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        基于灰色關(guān)聯(lián)度的礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)模型

        2022-10-13 09:53:38
        山東煤炭科技 2022年9期
        關(guān)鍵詞:關(guān)聯(lián)度礦區(qū)礦山

        張 皓

        (中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì),寧夏 銀川 750021)

        在逐步落實(shí)與推進(jìn)礦山環(huán)境修復(fù)工程時(shí),相關(guān)單位提出了優(yōu)化礦山生態(tài)環(huán)境是保證礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境有序建設(shè)、實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人文協(xié)同發(fā)展的主要措施[1]。為了更加直觀地掌握或描述礦山生態(tài)修復(fù)效果,科研單位在落實(shí)此項(xiàng)工作時(shí),提出了針對修復(fù)效益評價(jià)的TOPSIS 法,明確了在落實(shí)政策與相關(guān)改進(jìn)措施后,礦山生態(tài)環(huán)境效益增長了約2.2 倍,代表生態(tài)環(huán)境建設(shè)逐步向著優(yōu)化的方向發(fā)展。但現(xiàn)有的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中僅能實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境效益的基礎(chǔ)評價(jià),無法實(shí)現(xiàn)對效益的集中評價(jià)或細(xì)部評價(jià),導(dǎo)致一些成果的體現(xiàn)存在空白[2]。為了細(xì)化此項(xiàng)研究成果,進(jìn)一步掌握現(xiàn)行修復(fù)手段對礦山生態(tài)環(huán)境發(fā)展帶來的成效,在本文的研究中,將引進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度技術(shù),設(shè)計(jì)一種針對礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果的綜合評價(jià)模型。通過此種方式,實(shí)現(xiàn)對修復(fù)效果的相關(guān)工作取得成果的直觀展示。

        1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)模型

        1.1 設(shè)計(jì)礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)指標(biāo)

        在提取評價(jià)指標(biāo)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵循針對性原則(保證所選的指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境恢復(fù)效果的專項(xiàng)描述)、全面性原則(評價(jià)指標(biāo)可以涉及到修復(fù)工程中所有對環(huán)境有利或不利的因素)、實(shí)用性原則(保證所選的評價(jià)指標(biāo)具有一定可行性)、可操作性原則(指標(biāo)參數(shù)的獲取應(yīng)具有簡易化、可量化等優(yōu)勢)[3]。在遵循提出原則的基礎(chǔ)上,采用頻次法對指標(biāo)進(jìn)行篩選,得到評價(jià)指標(biāo)見表1。

        表1 礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)指標(biāo)

        1.2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的評價(jià)指標(biāo)歸一化處理

        完成對礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)后,引進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度分析法,進(jìn)行不同指標(biāo)之間聯(lián)系性的分析。對指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)度的計(jì)算可用公式(1)表示:

        式中:ξ為不同指標(biāo)之間的聯(lián)系性,取值0~1之間;i為評價(jià)單元;n為第n個(gè)指標(biāo);ρ為分辨系數(shù),取值0 ~1 之間,本次研究取值ρ=0.5;XOn為指標(biāo)參照數(shù)列,即評價(jià)過程中指標(biāo)的重要程度最優(yōu)排序;Xin為完成對指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后,指標(biāo)體系的列數(shù)。

        完成對不同指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)度的分析后,將其關(guān)聯(lián)度作為依據(jù),參照《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》文件,對指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理,將處理過程表示為公式(2):

        式中:Z為指標(biāo)歸一化處理結(jié)果;W為礦區(qū)生態(tài)效益綜合水平。

        將參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入上述計(jì)算公式,得到Z的計(jì)算結(jié)果。當(dāng)Z計(jì)算值>1.0 時(shí),證明所選的指標(biāo)符合礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)要求;當(dāng)Z計(jì)算值<1.0 時(shí),證明所選的指標(biāo)不符合礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)要求,需要返回1.1 步驟,進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)的重新選擇。

        1.3 生態(tài)環(huán)境修復(fù)評價(jià)與修復(fù)效果協(xié)調(diào)等級(jí)劃分

        在對礦區(qū)生態(tài)效益進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí),可將礦區(qū)離差系數(shù)作為生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的參照指標(biāo)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果顯示修復(fù)效果與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)一致時(shí),證明礦區(qū)生態(tài)修復(fù)效果較好,此時(shí)離差系數(shù)越??;反之,當(dāng)計(jì)算結(jié)果顯示修復(fù)效果與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)背離時(shí),證明礦區(qū)生態(tài)修復(fù)效果較差,此時(shí)離差系數(shù)越大。將協(xié)調(diào)度作為兩者的對比依據(jù),對協(xié)調(diào)度進(jìn)行計(jì)算,如計(jì)算公式(3):

        式中:C(t)為在t時(shí)間段時(shí),離差系數(shù)與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)效果的協(xié)調(diào)度;U為兩者發(fā)展水平系數(shù);k為調(diào)節(jié)系數(shù)。

        將完成計(jì)算后的C(t)定義為取值1~0,劃分C(t)在不同取值下的含義,將其作為修復(fù)效果協(xié)調(diào)等級(jí)。對C(t)的劃分結(jié)果進(jìn)行描述,見表2。

        表2 離差系數(shù)與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)效果的協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分

        按照上述公式,計(jì)算礦區(qū)協(xié)調(diào)度值,將計(jì)算結(jié)果與上述表2 中內(nèi)容進(jìn)行匹配,匹配后得到礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)效益結(jié)果。以此種方式,完成對礦山生態(tài)恢復(fù)效果的評價(jià)。

        2 對比分析

        基于灰色關(guān)聯(lián)度的評價(jià)模型設(shè)計(jì)在對研究成果的分析中發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)的評價(jià)模型現(xiàn)如今仍處于理論開發(fā)階段,尚未有成果證明此模型在實(shí)際應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。因此,需要在完成上述設(shè)計(jì)后,通過對比實(shí)驗(yàn),對設(shè)計(jì)模型的可行性與優(yōu)勢進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)有關(guān)單位對此礦區(qū)的水土保持統(tǒng)計(jì)與調(diào)研可知,在礦山生態(tài)環(huán)境遭到破壞后,礦內(nèi)土壤每年平均腐蝕量超過7.10×107t,土層侵蝕模數(shù)約為3 217.56 t(km2·a)。根據(jù)礦區(qū)隸屬的行政區(qū)統(tǒng)計(jì)可知,在礦山流域范圍內(nèi),現(xiàn)有的水土流失面積已經(jīng)超過6 822.46 km2。

        先使用本文設(shè)計(jì)的方法作為實(shí)驗(yàn)組方法,評價(jià)過程中,由地質(zhì)勘查人員通過實(shí)地勘查的方式,掌握礦區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)有情況,設(shè)計(jì)礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,引進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度分析技術(shù),對提出的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)的綜合效果評價(jià),將評價(jià)結(jié)果與修復(fù)效果協(xié)調(diào)等級(jí)表進(jìn)行比對,得到階段性的評價(jià)效果。

        在完成對本文方法的評估過程設(shè)計(jì)后,選擇基于EOD 理念的效果評價(jià)模型作為對照組模型。在評價(jià)過程中,將EOD 理念作為引導(dǎo),計(jì)算礦山生態(tài)環(huán)境中不同指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。按照歐式計(jì)算公式,對采集樣本與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比對,根據(jù)比對結(jié)果的差異,進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果的綜合分析。在此過程中,先調(diào)用參與單位的歷史數(shù)據(jù),使用設(shè)計(jì)的評價(jià)模型與傳統(tǒng)模型,對歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢進(jìn)行評價(jià),掌握近五年內(nèi)治理單位對礦山采取生態(tài)修復(fù)措施后的綜合治理效果,將結(jié)果繪制成曲線圖如圖1。

        圖1 2016 年—2021 年礦山生態(tài)修復(fù)效果評價(jià)對比

        由圖1 可知,A 表示為礦山生態(tài)修復(fù)實(shí)際效益;B 表示為本文模型評估效益;C 表示為傳統(tǒng)模型評價(jià)效益。通過對A、B、C 三條曲線變化趨勢的對比分析可以看出,三條曲線的變化趨勢基本一致,說明本文設(shè)計(jì)的評價(jià)模型與傳統(tǒng)模型都可以實(shí)現(xiàn)對礦山生態(tài)修復(fù)效果的評價(jià)。在此基礎(chǔ)上,將評價(jià)過程中相對一致率作為評價(jià)指標(biāo),選擇生態(tài)恢復(fù)效果評價(jià)模型的進(jìn)一步評價(jià)。其中相對一致率如公式(4):

        按照上述計(jì)算公式,對2021 年3 月—8 月的礦山生態(tài)修復(fù)效果進(jìn)行評價(jià)。獲取實(shí)驗(yàn)中相關(guān)參數(shù)數(shù)值,計(jì)算評價(jià)結(jié)果的相對一致率,統(tǒng)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 礦山生態(tài)修復(fù)效果評價(jià)結(jié)果相對一致率對比結(jié)果

        根據(jù)表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,本文模型評價(jià)結(jié)果相對一致率顯著大于傳統(tǒng)模型評價(jià)結(jié)果相對一致率,且本文模型的評價(jià)結(jié)果相對一致率可以達(dá)到99%以上,說明本文此次研究設(shè)計(jì)的評價(jià)模型可以實(shí)現(xiàn)對礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果的精準(zhǔn)評價(jià)。

        3 結(jié)語

        為解決因礦山過度開采造成的生態(tài)環(huán)境惡化問題,我國礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)單位提出了針對此方面的專項(xiàng)生態(tài)修復(fù)與改造計(jì)劃。通過有關(guān)單位對此項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展的不完全統(tǒng)計(jì)可知,現(xiàn)如今,已實(shí)現(xiàn)了>6000.0 km2的礦山水土流失整治面積。由此可見,各地對于水土流失綜合治理的效果良好,現(xiàn)下執(zhí)行的生態(tài)環(huán)境修復(fù)措施具有一定可行性。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對此項(xiàng)工作的優(yōu)化,本文開展了基于灰色關(guān)聯(lián)度的礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果評價(jià)模型的設(shè)計(jì)研究,并通過對比實(shí)驗(yàn)證明此次研究設(shè)計(jì)的成果具有較強(qiáng)的實(shí)用性,可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)模型推廣使用。

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