安徽某金属矿区地质环境变权欧氏距离评价模型

周廷强

（重庆三峡学院土木工程学院，重庆404100）

近年来，伴随着矿山高强度开采活动，矿区及周边地质环境问题越发突出［1-2］。对矿区地质环境进行准确评价，对于高效开展矿区地质环境治理工作，实现矿区可持续发展大有裨益。目前，适用于矿区地质环境评价的方法主要有模糊数学法、可拓集合法、BP神经网络法、灰色系统综合指数法等［3］。尽管各类方法在具体实践中取得了一定的效果，但大多未考虑相同指标的不同取值对整个评价体系的影响程度［4］。如模糊数学法［4-6］、神经网络法［7-8］，两者可从主观或客观上评价不同指标对矿区地质环境的影响，但无法定量分析相同指标的不同取值对矿区地质环境的影响，从而导致评价结果无法进行准确分级。此外，若采用模糊综合指数法［9］进行地质环境评价，计算过程较复杂，当选取不同的评价指标时，则需重新调整运算程序及相关的隶属度函数关系式等。

矿区地质环境评价是一个多属性集合体，评价指标不同，对矿区地质环境的影响权重也不相同［10］。采用变权欧氏距离评价模型可结合矿区地质环境特征对各评价指标权值进行规范化处理，获得地质环境评价的变权欧氏距离，可有效避免评价指标数值变化对评价结果的影响［11］；此外，该模型通过构建欧氏空间以及进行坐标变换降低了计算复杂度［12］。为此，本研究以安徽某金属矿区为例，通过构建变权欧氏距离模型对该矿区地质环境进行评价。

1 矿区概况

安徽某金属矿区受燕山期构造活动的影响，矿区内分布有霏细岩和斑状结构的霏细斑岩，节理裂隙极发育。斑岩基质由斜长石、石英、黑云母组成，斑晶以斜长石为主。矿区东南侧围岩中伴随有较弱的热变质作用，形成了角岩、大理岩。根据现场调查以及相关资料统计，由矿区开采导致的地表变形有435处，出现坍塌32处，以中小型为主，呈阶梯状、波浪状坍塌，产生地表裂缝63条，主要表现为边缘拉张裂缝和不规则裂缝群。矿区开采塌陷导致浅层地下水被破坏，对矿区周边居民饮用水供应有一定的影响。

2 变权欧氏距离评价模型

采用变权欧氏距离模型对矿区地质环境进行综合评价的基本思路为选定待评价单元，根据影响因子估测值计算其权重，由于影响因子的估测值不同，相应的权重也存在差异，故称之为“变权”。通常以各影响因子为坐标系建立n维空间，以相关标准中的第I级标准值作为坐标原点，结合各影响因子的权重系数计算评价单元中不同等级因子与原点的变权欧氏距离，并将该距离值作为评价矿区地质环境等级的依据。具体步骤如下：

（1）构建欧氏空间。设评价样本C=Cij，（i（1，2，3…，m）为待评价单元；j（1，2，3…，n）为影响因子；实测值样本矩阵Cij为第i个待评价单元中第j个影响因子的实测值）。设k（1，2，3…，k）为矿区地质环境评价等级（本研究k=4），则由n个影响因子构成的l级标准矩阵为B，其中bjk为第k个等级第 j个影响因子的标准值。

（2）空间坐标转换。将矩阵B的第I等级极限值作为空间坐标原点，按下式对矩阵C和B进行空间坐标系转换：

式中，cij为第i个评价单元下第 j个影响因子的实测值；bj1、bj4分别为第1个等级和第4个等级第 j个影响因子的标准值；空间坐标转化后的影响因子取值。

（3）确定权重。根据各影响因子的环境贡献率，按下式计算指标权重：

式中：ωij为第i个评价单元中第 j个影响因子的环境贡献率权重值，该值越大，则表明相应影响因子对于地质环境的影响越大；cijbi1为环境贡献因子的超标量。

（4）变权欧氏距离确定。分别利用ωij计算第i个评价单元转化坐标和第k个评价等级坐标与原点的变权欧氏距离，计算公式为

式中，δi为第i个评价单元的变权欧氏距离；Δik为第k个等级坐标的变权欧氏距离；当0≤Δik≤1，可将δi与Δik进行比较，确定第i个评价单元的地质环境评价等级。

（5）地 质 环境 综 合 评 价 。 当 δi≤1 时 ，若Δik≤δi≤Δik+1，则地质环境的综合评价等级可按下式确定：

式中，k为待评价单元的地质环境等级。

3 评价结果

本研究结合矿区地质调查结果，选定矿区植被覆盖率（B1）、矿尘爆炸指数（B2）、固废利用率（B3）、废气利用率（B4）、地面塌陷面积与开采面积比值（B5）、土地恢复治理率（B6）、废水利用率（B7）以及土地污染率（B8）作为安徽某金属矿区地质环境评价指标。各指标分级标准见表1，I、II、III、IV级分别表示差、较差、较好、好。

根据式（1），对表1数据进行坐标转换，获得转换后的地质环境评价标准值见表2。

根据矿区2017年1—10月各指标监测值（表3），通过式（2）计算的各指标对应的权重值见表4。

结合表4，根据式（3）计算待评价单元与I级地质环境评价标准的变权欧氏距离，通过式（4）进行地质环境综合评价，并与模糊综合指数法与灰色聚类法进行比较，结果见表5。分析表5可知：总体上矿区2017年全年仅4、7、8、10月的地质环境等级为III级（较好），总体上地质环境等级为II级（较差），与模糊综合指数法以及灰色聚类法的评价结果基本一致，表明矿区地质环境问题较严重，地面塌陷面积与开采面积比值和土地恢复治理率为该矿区地质环境质量的主要影响因素，有必要采取相应措施进行治理。

4 结语

结合安徽某金属矿区地质调查及野外实测数据，构建了基于变权欧氏距离的矿区地质环境评价模型，获得了不同的评价指标对于矿区地质环境的影响权重，认为该矿区地质环境质量等级为II级（较差），有必要进一步采取措施进行治理。