礦集區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究

陳劍南，韋 星，耿百利

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局煙臺(tái)海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心，山東 煙臺(tái) 264010）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，為礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用提供了必要的助燃劑。長(zhǎng)期粗獷式的礦產(chǎn)開發(fā)，在為社會(huì)創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)，也給當(dāng)?shù)貛硗寥牢廴?、水土流失、地質(zhì)災(zāi)害等一系列環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】岛蜕钯|(zhì)量。本人走訪萊州市周邊的礦集區(qū)，發(fā)現(xiàn)礦山的無(wú)序開采和遺棄已對(duì)資源環(huán)境承載力形成重大考驗(yàn)，嚴(yán)重制約礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。因此，只有準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)礦山開發(fā)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量并提供可靠的依據(jù)，才能更好的支撐政府的生態(tài)恢復(fù)與治理決策，為生態(tài)文明建設(shè)理念的宣傳與推廣提供更加可靠的借鑒與依據(jù)[1]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究成熟度比較高，基于RS和GIS技術(shù)，運(yùn)用層次分析法、集對(duì)分析法、熵值法和突變理論、矢量多邊形法都取得了一定的成果。因?yàn)榈V產(chǎn)資源類型、地質(zhì)環(huán)境背景、本底地物類型、開采方式等對(duì)礦山環(huán)境評(píng)價(jià)的結(jié)果影響程度不同，所以不同地區(qū)選擇的影響因子種類數(shù)量都不盡相同。此外，不乏有一些學(xué)者研究融合某兩種方法對(duì)礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，充分利用兩種數(shù)學(xué)方法各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的互補(bǔ)，達(dá)到定性乃至定量客觀評(píng)價(jià)的目的。因此，想要準(zhǔn)確指明保護(hù)和恢復(fù)礦山環(huán)境的方向，對(duì)于不同的礦區(qū)，因地制宜地選擇合適的評(píng)價(jià)方法和合理的評(píng)價(jià)因子，才可以獲得科學(xué)、準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果，并得到廣泛推廣。

1 評(píng)價(jià)方法

1.1 層次分析法

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP方法），是指將與決策關(guān)聯(lián)較大的元素劃分為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案這三個(gè)層次，并以此為基礎(chǔ)作出定性甚至是定量分析的一種決策方法。該決策解決方案最初是由美國(guó)學(xué)者薩蒂在1976年提出，開始是為了解決“基于工業(yè)部門對(duì)國(guó)家的貢獻(xiàn)比例來分配電力”的國(guó)家級(jí)課題。此方法是基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)，而改進(jìn)的一種層次權(quán)重決策綜合評(píng)價(jià)分析方法。不管是對(duì)于包含分層交錯(cuò)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，還是定量描述難以賦目標(biāo)值的決策問題，都比較適用。其模型原理如下：

G表示礦山環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，n為能影像評(píng)價(jià)目標(biāo)的因子個(gè)數(shù)，Pi表示各個(gè)因子對(duì)指標(biāo)影響效果的權(quán)重?cái)?shù)值。董雙發(fā)等（2012）對(duì)阜新礦集區(qū)進(jìn)行礦山環(huán)境評(píng)價(jià)時(shí)運(yùn)用了該方法，取得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)地調(diào)查結(jié)論較為吻合。該方法可以結(jié)合RS和GIS對(duì)大范圍區(qū)域進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，可以獲得離散且區(qū)分的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)綜合指數(shù)圖；也可以按評(píng)價(jià)指數(shù)分成若干區(qū)間，繪制環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分區(qū)圖[2-4]。

1.2 矢量多邊形法

其原理是首先使用矢量多邊形方法評(píng)估所有影響因素，然后根據(jù)實(shí)際環(huán)境將調(diào)查區(qū)域劃分為不同級(jí)別，后疊加各因子的評(píng)價(jià)結(jié)果和空間信息，求得不同區(qū)域的礦山環(huán)境質(zhì)量等級(jí)，再結(jié)合專家必要的輔助修正，就能計(jì)算出整個(gè)礦區(qū)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。石瀟（2009）等運(yùn)用此方法結(jié)合地理信息空間技術(shù)取得不錯(cuò)的評(píng)價(jià)結(jié)果，與礦區(qū)實(shí)際情況基本一致。

1.3 集對(duì)分析法

集對(duì)分析法，最初是由我國(guó)著名學(xué)者專家趙克勤于上世紀(jì)80年代末期提出的一種處理系統(tǒng)確定性與不確定性之間相互作用的數(shù)學(xué)方法，該方法主要的數(shù)學(xué)工具是聯(lián)系數(shù)。其首要任務(wù)是把評(píng)價(jià)礦山環(huán)境的指標(biāo)含量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合構(gòu)建一個(gè)特殊集對(duì)。對(duì)于一個(gè)試樣來說，設(shè)有N個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，若其中有S個(gè)含量?jī)?yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，有P個(gè)超標(biāo)準(zhǔn)，有F個(gè)未測(cè)或缺乏比較，a為差異不確定度系數(shù)，在［-1，1］區(qū)間內(nèi)隨不同情況取不同的值；b為對(duì)立度系數(shù)，取值為-1（有時(shí)a和b僅起標(biāo)記作用）；μ為聯(lián)系度。

設(shè)x=S/N，y=F/N，z=P/N，則x，y，z分別表示同一度、差異不確定度、對(duì)立度，簡(jiǎn)寫為μ=x+yi+zj ，在此前定義下x，y，z受限于歸一化條件，也就是x+y+z=1。基于集對(duì)分析理論的原理，式子中的同一度、對(duì)立度是相對(duì)穩(wěn)定的，但是差異度相對(duì)于前兩者是不確定的；并且三者之間存在相互聯(lián)系、相互制約和相互轉(zhuǎn)化的相對(duì)關(guān)系，因?yàn)閤，y，z三者是對(duì)同一指標(biāo)不同方面的反應(yīng)。所以，依據(jù)x，y，z三者大小關(guān)系及定量分析，可以判別實(shí)際礦山環(huán)境質(zhì)量狀況，進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)區(qū)分，即以評(píng)價(jià)因子的含量指標(biāo)相對(duì)于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)、超標(biāo)數(shù)及其所占比例，確定環(huán)境質(zhì)量破壞等級(jí)。

目前，集對(duì)分析法還在持續(xù)發(fā)展完善之中，并且一直被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。趙曉亮等（2013）運(yùn)用該方法對(duì)黑龍江省七臺(tái)河市展開礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果與模糊綜合評(píng)價(jià)法的結(jié)果基本相符，基本體現(xiàn)了七河臺(tái)地區(qū)礦山環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，具有一定的準(zhǔn)確度和客觀性。

1.4 熵值法和突變理論

熵值法改進(jìn)突進(jìn)級(jí)數(shù)法，是運(yùn)用突變理論改進(jìn)的熵值法，其基本原理是把評(píng)價(jià)目標(biāo)體系進(jìn)行多層次分解，然后依據(jù)模糊數(shù)學(xué)法和突變理論得到突變模糊隸屬函數(shù)，由分歧集方程得出歸一化公式再計(jì)算突變級(jí)數(shù)值，以達(dá)到保證結(jié)果客觀性來評(píng)價(jià)目標(biāo)的目的。優(yōu)點(diǎn)是不需要計(jì)算每個(gè)影響因子的具體權(quán)重，但也要考慮相同層次的因子相對(duì)重要程度。所以引進(jìn)客觀賦值的熵值法來改進(jìn)，通過計(jì)算各影響因子的熵值來評(píng)判各因子的重要程度[5]。

m為挑選的樣本個(gè)數(shù)，目標(biāo)集數(shù)據(jù)指標(biāo)構(gòu)建數(shù)表示為n，在同一條件下把它們進(jìn)行無(wú)量綱化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)集，定義為Rij。以上述參數(shù)為基準(zhǔn)，求出第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)值為：

2 不同評(píng)價(jià)方法對(duì)比分析

（1）層次分析法的模型簡(jiǎn)單有效，評(píng)價(jià)的結(jié)果與實(shí)際最為吻合，但是在影響因子權(quán)重評(píng)判方面比較依賴專家打分。另外，影響因子如果選取過多，容易出現(xiàn)自相矛盾的情況，難以通過一致性檢驗(yàn)，所以專家打分定權(quán)重這一步對(duì)于層次分析法來說極為重要。

（2）矢量多邊形法雖有效，但是也離不開專家輔助，受經(jīng)驗(yàn)的影響較小，但操作比層次分析法復(fù)雜。需要人為區(qū)分礦區(qū)和非礦區(qū)的范圍，在評(píng)價(jià)展開前就已經(jīng)對(duì)礦區(qū)環(huán)境作出初步定性，不會(huì)出現(xiàn)非礦山區(qū)域環(huán)境比礦山區(qū)域環(huán)境還惡劣這類模糊評(píng)價(jià)偶爾有的矛盾結(jié)果。

（3）集對(duì)分析法得到得環(huán)境評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果較為符合實(shí)際，但是能夠區(qū)分的等級(jí)較少，屬于離散區(qū)間值，不能判斷具體的評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，結(jié)果比較籠統(tǒng)，適合大比例尺礦山環(huán)評(píng)工作。集對(duì)分析原理不但是一種評(píng)價(jià)技術(shù)方法，還是暗含辯證法意識(shí)的思維決策系統(tǒng)，該理論還可以運(yùn)用于包括礦山、大氣、水資源等目標(biāo)質(zhì)量評(píng)價(jià)工作中。

（4）熵值法改進(jìn)的突進(jìn)級(jí)數(shù)法雖然在某些研究中得到可行、可靠的結(jié)果，但遠(yuǎn)沒有如層次分析法一般得到廣泛驗(yàn)證，在多數(shù)實(shí)際情況中，指標(biāo)體系和影響因子的權(quán)重抉擇還需要建立標(biāo)準(zhǔn)化流程，才能增加評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)確度和實(shí)用性[6]。

3 總結(jié)

礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是修復(fù)和治理礦集區(qū)環(huán)境、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要依據(jù)，礦山環(huán)境評(píng)價(jià)的影響因素眾多，不同地區(qū)、不同礦種類型、不同開采方式，選擇的因子都要有所變化，當(dāng)前并沒有形成一個(gè)通用的評(píng)價(jià)方法和體系，探索研究科學(xué)、合理、規(guī)范的綜合評(píng)價(jià)規(guī)范顯得尤為重要。目前來看，基于GS和GIS且依賴專家經(jīng)驗(yàn)的層次分析模糊評(píng)價(jià)法在一定區(qū)域的表現(xiàn)結(jié)果，是廣泛受到認(rèn)可的，而且還可以結(jié)合矢量多邊形法對(duì)萊州市礦集區(qū)在評(píng)價(jià)前進(jìn)行圈定，去除大量植被覆蓋區(qū)和主城區(qū)的冗余影響，能大大減少工作量。但是本人在歸納整理資料中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)研究中選擇影響因子都沒有考慮本底地物類型，礦山開采地原本是荒山還是植被覆蓋的林地在環(huán)境評(píng)價(jià)中的影響權(quán)重應(yīng)該是不一樣的。所以在礦山環(huán)境評(píng)價(jià)前，建立地質(zhì)環(huán)境本底調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，才能保證評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和客觀性，為政府的礦山生態(tài)決策提供可靠依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐[7-9]。