基于组合分析法的某绿色矿区环境评价体系研究

熊廷伟，贺 洁

(中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司，重庆 400016)

矿产资源作为国民经济的重要支柱产业，由于近年来不合理的开采以及对于环境保护的忽视，带来一系列的环境失衡问题，比如泥石流、沙尘暴、植被退化等，随着我国生态文明建设的提出，矿区的环境问题亟待改善。

矿区环境评价常用的评价模型有基于德菲尔法的评价模型、基于粗糙集理论的评价模型、基于熵值法的评价模型、基于层次分析法的评价模型等，基于德尔菲法的评价模型专家作用大、计算量大，耗费时间长；基于粗糙集理论的评价模型不需要数据支撑、缺乏定性研究；基于熵值法的评价模型指标利用价值大，权重随着数据的变化而变化，无横向对比；基于层次分析法的评价模型可以进行客观评价、定论时不够详细。目前现有的方法中仅以单一的方法进行评价，并且在确定权重的时候以人的主观意识为主，缺乏对于客观事实的可靠研究。

本文的研究对象为绿色矿区，绿色矿区是将环境保护、可持续发展的理念加入到矿区环境保护中，是对生态文明建设的一种体现。在绿色矿区环境评价时采用组合评价法，该方法由层次分析法和粗糙集理论的方法组成，相比较以前的研究侧重客观事实，更能精确的对矿区环境进行划分，将矿区环境分为严重、较严重、一般影响区域，根据分区结果对各个区域进行针对性治理。

1 评价模型构建

1.1 研究区概况

研究矿区位于辽东半岛境内，区内以暖风带季风气候为主，平均每年的气温为10℃，温度最低时可达-31℃，温度最高时可达35℃。平均每年研究区域的降水量约为700mL，日照2 600h。

1.2 矿区环境评价思路

在构建矿区评价体系时，首先根据组合评价法确定评价指标，然后利用网格法确定各个指标的等级，最后形成环境评价图，针对环境评价图中的各个区域进行分区建议和改善治理措施研究，整个思路如图1所示。

图1 矿区环境评价思路

1.3 环境模型构建

(1)评价指标确定。

评价指标的确定依据环境评价的目标，由目标展开分成多个准则层，由各个准则层之间相互关联衍生出子准则层，每个子准则层对应多个指标，形成指标层，指标确定层次递进关系如图2所示。

(2)评价单元划分。

评价单元划分主要采用网格法，将研究的某矿区划分为相同大小且一致的单元格，经过叠加计算得到环境分级值，假设环境分级值用Q表示，指标数量用n表示，指标的最优权重值用Wi表示，评价指标的分级数值用Fi表示，公式为：

图2 评价指标确定层次图

(3)主观权重计算。

假设aij代表i和j两个因素进行比较，i对于j而言其重要性值，由1到9代表重要性不断加强，比如当重要性相同时为1；当较重要时为3；当重要时为5；当很重要时为7；当特别重要时为9。构建的判断矩阵为：

将矩阵中各行的数值进行相乘，得到乘积：

从而得到特征向量W=[W1,W2……Wn]T，对其进行归一化处理，结果为：

解得公式(2)的最大特征值为：

为验证结果的准确性，对公式(2)中的矩阵进行检验，当检验值C.R.＜0.1时，证明P的设置合理；当C.R.≥0.1时，证明P的设置不合理。不断修正以满足C.R.＜0.1的条件，检验值为：

公式(6)中R.I.为随机性指标，通过查矩阵阶数表得到，一致性指标用C.I.表示，公式为：

(4)客观权重计算。

假设C为条件集，C´为C的子集，D为属性集，则D的重要性为：

假设C={a1,a2,a3…an}得到指标i的权重为：

(5)组合权重值的计算。

根据组合评分法建立最优模型，如公式(10)所示，其中指标的主观权重用Wsi表示，客观权重用Wei表示，组合权重用Wi表示：

(6)评价分级标准建立。

评价分级标准建立根据得到的实际矿区的综合评价值，采用自然断点法，对矿区的环境进行分区，将矿区的环境分为严重的环境区域、较严重的环境区域、一般的环境区域。

2 矿区环境评价分区及环境治理方案

2.1 某矿区环境评价

(1)指标确定。

研究的某矿区环境评价指标，经过目标分解，确定评价要素分为三个，即矿区环境、矿区内开发活动、地质灾害，通过对各个要素进行分析，确定了九个指标，分别为：表征矿区环境的土地开发比例、开发对环境造成的粉尘污染、开发后环境治理恢复；表征矿区内开发活动的开发矿区内的矿种、开采矿区的方式、开采矿区的强度、开采矿区的状态；表征矿区内具有代表性的地质灾害泥石流、崩塌。

表征矿区环境的土地开发比例分为两个等级：＜0.15时，等级为1；≥0.15时，等级为2。开发对环境造成的粉尘污染分为严重区域、较严重区域、无污染区域三个等级，判断标准为粉尘含量＞70%为严重区域，40%～70%为较严重区域，＜40%为无污染区域。开发后环境治理恢复分为三个等级，以区域内已经治理恢复的面积与总面积的比值为判断标准，分别为＞60%、＜60%、0%。

(2)矿区划分。

根据网格法将矿区分成长为1 000m，宽为1 000m的单元格，共分成1 650个单元格，如图3所示。

(3)权重值计算。

以土地开发比例为例，进行计算其主观权重值、客观权重值、组合权重值，计算过程如下：

判断矩阵为：M1=1×1/6×1/8=0.0208；

特征向量W=[0.0623，0.2851，0.6527]T

图3 某矿区单元网格分区图

最大特征值λmax=3.0735

一致性检验符合要求。

采用与上述相同的计算方法，计算各个二级指标的权重，土地开发比例的主观权重值为Wsi=0.0068，客观权重值为Wei=0，组合权重值。

Wi=0.478Wsi+0.522Wei=0.478×0.0068+0.522×0=0.0032

计算九个指标的主观权重值、客观权重值、组合权重值的最终计算结果见表1。

表1 权重计算结果

根据表1的计算结果，计算综合评价值，结果如表2所示。

(4)环境评价。

评价分级标准建立根据表2得到的实际矿区的综合评价值，采用自然断点法，计算的综合评级值对矿区的环境进行分区，当值＜2.45时，属于严重的环境区域；当值在2.45～2.65时，属于较严重的环境区域；当值＞2.65时，属于一般的环境区域。

根据计算结果，绘制该实验矿区的环境评价图如图4所示。由图中可知，严重区有66个单元格，占地面积为6 500公顷；有较严重区有239个单元格，占地面积为23 500公顷；一般区有1 345个单元格，占地面积为131 200公顷。整个矿区的严重区域和较严重的区域占比较大，应该及时的关注，并且制定改善措施。

表2 综合评价值

图4 某矿区的环境评价图

2.2 环境治理方案

研究区域的环境严重区域多集中在研究区域的中部位置，这与开采方式、开发占地面积、污染等因素有关，中部区域以露天开采为主，开发的面积较大，从而导致环境污染严重，地质灾害频繁发生。针对环境严重影响区域应该加大治理力度，主要措施有：①将原来的粗放型的开采方式向科技型的开采方式进行转换，通过引进先进的矿区开采工具以及流程，将矿区向低碳化矿区、无害化矿区进行转型，从而降低矿区的污染物排放，达到持续性环境保护的目标；②增加矿区环境修复力度，对于一些已经开采完的矿区可以进行二次开采，针对没有开采价值的矿区可以进行生态修复，修复方式可以采用化学修复方式、生物修复方式、防止水土流失修复方式等；③利用信息化技术，采用遥感技术加强矿区地质监测，建立研究矿区的安全管理体系，预防地质灾害。

研究区域的环境较严重区域分布在中下部，主要原因是在管理方面不足，这些区域的主要措施是加强管理，包括：①完善矿区开采和环境保护的相关法律法规；②在矿区管理的制度方面进行加强，矿区开采中每个参与者的工作内容、工作标准应该明确，并且加入监理的职责，不断监督和改善矿区的环境；③建立健全的矿区安全生产标准和管理体系，并且加强监督。

研究区域的环境一般区域分布较广，在严重区域和较严重区域的治理过程中会对一般区域的环境有所改善，针对一般区域的改善措施主要是加强与周边民众的交流，加强周边民众和矿区内从业人员的环境保护意识。

3 结论

(1)通过对比目前常用的环境评价模型，总结出目前环境评价模型缺乏客观指标的评价，提出组合评价法，该方法由层次分析法和粗糙集理论的方法组成，相比较以前的研究侧重客观事实，更能精确的对矿区环境进行划分。

(2)构建适用于某绿色矿区的环境评价体系，分出九个指标，分别为土地开发比例、开发对环境造成的粉尘污染、开发后环境治理恢复、矿种、开采矿区的方式、开采矿区的强度、开采矿区的状态、泥石流、崩塌。

(3)环境严重区占地面积为6 500公顷；较严重区占地面积为23 500公顷；一般区占地面积为131 200公顷。整个矿区的严重区域和较严重的区域占比较大，应该及时的关注，并且制定改善措施。

(4)通过分析各个影响区域的原因，进行针对性治理。针对环境严重影响区域提出将原来的粗放型的开采方式向科技型的开采方式进行转换、增加矿区环境修复力度、利用信息化技术建立研究矿区的安全管理体系、提前预防地质灾害。针对环境较严重区域提出完善矿区开采和环境保护的相关法律法规、加强矿区管理、建立健全的矿区安全生产标准和管理体系。针对一般区域提出加强周边民众和矿区内从业人员的环境保护意识。