基于層次分析法和GIS的礦山地質環境綜合評價

李雪宇，文武飛

文章編號：1672-5603（2020）02-49-6

摘 要 文章主要是在綜合調查研究湘潭市雨湖、岳塘區的礦山地質環境的基礎上，應用層次分析法（AHP）和GIS技術確定評價因子權重值和網格化分析，結合自然地理及基礎地質的實際情況建立礦山地質環境影響綜合評價體系，根據評價結果，將區內因礦業活動造成的影響分為嚴重、較重及較輕3個等級，較客觀真實地反映礦山地質環境現狀，為礦山生態修復提供科學依據。

關鍵詞 雨湖、岳塘區;層次分析法;GIS;礦山地質環境

中圖分類號： X821 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Comprehensive Impact Assessment of Mine Geological Environment Based on AHP and GIS

—A Case Study of Yuhu and Yuetang Districts in Xiangtan

Li Xueyu ， Wen Wufei

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： The article mainly determined weighted values of evaluation factors and meshing analysis with AHP （Analytic Hierarchy Process） and GIS （Geographic Information System） baed on the comprehensive study concerning the mine geological environment in Yuhu and Yuetang Districts， Xiangtan. Meanwhile， a comprehensive assessment system of mine geological environment was established in conjunction with physical geography and fundamental geology. Then， the impact caused by mining activities in the district can be classified into severe， mild， and slight according to assessed achievements. The system can truly reflect the current status of the mine geological environment， providing a scientific proof for restoring mine ecology.

Keywords： Yuhu and Yuetang Districts; AHP; GIS; mine geological environment

0 前言

近年來，隨著“綠水青山就是金山銀山”的發展理念不斷深入，湘潭市礦業結構大幅優化，“小、散、亂、污”礦山有序退出。如何科學合理準確地評價礦業活動對環境的影響程度及范圍，是礦山進行生態修復的關鍵，也是礦山地質環境研究的一個重大課題。本文將層次分析法（AHP）和GIS技術結合利用，對湘潭市雨湖、岳塘區礦山地質環境進行綜合評價。

1 研究區概況

雨湖、岳塘兩區屬湘潭市轄城區，范圍為東經112°43′00″～113°05′30″;北緯27°47′30″～28°04′30″。研究區地貌的基本特征是東北稍高，西南偏低，地貌類型依據其成因可分為侵蝕堆積地貌和構造侵蝕剝蝕地貌兩大類。地屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區，光熱充足，四季分明，盛夏炎熱少雨，冬季嚴寒濕潤。區內北東向構造十分發育，形成獨具特色的湘潭斷陷盆，西鄰鶴嶺斷褶帶，東接白馬垅—梅林橋斷褶帶。據調查統計，區內發證礦山46個，廢棄礦山16個，主要開采礦種為錳、石灰巖及砂石。

2 礦山地質環境綜合評價方法

2.1 評價原則

評價應遵守以采礦對礦山地質環境造成的影響為主，兼顧礦區地質環境背景，突出礦山環境地質問題現狀的基本原則。以原始資料為前提，并結合遙感解譯和地面調查，對評價指標進行定量化處理，計算綜合指數并劃分其影響程度等級[6-7] 。

2.2 評價體系及分級標準

2.2.1 ?評價體系建立

根據湘潭市雨湖、岳塘區礦產資源分布位置及礦山開采造成的主要地質環境問題，本次評價主要采取自然地理、基礎地質及礦山開發對環境的影響3項評價子系統，即準則層，各子系統有細分多個評價因子，即指標層。

2.2.2 ?指標分級標準

參照《礦山環境保護與綜合治理方案編制規范（DZ/T 223-2011）》[8]、《礦山遙感監測工作指南》[9]及《礦山地質環境綜合防治方案編制規范》（DB43T 1042-2015）[10]等相關標準、規范，確立了各評價指標的分級標準，見表1。

2.2.3 ?指標權重的確定

權重值是反映參與評價因子的重要性，具有明顯的數學模糊特征。參與評價指標等級一定的情況下，綜合評價的指標權重值的大小能夠左右總體評價結果，因此，各因子權重值的確定是綜合評價的主要研究內容之一。

AHP法是一種對非定量事件進行定量分析的有效方法，特別是在目標因素結構復雜且缺少必要的數據情況下，需要將決策者的經驗判斷定量化時該法非常實用。AHP法計算步驟可分建立遞階層次結構模型（圖1）、構造判斷矩陣、計算權向量、一致性檢驗4步。

①準則層權重計算

建立準則層兩兩對比判斷矩陣（式2-1）

（式2-1）

根據AHP法求得判斷矩陣最大特征根λMax=3.0。一致性比例CR=0.0019，一致性通過。

②指標層權重計算

指標層根據準則層劃分，獲取指標層的重要性標度值，分別構建礦石開采對環境的影響（式2-2）、自然地理（式2-3）及基礎地質（式2-4）的判斷矩陣。

求得礦山開采對環境影響、自然地理及基礎地質的判斷矩陣最大特征根分別為λMax=7.6423、λMax=2.00和λMax=2.00，一致性比例CR=0.0787、CR=0.00和CR=0.00，一致性通過。

通過計算最終得出評價因子的權重分布值，具體見表2。

3 研究區礦山地質環境綜合評價

3.1 評價單元的劃分

評價單元的劃分采取正方形的格化剖析。評估區總面積為657.80Km2，按照0.2Km×0.2Km的正方形網格法劃分，將全區劃分為16445個網格。

3.2 單因子分析

3.2.1 ?自然地理

降雨量：區內雨量充沛，多年平均降水量為1385mm，4-7月降水較集中，日最大降水量153.8 mm（2013年6月28日），月最大降水量408.4mm（2005年5月），年最大降水量1553.6 mm（2014年），年最小降水量1061.9mm（1985年）。據表1，區內降雨量在1061.9-1553.6mm，屬于較輕區。

區域重要程度：按照《礦山環境保護與綜合治理方案編制規范（DZ/T 0223-2011）》中附錄 B“評估區重要程度分級”的要求進行評估。區內礦山分布離主要城市、交通及居民集中區多數在300m范圍以外，僅湘潭市湘潭錳礦地質公園附近影響嚴重。區內大部分地區屬一般區，其次是重要區。

3.2.2 ?基礎地質

構造：斷裂構造、節理裂隙等的發育程度對礦業活動的影響程度進行評價，按照《礦山環境保護與綜合治理方案編制規范（DZ/T 0223-2011）》中附錄C“礦山地質環境條件復雜程度分級”中第5條的要求及表1的標準進行評價。

巖性組合類型：礦區內不同巖性類型及其組合的力學性質對礦業活動造成的影響情況，據表1，將區內的巖性組合主要劃分為松散巖類、較硬巖及硬質巖三個類別，對應等級分別為嚴重、較重及較輕。

3.2.3 ?礦山開發對環境的影響

主要開采方式：區內共有礦山61個，其中持證礦山45個，廢棄無主礦山16個。以露天開采為主，其次是地下開采。露天開采礦山42個，地下開采礦山22個。本次評價將露天開采區域劃分為嚴重，地下開采劃分為較重，無礦業活動區域劃分為較輕。

開采點密度：據遙感解譯及實際調查礦山數量及位置分布的結果，將單個網格內多于5個的開采點地區劃分為嚴重區，1-5個的劃分為較重區，小于1個或是無礦區的劃分為較輕區。研究區內主要是以較輕為主，其次是較重。

主要開采礦種：區內開采礦種主要是黑色金屬礦產和建筑及非金屬開采2大類，其中黑色金屬礦山9個，建筑及其他非金屬礦山52個。據表1，區內主要分為較重區和較輕區。黑色金屬開采、建筑及非金屬礦產為較重區，無礦業活動區為較輕區。

土地資源占用破壞程度：主要是反映礦業活動對基本農田、水田、耕地、林地、草地等的破壞情況。區內礦業活動占用水田18.4029公頃，耕地7.7436公頃，園地0.0656公頃，林地68.9041公頃等。據表1，將土地資源占用破壞情況劃分為嚴重、較重及較輕3個等級。

地質災害：區內因礦業活動誘發地質災害點16個，其中湘潭市雨湖區響塘鄉調查塌陷坑15處，分別分布于新日村、荷花村、柴山村及荷塘組，占總塌陷坑的93.75%;其次是位于雨湖區姜畬鎮。據表1，將區內地質災害等級劃分為嚴重區，較重區及較輕區。

水環境破壞程度：水環境破壞程度主要是考慮區內礦山開采造成的地表水、地下水遭受污染，破壞水質量，影響區內水源和飲水安全等問題，根據表1，將區內水環境破壞程度劃分為嚴重、較重及較輕3個等級。

3.3 綜合分區及評價

3.3.1 ?疊加分區

礦山地質環境綜合評價是借助ARCGIS空間疊加分析功能，將區內參與評價因子的評價結果進行空間疊加分析，將各個因子的權重值及評分值進行加權求和（式3-1），按照F≤1.5為較輕，1.5

（式3-1）

最后將得到的礦山環境綜合評價結果圖與研究區礦山環境狀況進行反復擬合，以礦區相對集中，礦種相對類似成一區的原則，確定評價分區界線，形成研究區礦山環境綜合評價分區圖，見圖3。

3.3.2 ?綜合分區評價

根據加權求和分析分區評價結果可知，區內較輕區主要是分布在無礦業活動區域，該區分布面積為599.0098Km2，該區內參與評價的各因子均為較輕。較重區主要集中分布在雨湖區，該區分布礦山較多，主要是以金屬及非金屬為主，該區內土地資源占用破壞嚴重，其次是地質災害和水環境破壞較嚴重為主，該區分布面積為51.5793Km2;嚴重區主要分布在湘潭錳礦及周邊礦山，該區主要是水環境污染嚴重，土地資源占用破壞嚴重為主，該區分布面積為7.2109Km2。

4 結論

本研究主要以礦山開發對環境的影響為主，兼顧自然地理及基礎地質，建立了一套基科學、完整、系統的礦山地質環境評價體系，借助層次分析法和ARCGIS的空間分析技術完成評價，得出以下幾條結論：

（1）礦山地質環境影響嚴重區主要分布在金屬礦礦區。研究區內嚴重區主要分布在湘潭錳礦周邊開采錳礦的礦山周邊，該區內土地資源破壞嚴重，主要是破壞水田及耕地。

（2）區內土地資源占用破壞嚴重。區內礦業活動嚴重占用破壞土地資源，尤其是以金屬礦為主，其次是建筑及非金屬礦產，主要是以工業廣場及露天采場，分別占用破壞土地面積107.0236公頃和83.7867公頃。

（3）水環境破壞嚴重。研究區內水環境污染破壞主要分布在湘潭錳礦周邊的黑色金屬礦產附近，主要是以錳和硫嚴重污染為主，其次是砷和磷。

（4）區內以較輕區分布面積最廣，其次是較重區，嚴重區最小。其中較輕區主要分布在離礦業活動范圍300m以外區域，較重區主要是礦業活動占用破壞土地資源較重為主，嚴重區主要是礦業活動作用強烈，礦山地質環境影響嚴重，地質構造較發育。

參考文獻/References

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