周廷強

（重慶三峽學院土木工程學院，重慶404100）

近年來，伴隨著礦山高強度開采活動，礦區(qū)及周邊地質環(huán)境問題越發(fā)突出［1-2］。對礦區(qū)地質環(huán)境進行準確評價，對于高效開展礦區(qū)地質環(huán)境治理工作，實現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展大有裨益。目前，適用于礦區(qū)地質環(huán)境評價的方法主要有模糊數(shù)學法、可拓集合法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡法、灰色系統(tǒng)綜合指數(shù)法等［3］。盡管各類方法在具體實踐中取得了一定的效果，但大多未考慮相同指標的不同取值對整個評價體系的影響程度［4］。如模糊數(shù)學法［4-6］、神經(jīng)網(wǎng)絡法［7-8］，兩者可從主觀或客觀上評價不同指標對礦區(qū)地質環(huán)境的影響，但無法定量分析相同指標的不同取值對礦區(qū)地質環(huán)境的影響，從而導致評價結果無法進行準確分級。此外，若采用模糊綜合指數(shù)法［9］進行地質環(huán)境評價，計算過程較復雜，當選取不同的評價指標時，則需重新調整運算程序及相關的隸屬度函數(shù)關系式等。

礦區(qū)地質環(huán)境評價是一個多屬性集合體，評價指標不同，對礦區(qū)地質環(huán)境的影響權重也不相同［10］。采用變權歐氏距離評價模型可結合礦區(qū)地質環(huán)境特征對各評價指標權值進行規(guī)范化處理，獲得地質環(huán)境評價的變權歐氏距離，可有效避免評價指標數(shù)值變化對評價結果的影響［11］；此外，該模型通過構建歐氏空間以及進行坐標變換降低了計算復雜度［12］。為此，本研究以安徽某金屬礦區(qū)為例，通過構建變權歐氏距離模型對該礦區(qū)地質環(huán)境進行評價。

1 礦區(qū)概況

安徽某金屬礦區(qū)受燕山期構造活動的影響，礦區(qū)內分布有霏細巖和斑狀結構的霏細斑巖，節(jié)理裂隙極發(fā)育。斑巖基質由斜長石、石英、黑云母組成，斑晶以斜長石為主。礦區(qū)東南側圍巖中伴隨有較弱的熱變質作用，形成了角巖、大理巖。根據(jù)現(xiàn)場調查以及相關資料統(tǒng)計，由礦區(qū)開采導致的地表變形有435處，出現(xiàn)坍塌32處，以中小型為主，呈階梯狀、波浪狀坍塌，產(chǎn)生地表裂縫63條，主要表現(xiàn)為邊緣拉張裂縫和不規(guī)則裂縫群。礦區(qū)開采塌陷導致淺層地下水被破壞，對礦區(qū)周邊居民飲用水供應有一定的影響。

2 變權歐氏距離評價模型

采用變權歐氏距離模型對礦區(qū)地質環(huán)境進行綜合評價的基本思路為選定待評價單元，根據(jù)影響因子估測值計算其權重，由于影響因子的估測值不同，相應的權重也存在差異，故稱之為“變權”。通常以各影響因子為坐標系建立n維空間，以相關標準中的第I級標準值作為坐標原點，結合各影響因子的權重系數(shù)計算評價單元中不同等級因子與原點的變權歐氏距離，并將該距離值作為評價礦區(qū)地質環(huán)境等級的依據(jù)。具體步驟如下：

（1）構建歐氏空間。設評價樣本C=Cij，（i（1，2，3…，m）為待評價單元；j（1，2，3…，n）為影響因子；實測值樣本矩陣Cij為第i個待評價單元中第j個影響因子的實測值）。設k（1，2，3…，k）為礦區(qū)地質環(huán)境評價等級（本研究k=4），則由n個影響因子構成的l級標準矩陣為B，其中bjk為第k個等級第 j個影響因子的標準值。

（2）空間坐標轉換。將矩陣B的第I等級極限值作為空間坐標原點，按下式對矩陣C和B進行空間坐標系轉換：

式中，cij為第i個評價單元下第 j個影響因子的實測值；bj1、bj4分別為第1個等級和第4個等級第 j個影響因子的標準值；空間坐標轉化后的影響因子取值。

（3）確定權重。根據(jù)各影響因子的環(huán)境貢獻率，按下式計算指標權重：

式中：ωij為第i個評價單元中第 j個影響因子的環(huán)境貢獻率權重值，該值越大，則表明相應影響因子對于地質環(huán)境的影響越大；cijbi1為環(huán)境貢獻因子的超標量。

（4）變權歐氏距離確定。分別利用ωij計算第i個評價單元轉化坐標和第k個評價等級坐標與原點的變權歐氏距離，計算公式為

式中，δi為第i個評價單元的變權歐氏距離；Δik為第k個等級坐標的變權歐氏距離；當0≤Δik≤1，可將δi與Δik進行比較，確定第i個評價單元的地質環(huán)境評價等級。

（5）地 質 環(huán)境 綜 合 評 價 。 當 δi≤1 時 ，若Δik≤δi≤Δik+1，則地質環(huán)境的綜合評價等級可按下式確定：

式中，k為待評價單元的地質環(huán)境等級。

3 評價結果

本研究結合礦區(qū)地質調查結果，選定礦區(qū)植被覆蓋率（B1）、礦塵爆炸指數(shù)（B2）、固廢利用率（B3）、廢氣利用率（B4）、地面塌陷面積與開采面積比值（B5）、土地恢復治理率（B6）、廢水利用率（B7）以及土地污染率（B8）作為安徽某金屬礦區(qū)地質環(huán)境評價指標。各指標分級標準見表1，I、II、III、IV級分別表示差、較差、較好、好。

根據(jù)式（1），對表1數(shù)據(jù)進行坐標轉換，獲得轉換后的地質環(huán)境評價標準值見表2。

根據(jù)礦區(qū)2017年1—10月各指標監(jiān)測值（表3），通過式（2）計算的各指標對應的權重值見表4。

結合表4，根據(jù)式（3）計算待評價單元與I級地質環(huán)境評價標準的變權歐氏距離，通過式（4）進行地質環(huán)境綜合評價，并與模糊綜合指數(shù)法與灰色聚類法進行比較，結果見表5。分析表5可知：總體上礦區(qū)2017年全年僅4、7、8、10月的地質環(huán)境等級為III級（較好），總體上地質環(huán)境等級為II級（較差），與模糊綜合指數(shù)法以及灰色聚類法的評價結果基本一致，表明礦區(qū)地質環(huán)境問題較嚴重，地面塌陷面積與開采面積比值和土地恢復治理率為該礦區(qū)地質環(huán)境質量的主要影響因素，有必要采取相應措施進行治理。

4 結語

結合安徽某金屬礦區(qū)地質調查及野外實測數(shù)據(jù)，構建了基于變權歐氏距離的礦區(qū)地質環(huán)境評價模型，獲得了不同的評價指標對于礦區(qū)地質環(huán)境的影響權重，認為該礦區(qū)地質環(huán)境質量等級為II級（較差），有必要進一步采取措施進行治理。