胡 嶼, 劉 勇, 李丙霞, 段方情

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,貴州 貴陽(yáng) 550018)

層次分析法在礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以貴州盤縣煤礦資源集中開采區(qū)調(diào)查為例

胡 嶼, 劉 勇, 李丙霞, 段方情

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,貴州 貴陽(yáng) 550018)

在對(duì)盤縣煤礦資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上,根據(jù)當(dāng)?shù)氐V山地質(zhì)環(huán)境條件及礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的特點(diǎn),選用層次分析法對(duì)其進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià),選取合理的評(píng)價(jià)因子、評(píng)價(jià)等級(jí)劃分,并計(jì)算出符合要求的評(píng)價(jià)因子權(quán)重,得出礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)分區(qū)并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,充分反映區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)。對(duì)今后在貴州開展類似礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)選用定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法及研究工作有著重要的意義。

層次分析法；礦山地質(zhì)環(huán)境；影響評(píng)價(jià)

貴州盤縣素有“江南煤?！敝Q，是全國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)煤縣之一，其煤礦資源具有儲(chǔ)量大、質(zhì)量?jī)?yōu)、易開采等特點(diǎn)，開發(fā)利用歷史較為悠久。截至2011年底,其煤礦保有資源儲(chǔ)量91.5×108t，占全市54.2%,占全省16%[1]。煤炭資源賦存在二疊系龍?zhí)督M，分布于盤縣的北部及西部一帶[2]。

截至2011年底,盤縣共有煤礦山142個(gè),其中:大型礦山5個(gè),中型礦山8個(gè),小型礦山129個(gè)[3],主要有松河煤礦、土城煤礦、老屋基煤礦、山腳樹煤礦、響水煤礦、金佳煤礦等大中型礦山。以煤電為主的工業(yè)生產(chǎn)總值達(dá)168億元,占整個(gè)地區(qū)生產(chǎn)總值的67%,礦業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)全縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)的構(gòu)成有著舉足輕重的作用[4]。煤礦資源的大量開發(fā),嚴(yán)重地?cái)_動(dòng)和改變了區(qū)內(nèi)原生地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu),引發(fā)了眾多如礦山地質(zhì)災(zāi)害、土地資源及地形地貌景觀影響與破壞、含水層影響與破壞、廢水廢渣污染等礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,已對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成了制約作用[5],因此,對(duì)煤礦區(qū)進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)尤為重要。

以盤縣煤礦資源集中開采區(qū)調(diào)查為基礎(chǔ),通過(guò)層次分析法評(píng)價(jià)開采區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響,提出礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理的對(duì)策與建議,為實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理提供依據(jù),促進(jìn)礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

截至2011年底,通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查,發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題主要有礦山地質(zhì)災(zāi)害、土地資源及地形地貌景觀影響與破壞、含水層影響與破壞、廢水廢渣污染四大類,其中以礦山地質(zhì)災(zāi)害、地下含水層影響與破壞為主。

1.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害102處,其中,地面塌陷數(shù)量最多,為71處;地裂縫、泥石流最少,共為4處。規(guī)模以小型為主。地質(zhì)災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失11 921萬(wàn)元,其中地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂縫造成的直接經(jīng)濟(jì)損失分別為10 733.5萬(wàn)元、987.5萬(wàn)元、195萬(wàn)元、5萬(wàn)元。礦山地質(zhì)災(zāi)害威脅人口39 340人,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流與地裂縫威脅人口,分別為27 436人、6 635人、3 533人、900人、836人。礦山地質(zhì)災(zāi)害威脅財(cái)產(chǎn)98 368萬(wàn)元,受地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流與地裂縫威脅財(cái)產(chǎn)分別為69 464萬(wàn)元、16 744萬(wàn)元、7 824萬(wàn)元、2 400萬(wàn)元、1 936萬(wàn)元[6]。

1.2 土地資源及地形地貌景觀影響與破壞

1.2.1 占用與破壞土地資源

區(qū)內(nèi)礦業(yè)開發(fā)活動(dòng)占用與破壞土地資源較嚴(yán)重,其占用和破壞方式主要表現(xiàn)為露天采場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地、煤矸石堆放場(chǎng)、地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)。礦業(yè)開發(fā)共占用及破壞土地2 526 hm2,其中:耕地被破壞712 hm2,林地539 hm2,草地200 hm2,園地70 hm2,建筑209 hm2,其他796 hm2,主要以受地面塌陷、工業(yè)廣場(chǎng)和煤矸石堆放場(chǎng)破壞和占用為主[6]。

1.2.2 地形地貌景觀影響與破壞

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),受采礦活動(dòng)影響與破壞的地形地貌景觀面積達(dá)1 943 hm2。主要表現(xiàn)為三個(gè)方面:礦山地質(zhì)災(zāi)害如崩塌、滑坡、地面塌陷等造成山體嚴(yán)重撕裂,嚴(yán)重地改變了礦區(qū)的地形地貌,蒼翠青山不復(fù)存在,山體遍體鱗傷,礦區(qū)原有的良好自然生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重的威脅；煤矸石堆放于公路旁邊,造成視覺(jué)污染；砂石礦等露天開采礦山大多建在公路邊,且開采方式落后,采用“一面墻”的開采,無(wú)任何綠化措施,非常影響視覺(jué)感受。

1.3 含水層影響與破壞

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),因采礦活動(dòng)造成地下水水位下降的面積為5 493 hm2。礦山在開采過(guò)程中形成了大量采空區(qū),致使礦層及上覆巖體遭到破壞,從而改變了地下水自然流場(chǎng)及其補(bǔ)給、徑流和排泄條件,破壞了區(qū)域地下水均衡,造成地下水水位下降,水量減少,淺層地下水枯竭,地表泉點(diǎn)流量減少,甚至斷流。

1.4 廢水廢渣對(duì)環(huán)境的影響

煤礦開采過(guò)程中產(chǎn)生大量廢水廢渣。廢水廢液年產(chǎn)出量5 074.25×104m3,年排放量3 881.82×104m3,年循環(huán)利用量1 192.43×104m3，綜合利用率為23.5%[6]。固體廢棄物年產(chǎn)出量639.04×104t,年排放量460.85×104t,綜合利用率為27.88%,累計(jì)庫(kù)存量6 222.47×104t。廢水廢渣排放至周圍環(huán)境，幾乎所有煤礦附近的河流、溪溝都被嚴(yán)重污染，大部分河水非常渾濁，顏色為黑色，可見(jiàn)大量煤粒，無(wú)法作為人畜飲用水源；水中主要指標(biāo)色度、渾濁度、溶解氧、Fe、As均超標(biāo)，土壤中As超標(biāo)嚴(yán)重。

2 層次分析法評(píng)價(jià)

層次分析法是一種解決多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題的定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,常用來(lái)解決諸如綜合評(píng)價(jià)、決策方案選擇、估計(jì)和預(yù)測(cè)、投入量的分配等問(wèn)題,一般評(píng)價(jià)因子判斷矩陣不超過(guò)9階。本次評(píng)價(jià)選取影響礦山地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)因子,將其進(jìn)行遞階層次劃分,對(duì)同一層次因子就其對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較列成矩陣,采用層次分析法計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)因子對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響的貢獻(xiàn)等級(jí)(即權(quán)重),根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查情況與擬定的閾值相互驗(yàn)證確定地質(zhì)環(huán)境影響程度閾值。本次評(píng)價(jià)將盤縣礦集區(qū)剖分為555個(gè)1 km2矩形網(wǎng)格,計(jì)算各單元格分值,根據(jù)單元格分值采用surfer軟件繪制等值線,劃分礦山地質(zhì)環(huán)境影響分區(qū)。

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子選取

礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的影響因素眾多,根據(jù)本次調(diào)查的結(jié)果,將本區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的影響因子選擇如下:

目標(biāo)層(A),為層次結(jié)構(gòu)最高層,即本次礦集區(qū)調(diào)查評(píng)價(jià)的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量。準(zhǔn)則層(B),包括礦山地質(zhì)環(huán)境條件(B1)、礦山人為工程活動(dòng)強(qiáng)度(B2)、地質(zhì)災(zāi)害危害(B3)、土地資源占用與破壞(B4)、含水層影響與破壞(B5)、地形地貌景觀影響與破壞(B6)。指標(biāo)層(C),包括礦山地質(zhì)環(huán)境條件(C1、C2、C3、C4、C5)、礦山人為工程活動(dòng)強(qiáng)度(C6、C7、C8)、地質(zhì)災(zāi)害危害(C9、C10、C11)、土地資源占用與破壞(C12、C13、C14)、含水層影響與破壞(C15、C16、C17、C18、)、地形地貌景觀影響與破壞(C19、C20)。評(píng)價(jià)因子選擇見(jiàn)表1。

2.2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定

(1) 對(duì)同一層次因子就其對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較列成矩陣T,設(shè)U={u1,u2,Λ,um}為評(píng)估因子集。uij表示ui對(duì)uj的相對(duì)重要性數(shù)值,uij的取值見(jiàn)表2。

(2) 利用線性代數(shù)知識(shí),精確地求出T的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量。所求特征向量即為各評(píng)價(jià)因素的重要性排序,歸一化后,得到權(quán)重分配。

(3) 驗(yàn)證通過(guò)所構(gòu)建的判斷矩陣求出的特征向量(權(quán)值)是否合理,需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性和隨機(jī)性檢驗(yàn),檢驗(yàn)公式為:CR=CI/RI。

CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率,當(dāng)CR<0.1時(shí),即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性,說(shuō)明權(quán)數(shù)分配是合理的；否則,就需要調(diào)整判斷矩陣,直到取得滿意的一致性為止。

CI為判斷矩陣一致性指標(biāo),它由下式計(jì)算:

式中:λmax為最大特征根；m為判斷矩陣階數(shù)；RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo),由大量試驗(yàn)給出,對(duì)于低階判斷矩陣,取值見(jiàn)列表3。

通過(guò)以上步驟可計(jì)算得出準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,見(jiàn)表1中ai、bi。

表1 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子權(quán)重及賦值

表2 判斷矩陣標(biāo)度及其含義表

表3 層次分析法的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值

2.3 目標(biāo)層得分

在本次評(píng)價(jià)過(guò)程中根據(jù)不同的等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為三個(gè)等級(jí),并且分別賦予不同分值。根據(jù)實(shí)際調(diào)查各礦山的各項(xiàng)具體數(shù)據(jù)和對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響程度對(duì)照評(píng)分等級(jí)范圍,可以確定出整個(gè)評(píng)價(jià)單元的各個(gè)評(píng)價(jià)因子相應(yīng)的指標(biāo)分值,評(píng)分見(jiàn)表1。

目標(biāo)層得分計(jì)算如下:

式中:YA為目標(biāo)層得分；aj為準(zhǔn)則層權(quán)重；bi為指標(biāo)層權(quán)重；Xi為指標(biāo)得分。

最后計(jì)算得到盤縣煤礦資源集中開采區(qū)內(nèi)555個(gè)單元格每個(gè)單元格的總分值。

2.4 評(píng)價(jià)等級(jí)

為了對(duì)最終得出的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),使得評(píng)價(jià)結(jié)果具有可比性,必須建立一定的評(píng)價(jià)等級(jí)。本次采用盤縣煤礦資源集中開采區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果與擬定的等級(jí)相互驗(yàn)證,最后確定等級(jí)劃分閾值,即:YA≥7,表示礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重；3

2.5 礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分區(qū)

依據(jù)上述評(píng)價(jià)方法,對(duì)盤縣煤礦資源集中開采區(qū)按礦山環(huán)境影響程度進(jìn)行分區(qū),共分為12個(gè)區(qū),其中:礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)7個(gè),礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重區(qū)4個(gè),礦山地質(zhì)環(huán)境影響較輕區(qū)1個(gè),其范圍和分布見(jiàn)圖1。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證與礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、治理對(duì)策建議

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證

貴州盤縣煤礦資源集中開采區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富、埋藏較淺,眾多礦山的開發(fā),特別是大中型煤礦山的開發(fā)活動(dòng)引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題較為突出。礦山開發(fā)占用了大量的土地資源,形成了大量的采空區(qū),影響與破壞了含水層,導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育(主要為地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂縫等),其危害相當(dāng)嚴(yán)重。如分布在柏果鎮(zhèn)、灑基鎮(zhèn)的土城煤礦,盤江鎮(zhèn)、斷江鎮(zhèn)的月亮田煤礦、山腳樹煤礦,火鋪鎮(zhèn)的火鋪煤礦,紅果鎮(zhèn)的金佳煤礦,響水鎮(zhèn)的盤南煤礦等,本次評(píng)價(jià)得出的礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)Ⅰ-1、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-7就是以上煤礦分布區(qū)。

圖1 盤縣煤礦資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分區(qū)圖Fig.1 Zone map of influence degree of mine geological environment

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、治理對(duì)策建議

對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)(Ⅰ)應(yīng)盡快地展開實(shí)質(zhì)性的礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作；加大執(zhí)法力度,對(duì)偷排廢水廢渣的礦山企業(yè)依法處理;在采礦過(guò)程中注意保護(hù)原生地質(zhì)環(huán)境,避免產(chǎn)生新的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)重區(qū)(Ⅱ)應(yīng)采取邊開采邊治理的方式,防止礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題擴(kuò)大化。對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響較輕區(qū)(Ⅲ)應(yīng)作為地質(zhì)環(huán)境保護(hù)區(qū)進(jìn)行保護(hù),防止地質(zhì)環(huán)境遭到破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用層次分析法,對(duì)貴州盤縣煤礦集中開采區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià),通過(guò)選取符合煤礦集中開采區(qū)的不同層次評(píng)價(jià)因子、權(quán)重及綜合評(píng)價(jià)等級(jí)閾值,得到了比較合理的影響程度分區(qū)結(jié)果,為今后采用層次分析法開展類似煤礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)工作提供了借鑒。

[1] 楊繼紅,楊志剛,李元林,等.貴州省盤縣重點(diǎn)地區(qū)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R].貴陽(yáng):貴州省地礦局111地質(zhì)大隊(duì),2012.

[2] 貴州省地層古生物工作隊(duì).西南地區(qū)區(qū)域地層表:貴州省分冊(cè)[M]．北京:地質(zhì)出版社,1977.

[3] 湛達(dá)剛，徐永科,羅軍，等.貴州省采礦權(quán)探礦權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)[DB].貴陽(yáng):貴州省國(guó)土資源廳,2011.

[4] 鄧志宏.盤縣2012年政府工作報(bào)告[R].盤縣:盤縣人民政府,2012.

[5] 張進(jìn)德,張德強(qiáng),田磊,等.全國(guó)礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查技術(shù)要求[Z].北京:中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,2012.

[6] 胡嶼,劉勇,李丙霞,等.2012—2013年貴州省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告[R].貴陽(yáng):貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,2010.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Application of AHP in Impact Assessment of Mine Geological Environment

HU Yu, LIU Yong, LI Bingxia, DUAN Fangqing

(TheGeo-environmentMonitoringInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550018)

On the basis of the investigation of mine geological environment about ore concentrating area in Panxian,according to local mine geological condition and characteristics of mine geological environment,the authors choose AHP to assess mine geological environment impact,select appropriate evaluation factors,calculate evaluation factors’ weight.It has great significance for the evaluation method and research work of combining qualitative and quantitative methods about investigation and evaluation of mine geological environment in Guizhou.

analytic hierarchy process; mine geological environment; impact assessment

2015-04-13;改回日期:2015-05-04

國(guó)家公益性、基礎(chǔ)性地勘基金項(xiàng)目,中國(guó)地調(diào)局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目(水[2012]01-035-025)。

胡嶼(1982-),男,工程師,環(huán)境地質(zhì)專業(yè),從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與研究工作。E-mail:huyu0419@sina.com

F224; X141

A

1671-1211(2015)04-0468-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504021

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.011.html 數(shù)字出版日期:2015-06-19 13:33