煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素分析及對策仿真

薛曄 紀曉東 薛崇義

摘要 煤層氣開發(fā)引發(fā)的社會生態(tài)環(huán)境問題日益嚴重，識別社會生態(tài)環(huán)境風險主要影響因素及制定有效的風險防范對策，對加速煤層氣產(chǎn)業(yè)化開發(fā)進程具有重要意義。本文先借助三角模糊數(shù)法確立綜合關(guān)聯(lián)矩陣，再利用DEMATEL方法對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素進行分析，并從中心度與原因度兩個方面篩選出煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險關(guān)鍵指標，進而結(jié)合模糊認知圖模型的情景仿真、穩(wěn)態(tài)值與關(guān)鍵指標綜合重要度進一步優(yōu)化以確定其核心指標，最后基于核心指標進行風險管理對策情景模擬，結(jié)果表明：①利用三角模糊數(shù)計算指標權(quán)重，并以權(quán)重比獲取DEMATEL中所需關(guān)聯(lián)矩陣，降低傳統(tǒng)DEMATEL方法獲取關(guān)聯(lián)矩陣的難度和主觀性。②基于DEMATEL中綜合關(guān)聯(lián)矩陣確立FCM中關(guān)聯(lián)矩陣，不僅考慮到指標間的間接影響關(guān)系使FCM模型更加全面且降低FCM關(guān)聯(lián)矩陣的獲取難度，還可以彌補DEMATEL在確定核心指標時沒有充分考慮指標重要性動態(tài)變化的缺點。③林草覆蓋率、防范建設(shè)資金投入比、土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)、機械設(shè)備可靠性、地下水主要污染因子評價標準指數(shù)、個人風險防范能力為關(guān)鍵指標，其中防范建設(shè)資金投入比、林草覆蓋率、機械設(shè)備可靠性為核心指標，對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險管理極為重要。④對策情景模擬結(jié)果表明，（影響機理方面）核心指標主要通過生產(chǎn)機械化程度、拆遷安置程度、經(jīng)濟損失比等影響社會生態(tài)環(huán)境風險;（影響結(jié)果方面）防范建設(shè)資金投入比、林草覆蓋率分別是煤層氣開發(fā)前、中后期對社會生態(tài)環(huán)境風險影響最大的因素。故本文有針對性地提出煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險防控的階段性建議：煤層氣開發(fā)前期應(yīng)加大防范建設(shè)資金投入比，中期應(yīng)注重改善開發(fā)區(qū)植被受損情況，同時提高機械設(shè)備可靠性，后期應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定加大防范建設(shè)資金投入，并注重受損植被區(qū)域的恢復(fù)。

關(guān)鍵詞 煤層氣開發(fā);社會生態(tài)環(huán)境風險;核心指標;情景模擬

中圖分類號 TE991.9 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2020）12-0125-12

DOI：10.12062/cpre.20200327

煤層氣作為一種清潔、高效的新型優(yōu)質(zhì)能源，其市場發(fā)展符合國家政策導向，從長遠來看，加大煤層氣開發(fā)利用具有顯著的社會經(jīng)濟效益，不僅可有效緩解能源供需矛盾，改善能源結(jié)構(gòu)，而且其作為新能源產(chǎn)業(yè)還將促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。但目前中國煤層氣處于大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)的初級階段，隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展及煤層氣開發(fā)項目自身涉及區(qū)域廣、安全及環(huán)境風險大、社會關(guān)注度高等特點[2]，無疑會引發(fā)一系列社會生態(tài)環(huán)境問題，如安全事故、環(huán)境污染、開發(fā)地拆遷、防范建設(shè)資金投入不足、社會各方參與度不夠等，進而引發(fā)社會秩序紊亂，阻礙煤層氣開發(fā)過程的順利進行。盡管導致這些問題的風險因素存在一定的潛在性，倘若不能及時、準確的識別影響社會生態(tài)環(huán)境風險的核心因素，防患于未然，將會制約著煤層氣產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，另一方面防范對策的制定將直接影響其風險管控效果，有效的風險防范對策對促進煤層氣產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展意義重大。因此對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素進行全面剖析，獲悉核心風險因素，并進行對策仿真，進一步揭示核心風險因素的動態(tài)演變機理并提出有效對策顯得尤為重要。

1 文獻綜述

目前，國內(nèi)外關(guān)于煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險的有關(guān)研究，有學者聚焦于對其風險因素進行識別、分析，Liu等[3]通過對水箱水樣、成水樣品的選擇，對煤層氣開發(fā)中重金屬對土壤的污染以及潛在的生態(tài)環(huán)境風險因素進行分析，結(jié)果表明Cd是重金屬污染物中濃度最高的;Hu等[4]通過對煤層氣開發(fā)潛在的環(huán)境問題進行分析發(fā)現(xiàn)，大量煤層采出水會導致地表水污染，地下水位下降，水生態(tài)環(huán)境破壞;Kirchgessner等[5]從安全與環(huán)境兩個角度出發(fā)，對煤層氣回收的經(jīng)濟風險因素進行了有效的分析;Tian[6]從多角度對煤層氣項目運營過程中風險因素進行了全面的分析，并結(jié)合煤層氣項目的實際情況，提出通過加強煤層氣井管理和煤層氣市場開發(fā)，以降低煤層氣項目的風險，提高其盈利能力;樊燕萍等[7]根據(jù)整體管理論法則認為煤層氣產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)風險管理包括資源系統(tǒng)風險、經(jīng)濟系統(tǒng)風險、技術(shù)系統(tǒng)風險、經(jīng)營管理系統(tǒng)風險，運用系統(tǒng)哲學原理對煤層氣開發(fā)系統(tǒng)風險進行分析以實現(xiàn)系統(tǒng)的整體動態(tài)優(yōu)化，進而達到風險規(guī)避的目的;李沿英等[8]以山西沁水盆地鄭莊區(qū)塊煤層氣開采區(qū)為例，結(jié)合煤層氣開發(fā)工序，對其潛在的生態(tài)環(huán)境影響進行了定量分析，認為煤層氣開采會對地下水、土壤、植被等造成不同程度的影響;張勇昌等[9]通過SEM對煤層氣開發(fā)風險演化路徑進行分析，進而篩選主控因素，為煤層氣開發(fā)風險防范措施的制定提供理論支持。也有學者通過對風險防范對策的提出進行深入探討以期降低煤層氣開發(fā)造成的社會生態(tài)環(huán)境風險，Silva等[10]通過對煤層采出水的化學成分進行研析發(fā)現(xiàn)，將廢水排至市政或公共水處理設(shè)施、將未經(jīng)處理的廢水用于粉塵控制等不當采出水處理行為將會加劇土壤、地表水、地下水的污染，并從采出水處理技術(shù)層面探討了如何有效減少其對環(huán)境造成的污染問題;Xue等[11]采用直覺模糊集對改進的煤層氣開發(fā)生態(tài)環(huán)境風險指標進行量化，并運用Mandani直覺模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行評價，為煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險防范提供了理論支持;裴亞托等[12]通過AHP對煤層氣開發(fā)生態(tài)環(huán)境風險進行評價，并針對土地植被破壞、鉆井廢液排放等重要影響因素提出了風險防范對策建議;楊勇國等[13]運用模糊概率對煤層氣開發(fā)經(jīng)濟風險進行評價，針對重要影響指標價格為改善經(jīng)濟風險狀況提出建議;Vanorsdale等[14]基于情景分析下煤層氣資源儲量、盈利管理、財務(wù)狀況三者的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)對煤層氣開發(fā)經(jīng)濟風險的有效評價，為經(jīng)濟風險防范對策的制定實施提供依據(jù)。

綜上，現(xiàn)有關(guān)于煤層氣開發(fā)風險因素分析及防范對策制定的有關(guān)研究范圍有限，集中于自然或經(jīng)濟環(huán)境，有限的研究范圍使得指標選取不夠全面，進而影響到結(jié)果的準確性;其次，現(xiàn)有研究以定性分析為主，據(jù)此提出的風險防范措施針對性欠缺，少有的量化研究方法沒有充分體現(xiàn)隨著煤層氣開發(fā)的進行，指標間是如何相互影響進而作用于目標風險及指標重要性的變化，無法從根本上揭示社會生態(tài)環(huán)境風險的階段特征及演變機制;最后研究視角上缺少從原因型指標入手對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險提出有效的防范對策，煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理應(yīng)從原因類指標入手，同時考慮指標對社會生態(tài)環(huán)境風險的重要性及指標間的關(guān)聯(lián)性。鑒于此，本文針對決策試驗與評價實驗室分析法（decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL）方法沒有充分體現(xiàn)指標的動態(tài)性及模糊認知圖（fuzzy cognitive map， FCM）中關(guān)聯(lián)矩陣獲取難度大的不足，將DEMATEL與FCM方法相結(jié)合，首先通過DEMATEL從原因度與中心度確定煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險的關(guān)鍵指標，其次針對FCM情景仿真過程、穩(wěn)態(tài)值結(jié)果、與關(guān)鍵指標綜合重要度對關(guān)鍵指標進行進一步篩選以確定核心指標，最后針對核心指標進行風險管理對策情景模擬，以提出更為有效的風險防范對策。

2研究方法

2.1 DEMATEL

現(xiàn)有煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素的有關(guān)研究對因素之間的關(guān)聯(lián)性分析不夠透徹，導致風險識別效果不佳，而DEMATEL方法基于指標間綜合關(guān)聯(lián)矩陣計算各個指標的影響度、被影響度、中心度與原因度，以關(guān)系圖清晰、直觀地反映指標間的相互作用及其對社會生態(tài)環(huán)境風險的重要性，故本文選取DEMATEL方法進行因素分析及關(guān)鍵指標篩選，主要定義如下。

（1）n階矩陣W1=（w1ij）n×n為社會生態(tài)環(huán)境風險指標直接關(guān)聯(lián)矩陣，w1ij為指標ci對cj的直接關(guān)聯(lián)程度。

（2）標準化矩陣W2為：

其中，s為W1中各行元素之和最大值的倒數(shù)。

（3）社會生態(tài)環(huán)境風險指標綜合關(guān)聯(lián)矩陣W3為：

其中，I為單位矩陣，（I-W2）.-1為I-W2的逆矩陣。

（4）影響度Di是指標ci對其他指標的影響程度，為W3中行元素之和;被影響度Ri是指標ci受到其他指標的影響程度，為W3中列元素之和：

（5）指標ci中心度（D+R）為Di與Ri之和，反映指標對社會生態(tài)系統(tǒng)的作用程度;原因度（D-R）可用來判斷指標類型，當D-R>0時為原因類指標，當D-R<0時為結(jié)果類指標。

2.2 模糊認知圖

現(xiàn)有研究方法以定性分析為主，無法從根本上揭示社會生態(tài)環(huán)境風險指標的階段特征及演變機制，而模糊認知圖（FCM）具有較強的推理能力及反饋機制，可通過指標節(jié)點及關(guān)聯(lián)矩陣預(yù)測系統(tǒng)不同階段的狀態(tài)，同時量化研究問題，為煤層氣開發(fā)風險管理決策提供可靠的數(shù)據(jù)來源，故本文選取FCM進行風險管理對策仿真。

2.2.1 模糊認知圖結(jié)構(gòu)及其推理機制

2.3 DEMATEL-FCM

首先針對傳統(tǒng)DEMATEL方法，通過專家打分方式構(gòu)建綜合關(guān)聯(lián)矩陣，難免主觀性較強，因此本文將三角模糊數(shù)引入DEMATEL中，以權(quán)重比獲取直接關(guān)聯(lián)矩陣，進而求取綜合關(guān)聯(lián)矩陣;其次傳統(tǒng)模糊認知圖的建立基于鄰接矩陣，缺少對指標節(jié)點間間接關(guān)系的考量，勢必影響模型的全面性，而DEMATEL中綜合關(guān)聯(lián)矩陣同時考慮了指標間的直接與間接關(guān)聯(lián)關(guān)系，但其在識別關(guān)鍵指標時不能充分體現(xiàn)指標重要性的動態(tài)變化過程，因此FCM與DEMATEL兩者展現(xiàn)了很好的契合性，本文將兩者結(jié)合用于煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素分析及對策仿真，改進的DEMATEL-FCM具體步驟如下。

（4）綜合關(guān)聯(lián)矩陣W3的確定。首先，基于W2根據(jù)公式（2）得W′3;其次基于W′3設(shè)定閾值過濾關(guān)聯(lián)權(quán)值較小的矩陣元素，并結(jié)合煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險指標實際情況確定最終的綜合關(guān)聯(lián)矩陣W3。

（5）基于DEMATEL的風險因素分析及關(guān)鍵型指標篩選。基于W3，根據(jù)公式（3）（4）計算指標影響度D、被影響度R，進而計算中心度（D+R）、原因度（D-R），根據(jù)“四度”計算結(jié)果對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素進行分析，并借助平均中心度數(shù)值，綜合中心度與原因度篩選關(guān)鍵指標。

（6）模糊認知圖模型初始關(guān)聯(lián)矩陣W4確立。基于W3，對指標間關(guān)聯(lián)關(guān)系進行正負性判斷，建立模糊認知圖模型初始關(guān)聯(lián)矩陣W4。

（7）求取最優(yōu)關(guān)聯(lián)矩陣W.（final）、穩(wěn)態(tài)值A(chǔ)G.（final）。輸出節(jié)點為社會生態(tài)環(huán)境風險R（0或1），即T.minR=0、

T.maxR=1分別對應(yīng)社會生態(tài)環(huán)境風險狀況好或差，故TR=0.5，并設(shè)ε=0.002，將W4作為初始關(guān)聯(lián)矩陣，根據(jù)2.2節(jié)中非線性Hebbian學習算法進行計算：①在MATLAB中輸入AG.（0）、W4，通過f進行迭代計算;②根據(jù)式（7）、（8）分別對值A(chǔ)c.t+1i、w.（t）ji進行反復(fù)計算;③根據(jù)式（9）、（10）分別計算F1、F2;④當F1、F2均成立時，達到穩(wěn)態(tài)，得AG.（final）、W.（final）。

（8）模糊認知圖模型確立。基于W.（final）繪制模糊認知圖模型。

（9）基于FCM的核心指標確定。①關(guān)鍵指標綜合重要度排序：根據(jù)關(guān)鍵指標中心度與原因度絕對值之和由大到小對指標綜合重要度進行排序;②穩(wěn)態(tài)值重要度排序：基于AG.（final）對指標重要度進行排序;③指標節(jié)點迭代過程重要度排序：設(shè)定值0，1分別代表指標節(jié)點未激活、激活兩種狀態(tài)，對于關(guān)鍵指標中的每一個指標均設(shè)置激活情景，如激活指標節(jié)點c23，則AG.（0）c23=（0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0），并基于W.（final）通過式（5）、式（6）進行仿真迭代直到達到穩(wěn)態(tài)，通過迭代過程中激活其他指標個數(shù)確定迭代過程指標重要度并進行排序。通過迭代過程重要度排序、AG.（final）中穩(wěn)態(tài)值重要度排序及關(guān)鍵指標綜合重要度排序三者共同確定核心指標。

（10）基于核心指標的風險管理對策情景模擬。當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，針對核心指標進行社會生態(tài)環(huán)境風險管理對策情景模擬，設(shè)定煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理時對指標的期望值來預(yù)測該指標變化時對社會生態(tài)環(huán)境風險的影響。以指標c23為例，倘若增加Ac23，R降低，則期望增加指標c23對于社會生態(tài)環(huán)境風險的作用，即c23期望值為1，故在迭代計算時Ac23≡1，反之Ac23≡0，W.（final）不變，得到各指標新的穩(wěn)定狀態(tài)值，與AG.（final）中指標狀態(tài)值進行一一比較，如果大于AG.（final），則決策者在制定風險管理措施時應(yīng)增強其正面影響作用，如果小于AG.（final）則決策者在制定風險管理措施時應(yīng)減少其負面影響[17]。

3 基于DEMATEL的煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素分析

3.1 煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險界定

美國環(huán)保局[18]在《生態(tài)風險評價指南》中提出：生態(tài)風險是指某個種群、生態(tài)系統(tǒng)或景觀的生態(tài)功能由于受到外界脅迫，而在當前或?qū)韺υ撓到y(tǒng)健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟價值和美學價值產(chǎn)生不良影響的狀況;高中貴等[19]認為生態(tài)環(huán)境風險是由人類活動產(chǎn)生的直間或間接的不利影響，并認為應(yīng)從某類災(zāi)害造成的影響程度及其發(fā)生的概率綜合考慮進而對生態(tài)環(huán)境風險進行評價;趙萍等[20]提出“處于社會轉(zhuǎn)型期的當代中國，所面臨的生態(tài)環(huán)境風險主要表現(xiàn)在兩個方面：生態(tài)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不良所引發(fā)的系統(tǒng)性風險以及生態(tài)系統(tǒng)功能減弱所引發(fā)的功能性風險;張勇昌[21]認為煤層氣開發(fā)風險是為實現(xiàn)煤層氣開發(fā)最終的目的進行的相關(guān)活動產(chǎn)生的不確定性和可能發(fā)生的危險。

本文在借鑒各類觀點的基礎(chǔ)上，基于災(zāi)害系統(tǒng)理論并結(jié)合煤層氣開發(fā)的特色及課題組前期研究成果[22]，將煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險定義為：發(fā)生在煤層氣開發(fā)全壽命周期過程中的，在井下和地面進行勘探、開采、運輸、銷售、利用等任意一個和（或）多個運行環(huán)節(jié)，由于人為或自然因素觸發(fā)的，由技術(shù)或非技術(shù)原因?qū)е碌模斐扇我庖粋€和（或）多個子系統(tǒng)內(nèi)部及各相關(guān)因素間相互作用，并最終對煤層氣開發(fā)所在區(qū)域的社會生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生不良影響并造成一定程度經(jīng)濟、社會損失的可能性及損失程度，可表示為： R=f（C1， C2， C3， C4）。其中，R表示煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險，C1表示孕險環(huán)境的穩(wěn)定性，C2表示致險因子的危險性，C3表示承險體的脆弱性，C4表示險情的損失性。

3.2 指標節(jié)點確定

指標節(jié)點的確定是確立煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險模糊認知圖模型G的基礎(chǔ)，因此首先應(yīng)確立相應(yīng)的指標體系。Shi等[23]指出社會生態(tài)系統(tǒng)由社會、經(jīng)濟、制度和生態(tài)四個子系統(tǒng)組成，熊軍等[24]認為社會風險是一種危及社會穩(wěn)定和秩序，并存在引發(fā)社會沖突的可能性。本文基于此并根據(jù)3.1節(jié)中的定義及表達式，借鑒頁巖氣開發(fā)

綜合風險指標[25]，對Xue等[11]基于災(zāi)害系統(tǒng)理論構(gòu)建的煤層氣開發(fā)生態(tài)環(huán)境風險評價指標體系增加指標——相關(guān)政策法規(guī)的落實程度和拆遷安置程度與公眾滿意度，最終確立煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險評價指標體系，（見表1）。

3.3 基于三角模糊數(shù)的綜合關(guān)聯(lián)矩陣確定

（1）根據(jù)式（11）、（12）、（13）求得指標權(quán)重w見表1，R權(quán)重設(shè)定為1。

（2）基于w，根據(jù)公式（14）、（15）及式（2）計算得W′3。

由W′3可知指標自身影響程度最大值為0.011，以0.011作為閾值只保留W′3中大于0.011的關(guān)聯(lián)權(quán)值，并結(jié)合指標實際情況（例如指標惡劣天氣影響程度對其他指標產(chǎn)生影響程度遠遠大于受到其他指標的影響，因此忽略其他指標對其產(chǎn)生的影響）及相關(guān)文獻研究成果[26]，得W3。

3.4 基于DEMATEL的風險因素分析及關(guān)鍵型指標篩選

中心度（D+R）表示指標對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險的重要性，而根據(jù)原因度（D-R）是否大于0可判斷指標是否為原因類指標，煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理應(yīng)從原因類指標入手，同時考慮指標對社會生態(tài)環(huán)境風險的重要性，因此本文選擇（D+R）與（D-R）均較高的指標作為關(guān)鍵型指標，為后文進行風險管理對策情景模擬奠定基礎(chǔ)。

基于W3，根據(jù)公式（3）、（4）計算指標影響度D、被影響度R，進而計算中心度（D+R）、原因度（D-R），計算結(jié)果見表1，由表1繪制（D+R）與（D-R）二維圖，并借助平均中心度0.805完成區(qū)域劃分，具體見圖1。

（1）區(qū)域Ⅰ——煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險防范區(qū)。在該區(qū)域的指標中心度較小，原因度大于0但值較小，為原因類指標。說明指標惡劣天氣的影響程度、相關(guān)政策法規(guī)的落實程度對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險影響程度較小，但易對其他指標造成影響且影響程度較小。針對區(qū)域Ⅰ中指標，煤層氣開發(fā)企業(yè)不需要投入較多的精力去加以防范，但應(yīng)該注意其如何通過影響其他指標進而對社會生態(tài)環(huán)境風險帶來的間接影響。

（2）區(qū)域Ⅱ——煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險控制區(qū)。處在該區(qū)域的指標為關(guān)鍵型指標，其中心度較大，且原因度大于0，同樣為原因類指標。說明指標林草覆蓋率、防范建設(shè)資金投入比、土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)、機械設(shè)備可靠性、地下水主要污染因子評價標準指數(shù)、個人風險防范能力對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險影響程度較大，其中林草覆蓋率、防范建設(shè)資金投入比中心度遠大于該區(qū)域其他指標中心度，對社會生態(tài)環(huán)境風險更為重要;此外該區(qū)域指標易對其他指標造成影響，同時可以發(fā)現(xiàn)林草覆蓋率、防范建設(shè)資金投入比的原因度也大于該區(qū)域其他指標，說明其對社會生態(tài)環(huán)境風險影響較大的同時也對其他指標造成了較大影響。因此煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理時應(yīng)該對該區(qū)域關(guān)鍵型指標進行重點控制，從源頭入手，通過影響其他指標進而改善煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險狀況。

（3）區(qū)域Ⅲ——煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險預(yù)警區(qū)。該區(qū)域指標中心度較低且原因度小于0，為結(jié)果類指標。說明該區(qū)域指標對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險影響程度相對較小，且易受到其他指標影響，其中煤層氣資源暴露程度、職業(yè)病發(fā)病率與人員傷亡率受到其他指標影響程度較大。對于該區(qū)域指標，煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理時不需要著重考慮，可以看作預(yù)警信息對待，例如當人員傷亡率較高時，隱含著個人風險防范能力較低，企業(yè)對煤層氣安全開采投入不足、機械設(shè)備可靠性低等問題。因此當此類風險發(fā)生時，煤層氣開發(fā)企業(yè)應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)問題，尋找導致此類狀況發(fā)生的原因，預(yù)防潛在風險帶來更大的損失。

（4）區(qū)域Ⅳ——煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險監(jiān)管區(qū)。該區(qū)域指標中心度較高，但原因度小于0，為結(jié)果類指標。說明該區(qū)域指標對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險影響程度較大，但更易受到其他指標影響，其中水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度對社會生態(tài)環(huán)境風險影響最大，經(jīng)濟損失比最易受到其他指標影響且影響程度較大。煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理過程中應(yīng)該嚴格監(jiān)管此類指標對社會生態(tài)環(huán)境風險的影響，以保證煤層氣開發(fā)過程持續(xù)、穩(wěn)定進行。

4 基于FCM的風險管理對策情景模擬

通過DEMATEL方法從（D+R）、（D-R）篩選出社會生態(tài)環(huán)境風險關(guān)鍵指標，但該方法并未考慮到指標是如何通過影響其他指標進而影響到社會生態(tài)環(huán)境風險與隨著煤層氣開發(fā)過程的進行指標重要性的變化，因此本文綜合考慮模糊認知圖模型情景仿真過程、穩(wěn)態(tài)值、關(guān)鍵指標綜合重要度，確定核心指標，進行風險管理對策情景模擬。

4.1 模糊認知圖模型確立

（1）計算W.（final）。首先，基于W3對指標間關(guān)聯(lián)關(guān)系進行正負性判斷，以此作為權(quán)值優(yōu)化初始關(guān)聯(lián)矩陣W4;其次，將各指標節(jié)點初始狀態(tài)值均設(shè)為1，即AG.（0）=（1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1），輸入AG.（0）、W4，通過試錯法確定學習率參數(shù)η=0.01，衰減因子γ=0.95，Sigmoid函數(shù)通常令λ=1，即f（x）=11+e.-x，按照2.3節(jié)所示步驟，通過Matlab進行仿真計算，得W.（final）。

（2）基于W.（final）確立煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險模糊認知圖模型。結(jié)果如圖2所示。

4.2 基于FCM的核心指標確定

（1）關(guān)鍵指標節(jié)點綜合重要度排序。關(guān)鍵指標綜合重要度按照中心度與原因度絕對值之和由大到小進行排序，結(jié)果見表2。

（2）指標節(jié)點穩(wěn)態(tài)值重要度排序。輸入AG.（0）、W.（final），通過仿真計算得AG.（final）=（0.654 1，0.654 9，0.654 7，0.659 2，0.654 2，0.653 4，0.651 7，0.655 1，0.659 2，0.655 6，0.660 2，0.659 2，0.675 9，0.659 1，0.659 6，0.660 7，0.644 5，0.659 6），選取所有關(guān)鍵指標的穩(wěn)態(tài)值并進行重要度排序見表2。

（3）指標節(jié)點迭代過程重要度排序。設(shè)置6個場景，一一激活區(qū)域Ⅱ中的關(guān)鍵指標，并基于W.（final）通過f進行迭代計算，設(shè)定各指點節(jié)點相鄰狀態(tài)值之差均小于0.0001時，停止計算，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。對6個場景分別進行計算發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3次迭代后每個場景下指標均被激活，并根據(jù)計算過程中所有數(shù)值大小，劃分激活狀態(tài)值大于0.5、0.62、0.64三個階段以判斷指標在不同階段激活指標個數(shù)，據(jù)此對指標節(jié)點迭代過程重要度進行排序見表2。

通過表2所示指標節(jié)點重要度排序，本文選取三種排序情況下指標節(jié)點重要度次序均排在前四位的指標作為核心指標，即指標防范建設(shè)資金投入比、林草覆蓋率、機械設(shè)備可靠性為煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險核心指標，以進行風險管理對策情景模擬。

4.3 基于核心指標的風險管理對策情景模擬

防范建設(shè)資金投入比期望值為1，因此迭代時令A(yù)c33≡1，指標林草覆蓋率為煤層氣開發(fā)區(qū)受影響的植被面積與開發(fā)區(qū)植被總面積比值[11]，因此該指標期望值為0，則在每次迭代時Ac25≡0，機械設(shè)備可靠性期望值為1，則在每次迭代時Ac13≡1，W.（final）均不變，直到系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)，三種情景下的模擬結(jié)果見表3。

（1）核心指標影響機理分析。三種情景模擬下共同之處在于指標生產(chǎn)機械化程度、拆遷安置程度、煤層氣資源暴露程度狀態(tài)值均大大升高，水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度、經(jīng)濟損失比、職業(yè)病發(fā)病率、大氣主要污染物最大地面濃度占標率狀態(tài)值均大大降低，且變化幅度遠超于其他指標，也就說明核心指標防范建設(shè)資金投入比、林草覆蓋率、機械設(shè)備可靠性主要通過影響此類指標進而降低煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險。

不同之處在于：通過對比各情景下穩(wěn)態(tài)值與初始狀態(tài)穩(wěn)態(tài)值的差值大小可以發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)值差異值由大到小依次是降低林草覆蓋率情景、增大防范建設(shè)資金投入比情景與提高機械設(shè)備可靠性情景，說明通過降低林草覆蓋率對其他指標影響程度最大，進而對降低煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險的作用最為顯著，增大防范建設(shè)資金投入比作用次之，提高機械設(shè)備可靠性作用最小;此外三種情景對應(yīng)影響穩(wěn)態(tài)值提升幅度最大的指標依次為拆遷安置程度、生產(chǎn)機械化程度、拆遷安置程度。

總之，三種情景模擬下，影響煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險機理大體相同，因此煤層氣開發(fā)企業(yè)及相關(guān)政府部門在制定風險管理措施時應(yīng)該重點降低指標水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度、經(jīng)濟損失比、職業(yè)病發(fā)病率、大氣主要污染物最大地面濃度占標率帶來的負面影響，提升指標生產(chǎn)機械化程度、拆遷安置程度、煤層氣資源暴露程度帶來的正面影響，當通過降低林草覆蓋率、提高機械設(shè)備可靠性以降低社會生態(tài)環(huán)境風險時應(yīng)格外注意如何提升煤層氣開發(fā)區(qū)及周邊社區(qū)拆遷安置程度，而通過采取增大防范建設(shè)資金投入比措施時，應(yīng)格外注意提升開發(fā)區(qū)生產(chǎn)機械化程度。

（2）核心指標影響結(jié)果（風險值）分析。三種情景下社會生態(tài)環(huán)境風險值變化情況見圖3，采取不同的風險管理措施在煤層氣開發(fā)的不同階段起到的效果不同，由圖3可知：在煤層氣開發(fā)前期，社會生態(tài)環(huán)境風險值由大到小依次為R↓c25>R↑c13>R↑c33，產(chǎn)生的效果則正好相反，即在煤層氣開發(fā)前期增大防范建設(shè)資金投入比對社會生態(tài)環(huán)境風險影響最大，效果遠超其他指標，提高機械設(shè)備可靠性次之，降低林草覆蓋率作用效果最小，故在煤層氣開發(fā)前期應(yīng)著重加大防范建設(shè)資金投入比;隨著煤層氣開發(fā)過程的進行，在煤層氣開發(fā)中期降低林草覆蓋率、提高機械設(shè)備可靠性對社會生態(tài)環(huán)境風險的作用效果增強，且前者變化幅度更大，效果更加明顯，增大防范建設(shè)資金投入比則持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生積極影響，故在煤層氣開發(fā)中期應(yīng)著重降低煤層氣開發(fā)區(qū)受損植被面積;在煤層氣開發(fā)后期降低林草覆蓋率、增大防范建設(shè)資金投入比對社會生態(tài)環(huán)境風險的影響變大，且前者明顯優(yōu)于后者，而提高機械設(shè)備可靠性的作用效果雖然較小，但依舊穩(wěn)定的對改善社會生態(tài)環(huán)境風險狀況起著重要作用，故在煤層氣開發(fā)后期企業(yè)及有關(guān)政府部門應(yīng)加大防范建設(shè)資金投入比，注重開發(fā)后期的受損植被區(qū)域恢復(fù)工作。

5 結(jié)論與建議

本文通過DEMATEL方法對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素進行分析，并從中心度、原因度確定關(guān)鍵指標，并借助DEMATEL中綜合關(guān)聯(lián)矩陣構(gòu)建模糊認知圖模型，根據(jù)模糊認知圖模型情景仿真過程、穩(wěn)態(tài)值結(jié)果、關(guān)鍵指標綜合重要度對關(guān)鍵指標進行進一步篩選確定核心指標，最后針對核心指標進行風險管理對策情景模擬，得出以下結(jié)論。

（1）關(guān)鍵指標為林草覆蓋率、防范建設(shè)資金投入比、土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)、機械設(shè)備可靠性、地下水主要污染因子評價標準指數(shù)、個人風險防范能力。關(guān)鍵指標不僅對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險極為重要，且更易影響其他指標，進而對社會生態(tài)環(huán)境風險產(chǎn)生作用，應(yīng)當引起企業(yè)及有關(guān)政府部門足夠的重視。

（2）結(jié)合FCM情景仿真過程、穩(wěn)態(tài)值結(jié)果、關(guān)鍵指標綜合重要度三者排序結(jié)果，共同確定核心指標。為防范建設(shè)資金投入比、林草覆蓋率、機械設(shè)備可靠性，并針對核心指標進行情景模擬。影響機理表明其主要通過指標水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度、經(jīng)濟損失比、職業(yè)病發(fā)生率、拆遷安置程度、生產(chǎn)機械化程度等指標影響社會生態(tài)環(huán)境風險。影響結(jié)果表明煤層氣開發(fā)前期應(yīng)加大防范建設(shè)資金投入比，中期應(yīng)著重降低煤層氣開發(fā)區(qū)受損植被面積，后期兩者兼顧，加大防范建設(shè)資金投入比并注重開發(fā)后的受損區(qū)域恢復(fù)工作。

（3）借助DEMATEL方法中綜合關(guān)聯(lián)矩陣獲取模糊認知圖，在考慮了指標間接關(guān)系的同時降低了原模糊認知圖模型建立難度;借助模糊認知圖動態(tài)仿真對DEMATEL方法獲取的關(guān)鍵指標進行篩選，可以清楚地看出核心指標如何通過影響其他指標進而影響社會生態(tài)環(huán)境風險，以及在煤層氣開發(fā)的不同階段核心指標對社會生態(tài)環(huán)境風險的作用。

通過對煤層氣開發(fā)社會生態(tài)環(huán)境風險因素、核心指標情景模擬的影響機理、影響結(jié)果進行分析，為煤層氣開發(fā)企業(yè)進行風險管理及相關(guān)部門制定風險防范措施提出建議如下。

（1）在煤層氣開發(fā)前期，煤層氣開發(fā)企業(yè)及有關(guān)政府部門應(yīng)該增大防范建設(shè)資金投入比，首先通過加強煤層氣行業(yè)相關(guān)政策法規(guī)的落實程度，加大企業(yè)監(jiān)管力度，以確保防范建設(shè)資金落到實處，提高煤層氣開發(fā)區(qū)信息化、智能化程度，切實地提高開發(fā)區(qū)生產(chǎn)機械化程度，嚴格按照規(guī)定進行煤層氣開采，使機械設(shè)備得到充分有效的利用，其次對開發(fā)區(qū)受直接、間接影響的社區(qū)居民進行滿意度調(diào)查，并設(shè)定相應(yīng)的利益匹配機制，改善開發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，最大程度保障受損社區(qū)居民利益，提高拆遷安置率與社區(qū)公眾滿意度，減少社會沖突，降低社會生態(tài)環(huán)境風險。

（2）在煤層氣開發(fā)中期，首先企業(yè)在穩(wěn)定防范建設(shè)資金投入的情況下，應(yīng)當重點做好綠化工作，栽種對有害氣體具有吸收作用的植物，增加植被覆蓋度，凈化煤層氣開發(fā)區(qū)空氣質(zhì)量，減少大氣污染;其次對煤層氣開發(fā)區(qū)受影響的社區(qū)居民進行環(huán)境滿意度、拆遷安置滿意度調(diào)查，并對其造成影響的社區(qū)居民生活水平進行評估，同時政府部門及時公開環(huán)境監(jiān)測、拆遷安置率、社區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施改善度等相關(guān)信息，避免社區(qū)居民擔憂;再者定期組織安全培訓教育工作，提高作業(yè)人員風險防范能力，減少職業(yè)病發(fā)病率;最后定期對機械設(shè)備進行檢查維修，做好安全防范工作，降低機械設(shè)備故障、作業(yè)人員操作失誤等原因帶來的不必要的經(jīng)濟損失，降低安全事故發(fā)生率。

（3）煤層氣開發(fā)后期，企業(yè)及相關(guān)政府部門依舊保持適量建設(shè)資金投入，對氣井停采后產(chǎn)生的廢棄物及時收集、清理，采取降塵措施，改善開發(fā)區(qū)周邊空氣質(zhì)量、恢復(fù)受損植被，改善開發(fā)區(qū)周邊環(huán)境，為社區(qū)居民提供好的生活環(huán)境，避免與社區(qū)居民沖突，多方位促進地方經(jīng)濟發(fā)展，增進社會關(guān)系，提升企業(yè)良好信譽度，使防范建設(shè)資金發(fā)揮最大的效用，降低煤層氣開發(fā)帶來的社會生態(tài)環(huán)境風險。

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（責任編輯：王愛萍）