安徽某金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境變權(quán)歐氏距離評(píng)價(jià)模型

周廷強(qiáng)

（重慶三峽學(xué)院土木工程學(xué)院，重慶404100）

近年來(lái)，伴隨著礦山高強(qiáng)度開采活動(dòng)，礦區(qū)及周邊地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題越發(fā)突出［1-2］。對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，對(duì)于高效開展礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理工作，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展大有裨益。目前，適用于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的方法主要有模糊數(shù)學(xué)法、可拓集合法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色系統(tǒng)綜合指數(shù)法等［3］。盡管各類方法在具體實(shí)踐中取得了一定的效果，但大多未考慮相同指標(biāo)的不同取值對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)體系的影響程度［4］。如模糊數(shù)學(xué)法［4-6］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［7-8］，兩者可從主觀或客觀上評(píng)價(jià)不同指標(biāo)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響，但無(wú)法定量分析相同指標(biāo)的不同取值對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確分級(jí)。此外，若采用模糊綜合指數(shù)法［9］進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)，計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，當(dāng)選取不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，則需重新調(diào)整運(yùn)算程序及相關(guān)的隸屬度函數(shù)關(guān)系式等。

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)是一個(gè)多屬性集合體，評(píng)價(jià)指標(biāo)不同，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響權(quán)重也不相同［10］。采用變權(quán)歐氏距離評(píng)價(jià)模型可結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值進(jìn)行規(guī)范化處理，獲得地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的變權(quán)歐氏距離，可有效避免評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值變化對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響［11］；此外，該模型通過(guò)構(gòu)建歐氏空間以及進(jìn)行坐標(biāo)變換降低了計(jì)算復(fù)雜度［12］。為此，本研究以安徽某金屬礦區(qū)為例，通過(guò)構(gòu)建變權(quán)歐氏距離模型對(duì)該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 礦區(qū)概況

安徽某金屬礦區(qū)受燕山期構(gòu)造活動(dòng)的影響，礦區(qū)內(nèi)分布有霏細(xì)巖和斑狀結(jié)構(gòu)的霏細(xì)斑巖，節(jié)理裂隙極發(fā)育。斑巖基質(zhì)由斜長(zhǎng)石、石英、黑云母組成，斑晶以斜長(zhǎng)石為主。礦區(qū)東南側(cè)圍巖中伴隨有較弱的熱變質(zhì)作用，形成了角巖、大理巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，由礦區(qū)開采導(dǎo)致的地表變形有435處，出現(xiàn)坍塌32處，以中小型為主，呈階梯狀、波浪狀坍塌，產(chǎn)生地表裂縫63條，主要表現(xiàn)為邊緣拉張裂縫和不規(guī)則裂縫群。礦區(qū)開采塌陷導(dǎo)致淺層地下水被破壞，對(duì)礦區(qū)周邊居民飲用水供應(yīng)有一定的影響。

2 變權(quán)歐氏距離評(píng)價(jià)模型

采用變權(quán)歐氏距離模型對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的基本思路為選定待評(píng)價(jià)單元，根據(jù)影響因子估測(cè)值計(jì)算其權(quán)重，由于影響因子的估測(cè)值不同，相應(yīng)的權(quán)重也存在差異，故稱之為“變權(quán)”。通常以各影響因子為坐標(biāo)系建立n維空間，以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的第I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值作為坐標(biāo)原點(diǎn)，結(jié)合各影響因子的權(quán)重系數(shù)計(jì)算評(píng)價(jià)單元中不同等級(jí)因子與原點(diǎn)的變權(quán)歐氏距離，并將該距離值作為評(píng)價(jià)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境等級(jí)的依據(jù)。具體步驟如下：

（1）構(gòu)建歐氏空間。設(shè)評(píng)價(jià)樣本C=Cij，（i（1，2，3…，m）為待評(píng)價(jià)單元；j（1，2，3…，n）為影響因子；實(shí)測(cè)值樣本矩陣Cij為第i個(gè)待評(píng)價(jià)單元中第j個(gè)影響因子的實(shí)測(cè)值）。設(shè)k（1，2，3…，k）為礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)等級(jí)（本研究k=4），則由n個(gè)影響因子構(gòu)成的l級(jí)標(biāo)準(zhǔn)矩陣為B，其中bjk為第k個(gè)等級(jí)第 j個(gè)影響因子的標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。將矩陣B的第I等級(jí)極限值作為空間坐標(biāo)原點(diǎn)，按下式對(duì)矩陣C和B進(jìn)行空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：

式中，cij為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元下第 j個(gè)影響因子的實(shí)測(cè)值；bj1、bj4分別為第1個(gè)等級(jí)和第4個(gè)等級(jí)第 j個(gè)影響因子的標(biāo)準(zhǔn)值；空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后的影響因子取值。

（3）確定權(quán)重。根據(jù)各影響因子的環(huán)境貢獻(xiàn)率，按下式計(jì)算指標(biāo)權(quán)重：

式中：ωij為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中第 j個(gè)影響因子的環(huán)境貢獻(xiàn)率權(quán)重值，該值越大，則表明相應(yīng)影響因子對(duì)于地質(zhì)環(huán)境的影響越大；cijbi1為環(huán)境貢獻(xiàn)因子的超標(biāo)量。

（4）變權(quán)歐氏距離確定。分別利用ωij計(jì)算第i個(gè)評(píng)價(jià)單元轉(zhuǎn)化坐標(biāo)和第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)坐標(biāo)與原點(diǎn)的變權(quán)歐氏距離，計(jì)算公式為

式中，δi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的變權(quán)歐氏距離；Δik為第k個(gè)等級(jí)坐標(biāo)的變權(quán)歐氏距離；當(dāng)0≤Δik≤1，可將δi與Δik進(jìn)行比較，確定第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)等級(jí)。

（5）地 質(zhì) 環(huán)境 綜 合 評(píng) 價(jià) 。 當(dāng) δi≤1 時(shí) ，若Δik≤δi≤Δik+1，則地質(zhì)環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)可按下式確定：

式中，k為待評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境等級(jí)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

本研究結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，選定礦區(qū)植被覆蓋率（B1）、礦塵爆炸指數(shù)（B2）、固廢利用率（B3）、廢氣利用率（B4）、地面塌陷面積與開采面積比值（B5）、土地恢復(fù)治理率（B6）、廢水利用率（B7）以及土地污染率（B8）作為安徽某金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。各指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1，I、II、III、IV級(jí)分別表示差、較差、較好、好。

根據(jù)式（1），對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得轉(zhuǎn)換后的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

根據(jù)礦區(qū)2017年1—10月各指標(biāo)監(jiān)測(cè)值（表3），通過(guò)式（2）計(jì)算的各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重值見表4。

結(jié)合表4，根據(jù)式（3）計(jì)算待評(píng)價(jià)單元與I級(jí)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變權(quán)歐氏距離，通過(guò)式（4）進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)，并與模糊綜合指數(shù)法與灰色聚類法進(jìn)行比較，結(jié)果見表5。分析表5可知：總體上礦區(qū)2017年全年僅4、7、8、10月的地質(zhì)環(huán)境等級(jí)為III級(jí)（較好），總體上地質(zhì)環(huán)境等級(jí)為II級(jí)（較差），與模糊綜合指數(shù)法以及灰色聚類法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，表明礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題較嚴(yán)重，地面塌陷面積與開采面積比值和土地恢復(fù)治理率為該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的主要影響因素，有必要采取相應(yīng)措施進(jìn)行治理。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合安徽某金屬礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查及野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于變權(quán)歐氏距離的礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)模型，獲得了不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響權(quán)重，認(rèn)為該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為II級(jí)（較差），有必要進(jìn)一步采取措施進(jìn)行治理。