王昊 汪潔 李浩 李丹 劉雪 宋伊圩

摘要：本文利用模糊層次分析法構(gòu)建了區(qū)域發(fā)展與環(huán)境壓力的評價模型，并利用多期遙感影像，結(jié)合社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對新疆某銅鎳礦區(qū)開展了動態(tài)評價工作。文中選用了區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力兩個主要評價因子，結(jié)合子因子的評價標(biāo)準(zhǔn)，采用隸屬函數(shù)確定各個子因子的評級標(biāo)準(zhǔn)。評價結(jié)果表明：1）該礦山的評價得分不斷降低，礦山開發(fā)的破壞作用對評價結(jié)果仍占主導(dǎo)地位；2）該礦山開發(fā)的經(jīng)濟效益與區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力密切相關(guān)，當(dāng)?shù)V山效益增長會促進區(qū)域發(fā)展；礦業(yè)市場不景氣時，公司無暇顧及區(qū)域發(fā)展，會進一步對環(huán)境施壓，謀取利益。

關(guān)鍵詞：遙感調(diào)查；礦山；模糊層次分析法；綜合評價

中圖分類號：X822 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0007-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.003

Abstract： This paper uses the fuzzy analytic hierarchy process to construct the evaluation model of regional development and environmental pressure and multiphase remote sensing image， combined with social and economic statistical data， a copper and nickel mines in Xinjiang was carried out by dynamic evaluation. In this paper， regional development and environmental pressure are selected as the two main evaluation factors， and the evaluation criteria of sub-factors are used to determine the rating criteria of each sub-factor. The evaluation results show that： 1） the evaluation score of the mine is decreasing continuously， and the damage effect of mine development still dominates the evaluation result. 2） the economic benefits of the mine development are closely related to regional development and environmental pressure， and the growth of mining benefits will promote regional development； When the mining market is depressed， the company has no time to take into account the development of the region， which will further pressure the environment and seek profits.

Key words： Remote sensing survey； Mine； Fuzzy analytic hierarchy process； overall merit

礦產(chǎn)資源是支撐我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是促進人類社會進步，保障人們生產(chǎn)生活及社會可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。礦山開發(fā)作為區(qū)域發(fā)展的一把雙刃劍，其兩面性影響逐漸顯露出來：礦山開發(fā)往往會伴隨土地壓占或損毀、廢棄廢水廢渣等排放以及地質(zhì)災(zāi)害（隱患）等諸多不利影響，而隨著礦山企業(yè)的發(fā)展，其在為國家提供礦產(chǎn)資源、為地方提供經(jīng)濟效益的同時，也能夠?qū)^(qū)域的發(fā)展起到一定的促進作用[2]。本研究以新疆某合法在采銅鎳礦山為例，將經(jīng)濟發(fā)展、社會影響以及環(huán)境保護等綜合效益均列入評價體系，通過指數(shù)評價法從地質(zhì)環(huán)境壓力、區(qū)域發(fā)展建設(shè)方面對該礦區(qū)進行多年度動態(tài)綜合評價。

1 礦山綜合評價模型

目前，對礦山環(huán)境地質(zhì)問題的評價，國內(nèi)外常用的環(huán)境評價方法主要有熵權(quán)法、因子分析法、模糊數(shù)學(xué)法和模糊層析分析法等[3]。根據(jù)礦山環(huán)境評價目標(biāo)，綜合各評價方法側(cè)重內(nèi)容，比較各種評級模型的優(yōu)劣勢，最終選取模糊層次分析法[4]。其結(jié)合了層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法的優(yōu)點。改進了層次分析結(jié)果主觀性影響較大的問題，剔除了模糊數(shù)學(xué)法結(jié)果存在大量重復(fù)信息的問題，提高了最終結(jié)果的可靠性[5]。

為了避免人為主觀性太強從而影響最終的評價結(jié)果[6]，建立評價因子的優(yōu)先關(guān)系矩陣U：

評價因子記為a1（i=1，2，3，…，n），所有評價因子的集合則為A={a1，a2，…，an}。根據(jù)評價因子的重要程度，首先構(gòu)建評價因子的優(yōu)先關(guān)系矩陣U。之后構(gòu)建模糊判斷矩陣R：

2 礦山綜合評價因子分級標(biāo)準(zhǔn)

本次分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合《礦山環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)指南》中評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定對區(qū)域社會、生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境正面和負面的2個亞目標(biāo)層，結(jié)合研究區(qū)的具體情況，每個亞目標(biāo)層包括數(shù)個指標(biāo)層，即數(shù)個評價因子[7]。每個評價因子都有其獨特性，為了進行統(tǒng)一評價，須將評價因子的結(jié)果對應(yīng)其標(biāo)準(zhǔn)化為無量綱數(shù)值，最后將各個評價因子的無量綱數(shù)值以一定的比例相加得到礦區(qū)的整體評價結(jié)果[8]。每個評價因子都有優(yōu)、差兩個極端，根據(jù)每個評價因子的特殊性分別建立模糊隸屬函數(shù)[9]，如遇無法量化的因子時設(shè)每個評價因子最優(yōu)時的無量綱化數(shù)值為0.83，最差時的無量綱化數(shù)值為0.16，所以當(dāng)評價結(jié)果接近1時說明礦山環(huán)境評價結(jié)果較好，反之較差。

該礦區(qū)位于縣城東南35km處，礦區(qū)主體位置原為草地，尾礦庫坐落于礦區(qū)主體南側(cè)約2.3km一處干涸河床內(nèi)。通過前期資料調(diào)查和2016年實地走訪，礦區(qū)西北部已發(fā)展為擁有職工居民樓、教育、醫(yī)療、體育場等基礎(chǔ)設(shè)施的完善而獨立的較成熟綜合社區(qū)。礦區(qū)東南部為中轉(zhuǎn)場地、固體廢棄物堆積地、礦山建筑、冶煉廠等，該礦山為地下開采，無露天開采面。礦區(qū)內(nèi)主干道和西南側(cè)職工住宅區(qū)有相當(dāng)程度的綠化，東南側(cè)礦業(yè)活動區(qū)內(nèi)部植被較少，外部多為當(dāng)?shù)啬撩癫輬?。該地區(qū)屬大陸性寒溫帶干旱氣候，冬季嚴(yán)寒漫長、夏季炎熱，日照充足，因此該地區(qū)年降水量小而年蒸發(fā)量大，總體氣候干燥，礦山開發(fā)造成的地表水和地下水污染幾率小，受干燥少雨的氣候的影響，冶煉廠、固體廢棄物堆和中轉(zhuǎn)過程則易對周圍草場和牧民造成粉塵污染。

結(jié)合上述實地調(diào)查情況，本次研究建立如下準(zhǔn)則：區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力。①區(qū)域發(fā)展包括人文建設(shè)（即礦區(qū)內(nèi)的學(xué)校、廣場、文化娛樂設(shè)施）和植被活力指數(shù)（礦區(qū)外草地和礦區(qū)內(nèi)綠化情況）兩個方面；②環(huán)境壓力包括工礦壓占損毀土地（中轉(zhuǎn)場地、固體廢棄物對、尾礦庫、礦山建筑等）、開采強度（該礦山為地下開采，無露天開采面，因此已出礦量代表其開采強度）、環(huán)境污染（主要為粉塵污染）。

具體如下圖所示：

2.1 區(qū)域發(fā)展

人文建設(shè)以建設(shè)面積評價其優(yōu)差，但人文建設(shè)面積處于兩者之間時，優(yōu)、差的評斷是模糊的[10]。我們評價時總希望給出具體的數(shù)值去表征其好壞，根據(jù)人們對事物判斷的概率規(guī)律，可以構(gòu)建以正態(tài)分布為基礎(chǔ)的隸屬函數(shù)，本文以人文建設(shè)面積為零時隸屬環(huán)境最差的得分為0，當(dāng)人文建設(shè)面積增加時，隸屬度得分逐漸增高，當(dāng)人文面積為100%時，得分為1。根據(jù)本文的設(shè)定條件可以得出人文建設(shè)隸屬度公式如下：

（2-1）

植被活力指數(shù)以NDVI指數(shù)度量其優(yōu)差[11]。植被覆蓋度在不同的生態(tài)環(huán)境各有差異，如森林的覆蓋度很高，即使覆蓋度低的森林也要比荒漠的植被覆蓋度高。所以在評價區(qū)域覆蓋度得分時，要根據(jù)具體區(qū)域而定。本研究區(qū)屬土礫質(zhì)荒漠植被類型[12]，根據(jù)中國荒漠化防治報告提出的風(fēng)蝕荒漠化評價分級閾值：低植被覆蓋度（0

2.2環(huán)境壓力

礦業(yè)活動產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題和產(chǎn)生的破壞種類有很多，例如：礦石、廢渣等固體廢棄物中含酸性、堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過地表水徑流、大氣飄塵，污染周圍的土地、水體和大氣，其影響面將遠超廢棄物堆積地域和空間[13]。礦山開發(fā)環(huán)境遭到破壞后，需花費大量人力、物力、財力在經(jīng)過長時間的治理才能恢復(fù)，且很難恢復(fù)到原有水平，該礦區(qū)以廢氣污染為主。根據(jù)開采規(guī)模，該礦山為大型礦山，開采活動一直非常頻繁，為了更好地評價開采活動對研究區(qū)環(huán)境造成的破壞，本文將從礦山開采強度、環(huán)境污染以及工礦壓占損毀土地等方面進行評價。

為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)需將開采強度做歸一化處理，開采強度隸屬度公式如下：

環(huán)境污染以標(biāo)準(zhǔn)限值為基準(zhǔn)，超標(biāo)時評價最差的分為0，其余情況見公式：

對于工礦壓占損毀土地共有兩個極端，當(dāng)工礦占地面積達到所屬區(qū)域100%時，開發(fā)環(huán)境為最差；當(dāng)沒有工礦占地時，開發(fā)環(huán)境為最好。但開發(fā)占地面積處于兩者之間時，好和差的評斷是模糊的。我們評價時總希望給出具體的數(shù)值去表征其好壞，根據(jù)人們對事物判斷的概率規(guī)律，可以構(gòu)建以正態(tài)分布為基礎(chǔ)的隸屬函數(shù)，本文以工礦占地面積為零時隸屬開發(fā)環(huán)境最優(yōu)的得分為1，當(dāng)工礦占地面積增加時，隸屬度得分逐漸降低，當(dāng)工礦占地面積為100%時，得分為0。根據(jù)本文的設(shè)定條件可以得出開發(fā)占地隸屬度公式為：

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查

該評價內(nèi)的人文建設(shè)、植被活力和工礦壓占損毀土地等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過2008-2016年遙感影像室內(nèi)解譯獲得，包括了LandSat7、LandSat8、YG2、GF1、ZY3和02C等國內(nèi)外多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)。開采強度和環(huán)境污染情況主要參考了礦山企業(yè)2008-2016年年度業(yè)績報告、新疆維吾爾自治區(qū)國控企業(yè)污染源廢氣、廢水監(jiān)督性季度監(jiān)測結(jié)果、國控重點源監(jiān)督性監(jiān)測工作簡報等相關(guān)資料。

3.1 區(qū)域發(fā)展

區(qū)域人文建設(shè)面積自2008年的約14公頃增至2016年的33公頃，植被覆蓋面積由29公頃增至43公頃，整體呈正面發(fā)展趨勢。

3.2 環(huán)境壓力

工礦壓占損毀土地面積在2008-2013年持續(xù)上升，2013-2015年呈下降趨勢，主要為尾礦面積縮減，經(jīng)查該礦山企業(yè)同期對選礦產(chǎn)生的尾礦進行了分級處理，對已存的尾礦庫及廢料進行了整治，采礦廢石經(jīng)破碎處理后用于采礦井下充填和鋪設(shè)道路，剩余廢棄物堆存于專設(shè)的廢石堆場，冶煉產(chǎn)生的固體廢渣提供給周邊水泥廠用作生產(chǎn)高質(zhì)量水泥的原料，但2016年工礦占地有所回升；礦山開采強度持續(xù)提升，尤其在2010年之后提升明顯；2008-2016年廢水和二氧化硫、固體顆粒等廢氣排放總體達標(biāo)，僅2016年廢氣超標(biāo)，其中二氧化硫超標(biāo)0.15倍，排放量為460mg/m3，顆粒物超標(biāo)0.28倍，排放量為64 mg/m3；環(huán)境壓力相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果如圖3。

4 評價結(jié)果與分析

4.1 評價結(jié)果

通過模糊層次分析法確定兩指標(biāo)權(quán)重分別為0.56、0.44，區(qū)域發(fā)展整體得分公式如下：

A=0.56A1+0.44A2

環(huán)境壓力整體得分公式如下：

B=0.28 B1+0.33 B2+0.39 B3

最終評價結(jié)果如下表1，區(qū)域評價結(jié)果見圖4.。

4.2 評價結(jié)果分析

綜上所述：①該評價模型和方法創(chuàng)新性的將礦山區(qū)域作為一個整體，引入了礦山開發(fā)對區(qū)域的正、負兩方面影響，其評價結(jié)果更全面，更能體現(xiàn)礦山企業(yè)對一定區(qū)域的綜合影響；得出的礦山開發(fā)區(qū)位效應(yīng)評價結(jié)果能夠更直觀地反映礦山企業(yè)內(nèi)不同職能、不同區(qū)位的影響效應(yīng)；②隨著礦山企業(yè)規(guī)模發(fā)展，其造成的嚴(yán)重影響區(qū)得到控制，較好影響區(qū)逐漸擴大并保持，尤其在2010年前后國家政府相關(guān)部門對環(huán)境問題逐漸重視，該礦區(qū)內(nèi)積極的社區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，地面植被和綠化情況得到改善；③礦山開發(fā)對區(qū)域的整體影響仍以負面為主，尤其在礦山企業(yè)經(jīng)營狀況發(fā)生較大改變的時期，受企業(yè)成本和收益的直接影響，當(dāng)企業(yè)經(jīng)濟狀況下滑時，負面影響的比重也相應(yīng)增大。以下圖5為例，礦山濟效益持續(xù)下滑，其總評分也相應(yīng)迅速下降，如II、IV階段；而經(jīng)濟效益上升時，其總評分下降速度也相應(yīng)放緩，如I、III階段。因此，礦山企業(yè)經(jīng)濟不景氣時，應(yīng)是政府部門對礦山地質(zhì)環(huán)境的重點觀察期。

圖5 礦山企業(yè)經(jīng)濟狀況與開發(fā)效益總評分年度變化示意圖

該模型能夠為未來礦山地質(zhì)環(huán)境保護工作的重點位置、主要時間提供參考作用，但該評價模型也有一定的不足和局限性。首先，該評價模型覆蓋的因子還不夠全面，如區(qū)域發(fā)展中未考慮提供的當(dāng)?shù)厝丝诰蜆I(yè)數(shù)量、上繳稅收、交通和技術(shù)提升等因子；其次，該評價所選礦山為大型合法金屬礦山，其開發(fā)時間長、規(guī)模大、社區(qū)體系發(fā)展完善，而多數(shù)小型、短期開采礦山工作人員少、設(shè)備簡單、開采手段粗放，對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境多以負面影響為主，很難確定區(qū)域發(fā)展因子。

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收稿日期：2018-04-12

作者簡介：王昊（1985-），男，碩士，工程師，研究方向為遙感地質(zhì)等。