張永庭，陳建平，劉自增，閆 軍，黃 濤，嚴(yán) 瑾，樊新剛

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.寧夏遙感測(cè)繪勘查院，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué)社會(huì)服務(wù)處，寧夏 銀川 750021)

寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量空間分布特征及其分區(qū)

張永庭1，2，陳建平1，劉自增2，閆 軍2，黃 濤2，嚴(yán) 瑾2，樊新剛3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.寧夏遙感測(cè)繪勘查院，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué)社會(huì)服務(wù)處，寧夏 銀川 750021)

為明確寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量空間分布特征和問(wèn)題區(qū)域，提供修復(fù)和管理的依據(jù)，以全區(qū)22個(gè)縣區(qū)為研究單元，構(gòu)建了土地占?jí)骸⒌刭|(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染、水土流失四個(gè)維度的準(zhǔn)則及對(duì)應(yīng)的共16項(xiàng)指標(biāo)的礦山環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用遙感解譯與礦山環(huán)境統(tǒng)計(jì)資料獲取數(shù)據(jù)，基于熵權(quán)模糊綜合方法評(píng)價(jià)，利用Spss22.0進(jìn)行模糊聚類(lèi)分組，結(jié)合實(shí)地踏勘確定分級(jí)含義后分區(qū)。結(jié)果顯示：寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量空間差異較大，中北部礦山環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)于南部山區(qū)、但北部局部縣區(qū)問(wèn)題突出，主要環(huán)境問(wèn)題在北部老舊礦區(qū)集中的惠農(nóng)區(qū)和大武口區(qū)、新興礦區(qū)靈武市(縣級(jí)市)，以及中部的沙坡頭區(qū)。全區(qū)劃分了“嚴(yán)重區(qū)、較為嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)、良好區(qū)”四類(lèi)礦山環(huán)境區(qū)，存在“面上連續(xù)、點(diǎn)上鑲嵌”的特征。同時(shí)，應(yīng)關(guān)注新興礦山靈武市的開(kāi)采進(jìn)度，持續(xù)監(jiān)測(cè)和預(yù)防，以最大限度降低環(huán)境危害。利用聚類(lèi)分析得出的分級(jí)閾值存在不連續(xù)性，推廣應(yīng)用的前提是應(yīng)加大案例樣本以找出閾值分布的規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)分級(jí)。

礦山環(huán)境質(zhì)量；空間分區(qū)；熵權(quán)；模糊綜合評(píng)價(jià)；寧夏

寧夏是我國(guó)西北礦產(chǎn)資源比較豐富的省區(qū)之一，已發(fā)現(xiàn)各類(lèi)礦產(chǎn)46種，煤炭、石膏、冶金用砂巖、水泥配料用板巖、瓦用黏土等能源礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量居于全國(guó)前列[1]。目前，自治區(qū)內(nèi)以能源(煤)、非金屬(石灰?guī)r、硅石及各類(lèi)建材礦產(chǎn))等礦山為主，形成了以石嘴山市、靈武市(縣級(jí)市)等資源型城市為代表的礦山集中區(qū)，以及煤炭為支柱產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局。由于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)背景下“礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)依賴(lài)、礦產(chǎn)資源深加工能力不足，生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境治理投入不足”等原因，長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)積累了較為嚴(yán)重的礦山環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。截至2015年底，全區(qū)22個(gè)縣區(qū)共開(kāi)采礦山849處，全年發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害達(dá)136處，其中崩塌11處，滑坡15處，泥石流11處，地面塌陷及地裂縫84處[2]。因此，調(diào)查評(píng)價(jià)寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量，分析空間分布特征，明確主要問(wèn)題區(qū)，對(duì)指導(dǎo)國(guó)土與環(huán)保部門(mén)的科學(xué)治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，礦山環(huán)境質(zhì)量作為“綠色礦山”建設(shè)的主要指標(biāo)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，日益得到學(xué)界關(guān)注[3-4]，但目前我國(guó)礦山環(huán)境評(píng)價(jià)多數(shù)圍繞單個(gè)礦山或礦區(qū)開(kāi)展，區(qū)域礦山綜合環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)正在探索之中，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多樣、龐雜，影響了結(jié)果的合理性和應(yīng)用指導(dǎo)性[5-7]，本研究將礦山地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境統(tǒng)一納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可為礦山綜合環(huán)境評(píng)價(jià)方法研究提供借鑒案例。

1 寧夏礦山開(kāi)發(fā)及環(huán)境問(wèn)題空間分布

據(jù)我國(guó)大地構(gòu)造綜合地層分區(qū)，寧夏屬華北地層大區(qū)，境內(nèi)成礦由北向南分為：鄂爾多斯西緣Fe-Pb-Zn-磷-石膏-芒硝成礦帶、鄂爾多斯(盆地)U-石油-天然氣-煤-鹽類(lèi)成礦區(qū)、河西走廊 Fe-Mn-螢石-鹽類(lèi)-石油成礦帶、北祁連 Cu-Pb-Zn-Fe-Cr-Au-Ag-硫鐵礦-石棉成礦帶[8]。目前，礦山開(kāi)發(fā)空間格局為(圖1)：無(wú)煙煤、煉焦用煤、硅石在賀蘭山北段；非煉焦用煤、石油(氣)在靈武市、鹽池縣；石膏在海原縣東北部、鹽池縣中部及中衛(wèi)市西部；石灰?guī)r大礦集中在賀蘭山中段、牛首山、天景山、青龍山等地；白云巖在青龍山和賀蘭山中段；石英砂在青銅峽市和原州區(qū)；金屬礦產(chǎn)主要產(chǎn)出于賀蘭山、衛(wèi)寧北山和南-西華山地區(qū)[9]。寧夏地處干旱與半干旱地區(qū)，降水量小、植被覆蓋低，境內(nèi)多數(shù)礦山巖層裸露，主要環(huán)境問(wèn)題為地面塌陷和裂縫、崩塌滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，礦山占地破壞植被、土壤和水污染，以及煤矸石自燃的SO2環(huán)境空氣污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。境內(nèi)能源礦產(chǎn)(煤)、非金屬礦產(chǎn)(石灰?guī)r、硅石及各類(lèi)建材礦產(chǎn))等礦山企業(yè)較多，產(chǎn)生礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題最多的礦種是煤礦，其次是灰?guī)r礦、硅石礦、建筑用砂和建筑用石料[2]。

圖1 寧夏礦山開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀分布

2 礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及空間分區(qū)方法

2.1 礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建是礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在借鑒甘肅[10]、貴州[11]、安徽[6]等指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，綜合陳橋等[12]、徐友寧等[13]對(duì)礦山綜合環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的專(zhuān)項(xiàng)成果，以地質(zhì)災(zāi)害為核心，地表直觀反映為途徑，基于系統(tǒng)性、代表性、可量化性、直觀性原則，設(shè)計(jì)了土地占?jí)?B1)、地質(zhì)災(zāi)害(B2)、環(huán)境污染(B3)、水土流失(B4)四個(gè)維度的準(zhǔn)則及對(duì)應(yīng)的16項(xiàng)指標(biāo)(表1)，以反映礦山環(huán)境質(zhì)量水平。其中，土地占?jí)豪酶骺h區(qū)“礦山、固廢堆積、開(kāi)采和中轉(zhuǎn)場(chǎng)地”的面積4項(xiàng)指標(biāo)表達(dá)，反映區(qū)域礦山開(kāi)采對(duì)土地和植被資源的占用規(guī)模及內(nèi)部結(jié)構(gòu)水平。地質(zhì)災(zāi)害方面，利用各縣區(qū)的塌陷區(qū)數(shù)量和面積表達(dá)面上問(wèn)題的嚴(yán)重程度，點(diǎn)上設(shè)計(jì)了滑坡、崩塌、泥石流3個(gè)指標(biāo)表達(dá)縣區(qū)重點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題。環(huán)境污染選擇在土壤和水體污染面積指標(biāo)的基礎(chǔ)上，由于寧夏部分煤礦區(qū)如石嘴山市、靈武市煤矸石含硫量高，其自燃和露天堆放對(duì)于大氣環(huán)境影響較大，選擇環(huán)境空氣中SO2含量表達(dá)。寧夏屬干旱半干旱區(qū)域，地表植被稀疏，表土和巖層裸露，因此，選擇了降水量、最大坡度(礦區(qū)范圍內(nèi))、侵蝕力、植被覆蓋度4項(xiàng)指標(biāo)表達(dá)地表破壞下的水土流失程度。研究表明，觀察指標(biāo)的增加本來(lái)是為了使認(rèn)識(shí)目標(biāo)趨于完整，但反過(guò)來(lái)，為使結(jié)果清晰而一味增加觀察指標(biāo)又讓評(píng)價(jià)陷入混亂[14]。因此，控制指標(biāo)規(guī)模，選擇的16項(xiàng)指標(biāo)全部可量化，力求直接和簡(jiǎn)化，避免過(guò)度關(guān)注系統(tǒng)性和全面性而破壞可操作性和代表性等問(wèn)題。

表1 寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.2 熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)方法

對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)，涉及因素眾多、層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜且包含著各種不確定性、模糊性和隨機(jī)性，因此對(duì)多層次因素的綜合以及對(duì)各類(lèi)不確定性的處理成為復(fù)雜系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵所在[15]。熵權(quán)法是把各評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息進(jìn)行量化與綜合，計(jì)算各指標(biāo)反映的信息熵，通過(guò)信息熵來(lái)確定權(quán)重的客觀賦權(quán)方法[16]。熵權(quán)法有效地避免了人為因素的干擾，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際，從而給出客觀可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。與主觀賦權(quán)法相比，通過(guò)客觀賦權(quán)法得出的權(quán)重是以實(shí)際數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行挖掘，從而找出事物間的內(nèi)在規(guī)律，更具客觀性[17]。一般來(lái)說(shuō)，若某個(gè)指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值得變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大。相反，某個(gè)指標(biāo)的信息熵越大，表明指標(biāo)值得變異程度越小，提供的信息量也越少，在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用也越小，其權(quán)重也就越小[18]?；陟貦?quán)模糊綜合評(píng)價(jià)是利用熵權(quán)替代隸屬度進(jìn)行的模糊綜合評(píng)價(jià)，利用熵權(quán)權(quán)重的客觀性與模糊評(píng)價(jià)的主觀性相整合，實(shí)現(xiàn)了二者的統(tǒng)一，更為科學(xué)地進(jìn)行目標(biāo)評(píng)價(jià)[19]。熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)步驟如下所述。

1)原始數(shù)據(jù)矩陣及其標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)指標(biāo)體系有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)、n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，得到的原始數(shù)據(jù)矩陣見(jiàn)式(1)。

(1)

之后，在對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)性質(zhì)判斷下，分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)，分別采用rij=(xij-xmin)/(xmax-xmin)、rij=(xmax-xij)/(xmax-xmin)對(duì)該矩陣標(biāo)準(zhǔn)化，形成無(wú)量綱矩陣R(式(2))。正向指標(biāo)值越大，則環(huán)境質(zhì)量越好；負(fù)向指標(biāo)值越大，則環(huán)境質(zhì)量越差。

(2)

式中：Rij為第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xij為第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)指標(biāo)的原始值；xmax為相同指標(biāo)下不同評(píng)價(jià)對(duì)象中的最大值；xmin為相同指標(biāo)下不同評(píng)價(jià)對(duì)象中的最小值。

2)定義熵。在m個(gè)指標(biāo)，n個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)問(wèn)題中，第i 個(gè)指標(biāo)的熵值定義見(jiàn)式(3)。

(3)

3)定義熵權(quán)。定義了第i 個(gè)指標(biāo)的熵值之后，可得到第i 個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)值，見(jiàn)式(4)。

(4)

4)計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。對(duì)于權(quán)重A={ω1，ω2，…ωn}與模糊關(guān)系矩陣R，計(jì)算模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)式(5)。

(5)

式中：“°”為模糊算子；Z為綜合評(píng)價(jià)值。

2.2 環(huán)境質(zhì)量空間分區(qū)方法

目前研究礦山環(huán)境質(zhì)量分級(jí)的方法主要分為“以劃分評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值等級(jí)、專(zhuān)家意見(jiàn)分級(jí)”兩類(lèi)，存在指標(biāo)值確定合理性和分級(jí)閾值主觀性等問(wèn)題，對(duì)研究區(qū)礦山環(huán)境的實(shí)際狀況的結(jié)合程度不夠，實(shí)踐指導(dǎo)性不強(qiáng)[20-21]。事實(shí)上，由于多指標(biāo)體系方法是通過(guò)指標(biāo)間相互重要性或?qū)δ繕?biāo)貢獻(xiàn)程度逐步匯總得出的值，且必須通過(guò)原始數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化，因此，最終評(píng)價(jià)值屬相對(duì)量，即最終確定的分級(jí)等次是以多目標(biāo)中的最大量和最小量為參照基準(zhǔn)的，屬相對(duì)結(jié)果，基于熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)方法也不例外，必須進(jìn)行驗(yàn)證。鑒于此，基于2010年、2013年、2014年的礦山環(huán)境質(zhì)量指數(shù)值，利用Spss22.0軟件對(duì)寧夏22個(gè)縣區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分組，進(jìn)而確定分段閾值。同時(shí)，通過(guò)對(duì)閾值所在縣區(qū)礦山環(huán)境實(shí)地踏勘，驗(yàn)證劃分的合理性后，確定分級(jí)名稱(chēng)，最終利用ArcGIS10.0制圖形成分區(qū)結(jié)果。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

土地占?jí)?、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染，以及最大坡度和植被覆蓋度的數(shù)據(jù)利用2010年、2013年、2014年三個(gè)時(shí)段的GF2、GF1、02C、ZY3、SJ9、YG14和P1等衛(wèi)星圖像提取，總面積5.18萬(wàn)km2，空間分辨率為0.5～2m，經(jīng)平面坐標(biāo)體系和高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，幾何校正，圖像鑲嵌和增強(qiáng)，在ArcGIS10.0平臺(tái)進(jìn)行信息提取、屬性錄入。2015年7～9月，進(jìn)行了外業(yè)勘查，驗(yàn)證信息提取的可靠性，共完成中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物、尾礦庫(kù)、礦山建筑等占地斑塊野外驗(yàn)證點(diǎn)410個(gè)，礦山地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境污染斑塊野外驗(yàn)證點(diǎn)33個(gè)。降水量數(shù)據(jù)主要來(lái)自《寧夏回族自治區(qū)資源環(huán)境地圖集》[22]。侵蝕力數(shù)據(jù)(侵蝕力是由降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，侵蝕力具有明顯的空間分異特征和年際變化。)基于“中國(guó)多年平均降雨侵蝕力等值線(xiàn)圖”[23]，利用ArcGIS10.0軟件空間內(nèi)插提取。各縣區(qū)環(huán)境空氣SO2含量數(shù)據(jù)來(lái)源于銀川市、石嘴山市、吳忠市、固原市、中衛(wèi)市的環(huán)境質(zhì)量年報(bào)。

3 結(jié)果及分析

3.1 環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分布

圖2 寧夏22個(gè)縣區(qū)礦山環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)值

寧夏22個(gè)縣區(qū)2010年、2013年、2014年的平均礦山環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)值差異較大(圖2)，呈“中北部整體高位且高低波峰共存、南部偏低且平緩”特征，即中北部礦山環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)于南部山區(qū)、但北部局部縣區(qū)問(wèn)題突出。首先，北部的惠農(nóng)區(qū)、大武口區(qū)及靈武市、中部的沙坡頭區(qū)礦山環(huán)境質(zhì)量最差，分別為0.4729、0.5003、0.5320、0.4893，是寧夏礦山治理的重點(diǎn)區(qū)域。經(jīng)實(shí)地踏勘，大武口區(qū)屬寧夏開(kāi)發(fā)歷史最久(超過(guò)60年)、規(guī)模最大的礦區(qū)，區(qū)內(nèi)沿賀蘭山分布有石炭井、汝芨溝等老舊礦區(qū)，煤矸石等廢棄物堆積達(dá)5697.01hm2，占礦區(qū)總面積的82.02%，地表破壞嚴(yán)重，由于坡度較大，水土流失風(fēng)險(xiǎn)大，導(dǎo)致了以上結(jié)果?；蒉r(nóng)區(qū)與大武口區(qū)同屬煤炭資源型城市石嘴山市，開(kāi)發(fā)歷史久，有石嘴山礦務(wù)局一二三礦和沙巴臺(tái)煤礦等大中型礦山，雖然進(jìn)行了塌陷區(qū)治理(治理的圖斑面積910hm2)和植被恢復(fù)[2]，但仍存在固廢占地(1605.33hm2)和中轉(zhuǎn)場(chǎng)地占地(1256.09hm2)面積大(分別占礦區(qū)總面積的46.78%、36.60%)、環(huán)境空氣中SO2含量高等問(wèn)題，礦山環(huán)境質(zhì)量低。銀川市下轄的靈武市屬新興礦區(qū)，以井工開(kāi)采為主，已經(jīng)形成了4處塌陷區(qū)(面積698.1hm2)，中轉(zhuǎn)場(chǎng)地和采場(chǎng)面積大(占礦區(qū)總面積的45.82%)，存在506.86hm2的土壤和水體污染，總體環(huán)境質(zhì)量較差。沙坡頭區(qū)地處騰格里沙漠邊緣，植被覆蓋度不足30%，礦山泥石流和崩塌災(zāi)害達(dá)6處，固體廢棄物占地(874.69hm2)為礦區(qū)總面積的52.07%，是造成環(huán)境質(zhì)量值低的主要原因。其次，介于0.6～0.7的為寧南山區(qū)的海原縣、原州區(qū)、西吉縣、彭陽(yáng)縣、隆德縣、涇源縣和中部吳忠市下轄的青銅峽縣級(jí)市，整體屬于礦山環(huán)境相對(duì)較差區(qū)域。寧南山區(qū)6縣區(qū)礦山開(kāi)采總體規(guī)模較小(總面積2273.13hm2)，環(huán)境壓力較小，但由于地處六盤(pán)山和黃土高原丘陵區(qū)，坡度較大(15～30°)，降雨量大(367.4～619.9mm)，特別是侵蝕力大(>1000MJ·mm·hm-2·h-1· a-1)，使其礦山環(huán)境質(zhì)量總體上偏低，惡化風(fēng)險(xiǎn)較大。其中，彭陽(yáng)縣分布著寧南山區(qū)最大規(guī)模的王洼煤礦和長(zhǎng)慶油田采區(qū)，已經(jīng)出現(xiàn)了32.8hm2的塌陷區(qū)、4處滑坡，使其成為7縣市中環(huán)境質(zhì)量最低的縣。青銅峽市由于礦山地表占地破壞相對(duì)較小，廢棄物堆積828.32hm2，占礦區(qū)總面積的28.61%，但土壤和水污染土地面積達(dá)525.25hm2，占礦區(qū)總面積的18.15%，礦山衍生環(huán)境破壞壓力較為突出。最后，其余11個(gè)縣區(qū)質(zhì)量值均高于0.7，其中，北部石嘴山市平羅縣、銀川市興慶區(qū)和金鳳區(qū)、吳忠市利通區(qū)礦山環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分別達(dá)到了0.9150、0.9505、0.9537、0.8669，礦山環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)。

3.2 環(huán)境質(zhì)量空間分區(qū)

圖3 寧夏22個(gè)縣區(qū)礦山環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)聚類(lèi)

利用寧夏22個(gè)縣區(qū)2010年、2013年、2014年的礦山環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)值，基于離差平方和法聚類(lèi)(圖3)，礦山環(huán)境質(zhì)量可分為“寧南山區(qū)6縣區(qū)+靈武市、惠農(nóng)區(qū)+大武口區(qū)+沙坡頭區(qū)、興慶區(qū)+金鳳區(qū)+利通區(qū)+平羅縣、永寧縣+中寧縣+紅寺堡區(qū)+鹽池縣+同心縣+賀蘭縣+西夏區(qū)+青銅峽市”4組，結(jié)合前文分析，靈武市礦山環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重且有加重趨勢(shì)，將其與寧南6縣區(qū)置于同一分組與實(shí)際存在差距，因此將其放入“惠農(nóng)區(qū)+大武口區(qū)+沙坡頭區(qū)”。青銅峽市2010年、2013年礦山環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)值分別為0.7349、0.7043，因此得到了以上聚類(lèi)分析結(jié)果。據(jù)此，按照2010年至2014年礦山環(huán)境綜合指數(shù)平均值確定閾值范圍：≤0.5320(惠農(nóng)區(qū)+大武口區(qū)+沙坡頭區(qū)+靈武市)、0.6477～0.6859(寧南山區(qū)6縣區(qū))、0.7239～0.8110(永寧縣+中寧縣+紅寺堡區(qū)+鹽池縣+同心縣+賀蘭縣+西夏區(qū)+青銅峽市)、≥0.8669(興慶區(qū)+金鳳區(qū)+利通區(qū)+平羅縣)?？梢?jiàn)，以上閾值存在不連續(xù)性，但作為指導(dǎo)礦山環(huán)境修復(fù)管理的目的，不影響其結(jié)果。楊金中等對(duì)全國(guó)各省區(qū)礦山環(huán)境遙感評(píng)價(jià)分級(jí)中，礦山數(shù)量規(guī)模小的省區(qū)內(nèi)，區(qū)域間礦山環(huán)境質(zhì)量差異較大[24]，印證了這一結(jié)果。

圖4 寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量空間分區(qū)

通過(guò)實(shí)地踏勘，依據(jù)以上閾值，各組分別按順序定義為環(huán)境質(zhì)量“嚴(yán)重區(qū)、較為嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)、良好區(qū)”。其中，嚴(yán)重區(qū)按照評(píng)價(jià)指標(biāo)體系準(zhǔn)則層含義，表達(dá)為土地占?jí)好娣e大且廢棄物占地面積大，土壤和水及環(huán)境空氣污染嚴(yán)重，地面塌陷、崩塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，水土流失壓力大。剩余級(jí)別含義依據(jù)名稱(chēng)以此類(lèi)推。2014年，寧夏礦山開(kāi)發(fā)占地總面積30433.06hm2(約占寧夏總面積5.18萬(wàn)km2的0.59%)。其中，嚴(yán)重區(qū)面積17756.9hm2，占礦山開(kāi)發(fā)總面積的58.35%；較為嚴(yán)重區(qū)面積2273.13hm2，占7.47%；一般區(qū)面積8880.29hm2，占29.18%；良好區(qū)面積1522.74hm2，占5.04%。結(jié)合空間分布可見(jiàn)(圖4)，嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)和良好區(qū)的礦山全部分布在寧夏平原經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的中北部區(qū)域，表明臨近城市產(chǎn)業(yè)區(qū)的礦山開(kāi)發(fā)規(guī)模較大，產(chǎn)生了局部環(huán)境嚴(yán)重破壞區(qū)域，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控嚴(yán)重區(qū)的礦山開(kāi)采活動(dòng)。文獻(xiàn)[2]的研究也表明“寧夏以煤炭產(chǎn)業(yè)為主的惠農(nóng)區(qū)、大武口區(qū)、靈武市，以及中部的中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)，由于開(kāi)發(fā)規(guī)模大，地面塌陷、地裂縫、泥石流、地表植被破壞和土水污染問(wèn)題突出?！?，與本研究結(jié)果一致。從全區(qū)看，在“北密南疏”基礎(chǔ)上，礦山環(huán)境質(zhì)量空間上呈“面上從北至南連續(xù)分布、點(diǎn)上四類(lèi)分區(qū)鑲嵌分布”的特征，尤其是良好區(qū)與嚴(yán)重區(qū)夾雜于其他分區(qū)之間。

4 討論及結(jié)論

1)寧夏礦山環(huán)境質(zhì)量總體特征表現(xiàn)為22個(gè)縣區(qū)間差異較大，北部?jī)?yōu)于南部山區(qū)、但北部局部縣區(qū)問(wèn)題突出。礦山環(huán)境問(wèn)題集中在北部老舊礦區(qū)集中的石嘴山市的惠農(nóng)區(qū)和大武口區(qū)、新興礦區(qū)銀川市的靈武市(縣級(jí)市)，以及中部的中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)。

2)寧夏全區(qū)可分為“嚴(yán)重區(qū)、較為嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)、良好區(qū)”四類(lèi)礦山環(huán)境區(qū)，在空間上呈“面上連續(xù)、點(diǎn)上鑲嵌”的特征，嚴(yán)重區(qū)在北部和中部均有分布，寧南山區(qū)6縣區(qū)屬較為嚴(yán)重區(qū)，均存在一定礦山環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，是礦山環(huán)境管理的重點(diǎn)區(qū)域。

3)新興礦區(qū)靈武市目前其開(kāi)采量位居寧夏首位，已經(jīng)形成了較大面積的塌陷區(qū)和環(huán)境惡化趨勢(shì)。由于其主要為井工開(kāi)采，早期地表破壞具有隱蔽性，往往在生產(chǎn)一定年限后由量變轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，出現(xiàn)更大面積的地面塌陷、水土流失、環(huán)境污染問(wèn)題。因此，未來(lái)應(yīng)關(guān)注與此類(lèi)似的新興礦山開(kāi)采進(jìn)度，持續(xù)監(jiān)測(cè)，提前預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境污染，以最大限度降低危害。

4)利用聚類(lèi)分析得出的寧夏礦山環(huán)境分級(jí)閾值存在不連續(xù)性，與以往各類(lèi)分級(jí)方法結(jié)果存在差異，推廣應(yīng)用的前提是應(yīng)加大此種方法的案例樣本，從而找出熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)值分級(jí)閾值的分布規(guī)律，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分級(jí)和推廣應(yīng)用。

[1] 宋新華.寧夏礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)布局研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2013.

[2] 閆軍，劉自增，張永庭，等.寧夏自治區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)成果報(bào)告[R].寧夏地質(zhì)調(diào)查院，2015:12-15.

[3] 鄒長(zhǎng)新，沈渭?jí)?，劉發(fā)民.礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系初探[J].中國(guó)礦業(yè)，2011，20(8)：56-59，68.

[4] 亢亢，趙曉林，高建國(guó).可拓聚類(lèi)預(yù)測(cè)在礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013(2)：111-116.

[5] 任幼蓉，吳慶璞.礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)探討[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2004，15(1)：1-4.

[6] 江松林，孫世群，王輝.安徽省礦山環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，31(1)：112-115.

[7] 趙曉亮，齊慶杰，趙國(guó)智，等.礦山環(huán)境質(zhì)量集對(duì)分析定量評(píng)價(jià)模型的建立與應(yīng)用研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28(11)：72-77.

[8] 梁峰.寧夏回族自治區(qū)鐵礦資源潛力評(píng)價(jià)報(bào)告[R].寧夏地質(zhì)調(diào)查院，2010:59-60.

[9] 陸彥俊，倪萬(wàn)魁，尚慧，等.寧夏礦山環(huán)境評(píng)價(jià)整治與監(jiān)測(cè)技術(shù)方法研究[R].寧夏國(guó)土資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院，2012.

[10] 王念秦，王永鋒，王得楷.甘肅礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)分區(qū)研究[J].水土保持研究，2009，16(5)：225-228，232.

[11] 羅炳佳，沈誠(chéng).貴州礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2013，40(1)：134-138.

[12] 陳橋，胡克，雒昆利，等.基于AHP法的礦山生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模式研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35(3)：377-383.

[13] 徐友寧，袁漢春，何芳，等.礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].地質(zhì)通報(bào)，2003(10)：829-832.

[14] 樊新剛.寧夏限制開(kāi)發(fā)生態(tài)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究[D].銀川：寧夏大學(xué)，2015.

[15] 韓英強(qiáng)，吳曉平，王甲生.一種基于熵權(quán)和經(jīng)驗(yàn)因子的模糊綜合評(píng)價(jià)方法[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2012，40(11)：105-107.

[16] 李曉雪，盧新衛(wèi).基于熵權(quán)的西安市大氣環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35(4)：195-199.

[17] 楊曉艷，魯紅英.基于模糊綜合評(píng)判的城市環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2014(S2)：143-146.

[18] 王一任.綜合評(píng)價(jià)方法若干問(wèn)題研究及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2012.

[19] Liu R，Qiang F U.Entropy weight coefficient model and its application in evaluation of groundwater vulnerability of the Sanjiang Plain[J].Journal of Northeast Agricultural University，2007，14(4)：368-373.

[20] 陸秋琴，潘長(zhǎng)波，黃光球.基于未確知屬性層次法的礦山資源環(huán)境安全評(píng)價(jià)模型[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013(1)：234-240.

[21] 何芳，徐友寧，袁漢春.礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)客觀權(quán)值確定方法探討[J].中國(guó)地質(zhì)，2008，35(2)：337-343.

[22] 孫志文，屈彥.寧夏回族自治區(qū)資源環(huán)境地圖集[M].北京：中國(guó)地圖出版社，2006：30-31.

[23] 章文波，謝云，劉寶元.中國(guó)降雨侵蝕力空間變化特征[J].山地學(xué)報(bào)，2003，21(1)：33-40.

[24] 楊金中，秦緒文，聶洪峰，等.中國(guó)礦山遙感監(jiān)測(cè)[M].北京：測(cè)繪出版社，2014：111-112.

Environmental quality characteristics and spatial division of Ningxia mines

ZHANG Yongting1，2，CHEN Jianping1，LIU Zizeng2，YAN Jun2，HUANG Tao2，YAN Jin2，F(xiàn)AN Xingang3

(1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083, China； 2.Ningxia Institute of Remote Sensing Surveying and Mapping，Yinchuan 750021，China； 3.Deparment of Social Service，Ningxia University，Yinchuan 750021，China)

Mines environment quality spatial distribution is important to government，which can provide the basis to repair and manage the mines environment of 22 counties in Ningxia province of China.Mines environment comprehensive evaluation index system was been built，include land use，geologic damage，environment pollution，water loss and soil erosion，and 16 indexs.The data was gotten by remote sensing data and mines environment statistics.Entropy weight fuzzy comprehensive method was used to evaluate the mines environmental quality，and then fuzzy clustering method by spss22.0 was used to divide the spatial partitions of mines environmental quality in Ningxia，and combined with field reconnaissance to determine result.The results show that the mines environmental quality in 22 counties is very differences.The northern part of Ningxia is generally better than the southern mountain area，but some of northern counties in Ningxia are worst.The mines environmental quality variation of 22 counties are relatively stable，and the main environmental problems are in the northern part of the old mining area of Huinong and Dawukou county，emerging mining area of Lingwu city and middle part of Ningxia i.e.Shapotou county.Then，Ningxia mines can be divided into four categories：“serious area，more serious area，general area，good area”.The distribution of mines environmental quality partitions is continuous from the province scale，but it concentrates from the counties scale.It should pay attention to the mining progress of the emerging mines，and continuously monitor on the mines environment，so as to early discovery and early management.The thresholds of categories by means of cluster analysis are discontinuity.It should increase the sample of cases，to find the threshold distribution of entropy weight fuzzy comprehensive evaluation value，so as to realize the continuous grading.

mine environmental quality；spatial division；entropy weight；fuzzy comprehensive evaluation；Ningxia

2016-07-14

全國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)子項(xiàng)目“寧夏自治區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)”資助(編號(hào)：1210115061301)

張永庭(1975-)，男，寧夏平羅縣人，博士研究生，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事資源環(huán)境遙感研究，E-mail：fanxg@nxu.edu.cn。

簡(jiǎn)介：陳建平(1959-)，男，福建閩候人，博士后，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、遙感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究，E-mail：516948563@qq.com。

X321

A

1004-4051(2017)01-0049-06