层次分析法在矿山地质环境影响评价中的应用——以贵州盘县煤矿资源集中开采区调查为例

胡 屿, 刘 勇, 李丙霞, 段方情

(贵州省地质环境监测院,贵州 贵阳 550018)

层次分析法在矿山地质环境影响评价中的应用
——以贵州盘县煤矿资源集中开采区调查为例

胡 屿, 刘 勇, 李丙霞, 段方情

(贵州省地质环境监测院,贵州 贵阳 550018)

在对盘县煤矿资源集中开采区矿山地质环境调查的基础上,根据当地矿山地质环境条件及矿山地质环境问题的特点,选用层次分析法对其进行矿山地质环境影响评价,选取合理的评价因子、评价等级划分,并计算出符合要求的评价因子权重,得出矿山地质环境影响评价分区并对评价结果进行验证,充分反映区内矿山地质环境特点。对今后在贵州开展类似矿山地质环境调查评价选用定性与定量相结合的评价方法及研究工作有着重要的意义。

层次分析法；矿山地质环境；影响评价

贵州盘县素有“江南煤海”之称，是全国重点产煤县之一，其煤矿资源具有储量大、质量优、易开采等特点，开发利用历史较为悠久。截至2011年底,其煤矿保有资源储量91.5×108t，占全市54.2%,占全省16%[1]。煤炭资源赋存在二叠系龙潭组，分布于盘县的北部及西部一带[2]。

截至2011年底,盘县共有煤矿山142个,其中:大型矿山5个,中型矿山8个,小型矿山129个[3],主要有松河煤矿、土城煤矿、老屋基煤矿、山脚树煤矿、响水煤矿、金佳煤矿等大中型矿山。以煤电为主的工业生产总值达168亿元,占整个地区生产总值的67%,矿业经济对全县国民经济的构成有着举足轻重的作用[4]。煤矿资源的大量开发,严重地扰动和改变了区内原生地质环境结构,引发了众多如矿山地质灾害、土地资源及地形地貌景观影响与破坏、含水层影响与破坏、废水废渣污染等矿山地质环境问题,已对社会经济发展形成了制约作用[5],因此,对煤矿区进行矿山地质环境评价尤为重要。

以盘县煤矿资源集中开采区调查为基础,通过层次分析法评价开采区内矿业活动对地质环境的影响,提出矿山地质环境保护与治理的对策与建议,为实施矿山地质环境监督管理提供依据,促进矿产资源开发与矿山地质环境保护协调发展。

1 矿山地质环境问题

截至2011年底,通过对区内矿山地质环境调查,发现矿山地质环境问题主要有矿山地质灾害、土地资源及地形地貌景观影响与破坏、含水层影响与破坏、废水废渣污染四大类,其中以矿山地质灾害、地下含水层影响与破坏为主。

1.1 矿山地质灾害

区内共发现矿山地质灾害102处,其中,地面塌陷数量最多,为71处;地裂缝、泥石流最少,共为4处。规模以小型为主。地质灾害造成的直接经济损失11 921万元,其中地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂缝造成的直接经济损失分别为10 733.5万元、987.5万元、195万元、5万元。矿山地质灾害威胁人口39 340人,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流与地裂缝威胁人口,分别为27 436人、6 635人、3 533人、900人、836人。矿山地质灾害威胁财产98 368万元,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流与地裂缝威胁财产分别为69 464万元、16 744万元、7 824万元、2 400万元、1 936万元[6]。

1.2 土地资源及地形地貌景观影响与破坏

1.2.1 占用与破坏土地资源

区内矿业开发活动占用与破坏土地资源较严重,其占用和破坏方式主要表现为露天采场、工业场地、煤矸石堆放场、地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)。矿业开发共占用及破坏土地2 526 hm2,其中:耕地被破坏712 hm2,林地539 hm2,草地200 hm2,园地70 hm2,建筑209 hm2,其他796 hm2,主要以受地面塌陷、工业广场和煤矸石堆放场破坏和占用为主[6]。

1.2.2 地形地貌景观影响与破坏

据调查统计,受采矿活动影响与破坏的地形地貌景观面积达1 943 hm2。主要表现为三个方面:矿山地质灾害如崩塌、滑坡、地面塌陷等造成山体严重撕裂,严重地改变了矿区的地形地貌,苍翠青山不复存在,山体遍体鳞伤,矿区原有的良好自然生态环境遭受严重的威胁；煤矸石堆放于公路旁边,造成视觉污染；砂石矿等露天开采矿山大多建在公路边,且开采方式落后,采用“一面墙”的开采,无任何绿化措施,非常影响视觉感受。

1.3 含水层影响与破坏

据调查统计,因采矿活动造成地下水水位下降的面积为5 493 hm2。矿山在开采过程中形成了大量采空区,致使矿层及上覆岩体遭到破坏,从而改变了地下水自然流场及其补给、径流和排泄条件,破坏了区域地下水均衡,造成地下水水位下降,水量减少,浅层地下水枯竭,地表泉点流量减少,甚至断流。

1.4 废水废渣对环境的影响

煤矿开采过程中产生大量废水废渣。废水废液年产出量5 074.25×104m3,年排放量3 881.82×104m3,年循环利用量1 192.43×104m3，综合利用率为23.5%[6]。固体废弃物年产出量639.04×104t,年排放量460.85×104t,综合利用率为27.88%,累计库存量6 222.47×104t。废水废渣排放至周围环境，几乎所有煤矿附近的河流、溪沟都被严重污染，大部分河水非常浑浊，颜色为黑色，可见大量煤粒，无法作为人畜饮用水源；水中主要指标色度、浑浊度、溶解氧、Fe、As均超标，土壤中As超标严重。

2 层次分析法评价

层次分析法是一种解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法,常用来解决诸如综合评价、决策方案选择、估计和预测、投入量的分配等问题,一般评价因子判断矩阵不超过9阶。本次评价选取影响矿山地质环境的评价因子,将其进行递阶层次划分,对同一层次因子就其对矿山地质环境影响的相对重要性进行两两比较列成矩阵,采用层次分析法计算各级评价因子对矿山地质环境影响的贡献等级(即权重),根据矿山地质环境调查情况与拟定的阈值相互验证确定地质环境影响程度阈值。本次评价将盘县矿集区剖分为555个1 km2矩形网格,计算各单元格分值,根据单元格分值采用surfer软件绘制等值线,划分矿山地质环境影响分区。

2.1 矿山地质环境评价因子选取

矿山地质环境质量的影响因素众多,根据本次调查的结果,将本区矿山地质环境质量的影响因子选择如下:

目标层(A),为层次结构最高层,即本次矿集区调查评价的矿山地质环境质量。准则层(B),包括矿山地质环境条件(B1)、矿山人为工程活动强度(B2)、地质灾害危害(B3)、土地资源占用与破坏(B4)、含水层影响与破坏(B5)、地形地貌景观影响与破坏(B6)。指标层(C),包括矿山地质环境条件(C1、C2、C3、C4、C5)、矿山人为工程活动强度(C6、C7、C8)、地质灾害危害(C9、C10、C11)、土地资源占用与破坏(C12、C13、C14)、含水层影响与破坏(C15、C16、C17、C18、)、地形地貌景观影响与破坏(C19、C20)。评价因子选择见表1。

2.2 评价因子权重确定

(1) 对同一层次因子就其对矿山地质环境影响的相对重要性进行两两比较列成矩阵T,设U={u1,u2,Λ,um}为评估因子集。uij表示ui对uj的相对重要性数值,uij的取值见表2。

(2) 利用线性代数知识,精确地求出T的最大特征根所对应的特征向量。所求特征向量即为各评价因素的重要性排序,归一化后,得到权重分配。

(3) 验证通过所构建的判断矩阵求出的特征向量(权值)是否合理,需要对判断矩阵进行一致性和随机性检验,检验公式为:CR=CI/RI。

CR为判断矩阵的随机一致性比率,当CR<0.1时,即认为判断矩阵具有满意的一致性,说明权数分配是合理的；否则,就需要调整判断矩阵,直到取得满意的一致性为止。

CI为判断矩阵一致性指标,它由下式计算:

式中:λmax为最大特征根；m为判断矩阵阶数；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标,由大量试验给出,对于低阶判断矩阵,取值见列表3。

通过以上步骤可计算得出准则层和指标层各评价因子的权重,见表1中ai、bi。

表1 矿山地质环境评价因子权重及赋值

表2 判断矩阵标度及其含义表

表3 层次分析法的平均随机一致性指标值

2.3 目标层得分

在本次评价过程中根据不同的等级和标准将各个评价指标分为三个等级,并且分别赋予不同分值。根据实际调查各矿山的各项具体数据和对地质环境影响程度对照评分等级范围,可以确定出整个评价单元的各个评价因子相应的指标分值,评分见表1。

目标层得分计算如下:

式中:YA为目标层得分；aj为准则层权重；bi为指标层权重；Xi为指标得分。

最后计算得到盘县煤矿资源集中开采区内555个单元格每个单元格的总分值。

2.4 评价等级

为了对最终得出的地质环境质量分值进行综合评价,使得评价结果具有可比性,必须建立一定的评价等级。本次采用盘县煤矿资源集中开采区地质环境调查结果与拟定的等级相互验证,最后确定等级划分阈值,即:YA≥7,表示矿山地质环境影响严重；3

2.5 矿山地质环境影响程度分区

依据上述评价方法,对盘县煤矿资源集中开采区按矿山环境影响程度进行分区,共分为12个区,其中:矿山地质环境影响严重区7个,矿山地质环境影响较严重区4个,矿山地质环境影响较轻区1个,其范围和分布见图1。

3 评价结果验证与矿山地质环境保护、治理对策建议

3.1 评价结果验证

贵州盘县煤矿资源集中开采区内煤炭资源丰富、埋藏较浅,众多矿山的开发,特别是大中型煤矿山的开发活动引发的矿山地质环境问题较为突出。矿山开发占用了大量的土地资源,形成了大量的采空区,影响与破坏了含水层,导致地质灾害发育(主要为地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂缝等),其危害相当严重。如分布在柏果镇、洒基镇的土城煤矿,盘江镇、断江镇的月亮田煤矿、山脚树煤矿,火铺镇的火铺煤矿,红果镇的金佳煤矿,响水镇的盘南煤矿等,本次评价得出的矿山地质环境影响严重区Ⅰ-1、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-7就是以上煤矿分布区。

图1 盘县煤矿资源集中开采区矿山地质环境影响程度分区图Fig.1 Zone map of influence degree of mine geological environment

3.2 矿山地质环境保护、治理对策建议

对矿山地质环境影响严重区(Ⅰ)应尽快地展开实质性的矿山地质环境恢复治理工作；加大执法力度,对偷排废水废渣的矿山企业依法处理;在采矿过程中注意保护原生地质环境,避免产生新的矿山地质环境问题。对矿山地质环境影响较严重区(Ⅱ)应采取边开采边治理的方式,防止矿山地质环境问题扩大化。对矿山地质环境影响较轻区(Ⅲ)应作为地质环境保护区进行保护,防止地质环境遭到破坏。

4 结语

本文采用层次分析法,对贵州盘县煤矿集中开采区进行了地质环境影响评价,通过选取符合煤矿集中开采区的不同层次评价因子、权重及综合评价等级阈值,得到了比较合理的影响程度分区结果,为今后采用层次分析法开展类似煤矿山地质环境调查评价工作提供了借鉴。

[1] 杨继红,杨志刚,李元林,等.贵州省盘县重点地区重大地质灾害隐患详细调查报告[R].贵阳:贵州省地矿局111地质大队,2012.

[2] 贵州省地层古生物工作队.西南地区区域地层表:贵州省分册[M]．北京:地质出版社,1977.

[3] 湛达刚，徐永科,罗军，等.贵州省采矿权探矿权数据库[DB].贵阳:贵州省国土资源厅,2011.

[4] 邓志宏.盘县2012年政府工作报告[R].盘县:盘县人民政府,2012.

[5] 张进德,张德强,田磊,等.全国矿产资源集中开采区矿山地质环境调查技术要求[Z].北京:中国地质环境监测院,2012.

[6] 胡屿,刘勇,李丙霞,等.2012—2013年贵州省矿山地质环境调查报告[R].贵阳:贵州省地质环境监测院,2010.

(责任编辑：陈姣霞)

Application of AHP in Impact Assessment of Mine Geological Environment

HU Yu, LIU Yong, LI Bingxia, DUAN Fangqing

(TheGeo-environmentMonitoringInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550018)

On the basis of the investigation of mine geological environment about ore concentrating area in Panxian,according to local mine geological condition and characteristics of mine geological environment,the authors choose AHP to assess mine geological environment impact,select appropriate evaluation factors,calculate evaluation factors’ weight.It has great significance for the evaluation method and research work of combining qualitative and quantitative methods about investigation and evaluation of mine geological environment in Guizhou.

analytic hierarchy process; mine geological environment; impact assessment

2015-04-13;改回日期:2015-05-04

国家公益性、基础性地勘基金项目,中国地调局地质矿产调查评价项目(水[2012]01-035-025)。

胡屿(1982-),男,工程师,环境地质专业,从事水文地质、工程地质、环境地质调查与研究工作。E-mail:huyu0419@sina.com

F224; X141

A

1671-1211(2015)04-0468-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504021

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.011.html 数字出版日期:2015-06-19 13:33