大同煤矿区生态脆弱性评价

徐菲，郑国璋（山西师范大学地理科学学院，山西临汾041000）

大同煤矿区生态脆弱性评价

徐菲，郑国璋*
（山西师范大学地理科学学院，山西临汾041000）

生态脆弱性评价是区域生态综合评价的重要依据。矿区生态环境脆弱性研究不仅对矿区的资源及环境有着重要作用，还指导了资源的合理利用，为矿区的可持续发展提供了意见。本文在生态脆弱性研究方法上，选择生态敏感性-生态恢复力-生态压力度模型，通过建立基于目标的第三个层次准则的判断矩阵，并加权汇总得出各个因素的重要性程度，依此方法，再建立基于目标的第二个层次准则的判断矩阵，运用生态脆弱性指数的计算方法，得出大同煤矿区的生态脆弱性指数，评价大同煤矿区的脆弱性。评价结果显示，大同矿区生态脆弱综合指数为0.3506，呈中度脆弱性。根据生态脆弱性结果为后续的生态环境恢复重建工作、制定综合治理策略及矿区的可持续发展规划进行指导。

生态脆弱性；压力度；敏感度；恢复度；层次分析法（AHP）

生态脆弱性是生态系统或景观在外界干扰（如：特定的时间空间条件）下体现的敏感反应和恢复能力，是生态系统的本质属性在外界干扰作用下的表现，是自然环境和人类活动共同作用的结果［1，2］。生态脆弱性研究了保障区域生态系统的稳定性，促进了生态系统的平衡有序发展。

1905年美国的Elements提出生态过渡带，其中首次涉及到了生态脆弱性的概念［3］。1989年，第七届SCPOE明确指出了生态交错区/过渡区的概念，从此脆弱区的生态环境研究成为重点的研究领域［4］。20世纪90年代国外对生态脆弱性研究进入拓展阶段，突出成果是将遥感和地理信息系统等技术渗透到研究中，而且将生态脆弱性与景观学等学科相结合，建立了针对不同条件的生态脆弱性评价体系［5，6］。我国的生态脆弱性的研究起源于20世纪80年代，牛文元从宏观角度研究生态交错带，将研究的领域限制在了生态过渡带的范围内［7］。后来的脆弱性研究融合了自然、人文环境、社会经济范畴，内容也扩展到了农、林、牧、渔四个方面［8-13］。从现有的文献可知，针对城市生态脆弱性和一些受到严重破坏的区域（如水土流失区、荒漠化地区等）的研究较多，采用的指标体系和方法较为完善，对矿区的生态环境脆弱性研究较少。

大同是煤炭重工业城市之一，由于煤炭开采、运输、利用等过程产生的问题对当地及周围地区造成了严重的生态环境问题，同时大气污染、水土流失、土地塌陷、植被破坏等问题日益严峻。煤矿区特殊的自然环境及影响因子之间的复杂性，再加上资源开采利用等人为活动的干扰，使生态环境受到了威胁，因此需要分析煤矿区生态环境的特点以及各影响因子之间的关系，为大同煤矿区的生态环境的整治提供理论依据［14］。

目前，生态脆弱性研究主要侧重于脆弱区的生态环境评价理论与方法应用，大多数学者提出生态脆弱性计算的评价方法也由浅入深，从模糊评价法、主成分分析评价法、关联评价法、综合评价法发展到生态脆弱性指数评价法、熵权物元可拓方法、基于“3S”评价法等［15-17］。本文以大同煤矿为研究对象，基于生态脆弱性概念，选择生态敏感性—生态恢复力—生态压力度［18］作为脆弱性评价的概念模型，设置生态敏感性、生态恢复力、生态压力度三个层面，选取27个指标，通过层次分析法对选取的指标赋予权重，再计算生态脆弱性指数，从而评价大同煤矿区的脆弱性。

1　研究地区与研究方法

1.1研究区概况

大同煤矿区位于山西省北中部，具有储量大，可采煤层多，灰分低，硫、磷杂质少，发热量高，平均厚度30-40米，且煤层稳定，易于开采，是国内最大的优质动力煤供应基地。

大同煤矿区位于黄土高原东北边缘，属于温带大陆性季风气候区，冬春干旱少雨、寒冷、多风，夏季降水集中、温凉少风，年平均降水量为428.2mm至449.0mm，最高年降水量为757.4mm，最低年降水量为l95.6mm，降水集中分布在7、8、9三个月，占全年总降水量的75％。年潜在蒸发量为l786.6-2598.0mm，最大蒸发月为5、6、7三个月，超过降水量的4倍。

大同人口密度164人/km2，平均海拔在1100m左右，该区年降水量在400mm左右，林草覆盖率为28.7％，耕地园地比例大，农耕地面积大，农村人均纯收入为4161.7元。水土流失面积为2761.5km2［19］。

1.2研究方法

1.2.1指标选择

根据生态脆弱性定义及选择的概念模型，结合大同煤矿区生态脆弱机制选择指标的评价体系。一级指标包括生态环境敏感性、生态恢复性、生态压力度。二级指标中的生态敏感性涉及地质地貌、自然灾害、煤层条件；生态压力度指标包括污染状况、人口压力、城市压力；生态恢复力指标包括生态建设能力、生态活力、生态功能。生态敏感性下的第三级指标中的地貌类型、土壤质地、潜水位埋深分别说明土壤侵蚀的敏感程度、土地沙漠化的敏感程度、土壤盐渍化的敏感程度［20，21］。煤层厚深比反映煤层开采对土壤水和地表植被的敏感程度［22，23］。开采强度是控制地表扰动大小的影响因素，通过单位面积的产煤量反映开采强度，这些指标是煤矿区生态系统恢复的外在动力。生态恢复度的第三层指标目的在于提高生态系统恢复力，进而降低区域脆弱性，是控制生态脆弱性的关键［24］。

1.2.2研究方法

针对煤炭开采利用对生态环境造成的影响，本文综合层次分析法和生态敏感性—生态恢复力—生态压力度模型建立评价准则层，每个准则层由影响该层的影响因素所构成，采用Saaty［25］的1-9标度法，建立两两比较判断矩阵，通过矩阵运算的数学方法，确定各层次指标之间的相对重要程度，由此确定每个影响因子对准则层的权重值［26］，最后根据综合评价指数法，对各项指标进行逐层逐项加权叠加，得到生态脆弱度。在层次分析法理论指导下，确定上述27个指标的权重，通过单级排序一次性检验，可知生态敏感性的一致性检验（CR）值为0.0019，生态压力度的一致性检验（CR）值为0.0000，生态恢复力一致性检验（CR）值为0.0088，均＜0.1，表明该矩阵有根好的一致性，具体指标及其权重见表1。

表1　区域生态脆弱性评价指标体系

1.2.3评价模型—生态脆弱度评价模型

生态脆弱性的评价研究是建立在生态脆弱机制上，通过指标对生态环境的影响程度，构造评价模型，对各指标因子进行综合，通过量化的形式—生态脆弱性指数法，反映出区域的生态环境的脆弱性状况，实现对区域生态环境的脆弱性评价。生态脆弱性是压力度、敏感度和恢复力的函数，随敏感性和压力度的增大而增大，随恢复力的增大而减小，其评价模型为：CVI=P×S/R，式中：CVI生态系统类型的生态脆弱性指数；P—生态压力度：S—生态敏感度；R—生态恢复力［27］。综合评价的结果，可以得出每个评价单元上的生态脆弱度指数。由于评价结果主要反映的是生态环境的脆弱程度，所以分值越高，表示生态环境的脆弱性越高［28］，为了使评价结果更直观，按照生态脆弱度指数从高到低划分为四级，分别为轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱、强度脆弱，相应的分值分别为0-0.20、0.20-0.50、0.50-0.80、0.80-1.00。

1.2.4计算方法—方根法

方根法只需通过简单运算就能得到我们需要的精度，具体步骤如下：

（1）计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi

（2）计算Mi的n次方根Wi

则W=［W1，W2，…Wn］即为所隶的特征向量（表2，表3）。

表2　第三层判断矩阵

表3　第二层判断矩阵

2　结果与分析

2.1生态脆弱性评价与分级

由于：0.3506＞0.2235＞0.1385，可知最大值为0.3506，最大脆弱性值介于0.20-0.40之间，所以大同煤矿区的生态脆弱性为中度脆弱性。

2.2敏感性、压力度与恢复度

评价结果显示：影响大同煤矿区脆弱性的主要因素有地貌类型、水土流失盐渍化面积、土壤肥力、潜水埋深、煤层厚深比，生态压力度中容易对环境造成压力的主要因素有人为活动干扰、开采强度、建筑用地所占比率和耕地所占比率，生态恢复度中的主要指标有复垦治理程度、区域承载力、土地利用现状。因此，在改善大同煤矿的过程中，从所占权重较大的因素开始整治，使该地区的生态脆弱性降低，以应对自然和人文因素的扰动。

由于煤炭资源开发、社会经济发展和生态环境的协调比较困难，因此需要从敏感性、压力度与恢复度等不同的角度来维持三者的协调发展。尽量降低敏感度与压力度目标层下的因子，提升恢复度，使大同煤矿区的生态脆弱性得到改观。

大同煤矿生态脆弱性整体一般，因此规划矿区应根据生态脆弱度分布，严格控制采矿强度，并采取有力措施预防和减少生态破坏、恢复等主要功能，确保生态脆弱性不出现明显恶化，已建和新建矿区应规划优化开采区，煤炭开采过程中应引进国内外先进技术并全面加强生态环境治理和修复。对于生态压力较大的采矿区，应根据生态脆弱性分区确定合理的开发范围和强度，应明确限制和禁止开采边界，依据法规严格控制资源开发活动，规划和实施生态保护和修复工程［29］。

3　生态脆弱性改善途径

3.1完善管理体制

在大同煤矿区建设管理信息系统，增强管理有效性，必须做好跨部门的协调合作，责任权限划分清楚，完善管理体制，同时，加快建设大同煤矿区生态信息数据库，提高管理的有效性。部分矿区居民交通不便，生活贫困，地理景观和生活习俗使其对煤炭的依赖性极大，乱采乱挖现象严重。困此，开展矿区居民扶贫搬迁，传授生产技术、宣传生活新观念，是改善矿区环境的重要对策。

3.2生态恢复工程的实施

生态恢复工程的合理实施能有效提升矿区的生态恢复度，促使生态系统良性演替。建立有效的风险管理机制，开展荒漠化和水土流失的灾害预警技术，通过地理信息景系统GIS软件配合地质灾害危险性、易损性和风险评价系统。因此，通过先进技术评价是未来风险管理与生态恢复不可或缺的手段。

3.3鼓励公众参与，发挥其主观能动性

公众的消费方式、生产方式、生活观念总是影响着矿区生态环境状况。更新观念，利用宣传教育等形式帮助当地群众及管理人员建立矿区生态环境脆弱度的危机感积极行动，以行动扶持来完善已造成的脆弱问题，鼓励公众参与到环境保护中，承担环境保护的义务，增强环保意识［30］。

4　结论

4.1从方法和理论角度，利用生态敏感性—生态压力度—生态恢复度模型进行生态脆弱性评价，正确的揭示了自然与人文因素干扰下的的生态脆弱区的存在，并分析了两种干扰下的生态差异。自然因素导致的脆弱性主要分布在地形条件较为恶劣、植被较差的地区，其空间分布相对集中，脆弱区的范围、尺度大；人为因素干扰下的脆弱区则主要是人类高强度、大范围的生态空间占用引起的，分布相对分散，主要集中在大城市建成区及周边区域，范围相对于自然因素导致的脆弱性要小很多。

4.2从实践层面，考虑到煤矿区特殊的自然属性和资源价值，以脆弱性评价为基础，针对指标差异提出了针对性的治理措施。对自然扰动主导的脆弱区，要加大植树造林的进程，实施生态移民和退耕还林还草，提高其生态保育功能。对人为扰动主导的脆弱区，要设定好城市增长的边界，以绿化隔离带的形式避免城市空间无序蔓延；积极推动中小城镇发展，疏散中心城市过于集中的人口和产业；农业集中区内，加快生态农业发展，减少化肥、农药使用量，减轻对水土资源的破坏；山区矿产资源开发，要加强开发前的环评和开发后的生态恢复。

但是，由于生态敏感性—生态恢复力—生态压力度模型没有清晰地指明哪些指标反映自然因素、哪些指标反映人为因素，因此对于脆弱性的分解也没能清晰地识别出不同因素导致的脆弱性。同时，由于不同因素的脆弱性，导致有些情况是重叠的或者边界不是很清晰，会导致各种类型的边界不很明显。因此如何对指标进行分解，才能更有效地揭示不同因素导致的脆弱性，并对其差异进行定量研究，是今后研究需要解决的问题。

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（2016-06-03收稿刘晓佳编辑）

The Ecological Vulnerability Assessment of Datong Mining

XU Fei et al
（Shanxi Normal University，College of Urban and Environmental，Shanxi Linfen 041000，China）

Ecological Vulnerability assessment is an important basis for regional ecological comprehensive evaluation.Vulnerability research of ecological environment plays an important role in the mining resources and the environment of the mining area，and provided advice the use of resources for the sustainable development of the mining area.This paper base on the ecological vulnerabilityresearchmethods，throughtheestablishmentof objective criteria based on the third level of judgment matrix，and the importance of the factors，according to thismethod，create a second level based on objective criteria judgment matrix，using the calculation methods of ecological vulnerability index，drawn the ecological vulnerability index of Datong Coal Mine area，evaluate the vulnerability of Datong Coal Mine area.The evaluation resultsofDatongMiningecologicalvulnerabilityindexwas 0.3506，showing the general vulnerability.According to the result of the subsequent fragility of ecological environment，drawn up ecological restoration and reconstruction work，and the development of comprehensive management strategy for sustainable development planning and mining guidance.

Ecological fragility；Pressure；Sensitivity；Recovery；Analytic Hierarchy Process（AHP）

X171.1

A

1003-7853（2016）03-0007-05

徐菲（1991-），女，山西大同人，硕士研究生，主要从事全球变化方面的研究。

郑国璋（1965-），男，山西洪洞人，教授，硕士生导师，主要从事全球变化与可持续发展及自然灾害方面的研究。