矿集区环境质量评价方法对比研究

陈剑南，韦 星，耿百利

（中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心，山东 烟台 264010）

社会经济的蓬勃发展，为矿产资源的开发利用提供了必要的助燃剂。长期粗犷式的矿产开发，在为社会创造财富的同时，也给当地带来土壤污染、水土流失、地质灾害等一系列环境问题，严重威胁到当地居民的身心健康和生活质量。本人走访莱州市周边的矿集区，发现矿山的无序开采和遗弃已对资源环境承载力形成重大考验，严重制约矿业经济的健康发展。因此，只有准确、客观地评价矿山开发区域的环境质量并提供可靠的依据，才能更好的支撑政府的生态恢复与治理决策，为生态文明建设理念的宣传与推广提供更加可靠的借鉴与依据[1]。

目前，国内对于矿山环境质量评价方法的研究成熟度比较高，基于RS和GIS技术，运用层次分析法、集对分析法、熵值法和突变理论、矢量多边形法都取得了一定的成果。因为矿产资源类型、地质环境背景、本底地物类型、开采方式等对矿山环境评价的结果影响程度不同，所以不同地区选择的影响因子种类数量都不尽相同。此外，不乏有一些学者研究融合某两种方法对矿区环境质量进行评价，充分利用两种数学方法各自的优势，实现动态与静态的互补，达到定性乃至定量客观评价的目的。因此，想要准确指明保护和恢复矿山环境的方向，对于不同的矿区，因地制宜地选择合适的评价方法和合理的评价因子，才可以获得科学、准确、客观的评价结果，并得到广泛推广。

1 评价方法

1.1 层次分析法

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP方法），是指将与决策关联较大的元素划分为目标、准则、方案这三个层次，并以此为基础作出定性甚至是定量分析的一种决策方法。该决策解决方案最初是由美国学者萨蒂在1976年提出，开始是为了解决“基于工业部门对国家的贡献比例来分配电力”的国家级课题。此方法是基于网络系统理论和多目标，而改进的一种层次权重决策综合评价分析方法。不管是对于包含分层交错评价指标体系，还是定量描述难以赋目标值的决策问题，都比较适用。其模型原理如下：

G表示矿山环境质量综合评价指数，n为能影像评价目标的因子个数，Pi表示各个因子对指标影响效果的权重数值。董双发等（2012）对阜新矿集区进行矿山环境评价时运用了该方法，取得的计算结果与实地调查结论较为吻合。该方法可以结合RS和GIS对大范围区域进行环境评价，可以获得离散且区分的环境质量评价综合指数图；也可以按评价指数分成若干区间，绘制环境质量等级分区图[2-4]。

1.2 矢量多边形法

其原理是首先使用矢量多边形方法评估所有影响因素，然后根据实际环境将调查区域划分为不同级别，后叠加各因子的评价结果和空间信息，求得不同区域的矿山环境质量等级，再结合专家必要的辅助修正，就能计算出整个矿区的环境质量评价结果。石潇（2009）等运用此方法结合地理信息空间技术取得不错的评价结果，与矿区实际情况基本一致。

1.3 集对分析法

集对分析法，最初是由我国著名学者专家赵克勤于上世纪80年代末期提出的一种处理系统确定性与不确定性之间相互作用的数学方法，该方法主要的数学工具是联系数。其首要任务是把评价矿山环境的指标含量与评价标准结合构建一个特殊集对。对于一个试样来说，设有N个评价指标，若其中有S个含量优于标准，有P个超标准，有F个未测或缺乏比较，a为差异不确定度系数，在［-1，1］区间内随不同情况取不同的值；b为对立度系数，取值为-1（有时a和b仅起标记作用）；μ为联系度。

设x=S/N，y=F/N，z=P/N，则x，y，z分别表示同一度、差异不确定度、对立度，简写为μ=x+yi+zj ，在此前定义下x，y，z受限于归一化条件，也就是x+y+z=1。基于集对分析理论的原理，式子中的同一度、对立度是相对稳定的，但是差异度相对于前两者是不确定的；并且三者之间存在相互联系、相互制约和相互转化的相对关系，因为x，y，z三者是对同一指标不同方面的反应。所以，依据x，y，z三者大小关系及定量分析，可以判别实际矿山环境质量状况，进行质量等级评价区分，即以评价因子的含量指标相对于环境质量评价标准的达标、超标数及其所占比例，确定环境质量破坏等级。

目前，集对分析法还在持续发展完善之中，并且一直被应用在众多领域。赵晓亮等（2013）运用该方法对黑龙江省七台河市展开矿山环境质量评价，结果与模糊综合评价法的结果基本相符，基本体现了七河台地区矿山环境质量现状，具有一定的准确度和客观性。

1.4 熵值法和突变理论

熵值法改进突进级数法，是运用突变理论改进的熵值法，其基本原理是把评价目标体系进行多层次分解，然后依据模糊数学法和突变理论得到突变模糊隶属函数，由分歧集方程得出归一化公式再计算突变级数值，以达到保证结果客观性来评价目标的目的。优点是不需要计算每个影响因子的具体权重，但也要考虑相同层次的因子相对重要程度。所以引进客观赋值的熵值法来改进，通过计算各影响因子的熵值来评判各因子的重要程度[5]。

m为挑选的样本个数，目标集数据指标构建数表示为n，在同一条件下把它们进行无量纲化处理，得到标准化的数据集，定义为Rij。以上述参数为基准，求出第j项指标的权重数值为：

2 不同评价方法对比分析

（1）层次分析法的模型简单有效，评价的结果与实际最为吻合，但是在影响因子权重评判方面比较依赖专家打分。另外，影响因子如果选取过多，容易出现自相矛盾的情况，难以通过一致性检验，所以专家打分定权重这一步对于层次分析法来说极为重要。

（2）矢量多边形法虽有效，但是也离不开专家辅助，受经验的影响较小，但操作比层次分析法复杂。需要人为区分矿区和非矿区的范围，在评价展开前就已经对矿区环境作出初步定性，不会出现非矿山区域环境比矿山区域环境还恶劣这类模糊评价偶尔有的矛盾结果。

（3）集对分析法得到得环境评价分级结果较为符合实际，但是能够区分的等级较少，属于离散区间值，不能判断具体的评价综合指数，结果比较笼统，适合大比例尺矿山环评工作。集对分析原理不但是一种评价技术方法，还是暗含辩证法意识的思维决策系统，该理论还可以运用于包括矿山、大气、水资源等目标质量评价工作中。

（4）熵值法改进的突进级数法虽然在某些研究中得到可行、可靠的结果，但远没有如层次分析法一般得到广泛验证，在多数实际情况中，指标体系和影响因子的权重抉择还需要建立标准化流程，才能增加评价体系的准确度和实用性[6]。

3 总结

矿山环境质量评价是修复和治理矿集区环境、推进生态文明建设的重要依据，矿山环境评价的影响因素众多，不同地区、不同矿种类型、不同开采方式，选择的因子都要有所变化，当前并没有形成一个通用的评价方法和体系，探索研究科学、合理、规范的综合评价规范显得尤为重要。目前来看，基于GS和GIS且依赖专家经验的层次分析模糊评价法在一定区域的表现结果，是广泛受到认可的，而且还可以结合矢量多边形法对莱州市矿集区在评价前进行圈定，去除大量植被覆盖区和主城区的冗余影响，能大大减少工作量。但是本人在归纳整理资料中发现，大多数研究中选择影响因子都没有考虑本底地物类型，矿山开采地原本是荒山还是植被覆盖的林地在环境评价中的影响权重应该是不一样的。所以在矿山环境评价前，建立地质环境本底调查数据库，才能保证评价结果的科学性和客观性，为政府的矿山生态决策提供可靠依据和数据支撑[7-9]。