基于DPSIR-TOPSIS模型的煤炭礦區綠色轉型評價

王廣成 劉龍山

(1. 濱州醫學院，山東省煙臺市，264033；2. 山東工商學院管理科學與工程學院，山東省煙臺市，264005)

煤炭在我國能源供應中占據主導地位，面對煤炭資源儲量豐富、石油天然氣資源儲量貧乏的資源供應現狀，合理開發利用煤炭資源顯得尤為重要。煤炭開采會帶來礦井廢水排放、含有瓦斯等其他有害氣體排放、煤矸石污染、礦區土地塌陷等一系列環境問題，對礦區生態環境進行有效管理是解決這些問題的重要途徑之一。在供給側改革的大背景下，我國煤炭生產急需向低能耗、低污染的發展方向轉型，因此礦區綠色轉型評價對于科學決策、清潔生產具有重要的理論與現實意義。

DPSIR模型常用于評價生態系統健康程度，驅動力(Driving)表示驅動系統發生變化的根本因素；壓力(Pressure)表示在驅動力的作用下，系統所受到的直接影響；狀態(State)表示在驅動力和壓力下，系統所處的狀況，如空氣質量狀況、環境綠化狀況等；影響(Impact)表示在外界環境發生變化的情況下對人類所造成的影響，主要由相關疾病的發病率等方面的指標進行表示；響應(Response)表示為了消除環境變化對人類所造成的不利影響，在驅動力、壓力等方面所采取的措施。DPSIR模型多用于區域可持續發展評價、生態安全評價、生態承載力評價等方面，是生態環境系統評價的重要概念模型。

綠色經濟轉型方面的研究受到了很多學者的關注。Gibbs探討了政策制定者鼓勵和發展綠色經濟的動機，著重論述英國政府試圖促使傳統建筑業轉向綠色建筑的方法和技術；Eluma認為可持續發展與綠色經濟轉型需要能夠同時實現經濟增長和改善人類與環境福祉的創新方法，并探討了尼日利亞水產行業綠色轉型的需求和驅動力；Weber分析了德國在綠色經濟轉型過程中的主要矛盾，一方面大量投資于可再生能源，另一方面發電廠卻大量使用褐煤發電；Droste分析了綠色轉型過程中制度的影響，并闡釋了政府干預對不同級別系統的綠色轉型行動的影響。在生態文明建設的大背景下，國內學者對綠色轉型的內涵、模式進行了大量的研究，綠色轉型評價研究主要集中于區域綠色轉型評價。朱斌(2016)以福建省為例，從綠色發展支持、綠色生產活力和綠色生態環境3個方面選取評價指標，運用灰色局勢決策模型和線性回歸模型對福建省的綠色轉型情況進行評價分析；肖貴蓉(2016)根據DPSIR模型對太原市的綠色轉型狀況進行評價分析；王晗(2018)從經濟效益、社會發展、資源稟賦和生態環境4個方面選取評價指標對吉林省的綠色轉型能力進行了評價分析。國內外學者對綠色轉型評價研究取得了眾多成果，為相關研究奠定了基礎，提供了借鑒。但是以煤炭礦區為研究對象進行綠色轉型評價的文獻還比較少。

本文運用現代綜合評價方法，從驅動力-壓力-狀態-影響-響應5個維度選取評價指標，構建了礦區綠色轉型綜合評價體系，基于熵權法改進的TOPSIS方法計算綜合評價結果，以龍口礦區為對象進行了實證研究，并提出相關建議。

1 煤炭礦區綠色轉型評價指標體系構建

礦區綠色轉型評價指標體系的構建應從社會、經濟、資源環境方面選取評價指標，遵循系統性原則、可操作性原則、科學性原則、引導性原則。礦區綠色轉型評價指標體系及其權重值見表1。

1.1 指標體系構建原則

(1)系統性原則。礦區綠色轉型評價是對一個完整的人地生態系統的評價，指標的選取應能夠涵蓋礦區復合生態系統的各個方面，并且能夠體現出系統的評價指標之間的因果關系。

(2)可操作性原則。指標體系的構建要考慮數據的可獲得性和指標體系結構的層次性，指標的選取要考慮不同年份之間的可比性以及對所獲取的統計數據的充分利用。

(3)科學性原則。指標應盡量選取能夠量化的指標，對所獲得的數據進行預處理，剔除具有明顯邏輯錯誤的數據，在綜合評價方法的選取上，要注意定量方法與定性方法合理使用。

(4)引導性原則。評價指標體系的建立應考慮對礦區綠色轉型的引導作用，為礦區綠色轉型的發展提供可以改進的方法指引。

1.2 指標分析和篩選

1.2.1 驅動力指標分析和篩選

驅動力指標是推動礦區綠色轉型的指標，主要是社會經濟方面的指標。本文選取工業產值、采區回采率、在職人數、職工平均薪酬作為驅動力指標。礦區的綠色轉型主要由經濟、科技、人口、員工福利等因素所驅動，工業產值代表了經濟方面的驅動力，采區回采率的高低取決于開采的技術水平，代表了科技方面的驅動力，在職人數代表了人口方面的驅動力，職工平均薪酬代表了福利方面的驅動力。

1.2.2 壓力指標分析和篩選

壓力指標是直接作用于礦區綠色轉型系統的壓力，主要包括資源的消耗和廢棄物的排放，本文選取原煤產量、油頁巖產量、耗電量、耗水量表示系統承受的壓力。在煤炭礦區中，用原煤產量代表對煤炭資源的消耗，用油頁巖產量表示礦區對其他資源的開采，在煤炭的開采、洗選等過程中會消耗大量的水資源和電力資源，選取耗電量和耗水量代表其對礦區綠色轉型系統的壓力。

1.2.3 狀態指標分析和篩選

狀態表示礦區受人類活動壓力影響的環境要素的變化，狀態既是驅動力、壓力作用于環境系統的結果，也是分析影響和響應的基礎。本文選用萬噸塌陷面積表示煤炭資源開采后土地資源所處的狀態，剩余開采年限表示煤炭資源所處的狀態，噸煤瓦斯排放量表示大氣環境所處的狀態。

1.2.4 響應指標分析和篩選

響應表示在驅動力的作用下，環境承載的壓力導致了環境狀態的變化，為了保護環境所采取的措施稱之為響應。本文選用復墾率、土地塌陷治理費用、水環境治理費用、煤矸石處理費用、植被恢復費用指標代表對環境變化所采取的響應措施。復墾率、土地塌陷、植被恢復費用表示對采煤破壞后的土地進行整治而采取的響應行為，水環境治理費用表示對礦區水污染采取的響應行為，煤矸石處理費用表示對采礦和洗選過程中的煤矸石采取的響應行為。

表1 礦區綠色轉型評價指標體系及其權重值

2 評價模型及方法

本文采取熵權改進的TOPSIS法對礦區綠色轉型進行評價，TOPSIS法(逼近于理想解的排序方法)常用于系統的多方案多屬性問題的分析，是一種客觀的評價方法，通過計算每一個方案與最優理想解的貼近度，可以對復雜問題進行綜合評價。熵權法可以使用信息熵對不同的方案進行賦權，具有良好的客觀性。

2.1 評價指標標準化

正指標的標準化公式：

(1)

逆指標的標準化公式：

(2)

式中：x(i,j)——第i年第j個評價指標的值；

xmin(j),xmax(j)——第j個評價指標的最小值和最大值。

2.2 計算指標權重

首先，計算第j個評價指標的信息熵Hj，即：

(3)

其次，計算第j個評價指標的差異性系數Gj，即：

Gj=1-Hj

(4)

最后，計算第j個評價指標的權重Wj，即：

(5)

2.3 建立加權規范化矩陣V

V=|Vi|m×n=Wj×Yij

(6)

式中：Yij——標準化后的矩陣。

2.4 確定正理想解和負理想解

分別以加權規范化決策矩陣中的最大值和最小值作為正理想解和負理想解。

正理想解為：

V+={maxvij|i=1,2,…,m}

(7)

負理想解為：

V-={minvij|i=1,2,…,m}

(8)

2.5 計算不同年份評價對象到正理想解的距離D+和到負理想解的距離D-

2.6 計算評價對象與理想解的貼近度Ci

(11)

式中，Ci介于0～1之間，該值越大表明第i年的礦區綠色轉型狀況越好。參考相關學者的研究成果，本文以非等間距的方式，依據貼近度(C)將礦區綠色轉型狀況劃分為5個評判等級。煤炭礦區綠色轉型評判標準見表2。

表2 煤炭礦區綠色轉型評判標準

3 實證研究

3.1 龍口礦區概況

龍口礦區創建于1968年10月，1987年5月組建龍口礦務局，2003年3月成立龍口礦業集團有限公司。經過50年的建設發展，公司業務范圍覆蓋魯、晉、吉3省9地市。現擁有7對生產礦井；依托“黃藍”經濟疊加區和臨港區位的優勢，建成了山東省首家煤炭儲備配送基地，運營能力達到2000萬t/a；在油頁巖綜合利用方面，具備處理油頁巖260萬t/a、產油20萬t/a的產能；建成4座熱電廠，熱電聯產總裝機容量81 MW。

3.2 數據來源

本文所用數據來源于2008-2016年的《煙臺市統計年鑒》、2008-2016年的《中國煤炭工業統計年鑒》以及對煤礦調研期間由龍口礦區提供的相關數據。

3.3 評價結果

對數據進行標準化處理，運用熵權法進行賦權，所得各指標權重見表1；應用所建的評價模型計算各年度的貼近度(C)，最終綜合評價結果見表3。

表3 龍口礦區綜合評價結果

3.4 評價結果分析

3.4.1 龍口礦區綠色轉型效果的影響因素

根據龍口礦區綠色轉型評價指標的權重值可知，職工薪酬支出與產值的比、消耗的電力、采區回采率、工業產值、水環境治理費用、在職人數等指標的權重較大，它們是9年來對礦區綠色轉型發揮較大作用的影響因素。其中，工業產值、采區回采率、在職人數、職工薪酬支出屬于驅動力因素，消耗的電力屬于壓力因素，水環境治理費用屬于響應因素。因此，未來促進礦區綠色轉型發展需要重視對以上主要因素的改進。

3.4.2 龍口礦區綠色轉型狀況分析

根據計算結果可知，2008-2016年龍口礦區綠色轉型水平整體呈上升趨勢，貼近度(C)由2008年的0.2929提高到2016年的0.6998，礦區綠色轉型狀況由很差等級提升到一般等級。2008-2010年，貼近度(C)出現小幅度下滑，同時在這兩年之間綠色轉型發展水平處于很差等級，通過分析可知，主要受2008年美國金融危機影響，煤炭銷路不暢，煤炭價格大幅度下跌，產值也比較低，而后國家實施了一系列的宏觀經濟調控政策，國民經濟逐漸回歸理性，基礎設施建設規模的擴大刺激了煤炭的需求，2010年的工業產值比2008年有所上升，在消耗的水資源、消耗的電力、塌陷面積方面比2008年也有所增加。2010-2012年，貼近度(C)出現較大的上升，主要由于原煤產量減少、采區回采率的上升，從而使得消耗的電力、消耗的水資源、塌陷面積減少，同時，龍口礦區積極開發油頁巖煉油技術，在此期間，油頁巖三期中顆粒煉油項目成功投產、順利出油，油頁巖產量上升。2012-2014年，貼近度(C)有小幅度的下滑，通過對數據的分析可知，原煤產量、產業產值仍然繼續呈下降趨勢，油頁巖產量呈上升趨勢，消耗的水資源增多，復墾率下降。2014-2016年，貼近度(C)有較大幅度的上升，2016年的工業產值比2014年有所回落，油頁巖產量回落，煤炭產量上升，消耗的水資源與電力呈下降趨勢。

對驅動力系統進行分析可知，2008-2016年，整體呈較快上升趨勢，表明礦區綠色轉型發展的驅動力充足，整體向好的方向發展，經濟、科技、社會等方面都有充足的發展動力，但2012-2014年出現小幅度下滑，主要由于職工薪酬支出與產值比的下降造成的，當職工薪酬支出在工業產值中占比較大時，意味著企業的科技含量較高，需要為人力資源支付更高的報酬。

對壓力系統進行分析可知，2008-2016年，壓力系統的貼近度(C)呈波動上升趨勢，表明礦區對生態環境的破壞在下降，對自然資源的消耗在減少。2010年貼近度(C)最小，主要由于美國金融危機后，對宏觀經濟的調控擴大了煤炭需求，導致對環境的壓力增大。

圖1 2008-2016年礦區綠色轉型狀況及各子系統趨勢圖

對狀態系統分析可知，2008-2016年，狀態系統的貼近度(C)整體上呈平穩小幅度上升趨勢，2010年，由于土地塌陷面積的增加，出現小幅度的下降。2016年，由于資源的剩余開采年限的減少，貼近度(C)出現小幅度的下降，表明煤炭儲量的減少會對礦區的綠色發展帶來一定的影響，煤炭資源的枯竭是礦區綠色轉型發展不可忽視的影響因素。

在響應系統中，2008-2016年，響應系統的貼近度(C)呈現平穩上升趨勢，表明礦區采取積極的措施對生態環境進行恢復和保護，如治理塌陷土地、凈化處理礦井水、產業化利用煤矸石、恢復植被。2016年，由于復墾率的下降，響應系統的貼近度(C)有微弱減小。

3.4.3 發展建議

(1)提高職工平均工資，提升人力資源在生產要素中的地位。煤炭礦區要實現綠色轉型發展，就要提高對人才的重視，煤炭礦區實現綠色、高效、安全發展，離不開開采技術的機械化、自動化、智能化發展，對井下工人的需求會越來越少，對掌握先進技術的科技人才的需求會越來越大。

(2)在原有的煤電油運產業基礎上積極擴展，形成以煤炭生產為基礎的多業并舉的發展戰略。如將開采后的煤炭用于煉焦、煤化工、煤制油等，延長以煤炭開采為基礎的產業鏈，增加煤炭的附加值，構成循環經濟產業鏈，減少煤炭開采所帶來的環境壓力。

(3)合理解決煤炭開采所造成的煤矸石堆積、土地塌陷等問題。如將煤矸石用于采空區回填、建材生產等，將塌陷土地進行復墾，治理后的塌陷土地可用于農業、林業、觀光旅游業。