礦集區環境質量評價方法對比研究

陳劍南，韋 星，耿百利

（中國地質調查局煙臺海岸帶地質調查中心，山東 煙臺 264010）

社會經濟的蓬勃發展，為礦產資源的開發利用提供了必要的助燃劑。長期粗獷式的礦產開發，在為社會創造財富的同時，也給當地帶來土壤污染、水土流失、地質災害等一系列環境問題，嚴重威脅到當地居民的身心健康和生活質量。本人走訪萊州市周邊的礦集區，發現礦山的無序開采和遺棄已對資源環境承載力形成重大考驗，嚴重制約礦業經濟的健康發展。因此，只有準確、客觀地評價礦山開發區域的環境質量并提供可靠的依據，才能更好的支撐政府的生態恢復與治理決策，為生態文明建設理念的宣傳與推廣提供更加可靠的借鑒與依據[1]。

目前，國內對于礦山環境質量評價方法的研究成熟度比較高，基于RS和GIS技術，運用層次分析法、集對分析法、熵值法和突變理論、矢量多邊形法都取得了一定的成果。因為礦產資源類型、地質環境背景、本底地物類型、開采方式等對礦山環境評價的結果影響程度不同，所以不同地區選擇的影響因子種類數量都不盡相同。此外，不乏有一些學者研究融合某兩種方法對礦區環境質量進行評價，充分利用兩種數學方法各自的優勢，實現動態與靜態的互補，達到定性乃至定量客觀評價的目的。因此，想要準確指明保護和恢復礦山環境的方向，對于不同的礦區，因地制宜地選擇合適的評價方法和合理的評價因子，才可以獲得科學、準確、客觀的評價結果，并得到廣泛推廣。

1 評價方法

1.1 層次分析法

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP方法），是指將與決策關聯較大的元素劃分為目標、準則、方案這三個層次，并以此為基礎作出定性甚至是定量分析的一種決策方法。該決策解決方案最初是由美國學者薩蒂在1976年提出，開始是為了解決“基于工業部門對國家的貢獻比例來分配電力”的國家級課題。此方法是基于網絡系統理論和多目標，而改進的一種層次權重決策綜合評價分析方法。不管是對于包含分層交錯評價指標體系，還是定量描述難以賦目標值的決策問題，都比較適用。其模型原理如下：

G表示礦山環境質量綜合評價指數，n為能影像評價目標的因子個數，Pi表示各個因子對指標影響效果的權重數值。董雙發等（2012）對阜新礦集區進行礦山環境評價時運用了該方法，取得的計算結果與實地調查結論較為吻合。該方法可以結合RS和GIS對大范圍區域進行環境評價，可以獲得離散且區分的環境質量評價綜合指數圖；也可以按評價指數分成若干區間，繪制環境質量等級分區圖[2-4]。

1.2 矢量多邊形法

其原理是首先使用矢量多邊形方法評估所有影響因素，然后根據實際環境將調查區域劃分為不同級別，后疊加各因子的評價結果和空間信息，求得不同區域的礦山環境質量等級，再結合專家必要的輔助修正，就能計算出整個礦區的環境質量評價結果。石瀟（2009）等運用此方法結合地理信息空間技術取得不錯的評價結果，與礦區實際情況基本一致。

1.3 集對分析法

集對分析法，最初是由我國著名學者專家趙克勤于上世紀80年代末期提出的一種處理系統確定性與不確定性之間相互作用的數學方法，該方法主要的數學工具是聯系數。其首要任務是把評價礦山環境的指標含量與評價標準結合構建一個特殊集對。對于一個試樣來說，設有N個評價指標，若其中有S個含量優于標準，有P個超標準，有F個未測或缺乏比較，a為差異不確定度系數，在［-1，1］區間內隨不同情況取不同的值；b為對立度系數，取值為-1（有時a和b僅起標記作用）；μ為聯系度。

設x=S/N，y=F/N，z=P/N，則x，y，z分別表示同一度、差異不確定度、對立度，簡寫為μ=x+yi+zj ，在此前定義下x，y，z受限于歸一化條件，也就是x+y+z=1?；诩瘜Ψ治隼碚摰脑?，式子中的同一度、對立度是相對穩定的，但是差異度相對于前兩者是不確定的；并且三者之間存在相互聯系、相互制約和相互轉化的相對關系，因為x，y，z三者是對同一指標不同方面的反應。所以，依據x，y，z三者大小關系及定量分析，可以判別實際礦山環境質量狀況，進行質量等級評價區分，即以評價因子的含量指標相對于環境質量評價標準的達標、超標數及其所占比例，確定環境質量破壞等級。

目前，集對分析法還在持續發展完善之中，并且一直被應用在眾多領域。趙曉亮等（2013）運用該方法對黑龍江省七臺河市展開礦山環境質量評價，結果與模糊綜合評價法的結果基本相符，基本體現了七河臺地區礦山環境質量現狀，具有一定的準確度和客觀性。

1.4 熵值法和突變理論

熵值法改進突進級數法，是運用突變理論改進的熵值法，其基本原理是把評價目標體系進行多層次分解，然后依據模糊數學法和突變理論得到突變模糊隸屬函數，由分歧集方程得出歸一化公式再計算突變級數值，以達到保證結果客觀性來評價目標的目的。優點是不需要計算每個影響因子的具體權重，但也要考慮相同層次的因子相對重要程度。所以引進客觀賦值的熵值法來改進，通過計算各影響因子的熵值來評判各因子的重要程度[5]。

m為挑選的樣本個數，目標集數據指標構建數表示為n，在同一條件下把它們進行無量綱化處理，得到標準化的數據集，定義為Rij。以上述參數為基準，求出第j項指標的權重數值為：

2 不同評價方法對比分析

（1）層次分析法的模型簡單有效，評價的結果與實際最為吻合，但是在影響因子權重評判方面比較依賴專家打分。另外，影響因子如果選取過多，容易出現自相矛盾的情況，難以通過一致性檢驗，所以專家打分定權重這一步對于層次分析法來說極為重要。

（2）矢量多邊形法雖有效，但是也離不開專家輔助，受經驗的影響較小，但操作比層次分析法復雜。需要人為區分礦區和非礦區的范圍，在評價展開前就已經對礦區環境作出初步定性，不會出現非礦山區域環境比礦山區域環境還惡劣這類模糊評價偶爾有的矛盾結果。

（3）集對分析法得到得環境評價分級結果較為符合實際，但是能夠區分的等級較少，屬于離散區間值，不能判斷具體的評價綜合指數，結果比較籠統，適合大比例尺礦山環評工作。集對分析原理不但是一種評價技術方法，還是暗含辯證法意識的思維決策系統，該理論還可以運用于包括礦山、大氣、水資源等目標質量評價工作中。

（4）熵值法改進的突進級數法雖然在某些研究中得到可行、可靠的結果，但遠沒有如層次分析法一般得到廣泛驗證，在多數實際情況中，指標體系和影響因子的權重抉擇還需要建立標準化流程，才能增加評價體系的準確度和實用性[6]。

3 總結

礦山環境質量評價是修復和治理礦集區環境、推進生態文明建設的重要依據，礦山環境評價的影響因素眾多，不同地區、不同礦種類型、不同開采方式，選擇的因子都要有所變化，當前并沒有形成一個通用的評價方法和體系，探索研究科學、合理、規范的綜合評價規范顯得尤為重要。目前來看，基于GS和GIS且依賴專家經驗的層次分析模糊評價法在一定區域的表現結果，是廣泛受到認可的，而且還可以結合矢量多邊形法對萊州市礦集區在評價前進行圈定，去除大量植被覆蓋區和主城區的冗余影響，能大大減少工作量。但是本人在歸納整理資料中發現，大多數研究中選擇影響因子都沒有考慮本底地物類型，礦山開采地原本是荒山還是植被覆蓋的林地在環境評價中的影響權重應該是不一樣的。所以在礦山環境評價前，建立地質環境本底調查數據庫，才能保證評價結果的科學性和客觀性，為政府的礦山生態決策提供可靠依據和數據支撐[7-9]。