李雪宇，文武飛

文章編號：1672-5603（2020）02-49-6

摘 要 文章主要是在綜合調(diào)查研究湘潭市雨湖、岳塘區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，應用層次分析法（AHP）和GIS技術(shù)確定評價因子權(quán)重值和網(wǎng)格化分析，結(jié)合自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)的實際情況建立礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評價體系，根據(jù)評價結(jié)果，將區(qū)內(nèi)因礦業(yè)活動造成的影響分為嚴重、較重及較輕3個等級，較客觀真實地反映礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，為礦山生態(tài)修復提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雨湖、岳塘區(qū);層次分析法;GIS;礦山地質(zhì)環(huán)境

中圖分類號： X821 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Comprehensive Impact Assessment of Mine Geological Environment Based on AHP and GIS

—A Case Study of Yuhu and Yuetang Districts in Xiangtan

Li Xueyu ， Wen Wufei

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： The article mainly determined weighted values of evaluation factors and meshing analysis with AHP （Analytic Hierarchy Process） and GIS （Geographic Information System） baed on the comprehensive study concerning the mine geological environment in Yuhu and Yuetang Districts， Xiangtan. Meanwhile， a comprehensive assessment system of mine geological environment was established in conjunction with physical geography and fundamental geology. Then， the impact caused by mining activities in the district can be classified into severe， mild， and slight according to assessed achievements. The system can truly reflect the current status of the mine geological environment， providing a scientific proof for restoring mine ecology.

Keywords： Yuhu and Yuetang Districts; AHP; GIS; mine geological environment

0 前言

近年來，隨著“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念不斷深入，湘潭市礦業(yè)結(jié)構(gòu)大幅優(yōu)化，“小、散、亂、污”礦山有序退出。如何科學合理準確地評價礦業(yè)活動對環(huán)境的影響程度及范圍，是礦山進行生態(tài)修復的關(guān)鍵，也是礦山地質(zhì)環(huán)境研究的一個重大課題。本文將層次分析法（AHP）和GIS技術(shù)結(jié)合利用，對湘潭市雨湖、岳塘區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境進行綜合評價。

1 研究區(qū)概況

雨湖、岳塘兩區(qū)屬湘潭市轄城區(qū)，范圍為東經(jīng)112°43′00″～113°05′30″;北緯27°47′30″～28°04′30″。研究區(qū)地貌的基本特征是東北稍高，西南偏低，地貌類型依據(jù)其成因可分為侵蝕堆積地貌和構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌兩大類。地屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區(qū)，光熱充足，四季分明，盛夏炎熱少雨，冬季嚴寒濕潤。區(qū)內(nèi)北東向構(gòu)造十分發(fā)育，形成獨具特色的湘潭斷陷盆，西鄰鶴嶺斷褶帶，東接白馬垅—梅林橋斷褶帶。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)發(fā)證礦山46個，廢棄礦山16個，主要開采礦種為錳、石灰?guī)r及砂石。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價方法

2.1 評價原則

評價應遵守以采礦對礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響為主，兼顧礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，突出礦山環(huán)境地質(zhì)問題現(xiàn)狀的基本原則。以原始資料為前提，并結(jié)合遙感解譯和地面調(diào)查，對評價指標進行定量化處理，計算綜合指數(shù)并劃分其影響程度等級[6-7] 。

2.2 評價體系及分級標準

2.2.1 ?評價體系建立

根據(jù)湘潭市雨湖、岳塘區(qū)礦產(chǎn)資源分布位置及礦山開采造成的主要地質(zhì)環(huán)境問題，本次評價主要采取自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)及礦山開發(fā)對環(huán)境的影響3項評價子系統(tǒng)，即準則層，各子系統(tǒng)有細分多個評價因子，即指標層。

2.2.2 ?指標分級標準

參照《礦山環(huán)境保護與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 223-2011）》[8]、《礦山遙感監(jiān)測工作指南》[9]及《礦山地質(zhì)環(huán)境綜合防治方案編制規(guī)范》（DB43T 1042-2015）[10]等相關(guān)標準、規(guī)范，確立了各評價指標的分級標準，見表1。

2.2.3 ?指標權(quán)重的確定

權(quán)重值是反映參與評價因子的重要性，具有明顯的數(shù)學模糊特征。參與評價指標等級一定的情況下，綜合評價的指標權(quán)重值的大小能夠左右總體評價結(jié)果，因此，各因子權(quán)重值的確定是綜合評價的主要研究內(nèi)容之一。

AHP法是一種對非定量事件進行定量分析的有效方法，特別是在目標因素結(jié)構(gòu)復雜且缺少必要的數(shù)據(jù)情況下，需要將決策者的經(jīng)驗判斷定量化時該法非常實用。AHP法計算步驟可分建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型（圖1）、構(gòu)造判斷矩陣、計算權(quán)向量、一致性檢驗4步。

①準則層權(quán)重計算

建立準則層兩兩對比判斷矩陣（式2-1）

（式2-1）

根據(jù)AHP法求得判斷矩陣最大特征根λMax=3.0。一致性比例CR=0.0019，一致性通過。

②指標層權(quán)重計算

指標層根據(jù)準則層劃分，獲取指標層的重要性標度值，分別構(gòu)建礦石開采對環(huán)境的影響（式2-2）、自然地理（式2-3）及基礎(chǔ)地質(zhì)（式2-4）的判斷矩陣。

求得礦山開采對環(huán)境影響、自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)的判斷矩陣最大特征根分別為λMax=7.6423、λMax=2.00和λMax=2.00，一致性比例CR=0.0787、CR=0.00和CR=0.00，一致性通過。

通過計算最終得出評價因子的權(quán)重分布值，具體見表2。

3 研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價

3.1 評價單元的劃分

評價單元的劃分采取正方形的格化剖析。評估區(qū)總面積為657.80Km2，按照0.2Km×0.2Km的正方形網(wǎng)格法劃分，將全區(qū)劃分為16445個網(wǎng)格。

3.2 單因子分析

3.2.1 ?自然地理

降雨量：區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降水量為1385mm，4-7月降水較集中，日最大降水量153.8 mm（2013年6月28日），月最大降水量408.4mm（2005年5月），年最大降水量1553.6 mm（2014年），年最小降水量1061.9mm（1985年）。據(jù)表1，區(qū)內(nèi)降雨量在1061.9-1553.6mm，屬于較輕區(qū)。

區(qū)域重要程度：按照《礦山環(huán)境保護與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 0223-2011）》中附錄 B“評估區(qū)重要程度分級”的要求進行評估。區(qū)內(nèi)礦山分布離主要城市、交通及居民集中區(qū)多數(shù)在300m范圍以外，僅湘潭市湘潭錳礦地質(zhì)公園附近影響嚴重。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)屬一般區(qū)，其次是重要區(qū)。

3.2.2 ?基礎(chǔ)地質(zhì)

構(gòu)造：斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙等的發(fā)育程度對礦業(yè)活動的影響程度進行評價，按照《礦山環(huán)境保護與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 0223-2011）》中附錄C“礦山地質(zhì)環(huán)境條件復雜程度分級”中第5條的要求及表1的標準進行評價。

巖性組合類型：礦區(qū)內(nèi)不同巖性類型及其組合的力學性質(zhì)對礦業(yè)活動造成的影響情況，據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)的巖性組合主要劃分為松散巖類、較硬巖及硬質(zhì)巖三個類別，對應等級分別為嚴重、較重及較輕。

3.2.3 ?礦山開發(fā)對環(huán)境的影響

主要開采方式：區(qū)內(nèi)共有礦山61個，其中持證礦山45個，廢棄無主礦山16個。以露天開采為主，其次是地下開采。露天開采礦山42個，地下開采礦山22個。本次評價將露天開采區(qū)域劃分為嚴重，地下開采劃分為較重，無礦業(yè)活動區(qū)域劃分為較輕。

開采點密度：據(jù)遙感解譯及實際調(diào)查礦山數(shù)量及位置分布的結(jié)果，將單個網(wǎng)格內(nèi)多于5個的開采點地區(qū)劃分為嚴重區(qū)，1-5個的劃分為較重區(qū)，小于1個或是無礦區(qū)的劃分為較輕區(qū)。研究區(qū)內(nèi)主要是以較輕為主，其次是較重。

主要開采礦種：區(qū)內(nèi)開采礦種主要是黑色金屬礦產(chǎn)和建筑及非金屬開采2大類，其中黑色金屬礦山9個，建筑及其他非金屬礦山52個。據(jù)表1，區(qū)內(nèi)主要分為較重區(qū)和較輕區(qū)。黑色金屬開采、建筑及非金屬礦產(chǎn)為較重區(qū)，無礦業(yè)活動區(qū)為較輕區(qū)。

土地資源占用破壞程度：主要是反映礦業(yè)活動對基本農(nóng)田、水田、耕地、林地、草地等的破壞情況。區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動占用水田18.4029公頃，耕地7.7436公頃，園地0.0656公頃，林地68.9041公頃等。據(jù)表1，將土地資源占用破壞情況劃分為嚴重、較重及較輕3個等級。

地質(zhì)災害：區(qū)內(nèi)因礦業(yè)活動誘發(fā)地質(zhì)災害點16個，其中湘潭市雨湖區(qū)響塘鄉(xiāng)調(diào)查塌陷坑15處，分別分布于新日村、荷花村、柴山村及荷塘組，占總塌陷坑的93.75%;其次是位于雨湖區(qū)姜畬鎮(zhèn)。據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害等級劃分為嚴重區(qū)，較重區(qū)及較輕區(qū)。

水環(huán)境破壞程度：水環(huán)境破壞程度主要是考慮區(qū)內(nèi)礦山開采造成的地表水、地下水遭受污染，破壞水質(zhì)量，影響區(qū)內(nèi)水源和飲水安全等問題，根據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)水環(huán)境破壞程度劃分為嚴重、較重及較輕3個等級。

3.3 綜合分區(qū)及評價

3.3.1 ?疊加分區(qū)

礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價是借助ARCGIS空間疊加分析功能，將區(qū)內(nèi)參與評價因子的評價結(jié)果進行空間疊加分析，將各個因子的權(quán)重值及評分值進行加權(quán)求和（式3-1），按照F≤1.5為較輕，1.5

（式3-1）

最后將得到的礦山環(huán)境綜合評價結(jié)果圖與研究區(qū)礦山環(huán)境狀況進行反復擬合，以礦區(qū)相對集中，礦種相對類似成一區(qū)的原則，確定評價分區(qū)界線，形成研究區(qū)礦山環(huán)境綜合評價分區(qū)圖，見圖3。

3.3.2 ?綜合分區(qū)評價

根據(jù)加權(quán)求和分析分區(qū)評價結(jié)果可知，區(qū)內(nèi)較輕區(qū)主要是分布在無礦業(yè)活動區(qū)域，該區(qū)分布面積為599.0098Km2，該區(qū)內(nèi)參與評價的各因子均為較輕。較重區(qū)主要集中分布在雨湖區(qū)，該區(qū)分布礦山較多，主要是以金屬及非金屬為主，該區(qū)內(nèi)土地資源占用破壞嚴重，其次是地質(zhì)災害和水環(huán)境破壞較嚴重為主，該區(qū)分布面積為51.5793Km2;嚴重區(qū)主要分布在湘潭錳礦及周邊礦山，該區(qū)主要是水環(huán)境污染嚴重，土地資源占用破壞嚴重為主，該區(qū)分布面積為7.2109Km2。

4 結(jié)論

本研究主要以礦山開發(fā)對環(huán)境的影響為主，兼顧自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)，建立了一套基科學、完整、系統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價體系，借助層次分析法和ARCGIS的空間分析技術(shù)完成評價，得出以下幾條結(jié)論：

（1）礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)主要分布在金屬礦礦區(qū)。研究區(qū)內(nèi)嚴重區(qū)主要分布在湘潭錳礦周邊開采錳礦的礦山周邊，該區(qū)內(nèi)土地資源破壞嚴重，主要是破壞水田及耕地。

（2）區(qū)內(nèi)土地資源占用破壞嚴重。區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動嚴重占用破壞土地資源，尤其是以金屬礦為主，其次是建筑及非金屬礦產(chǎn)，主要是以工業(yè)廣場及露天采場，分別占用破壞土地面積107.0236公頃和83.7867公頃。

（3）水環(huán)境破壞嚴重。研究區(qū)內(nèi)水環(huán)境污染破壞主要分布在湘潭錳礦周邊的黑色金屬礦產(chǎn)附近，主要是以錳和硫嚴重污染為主，其次是砷和磷。

（4）區(qū)內(nèi)以較輕區(qū)分布面積最廣，其次是較重區(qū)，嚴重區(qū)最小。其中較輕區(qū)主要分布在離礦業(yè)活動范圍300m以外區(qū)域，較重區(qū)主要是礦業(yè)活動占用破壞土地資源較重為主，嚴重區(qū)主要是礦業(yè)活動作用強烈，礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育。

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