基于框架模型的煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價

裴亞托張凌坤何金昆笪鵬陳京生

（1.中國石油華北油田采油工程研究院；2.中國石油華北油田油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；3.中國石油天然氣管道局管道技術(shù)研發(fā)工場；4.中海石油（中國）有限公司天津分公司；5.中國石油華北油田采油一廠）

基于框架模型的煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價

裴亞托1張凌坤2何金昆3笪鵬4陳京生5

（1.中國石油華北油田采油工程研究院；2.中國石油華北油田油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；3.中國石油天然氣管道局管道技術(shù)研發(fā)工場；4.中海石油（中國）有限公司天津分公司；5.中國石油華北油田采油一廠）

針對山西煤層氣生態(tài)系統(tǒng)特征，運用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）評價模型，構(gòu)建了煤層氣生態(tài)系統(tǒng)評價框架和評價指標體系，采用層次法對其進行了評價。評價結(jié)果表明：煤層氣開發(fā)排放的煤層采出水和鉆井廢液、建設(shè)過程產(chǎn)生的廢棄土方、植被破壞對生態(tài)環(huán)境影響較大。應(yīng)及時采取有效措施保護煤層氣開發(fā)的生態(tài)環(huán)境。

PSR評價模型；生態(tài)系統(tǒng)；評價指標體系

0 引 言

近年來隨著煤層氣的大量開采帶來了諸多益處，但是對生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生一定負面影響。本文以山西煤層氣為例，應(yīng)用PSR評價模型對其生態(tài)效應(yīng)進行評價，對煤層氣生態(tài)效應(yīng)的評價和完善具有應(yīng)用價值［1-2］。

1 PSR評價模型建立

PSR模型具有非常清晰的因果關(guān)系［1］，即人類活動對環(huán)境施加了一定的壓力，環(huán)境狀態(tài)發(fā)生了一定的變化，人類社會應(yīng)對環(huán)境狀態(tài)的變化作出反應(yīng)，減輕、改變或者預(yù)防消極的環(huán)境影響，以恢復(fù)環(huán)境質(zhì)量或者防止環(huán)境退化。本文借鑒此思路，根據(jù)煤層氣開發(fā)的生態(tài)環(huán)境特點，形成了煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價指標體系的框架，見圖1。

圖1 PSR模型框架

2 生態(tài)效應(yīng)評價指標體系的建立

根據(jù)指標選取系統(tǒng)性與全面性、穩(wěn)定性與動態(tài)性、獨立性與相關(guān)性及可獲得性等原則［2］，并根據(jù)PSR框架模型及煤層氣開發(fā)狀況進行了資料收集與實地調(diào)研。

本文主要從資源能源的消耗與利用、污染物排放及治理等角度對煤層氣開發(fā)的生態(tài)影響進行定量研究［3］。該指標體系包含準則層A層級壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個指標，資源消耗利用、污染物產(chǎn)生、自然資源現(xiàn)狀等9個準則層B層級，及其指標層的26個指標，其中：壓力層面包含7個指標，分別從資源消耗利用、污染物產(chǎn)生等兩個方面反映煤層氣開發(fā)對環(huán)境產(chǎn)生的壓力；狀態(tài)層面包含13個指標，分別從自然資源現(xiàn)狀、土壤質(zhì)量、地表水水質(zhì)、生態(tài)系統(tǒng)變化等4個方面反映煤層氣開發(fā)活動對環(huán)境產(chǎn)生的影響；響應(yīng)層面包含6個指標，分別從廢物綜合利用、生態(tài)環(huán)境治理及環(huán)境管理措施等方面反映企業(yè)、政府等為應(yīng)對和消除煤層氣開發(fā)活動的負面影響作出的響應(yīng)［4］。

3 煤層氣開發(fā)的生態(tài)效應(yīng)評價

3.1 AHP評價方法簡介

層次分析法（TheAnalyticalHierarchProcess，AHP）是一種定性判斷與定量分析相結(jié)合的多目標決策分析方法。AHP法將復(fù)雜問題的各個因素劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟危缓罂陀^判斷同級同一組內(nèi)的因子兩兩之間的相對重要性，確定各層評價因子的權(quán)重，AHP法大體包含以下步驟：建立評價對象評價指標體系；通過向?qū)＜易稍兊贸鲈u價指標的相對值，構(gòu)造判斷矩陣，并計算相對權(quán)重；通過一致性檢驗來驗證結(jié)果的科學(xué)性，進行總和評價。該方法在多目標決策及環(huán)境質(zhì)量評價中被廣泛應(yīng)用［3-4］，是目前系統(tǒng)工程處理定性與定量相結(jié)合問題的比較簡便而又行之有效的方法。

3.2 評價指標權(quán)重的確定

不同的評價因素其重要程度以及對評價結(jié)果所作的貢獻不同，因此，需要給各指標分別賦予一個權(quán)重，使其能體現(xiàn)各自的重要性，由此得到諸因素的權(quán)重分配集W＝｛w1，w2，w3，……wi｝。本文采用層次分析法確定煤層氣開發(fā)對環(huán)境影響的各指標的權(quán)重，其主要步驟如下：

建立層次結(jié)構(gòu)模型

建立的層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

構(gòu)造判斷矩陣

這是進行層次分析的一個關(guān)鍵步驟。在每一層次上，對該層指標進行逐對比較，按照規(guī)定的9標度方法，構(gòu)造數(shù)值判斷矩陣。本研究采用專家打分法對層次結(jié)構(gòu)中各個指標進行重要性的單排序，然后進行一致性檢驗。利用方根法計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量。

層次單排序的一致性檢驗

根據(jù)專家打分法構(gòu)造的判斷矩陣，計算對于上一層某因子而言，本層次與之有聯(lián)系的所有因素的權(quán)重。

為度量判斷矩陣偏離一致性的程度，引入判斷矩陣最大特征值以外的其余特征根的負平均值CI：

式中，λmax為判斷矩陣的最大特征根，n為指標的數(shù)目。當判斷矩陣具有完全一致性時，CI＝0。CI愈大，矩陣的一致性愈差。

為度量不同判斷矩陣是否有滿意的一致性，引進平均隨機一致性指標RI。RI值見表1。計算隨機一致性比率CR＝CI／RI。當CR＜0.10時，矩陣具有滿意的一致性，否則應(yīng)重新構(gòu)造判斷矩陣，直到具有滿意的一致性為止。

表1 平均隨機一致性指標RI

層次總排序

利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果，可以計算出針對最高層（目標層）而言的本層次所有元素的重要性權(quán)重值，這就稱為層次總排序。層次總排序需要從上到下逐層順序進行，對目標層而言，層次單排序就是總排序。

層次總排序的一致性檢驗

層次總排序即利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果，以及上層次所有元素的權(quán)重，來計算針對總目標而言本層次所有因素權(quán)重值的過程。層次總排序一致性比率為：

當CR＜0.10時，層次總排序結(jié)果是滿意的?；谝陨喜襟E，計算出各評價指標的權(quán)重值，見表2。對層次單排序的一致性檢驗和層次總排序的一致性檢驗表明，結(jié)果是滿意的。

4 評價結(jié)果分析

根據(jù)煤層氣開發(fā)的生態(tài)效應(yīng)評價指標權(quán)重分析，壓力指標共篩選出4種生態(tài)負效應(yīng)影響較大的因素，并將其在壓力指標層進行排序，其中對煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)影響最大的因子是煤層氣采出水的產(chǎn)生，其次是鉆井廢液，植被破壞面積和開發(fā)過程產(chǎn)生的廢棄土次之；狀態(tài)指標共篩選出4種狀態(tài)指標，即分別為水土流失、土壤中As和Fe含量、植被覆蓋度，表明煤層氣開發(fā)對這4個狀態(tài)指標影響較大；響應(yīng)指標共篩選出4種響應(yīng)措施，即分別是植被恢復(fù)率、生態(tài)環(huán)境污染治理、鉆井廢液處理率和煤層氣采出水處理。

通過煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價結(jié)果的分析，得知：煤層氣開發(fā)排放的煤層氣采出水和鉆井廢液、建設(shè)過程產(chǎn)生的廢棄土方、植被破壞對生態(tài)環(huán)境影響較大。主要影響土壤中的As和Fe含量、植被覆蓋度，加劇水土流失，這有助于更好地采取有針對性的處理和防護措施。因此，要從源頭上減少鉆井廢液和煤層氣的產(chǎn)生量，盡量減少井場、集氣站等建設(shè)工程的臨時占地，減少對植被的破壞面積和廢棄土方量；從而保護煤層氣開發(fā)的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益最大化［5-6］。

［1］ 趙偉，謝德體.基于PSR的重慶市“一小時經(jīng)濟圈”生態(tài)環(huán)境評價研究［J］.長江流域資源與環(huán)境，2009，18（6）：568-571.

［2］ 鄧志，杭艷紅，徐智.基于PSR模型的齊齊哈爾市土地集約利用評價研究［J］.國土資源科技管理，2011，28（1）：62-66.

［3］ 吳剛，魏晶，張萍，等.三峽庫區(qū)農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的效益評價［J］.生態(tài)學(xué)報，2002，22（2）：233-239.

表2 煤層氣開發(fā)生態(tài)效應(yīng)評價的指標權(quán)重

［4］ 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法［M］.北京：高等教育出版社，1996：115-128.

［5］ 王培東，趙麗，楊皓，等.基于PSR模型的滄州市農(nóng)用地集約利用評價研究［J］.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2013（4）：24-26.

［6］ 李旭.世界煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀［J］.煤炭加工與綜合利用，2006（6）：17-20.

（編輯 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.01.009

：1005-3158（2015）01-0025-03

2014-05-30）

裴亞托，2007年畢業(yè)于天津理工大學(xué)環(huán)境及安全工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油華北油田采油工程研究院質(zhì)量安全環(huán)保站從事環(huán)境、安全管理工作。通信地址：河北省任丘市華北油田采油工程研究院安全環(huán)保站，062552