基于层次分析法的矿山地质环境问题危害程度综合评价

罗清威，冯有利

（河南理工大学资源环境学院，焦作 454003）

作为一种资源开采活动，矿山在生产过程中引发了很多地质环境问题，如矿山地质灾害、含水层破坏、地形地貌景观影响和破坏及土地资源占用破坏等。这些问题不仅严重影响了矿区的生态环境，在不同程度上威胁了居民的生命财产安全，且远远超出了矿区的地质环境承载力［1－2]。为此，本文采用比较归纳法收集有关指标因素资料，运用层次分析法确定指标体系的权重以及加权分值综合评价法对矿山地质环境进行了综合评价［3]，为有效防治矿山地质灾害、保护生态环境和矿山资源合理开发利用与可持续发展具有重要的理论和现实意义。

1 评价模型建立

1.1 评价原则

矿山地质环境危害是指由矿山开采活动引起的各类矿山地质环境问题，矿山地质环境危害程度综合评价就是对矿山不同的地质环境问题进行加权分值求和评价，计算出其地质环境问题指数，以此来划分危害程度的等级。

因此，矿山地质环境危害程度综合评价应遵循以下原则［4]：

（1）矿山地质环境问题综合评价要做到科学性、客观性、实用性以及可操作性。

（2）各评价因子要具有代表性，不能重复，也不能遗漏。

（3）指标和要素各等级的赋分值和权值的确定，以及由各评价指标加权评定分值所确定的矿山地质环境问题等级要科学合理，便于操作。

（4）要评价出矿山地质环境问题危害程度的等级。

1.2 评价指标的选取

根据上述原则，结合矿山地质环境调查内容，考虑到参评因子要易于量化，且所选因素必须具有特定的地质环境代表性及区域范围内的系统性［5]，归纳总结之后，最终确定矿山地质环境危害程度综合评价的4个子系统，以及14个二级评估指标。

矿山地质环境危害程度综合评价的子系统为矿山地质灾害（A1）、含水层破坏（A2）、地形地貌景观影响和破坏（A 3）、土地资源占用破坏（A 4）。其中矿山地质灾害子系统的二级评估指标为地质灾害规模（B1）、地质灾害的已发性（B2）、影响对象的重要程度（B3）、经济损失（B4）、受威胁人数（B5）；含水层破坏子系统的二级评估指标为含水层结构破坏（B6）、矿井正常涌水量（B7）、主要含水层地下水位下降或疏干程度（B8）、矿区及周围地表水体漏失程度（B9）、对矿区及周围生产生活用水的影响程度（B10）；地形地貌景观影响和破坏子系统的二级评估指标为对原生地形地貌景观的影响程度（B11）、对可视范围内地形地貌景观的影响程度（B12）；土地资源占用破坏系统的二级评估指标为占用破坏的土地类型（B13）、占用破坏的土地面积（B14）。

1.3 评价指标取值与分级

本次矿山地质环境问题危害程度评价划分为危害严重、危害较严重和危害较轻3个等级，根据这3个等级的划分，评价因素的指标界限按其质量状况也分为3个等级。参评因子对3个等级评价标准的基准值是根据有关规范、标准，结合研究区的实际情况给出，同时尽量使其量化。对离散性指标，采用专家评定法，确定评价指标间的大小关系即影响严重的取为10，影响较严重的取为5，影响较轻的取为2（表1）［6]。

表1 矿山地质环境评分标准

1.4 确定评价系统权值

采用层次分析法确定各指标的权重。由不同专家对地质环境影响要素及因子的相对重要性进行综合评估，然后按1～9标度法对重要性程度进行赋值，构建一个能够反应评价因子之间关系的判断矩阵，综合分析各位专家提供的判断矩阵，构造最终的判断矩阵，再利用层次分析法计算各评价因子的权重，并进行一致性检验［7]。

简要步骤如下［8]：

（1）构造判断矩阵

判断矩阵体现了各评价因素之间的相对重要性，而层次分析法导出权重的方法就是两两比较，并且把各评价因素之间的重要性进行了量化。用1～9标度法作为比较判断的依据，来定义判断矩阵。

（2）层次单排序及一致性检验

计算一致性指标CI，并查找一致性指标RI。然后计算一致性比例CR。

其中，λmax为判断矩阵最大特征值。当CR＜0.10时，认为判断矩阵的一致性可以接受，否则重新修正。

（3）层次总排序及一致性检验

这一过程是最高层次到最低层次逐层进行，判断底层中指标对目标层的排序权重，并作一致性检验。

根据上述模型，建立比较判断矩阵，并确定各指标的权重（表2～5）。

表2 O－A判断矩阵

表3 A 1－B判断矩阵

表4 A 2－B判断矩阵

表5 A 3、A 4－B 判断矩阵

由上述各判断矩阵的一致性检验结果可知，权重分配合理，可得各层次权重结果（表6）。

2 评价方法

综合评价法是将矿山地质环境的严重程度给予定量综合评定，本文采用评价指标加权分值综合评价法。

2.1 因子指标加权分值综合评价［9]

因子指标加权分值综合评价模型：

其中，Fj为子系统要素加权分值（j＝A1、A2、A3、A4）；Fi为每个评价因子中指标分值；Wi为各评价要素的权值；n为各子系统的评价因子数。

表6 各层次权重结果表

矿山地质环境综合评价模型：

其中，F0为矿山地质环境综合评价分值；Wj为各子系统评价要素的权值；m为子系统要素个数，对应为（A1、A2、A3、A4）。

2.2 综合评价结果划分

本文将矿山地质环境危害程度划分为3个等级，即“严重”、“较严重”和“较轻”3个等级（表7）。

表7 矿山地质环境问题综合评价分级

3 应用实例

平顶山天安煤业股份有限公司十矿位于平顶山市东北部，距市区中心约6 k m（图1），矿区面积为20.615 8 k m2，开采深度＋40 m至－800 m。矿井有50多年开采历史，目前核定生产能力为2.90 Mt／a，为大型煤矿。本矿区处于丘陵－平原的过渡部位，区内沟谷纵横、地形复杂，构造发育。井田范围内因开采历史较长而引发了诸多环境地质问题，且影响因素多样，主要包括采空区沉陷及伴生的地裂缝和对含水层的破坏等。

图1 研究区域交通位置图

本次将研究区划分成采区、工业场地区和其他地段等3个区段，对每个区段的矿山地质环境严重程度等级进行评价（表8）。

表8 矿山地质环境评价结果

结合表7和表8可以看出，平顶山天安煤业股份有限公司十矿采区、工业场地区为矿山地质环境危害程度严重区，其他地段为较严重区（图2）。

图2 矿山地质环境评价分区示意图

4 结论

（1）本文采用层次分析法确定评价系统各指标权重，将层次分析法与加权分值综合评价法有机结合起来，建立矿山地质环境危害程度综合评价模型。

（2）依据该评价模型将矿山地质环境危害程度划分为严重区、较严重区和较轻区，对平顶山天安煤业股份有限公司十矿矿山地质环境危害程度进行了评价。通过对平顶山天安煤业股份有限公司十矿矿山地质环境评价结果可知，该矿采区、工业场地区为矿山地质环境危害程度严重区，其他地段为较严重区，评价结果与野外调查分析结果一致。

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