陳鵬宇,高 清,黃治化

(內江師范學院 地理與資源科學學院, 四川 內江市 641100)

0 引 言

礦產(chǎn)資源是重要的非可再生資源,是國家經(jīng)濟建設必須的物質基礎,其開發(fā)程度關系到國民經(jīng)濟長期穩(wěn)定發(fā)展和國家安全。作為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè),礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的作用。四川省幅員遼闊,成礦地質條件優(yōu)越,是我國礦產(chǎn)資源種類齊全、資源較豐富的省份之一[1]。截止2015年,四川省有32種礦產(chǎn)基礎儲量居全國前5位,其中天然氣、原生鈦鐵礦、釩礦、硫鐵礦等7種礦產(chǎn)居全國第一位,占全國比例分別為24．4%,89．4%,62．4%,29．0%。采礦業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值已占全省工業(yè)總產(chǎn)值近7%,礦業(yè)經(jīng)濟已經(jīng)成為四川省社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。與此同時,礦產(chǎn)資源的長期開發(fā)累積了大量的地質環(huán)境問題,礦業(yè)開發(fā)區(qū)的崩塌、滑坡和泥石流等地質災害問題突出,嚴重制約了社會經(jīng)濟和地質環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)會誘發(fā)地質災害問題,而地質災害發(fā)育的地區(qū)又不利于礦產(chǎn)資源的開發(fā)。因此,有必要對礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害之間的耦合關系進行研究,以實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境保護的健康協(xié)調發(fā)展。

針對礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害之間的矛盾,許多學者就此開展了相關研究。何芳等[4]按不同省區(qū)市、不同地質環(huán)境背景區(qū)、不同類型礦產(chǎn)、不同規(guī)模的礦山、不同開采方式,簡述了中國礦業(yè)開發(fā)引發(fā)的地質災害的時空分布特征和危害。張賢平等[5]從土地、水體、大氣、固體廢渣、地質災害等5方面論述了礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響的嚴重性。王旭等[6]對青藏高原礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展進行了探討。李富程等[7]對四川省各類礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的地質災害問題進行了評價和排序。本文則針對四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的耦合協(xié)調關系,在建立四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害評價體系的基礎上,構建耦合協(xié)調度模型和地質環(huán)境壓力指數(shù),對四川省2006~2015年礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的耦合協(xié)調關系進行研究,以期為促進四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

針對四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害的特點,構建礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害的指標體系如表1所示。其中,礦產(chǎn)資源開發(fā)指標體系包括投資強度、產(chǎn)業(yè)規(guī)模和經(jīng)濟效益3個方面,以固定資產(chǎn)投資和就業(yè)人數(shù)表征投資強度;以工業(yè)總產(chǎn)值和總資產(chǎn)表征產(chǎn)業(yè)規(guī)模;以總資產(chǎn)貢獻率和工業(yè)成本費用利潤率表征經(jīng)濟效益。地質災害指標體系包括地質災害發(fā)生情況、地質災害損失和地質災害防治3個方面。參考韓笑等[8]的研究,以地質災害發(fā)生的次數(shù)表征地質災害發(fā)生情況;以地質災害造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失表征地質災害損失情況;以地質災害防治項目數(shù)和防治投資表征地質災害防治情況。

本文選取四川省2006~2015十年間的數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》(2007~2016)、《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》(2007~2016)和《四川統(tǒng)計年鑒》(2007~2016)。其中,由于2014年四川省地質災害相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失,未作分析,具體數(shù)據(jù)見表2。

表1 礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害指標體系

表2 四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害數(shù)據(jù)

2 研究方法

2．1 數(shù)據(jù)標準化處理和權重確定

由于各指標的數(shù)量級和量綱不同,需要對數(shù)據(jù)進行標準化處理,計算公式為:

式中,xij為第i個評價時間第j個評價指標的原始值,i＝2006,2007,…,2015,j＝1,2,…,n,對于礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng),n＝6,對于地質災害系統(tǒng),n＝5;zij為標準化的指標值。

數(shù)據(jù)標準化后確定指標權重。本文采用客觀賦權法計算各個指標權重。常用的客觀賦權法有熵權法[8]、離差系數(shù)法[9]等。本文以離差系數(shù)法計算指標權重,計算各指標標準化后數(shù)據(jù)的標準差,再除以均值后即為離差系數(shù),計算公式為:

式中,Vj為第j個評價指標的離差系數(shù);δj為第j個評價指標的標準差;z-j為第j個評價指標的平均值。

根據(jù)各指標的離差系數(shù)即可按式(4)確定權重,各指標權重計算結果見表1。

式中,Wj為第j個評價指標的權重。

2．2 耦合協(xié)調度模型

首先,計算礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù),采用線性加權求和法,計算公式為:

式中,U為綜合發(fā)展指數(shù)。

礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)越大,表示礦產(chǎn)資源的開發(fā)強度越大;地質災害系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)越大,表示地質災害系統(tǒng)越穩(wěn)定,地質災害的威脅越小。

然后,計算礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合度。耦合度是指2個或2個以上系統(tǒng)或要素之間相互影響、相互依賴的程度。目前的耦合度計算模型大都借鑒物理學中的容量耦合概念建立起來的[10-12]。丁瑩[13]以變異系數(shù)表示2個系統(tǒng)之間的耦合度,建立了如下的耦合度計算公式:

式中,C為耦合度;U x()為礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù);U y()為地質災害系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù);k為調節(jié)系數(shù),通常2≤k≤5,本文取k＝5。

耦合度C反映了礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合度,其取值范圍介于0~1之間。耦合度C越大表示礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合關系越好,反之,則表示耦合關系越差。當C＝0時,表示礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)不存在耦合關系;當C＝1時,表示礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)達到最佳耦合協(xié)調狀態(tài)。耦合關系具體可分為以下4類[13]:

(1)0≤C≤0．3時,表示低水平耦合階段;

(2)0．3＜C≤0．5時,表示拮抗階段;

(3)0．5＜C≤0．8時,表示磨合-良性耦合階段;

(4)0．8＜C≤1．0時,表示高度耦合階段。

最后,計算礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合協(xié)調度:

式中,D為耦合協(xié)調度;T為礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的綜合評價指數(shù),它反映兩者的整體協(xié)同效應或貢獻;α、β為待定系數(shù),認為礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的重要性程度一致,取α＝β＝0．5。

耦合協(xié)調度D的取值范圍介于0~1之間,具體可分為4個等級[14]:

(1)D＜0．3為非協(xié)調狀態(tài);

(2)0．3≤D＜0．5為低度協(xié)調;

(3)0．5≤D＜0．7為中度協(xié)調;

(4)D≥0．7為高度協(xié)調。

耦合協(xié)調度模型可以評價礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害之間的耦合協(xié)調發(fā)展水平,但卻不能評價兩者之間的相對發(fā)展狀況。當?shù)V產(chǎn)資源開發(fā)強度過大必然會給地質環(huán)境帶來壓力,本文以礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害之間的相對發(fā)展狀況來衡量地質環(huán)境壓力。以壓力指數(shù)E表示地質環(huán)境壓力,具體計算公式如下:

具體可劃分為3個等級:

(1)當0＜E≤0．8時,表示地質環(huán)境壓力小;

(2)當0．8＜E＜1．2時,表示地質環(huán)境壓力適中;

(3)當E≥1．2時,表示地質環(huán)境壓力大。

3 結果與分析

3．1 礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害測度及評價

根據(jù)式(5)計算得出四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害綜合發(fā)展指數(shù)如表3所示。從表3和圖1的結果可以看出:

表3 礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害綜合發(fā)展指數(shù)

圖1 礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害綜合發(fā)展指數(shù)動態(tài)變化

(1)礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合發(fā)展指數(shù)在波動中變化,在2012年前總體呈上升趨勢,在2012年達到峰值,隨后快速下降,保持在0．4~0．5的水平;

(2)地質災害綜合發(fā)展指數(shù)同樣在波動中變化,呈現(xiàn)出2個倒U型組成的曲線,其中,2007年、2012年為谷值,2010年為峰值;

(3)地質災害綜合發(fā)展指數(shù)的谷值對應于礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合發(fā)展指數(shù)的峰值,說明礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)會惡化地質環(huán)境,造成地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

3．2 耦合協(xié)調度分析

根據(jù)式(8)計算得出2006~2015年四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和地質災害系統(tǒng)的耦合協(xié)調度如表4所示。從表4中的結果可以發(fā)現(xiàn):

(1)從耦合度來看,礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合關系經(jīng)歷了多期發(fā)展。在2006年,礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和地質災害系統(tǒng)之間屬于高度耦合階段。但在2007年,由于礦產(chǎn)資源開發(fā)強度增大,且當年地質災害的發(fā)生和損失情況急劇增大,導致當年礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和地質災害系統(tǒng)的耦合關系退后為低水平耦合階段。在2007~2011年,雖然礦產(chǎn)資源的開發(fā)強度有所增大,但是四川省對地質災害防治的投入出現(xiàn)了較大幅度的增長,導致礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和地質災害系統(tǒng)的耦合關系由低水平耦合階段逐漸演變?yōu)楦叨锐詈想A段。在2012年礦產(chǎn)資源開發(fā)強度達到峰值,地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低到谷值,2個系統(tǒng)之間的耦合關系退后為拮抗階段。2013年礦產(chǎn)資源開發(fā)強度出現(xiàn)大幅度降低,2個系統(tǒng)之間的耦合關系又恢復到高度耦合階段。隨著地質災害系統(tǒng)穩(wěn)定性地增加,在2015年2個系統(tǒng)之間的耦合關系又退后到磨合-良性耦合階段。

表4 四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的耦合協(xié)調發(fā)展狀況

(2)從耦合協(xié)調發(fā)展水平和地質環(huán)境壓力來看,礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)的耦合協(xié)調度大致經(jīng)歷了3個階段。第一階段為2006年的高度協(xié)調階段,此階段礦產(chǎn)資源開發(fā)給地質環(huán)境帶來的壓力小;第二階段為2007~2011年的非協(xié)調-中度協(xié)調階段,在此階段礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性總體呈現(xiàn)增強趨勢,地質環(huán)境壓力處于適中-大;第三階段為2012~2015年的低度協(xié)調-高度協(xié)調階段,在此階段礦產(chǎn)資源開發(fā)強度經(jīng)歷了從峰值到急劇降低的階段,而地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性快速增大,地質環(huán)境壓力從大降低到小。

雖然經(jīng)歷了多期的波動發(fā)展,但目前四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的關系朝著良性趨勢發(fā)展,礦產(chǎn)資源開發(fā)強度逐漸趨于穩(wěn)定,地質災害系統(tǒng)穩(wěn)定性增強,地質環(huán)境壓力小。為保障礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調發(fā)展,應制定合理的礦產(chǎn)資源規(guī)劃,有計劃、適當?shù)貙Φ刭|環(huán)境進行開發(fā),加強對地質環(huán)境的保護和恢復,以提高地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使其與礦產(chǎn)資源開發(fā)相協(xié)調。

4 結 論

本文針對四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害的特點,構建了礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害的指標體系,并對四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和地質災害系統(tǒng)進行測度和評價,應用礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的耦合協(xié)調度模型和地質環(huán)境壓力指數(shù),對四川省2006~2015年礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質災害的耦合協(xié)調關系進行研究,結論如下:

(1)近10年來,四川省的礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質災害綜合發(fā)展指數(shù)在波動中變化,礦產(chǎn)資源開發(fā)強度現(xiàn)逐漸趨于穩(wěn)定,地質災害綜合發(fā)展指數(shù)總體呈現(xiàn)增大趨勢,現(xiàn)處于較高水平。

(2)四川省礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與地質災害系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調關系向著良好態(tài)勢發(fā)展,目前處于高度協(xié)調階段,地質環(huán)境壓力小。

(3)為保障礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調發(fā)展,應制定合理的礦產(chǎn)資源規(guī)劃,有計劃、適當?shù)貙Φ刭|環(huán)境進行開發(fā),加強對地質環(huán)境的保護和恢復,以提高地質災害系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使其與礦產(chǎn)資源開發(fā)相協(xié)調。