神东矿区土地复垦效益评价

余学义，穆 驰，3

（1.西安科技大学 能源学院，陕西西安710054；2.西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西 西安710054；3.陕西省土地工程建设集团，陕西西安710075）

0 引 言

神东矿区地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原交界处，由于煤炭资源大规模开采，已衍生一系列的矿区环境问题：采空区塌陷引起地表移动变形，使原有的地层构造发生改变，造成部分矿区产生塌陷、滑坡、泥石流等严重的地质灾害；矿产资源持续开采，改变了原始的水土平衡，导致地表水位下降，土壤质地疏松，土地荒漠化的面积日益增加；因矿产资源开采，山区地表产生裂缝并诱发泥石流，平原地区地表植被破坏造成水分和土壤流失，黄土沟壑区坡体失稳引起滑坡，丘陵地区地表下沉形成塌陷坑，同时，由于土壤养分流失，植被的原始生长环境遭到破坏，可用于耕地的面积逐渐减少，农作物大幅减产，不利于土地资源再利用，也影响矿区经济和综合效益可持续发展。

国内外学者在矿区土地复垦效益评价方面做了大量研究。美国最早对矿山土地复垦开展研究，较好地利用了GIS等先进技术对露天矿山和废弃矿区进行监测，同时通过改善盐碱化土地、治理污损土壤、减少水土流失进行土地复垦，并持续关注矿山土地复垦后的增长效益［1-2］；白中科（1999）在国内较早提出综合效益在矿区土地复垦的重要性，他认为在土地复垦中应将生态效益、经济效益、社会效益进行规划，作为矿山开发不可或缺的影响因子，同时对土地复垦和效益评价做了明确划分，并建立了矿山土地复垦效益评价体系［3］；张子平等人（2000）对矿区土地复垦的综合效益进行了重点分析，他们进行认为生态、经济和社会效益在矿区土地复垦中具有一定的延缓性，但随着资源的开发和人们对生活质量的要求，土地复垦产生的综合效益越来越明显［4］。国内外学者通过大量研究得到了很多成果，但没有将矿区土地复垦产生的各个效益进行综合分析。

将神东矿区的生态景观、经济发展和社会影响作为一个研究整体，从矿区土地复垦可行性为着手点，围绕矿区土地复垦质量、生态景观效果、耕地复垦面积和居民满意度等影响因子，将非线性评价理论引入到矿区土地复垦综合效益评价中，构建了一种基于层次分析法的矿区土地复垦评价模型，同时，选取土地复垦率、水土流失治理率、生态景观效果等最小影响因子作为评价指标，对神东矿区榆家梁煤矿的土地复垦效益进行评价，根据评判标准，采用专家打分法，计算了矿区土地复垦前后生态、经济和社会效益分值，综合评价了土地复垦后带来的综合效益。

1 矿区土地复垦意义和分区

1. 1 矿山土地复垦意义

复垦后的土地可用于林业恢复、渔业养殖、农用耕地，也可将恢复后的土地进行二次开发，用于房屋建设、旅游开发、娱乐用地。因此，实施土地复垦是对矿区生态环境改善和居民生活条件提高的基础保障，对矿区的生态效益、经济效益和社会效益会有明显的促进作用，实施矿区土地复垦具有重要意义，主要表现为以下方面［5-6］

1）土地复垦是保障矿区土地资源再利用、解决人对土地需求的有效途径。我国人均耕地不足，随着社会进程加快，大量农用地已转换为工业和建设用地，耕地不足的现象越来越明显；

2）土地复垦是提高矿区生态环境和居民生活条件的必要因素。由于采矿因素影响，矿区受损土地面积增大，地质环境遭到破坏，甚至引起矿区不可逆的生态问题；

3）土地复垦是矿区保持经济增长的有效途径。土地复垦对矿区经济可持续发展有着重要意义，实施矿区土地复垦是缓解人地供需之间矛盾，促进矿区经济持续健康发展的需要。

1. 2 矿山土地复垦分区

对我国矿山土地受损分区，有助于矿区土地复垦评价研究。中国矿业大学卞正富教授根据矿区破坏类型对我国矿山复垦分区进行了划分［7］，见表1.

2 矿区土地复垦评价方法

2. 1 综合评价理论模型

1）将因素集 U=｛u1，u2，u3…，um｝按某些属性c将其划分成s个因素子集，使其满足U=U1∪U2∪U3∪…Us，同时对于任意的 i≠j，i，j=1，2，3，…，s，均有Ui∩Uj=μ. 如果在s个子集里，还有子集需要再划分，则将子集继续当作因素集层层划分，从而构成一个多级评判因素集合［8］；

表1 矿山土地复垦分区Table 1 M ine land reclamation

2. 2 确定矿区土地复垦评价等级

参考相关土地复垦研究成果，根据我国矿区土地复垦现状，选取5个等级评价标准，定义评语集为：｛“很好”、“良好”、“一般”、“较差”和“很差”｝，矿区土地复垦综合效益评价等级标准见表2.

2. 3 确立矿区土地复垦评价体系

结合相关研究成果，参考专家意见，根据矿区土地复垦标准，对土地复垦产生的各项效益进行综合评价。同时，结合矿区的实际生产情况，从生态环境优化、经济包容性增长和社会和谐可持续发展3个方面进行了分析，结合类似指标筛选出适合矿区土地复垦效益的代表性指标，以生态效益、经济效益和社会效益的3个因素子集，下设15个二级指标，从而建立评价指标体系。各指标层的内容及计算方法见表3.

2. 4 判断矩阵一致性检验

根据层次分析法计算各指标层影响因素的权重值，运用专家打分法按照评价体系的基本原则，对每一结构层的影响因素进行相互比较，得到判别矩阵，并计算该矩阵的最大特征值和对应的特征向量，从而得到每一指标层各因素对准则层的权重。即：对矩阵R每一行元素求和，同时结合公式计算对角线所有元素总和，并将结果通过公式对其进行单值量化处理，wi即为评价因素的权重［10-11］。根据判断矩阵的权重值，引入9个不同阶层的标度值，同时将最大特征值与矩阵维数差额的平均值，作为衡量判断矩阵一致性的指标，即

表2 矿区土地复垦综合效益评价等级标准Table 2 G rade standard for com prehensive benefit evaluation of land reclamation in m ining area

式中 λmax为最大特征值；n为矩阵维数。

为了判定不同阶级矩阵是否满足一致性，引入判断矩阵随机性指标，见表4.

表3 矿区土地复垦综合效益评价指标和计算方法Tab le 3 Com p rehensive benefit evaluation index and calcu lation m ethod for land reclam ation in m ining area

表4 判断矩阵随机性指标Table 4 Judgmentmatrix randomness index

当矩阵维数大于1时，判断矩阵与同阶矩阵一致性指标的比值作为矩阵随机性比率［14］，记为时，该层次计算结果满足判断矩阵一致性，否则需要调整矩阵的指标数值使其满足一致性。

2. 5 建立矿区土地复垦评价模型

以矿区土地复垦效益评价为研究对象，结合土地复垦质量、生态景观效果、农业耕地面积和居民收入水平，采用层次分析法对矿区土地复垦效益进行综合评价。根据评价指标的属性不同，将矿区土地复垦效益评价分成4个层次，建立综合效益评价模型，如图1所示。

图1 矿区土地复垦效益评价模型Fig.1 Evaluationmodel of land reclamation benefit in mining area

3 神东矿区土地复垦可行性分析

3. 1 矿区土地复垦现状

神东矿区形成的采空区面积已达42 km2，受损土地面积近56.21 km2，但矿区土地复垦面积并不达标，复垦率仅为11.3%.从榆林市国土局获悉，截止2017年，神东矿区土地复垦项目已达10项，计划2020年该项目要增至18项，土地复垦项目投入资金达15 302.6万元，各类土地受损复垦面积为 2 150 km2［13-15］。

据统计，榆林市矿区土地复垦主要类型包括：农业用地、建设用地、林草地、水产养殖以及其他用地。农业用地是满足区域的农业生产；矿区用地主要用于矿区井田的资源储备；建设用地用于地表构筑物建造的土地；林业用地主要分为林地和草地；其他用地作为不含上述用途的土地。神东矿区土地复垦面积统计见表5.

表5 2008—2017年神东矿区土地复垦情况Table 5 Land reclamation in Shendong m ining area from 2008 to 2017 km2

3. 2 矿区土地复垦适宜性

神东矿区具有地表松散层较厚、土壤存水能力弱、土地自然条件差等特点，土地被破坏后受诸多因素限制难以恢复，通过挖、填治理方法进行土地复垦影响因子较大，因此神东矿区土地复垦采用最小影响因子进行评价，其限制因素及分级指标都由单因子（限制因素最小因子）确定，单因子作为评价体系的决定层，对影响矿区的复垦因素有重要影响［16］。综合考虑神东矿区主要评价因子，得出土地复垦影响因素等级标准，见表6.

表6 矿区土地复垦影响因素等级标准Table 6 Grade standard for influential factors of land reclamation in m ining area

从表6可以得出，地表砂土为林地、耕地和牧草地的重要组成部分；表土层厚度越大有助于矿区土地复垦；地表坡度越小对土地破坏影响越小。因此，根据矿区土地复垦目标，结合区域环境状况和经济发展特征，通过矿区土地复垦影响因素的最小因子进行科学合理调整，增加地表土质的养分，使林地、耕地、牧草地更好地适应地表物质，提升矿区土地复垦效果。

4 神东矿区土地复垦效益评价

4. 1 矿区土地复垦评价指标体系

选取神东矿区榆家梁煤矿土地复垦综合效益作为评价对象，结合该矿地质环境，整理并筛分矿区效益影响因子，将每一指标的作用因素进行相互比较，建立榆家梁煤矿土地复垦评价体系。根据模糊评价法，选取生态效益、社会效益、经济效益的3个影响因子作为神东矿区榆家梁煤矿的综合效益指标层进行判别，首先确定准则层的权重为 A=［0. 510 2，0. 315 1，0. 178 8］，其次通过一致性检验CR=0. 081 2＜0. 1，因此可以确定准则层权重值通过一致性监测［17-18］，同理可得到指标层的权重值，见表7.

表7 榆家梁煤矿土地复垦综合评价指标体系Table 7 Com prehensive evaluation index system for land reclamation in Yujialiang coalm ine

4. 2 矿区土地复垦效益评价

根据回收效益确定各指标的隶属度的方法，结合前人的相关研究成果和专家5级的评价标准，对土地复垦前后神东矿区各项评价指标的状况，进行模糊统计分析计算，获取各指标的隶属度，建立矿区土地复垦前后指标隶属度评价矩阵。

土地复垦前指标隶属度矩阵

土地复垦后指标隶属度矩阵

结合矿区土地复垦现状，根据土地复垦前后各项指标效益的评价矩阵，运用模糊评价判别公式B=A·R，计算复垦前后该矿生态、经济、社会和综合效益的判别矩阵，并将计算结果进行归一化。

1）生态效益

为更好评价榆家梁煤矿土地复垦前后综合效益情况，直观体现土地复垦带来的生态、经济和社会效益，基于层次分析法对多因素进行评价，得到不同层次的计算结果，再设定分级矩阵每一级的等差数值为20，作为该评价体系的分级标准，建立评价标准分值矩阵

综合以上计算结果，结合表2矿区土地复垦效益评价等级标准，得出各项效益评价分值，见表8.

表8 榆家梁煤矿土地复垦效益评价值Table 8 Evaluation value of land reclamation benefit in Yu jialiang coalm ine

从表8可以看出，矿区土地复垦前，由于煤炭资源大量开采，使矿区在生态、经济、社会和综合效益均有处于较差级别，通过实施土地复垦，使矿区各项指标效益分值均大幅增长，增长率为32%～56%，其中生态效益增幅最显著，土地复垦后各项指标效益均达到良好状态。

5 结 论

1）通过实施土地复垦，神东矿区土地复垦面积增加了63%，矿区土地类型大幅改善，主要表现为矿区塌陷地、堆积占地、开采占地等受损土地面积减少，矿区农业用地、建设用地、林业用地面积增加，同时，根据土地损毁状况和土地复垦适宜性、可行性分析，可以发现神东矿区土地复垦适宜性高、复垦潜力大且各项保证条件稳定；

2）模糊综合评价模型不仅计算出了榆家梁煤矿土地复垦前后生态、经济、社会和综合效益各项分值，还得出了土地复垦后矿区效益评价的等级标准。结论显示，通过实施土地复垦，榆家梁煤矿效益分值显著增加，最高增长率达56%；

3）土地复垦使矿区生态效益、经济效益、社会效益均达到良好状态，不仅对工矿企业安全绿色生产、持续健康发展有着重要意义，还对改善居民生活环境、增加矿区生态景观、带动矿区经济发展有着积极促进作用，同时对矿区的可持续发展和安定团结有着深远影响。