件可以得出開發占地隸屬度公式為：

3 基礎數據調查

該評價內的人文建設、植被活力和工礦壓占損毀土地等基礎數據通過2008-2016年遙感影像室內解譯獲得，包括了LandSat7、LandSat8、YG2、GF1、ZY3和02C等國內外多種衛星數據。開采強度和環境污染情況主要參考了礦山企業2008-2016年年度業績報告、新疆維吾爾自治區國控企業污染源廢氣、廢水監督性季度監測結果、國控重點源監督性監測工作簡報等相關資料。

3.1 區域發展

區域人文建設面積自2008年的約14公頃增至2016年的33公頃，植被覆蓋面積由29公頃增至43公頃，整體呈正面發展趨勢。

3.2 環境壓力

工礦壓占損毀土地面積在2008-2013年持續上升，2013-2015年呈下降趨勢，主要為尾礦面積縮減，經查該礦山企業同期對選礦產生的尾礦進行了分級處理，對已存的尾礦庫及廢料進行了整治，采礦廢石經破碎處理后用于采礦井下充填和鋪設道路，剩余廢棄物堆存于專設的廢石堆場，冶煉產生的固體廢渣提供給周邊水泥廠用作生產高質量水泥的原料，但2016年工礦占地有所回升；礦山開采強度持續提升，尤其在2010年之后提升明顯；2008-2016年廢水和二氧化硫、固體顆粒等廢氣排放總體達標，僅2016年廢氣超標，其中二氧化硫超標0.15倍，排放量為460mg/m3，顆粒物超標0.28倍，排放量為64 mg/m3；環境壓力相關數據調查結果如圖3。

4 評價結果與分析

4.1 評價結果

通過模糊層次分析法確定兩指標權重分別為0.56、0.44，區域發展整體得分公式如下：

A=0.56A1+0.44A2

環境壓力整體得分公式如下：

B=0.28 B1+0.33 B2+0.39 B3

最終評價結果如下表1，區域評價結果見圖4.。

4.2 評價結果分析

綜上所述：①該評價模型和方法創新性的將礦山區域作為一個整體，引入了礦山開發對區域的正、負兩方面影響，其評價結果更全面，更能體現礦山企業對一定區域的綜合影響；得出的礦山開發區位效應評價結果能夠更直觀地反映礦山企業內不同職能、不同區位的影響效應；②隨著礦山企業規模發展，其造成的嚴重影響區得到控制，較好影響區逐漸擴大并保持，尤其在2010年前后國家政府相關部門對環境問題逐漸重視，該礦區內積極的社區基礎設施逐漸完善，地面植被和綠化情況得到改善；③礦山開發對區域的整體影響仍以負面為主，尤其在礦山企業經營狀況發生較大改變的時期，受企業成本和收益的直接影響，當企業經濟狀況下滑時，負面影響的比重也相應增大。以下圖5為例，礦山濟效益持續下滑，其總評分也相應迅速下降，如II、IV階段；而經濟效益上升時，其總評分下降速度也相應放緩，如I、III階段。因此，礦山企業經濟不景氣時，應是政府部門對礦山地質環境的重點觀察期。

圖5 礦山企業經濟狀況與開發效益總評分年度變化示意圖

該模型能夠為未來礦山地質環境保護工作的重點位置、主要時間提供參考作用，但該評價模型也有一定的不足和局限性。首先，該評價模型覆蓋的因子還不夠全面，如區域發展中未考慮提供的當地人口就業數量、上繳稅收、交通和技術提升等因子；其次，該評價所選礦山為大型合法金屬礦山，其開發時間長、規模大、社區體系發展完善，而多數小型、短期開采礦山工作人員少、設備簡單、開采手段粗放，對當地地質環境多以負面影響為主，很難確定區域發展因子。

參考文獻

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收稿日期：2018-04-12

作者簡介：王昊（1985-），男，碩士，工程師，研究方向為遙感地質等。