基于層次分析法的礦山水文環(huán)境問(wèn)題評(píng)價(jià)研究

王 飛，朱 翔

（1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250100；2.臨沂市羅莊區(qū)自然資源局，山東 臨沂 276000）

在礦山中開(kāi)采礦藏會(huì)直接導(dǎo)致一系列的環(huán)境問(wèn)題，礦山的開(kāi)采會(huì)造成地下水資源遭到破壞，影響礦山上的植被覆蓋密度，人類(lèi)的活動(dòng)以及道路的施工也會(huì)破壞礦山上的生物圈和諧穩(wěn)定，進(jìn)而促進(jìn)礦山水文問(wèn)題的逆向反應(yīng)。因此需要建立一個(gè)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的評(píng)價(jià)方法[1]。本文以層次分析法為例，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)業(yè)的評(píng)價(jià)體系，提高水文環(huán)境問(wèn)題評(píng)價(jià)指標(biāo)的可靠性。

1 基于層次分析法設(shè)計(jì)礦山水文環(huán)境問(wèn)題評(píng)價(jià)方法

1.1 選取礦山水文環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

從礦山水文環(huán)境的理論中提取環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的可靠性和合理性，若在建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒(méi)有將所有指標(biāo)分級(jí)處理，則可以將其人為地分為定性和定量?jī)煞N依據(jù)。定量指標(biāo)可以表示為Dx,k，定性指標(biāo)可以表示為Dl,k。在規(guī)定某地區(qū)特定評(píng)價(jià)等級(jí)的均值時(shí)，可以使用Qp作為環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式為：

式中，Qp表示礦山水文環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Qp越大表示礦山中的環(huán)境問(wèn)題越輕，Qp越小表示礦山中的環(huán)境問(wèn)題越重；Dx,k表示礦山中的環(huán)境定量正指標(biāo)；Dl,k表示礦山中的環(huán)境負(fù)指標(biāo)。通過(guò)表1可以得到不同等級(jí)環(huán)境問(wèn)題的指數(shù)模式。

表1 環(huán)境指標(biāo)等級(jí)指數(shù)層級(jí)

如表1所示，通過(guò)計(jì)算礦山水文環(huán)境問(wèn)題，可以直接得到水文環(huán)境的評(píng)價(jià)值[2]。在本文的層次分析法中，則需要以一種網(wǎng)狀或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)形狀的形式存在。

在礦山環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，主要可以分為三大類(lèi)別的指標(biāo)體系，分別是目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和要素層。其中目標(biāo)層是指指標(biāo)體系建立的中心思想，即礦山環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)。準(zhǔn)則層則是對(duì)礦山的地質(zhì)背景、自然環(huán)境、人文環(huán)境等進(jìn)行綜合性地概括。在本文對(duì)礦山環(huán)境問(wèn)題的概括中，主要可以分為五大類(lèi)，分別是礦山地質(zhì)、礦山經(jīng)營(yíng)、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦山自然環(huán)境、礦山人文環(huán)境等。其中礦山地形主要是在描述礦山中的評(píng)價(jià)礦區(qū)內(nèi)部的地質(zhì)背景、地質(zhì)環(huán)境等地質(zhì)要素的準(zhǔn)則，分為礦山地形、礦山地貌、地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造等四小類(lèi)的要素標(biāo)準(zhǔn)。礦山經(jīng)營(yíng)準(zhǔn)則描述了該礦山的經(jīng)營(yíng)成本、經(jīng)營(yíng)規(guī)模、對(duì)周邊土地的占用等經(jīng)濟(jì)類(lèi)概括，主要分為礦山建設(shè)、土地占用兩小類(lèi)要素。地質(zhì)災(zāi)害則是在描述礦山周邊地區(qū)以及礦山內(nèi)部由于內(nèi)部地質(zhì)變遷因素或人為因素導(dǎo)致自然災(zāi)害，如塌方、滑坡等，主要分為災(zāi)害等級(jí)和災(zāi)害頻率兩小類(lèi)要素。自然環(huán)境則是在描述礦山上的自然條件，分為植被覆蓋和水文環(huán)境兩小類(lèi)要素。人文環(huán)境則是人類(lèi)對(duì)礦山建設(shè)造成的影響，主要是在總結(jié)人的生活以及礦產(chǎn)運(yùn)輸對(duì)環(huán)境造成的破壞，分為人文建設(shè)以及道路工程兩小類(lèi)要素。

1.2 基于層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)層次分析法，可以直接計(jì)算上文設(shè)計(jì)的礦山環(huán)境問(wèn)題指標(biāo)體系的權(quán)重，其步驟流程如圖1所示。

圖1 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重步驟

如圖1所示，首先需要分析上文中各指標(biāo)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并構(gòu)建具備層次的階梯指標(biāo)，不僅需要分析這些因素之間的相互作用力，還需要將目標(biāo)層、準(zhǔn)則層與要素層分別一一對(duì)應(yīng)[3]。然后通過(guò)這種層次性的階梯指標(biāo)建立判斷矩陣，這種判斷矩陣需要通過(guò)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)反復(fù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值，該矩陣的標(biāo)度按照m×n的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)定，將最終得到一個(gè)針對(duì)某準(zhǔn)則層的判斷矩陣。通過(guò)公式（2）可以計(jì)算矩陣的歸一化指標(biāo)。

式中，表示某準(zhǔn)則層判斷矩陣的歸一化指標(biāo)；xab表示準(zhǔn)則層中每一個(gè)要素的歸一化指標(biāo)，且a、b=1，2，3，…，n。將以上所有矩陣相加，并將向量歸一化處理，即可求得特征向量。通過(guò)公式（3）計(jì)算最大的特征根。

式中，ηmax表示目標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大特征根；x表示要素的數(shù)量；Ui表示第i個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)的特征向量。最后再通過(guò)一致性檢驗(yàn)，就能夠得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

2 應(yīng)用實(shí)例

為了測(cè)試文中設(shè)計(jì)的基于層次分析法的礦山水文環(huán)境問(wèn)題評(píng)價(jià)方法是否能夠得到較好的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)該方法進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)。選取某地形地貌較為簡(jiǎn)單的礦山作為研究對(duì)象，該礦山水文地質(zhì)條件與質(zhì)地災(zāi)害條件均為中等類(lèi)型，既不過(guò)于簡(jiǎn)單，也不過(guò)于復(fù)雜，礦山中的人文環(huán)境建設(shè)規(guī)模中等。因此可以更便捷準(zhǔn)確地對(duì)開(kāi)礦山進(jìn)行定量與定性的分析，設(shè)定若干評(píng)價(jià)因子描述如表2所示。

表2 礦山評(píng)價(jià)描述

如表2所示，可以將評(píng)價(jià)因子的取值設(shè)置為1-9的正整數(shù)，其中1-3為差，4-6為中等，7-9為好。根據(jù)層次分析法可以直接計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的總權(quán)重，并建立模糊關(guān)系矩陣UZ：

根據(jù)空間尺度的比較，可以得到各指標(biāo)層的諸多判斷矩陣，其中由評(píng)價(jià)因子U1、U2、U3、U4可以直接得到礦山地質(zhì)的判斷矩陣B1。

同理，將U5、U6歸為同一類(lèi)，可以得到礦山經(jīng)營(yíng)狀況的判斷矩陣B2：

將U7、U8兩個(gè)指標(biāo)歸類(lèi)為礦山內(nèi)部地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的判斷矩陣B3：

將U9和U12歸為一類(lèi)，可以代表人文環(huán)境對(duì)礦山環(huán)境的影響，其判斷矩陣為B4：

最后，將U10和U11歸為最后一類(lèi)判斷矩陣B5，該矩陣可以代表礦山自然環(huán)境。

通過(guò)矩陣一致性檢驗(yàn)，可以計(jì)算出以上五個(gè)判斷矩陣具備一致性，通過(guò)層次分析法可以得到最終的礦山環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以表示為：

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以看出該礦山的環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果與以上評(píng)價(jià)描述關(guān)聯(lián)度均為中等或優(yōu)等，因此可知上文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)模型具備可靠性，可以被用于對(duì)礦山水文環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)研究。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從我國(guó)礦山水文環(huán)境問(wèn)題的實(shí)際角度出發(fā)，對(duì)我國(guó)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題作出了一個(gè)總體的描述，并獲取了基于層次分析法的評(píng)價(jià)方法。最后在實(shí)例分析中提取了各層次環(huán)境問(wèn)題的評(píng)價(jià)值，根據(jù)評(píng)價(jià)值對(duì)礦山的環(huán)境問(wèn)題做出了評(píng)價(jià)分析，得到的結(jié)論均為中等或優(yōu)等，證明了上文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法的可靠性較高。