基于組合分析法的某綠色礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)體系研究

熊廷偉，賀 潔

(中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，重慶 400016)

礦產(chǎn)資源作為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，由于近年來不合理的開采以及對(duì)于環(huán)境保護(hù)的忽視，帶來一系列的環(huán)境失衡問題，比如泥石流、沙塵暴、植被退化等，隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的提出，礦區(qū)的環(huán)境問題亟待改善。

礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)常用的評(píng)價(jià)模型有基于德菲爾法的評(píng)價(jià)模型、基于粗糙集理論的評(píng)價(jià)模型、基于熵值法的評(píng)價(jià)模型、基于層次分析法的評(píng)價(jià)模型等，基于德爾菲法的評(píng)價(jià)模型專家作用大、計(jì)算量大，耗費(fèi)時(shí)間長；基于粗糙集理論的評(píng)價(jià)模型不需要數(shù)據(jù)支撐、缺乏定性研究；基于熵值法的評(píng)價(jià)模型指標(biāo)利用價(jià)值大，權(quán)重隨著數(shù)據(jù)的變化而變化，無橫向?qū)Ρ?；基于層次分析法的評(píng)價(jià)模型可以進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)、定論時(shí)不夠詳細(xì)。目前現(xiàn)有的方法中僅以單一的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且在確定權(quán)重的時(shí)候以人的主觀意識(shí)為主，缺乏對(duì)于客觀事實(shí)的可靠研究。

本文的研究對(duì)象為綠色礦區(qū)，綠色礦區(qū)是將環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的理念加入到礦區(qū)環(huán)境保護(hù)中，是對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的一種體現(xiàn)。在綠色礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)時(shí)采用組合評(píng)價(jià)法，該方法由層次分析法和粗糙集理論的方法組成，相比較以前的研究側(cè)重客觀事實(shí)，更能精確的對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行劃分，將礦區(qū)環(huán)境分為嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般影響區(qū)域，根據(jù)分區(qū)結(jié)果對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性治理。

1 評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

1.1 研究區(qū)概況

研究礦區(qū)位于遼東半島境內(nèi)，區(qū)內(nèi)以暖風(fēng)帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，平均每年的氣溫?0℃，溫度最低時(shí)可達(dá)-31℃，溫度最高時(shí)可達(dá)35℃。平均每年研究區(qū)域的降水量約為700mL，日照2 600h。

1.2 礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)思路

在構(gòu)建礦區(qū)評(píng)價(jià)體系時(shí)，首先根據(jù)組合評(píng)價(jià)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后利用網(wǎng)格法確定各個(gè)指標(biāo)的等級(jí)，最后形成環(huán)境評(píng)價(jià)圖，針對(duì)環(huán)境評(píng)價(jià)圖中的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)建議和改善治理措施研究，整個(gè)思路如圖1所示。

圖1 礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)思路

1.3 環(huán)境模型構(gòu)建

(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)確定。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定依據(jù)環(huán)境評(píng)價(jià)的目標(biāo)，由目標(biāo)展開分成多個(gè)準(zhǔn)則層，由各個(gè)準(zhǔn)則層之間相互關(guān)聯(lián)衍生出子準(zhǔn)則層，每個(gè)子準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)多個(gè)指標(biāo)，形成指標(biāo)層，指標(biāo)確定層次遞進(jìn)關(guān)系如圖2所示。

(2)評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐帧?/p>

評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐种饕捎镁W(wǎng)格法，將研究的某礦區(qū)劃分為相同大小且一致的單元格，經(jīng)過疊加計(jì)算得到環(huán)境分級(jí)值，假設(shè)環(huán)境分級(jí)值用Q表示，指標(biāo)數(shù)量用n表示，指標(biāo)的最優(yōu)權(quán)重值用Wi表示，評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)數(shù)值用Fi表示，公式為：

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)確定層次圖

(3)主觀權(quán)重計(jì)算。

假設(shè)aij代表i和j兩個(gè)因素進(jìn)行比較，i對(duì)于j而言其重要性值，由1到9代表重要性不斷加強(qiáng)，比如當(dāng)重要性相同時(shí)為1；當(dāng)較重要時(shí)為3；當(dāng)重要時(shí)為5；當(dāng)很重要時(shí)為7；當(dāng)特別重要時(shí)為9。構(gòu)建的判斷矩陣為：

將矩陣中各行的數(shù)值進(jìn)行相乘，得到乘積：

從而得到特征向量W=[W1,W2……Wn]T，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果為：

解得公式(2)的最大特征值為：

為驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)公式(2)中的矩陣進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)值C.R.＜0.1時(shí)，證明P的設(shè)置合理；當(dāng)C.R.≥0.1時(shí)，證明P的設(shè)置不合理。不斷修正以滿足C.R.＜0.1的條件，檢驗(yàn)值為：

公式(6)中R.I.為隨機(jī)性指標(biāo)，通過查矩陣階數(shù)表得到，一致性指標(biāo)用C.I.表示，公式為：

(4)客觀權(quán)重計(jì)算。

假設(shè)C為條件集，C′為C的子集，D為屬性集，則D的重要性為：

假設(shè)C={a1,a2,a3…an}得到指標(biāo)i的權(quán)重為：

(5)組合權(quán)重值的計(jì)算。

根據(jù)組合評(píng)分法建立最優(yōu)模型，如公式(10)所示，其中指標(biāo)的主觀權(quán)重用Wsi表示，客觀權(quán)重用Wei表示，組合權(quán)重用Wi表示：

(6)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立。

評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立根據(jù)得到的實(shí)際礦區(qū)的綜合評(píng)價(jià)值，采用自然斷點(diǎn)法，對(duì)礦區(qū)的環(huán)境進(jìn)行分區(qū)，將礦區(qū)的環(huán)境分為嚴(yán)重的環(huán)境區(qū)域、較嚴(yán)重的環(huán)境區(qū)域、一般的環(huán)境區(qū)域。

2 礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)分區(qū)及環(huán)境治理方案

2.1 某礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)

(1)指標(biāo)確定。

研究的某礦區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)過目標(biāo)分解，確定評(píng)價(jià)要素分為三個(gè)，即礦區(qū)環(huán)境、礦區(qū)內(nèi)開發(fā)活動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害，通過對(duì)各個(gè)要素進(jìn)行分析，確定了九個(gè)指標(biāo)，分別為：表征礦區(qū)環(huán)境的土地開發(fā)比例、開發(fā)對(duì)環(huán)境造成的粉塵污染、開發(fā)后環(huán)境治理恢復(fù)；表征礦區(qū)內(nèi)開發(fā)活動(dòng)的開發(fā)礦區(qū)內(nèi)的礦種、開采礦區(qū)的方式、開采礦區(qū)的強(qiáng)度、開采礦區(qū)的狀態(tài)；表征礦區(qū)內(nèi)具有代表性的地質(zhì)災(zāi)害泥石流、崩塌。

表征礦區(qū)環(huán)境的土地開發(fā)比例分為兩個(gè)等級(jí)：＜0.15時(shí)，等級(jí)為1；≥0.15時(shí)，等級(jí)為2。開發(fā)對(duì)環(huán)境造成的粉塵污染分為嚴(yán)重區(qū)域、較嚴(yán)重區(qū)域、無污染區(qū)域三個(gè)等級(jí)，判斷標(biāo)準(zhǔn)為粉塵含量＞70%為嚴(yán)重區(qū)域，40%～70%為較嚴(yán)重區(qū)域，＜40%為無污染區(qū)域。開發(fā)后環(huán)境治理恢復(fù)分為三個(gè)等級(jí)，以區(qū)域內(nèi)已經(jīng)治理恢復(fù)的面積與總面積的比值為判斷標(biāo)準(zhǔn)，分別為＞60%、＜60%、0%。

(2)礦區(qū)劃分。

根據(jù)網(wǎng)格法將礦區(qū)分成長為1 000m，寬為1 000m的單元格，共分成1 650個(gè)單元格，如圖3所示。

(3)權(quán)重值計(jì)算。

以土地開發(fā)比例為例，進(jìn)行計(jì)算其主觀權(quán)重值、客觀權(quán)重值、組合權(quán)重值，計(jì)算過程如下：

判斷矩陣為：M1=1×1/6×1/8=0.0208；

特征向量W=[0.0623，0.2851，0.6527]T

圖3 某礦區(qū)單元網(wǎng)格分區(qū)圖

最大特征值λmax=3.0735

一致性檢驗(yàn)符合要求。

采用與上述相同的計(jì)算方法，計(jì)算各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，土地開發(fā)比例的主觀權(quán)重值為Wsi=0.0068，客觀權(quán)重值為Wei=0，組合權(quán)重值。

Wi=0.478Wsi+0.522Wei=0.478×0.0068+0.522×0=0.0032

計(jì)算九個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重值、客觀權(quán)重值、組合權(quán)重值的最終計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 權(quán)重計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值，結(jié)果如表2所示。

(4)環(huán)境評(píng)價(jià)。

評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立根據(jù)表2得到的實(shí)際礦區(qū)的綜合評(píng)價(jià)值，采用自然斷點(diǎn)法，計(jì)算的綜合評(píng)級(jí)值對(duì)礦區(qū)的環(huán)境進(jìn)行分區(qū)，當(dāng)值＜2.45時(shí)，屬于嚴(yán)重的環(huán)境區(qū)域；當(dāng)值在2.45～2.65時(shí)，屬于較嚴(yán)重的環(huán)境區(qū)域；當(dāng)值＞2.65時(shí)，屬于一般的環(huán)境區(qū)域。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制該實(shí)驗(yàn)礦區(qū)的環(huán)境評(píng)價(jià)圖如圖4所示。由圖中可知，嚴(yán)重區(qū)有66個(gè)單元格，占地面積為6 500公頃；有較嚴(yán)重區(qū)有239個(gè)單元格，占地面積為23 500公頃；一般區(qū)有1 345個(gè)單元格，占地面積為131 200公頃。整個(gè)礦區(qū)的嚴(yán)重區(qū)域和較嚴(yán)重的區(qū)域占比較大，應(yīng)該及時(shí)的關(guān)注，并且制定改善措施。

表2 綜合評(píng)價(jià)值

圖4 某礦區(qū)的環(huán)境評(píng)價(jià)圖

2.2 環(huán)境治理方案

研究區(qū)域的環(huán)境嚴(yán)重區(qū)域多集中在研究區(qū)域的中部位置，這與開采方式、開發(fā)占地面積、污染等因素有關(guān)，中部區(qū)域以露天開采為主，開發(fā)的面積較大，從而導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。針對(duì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)域應(yīng)該加大治理力度，主要措施有：①將原來的粗放型的開采方式向科技型的開采方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過引進(jìn)先進(jìn)的礦區(qū)開采工具以及流程，將礦區(qū)向低碳化礦區(qū)、無害化礦區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，從而降低礦區(qū)的污染物排放，達(dá)到持續(xù)性環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)；②增加礦區(qū)環(huán)境修復(fù)力度，對(duì)于一些已經(jīng)開采完的礦區(qū)可以進(jìn)行二次開采，針對(duì)沒有開采價(jià)值的礦區(qū)可以進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，修復(fù)方式可以采用化學(xué)修復(fù)方式、生物修復(fù)方式、防止水土流失修復(fù)方式等；③利用信息化技術(shù)，采用遙感技術(shù)加強(qiáng)礦區(qū)地質(zhì)監(jiān)測，建立研究礦區(qū)的安全管理體系，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害。

研究區(qū)域的環(huán)境較嚴(yán)重區(qū)域分布在中下部，主要原因是在管理方面不足，這些區(qū)域的主要措施是加強(qiáng)管理，包括：①完善礦區(qū)開采和環(huán)境保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)；②在礦區(qū)管理的制度方面進(jìn)行加強(qiáng)，礦區(qū)開采中每個(gè)參與者的工作內(nèi)容、工作標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該明確，并且加入監(jiān)理的職責(zé)，不斷監(jiān)督和改善礦區(qū)的環(huán)境；③建立健全的礦區(qū)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和管理體系，并且加強(qiáng)監(jiān)督。

研究區(qū)域的環(huán)境一般區(qū)域分布較廣，在嚴(yán)重區(qū)域和較嚴(yán)重區(qū)域的治理過程中會(huì)對(duì)一般區(qū)域的環(huán)境有所改善，針對(duì)一般區(qū)域的改善措施主要是加強(qiáng)與周邊民眾的交流，加強(qiáng)周邊民眾和礦區(qū)內(nèi)從業(yè)人員的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

3 結(jié)論

(1)通過對(duì)比目前常用的環(huán)境評(píng)價(jià)模型，總結(jié)出目前環(huán)境評(píng)價(jià)模型缺乏客觀指標(biāo)的評(píng)價(jià)，提出組合評(píng)價(jià)法，該方法由層次分析法和粗糙集理論的方法組成，相比較以前的研究側(cè)重客觀事實(shí)，更能精確的對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行劃分。

(2)構(gòu)建適用于某綠色礦區(qū)的環(huán)境評(píng)價(jià)體系，分出九個(gè)指標(biāo)，分別為土地開發(fā)比例、開發(fā)對(duì)環(huán)境造成的粉塵污染、開發(fā)后環(huán)境治理恢復(fù)、礦種、開采礦區(qū)的方式、開采礦區(qū)的強(qiáng)度、開采礦區(qū)的狀態(tài)、泥石流、崩塌。

(3)環(huán)境嚴(yán)重區(qū)占地面積為6 500公頃；較嚴(yán)重區(qū)占地面積為23 500公頃；一般區(qū)占地面積為131 200公頃。整個(gè)礦區(qū)的嚴(yán)重區(qū)域和較嚴(yán)重的區(qū)域占比較大，應(yīng)該及時(shí)的關(guān)注，并且制定改善措施。

(4)通過分析各個(gè)影響區(qū)域的原因，進(jìn)行針對(duì)性治理。針對(duì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)域提出將原來的粗放型的開采方式向科技型的開采方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換、增加礦區(qū)環(huán)境修復(fù)力度、利用信息化技術(shù)建立研究礦區(qū)的安全管理體系、提前預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害。針對(duì)環(huán)境較嚴(yán)重區(qū)域提出完善礦區(qū)開采和環(huán)境保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)、加強(qiáng)礦區(qū)管理、建立健全的礦區(qū)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和管理體系。針對(duì)一般區(qū)域提出加強(qiáng)周邊民眾和礦區(qū)內(nèi)從業(yè)人員的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。