李雪宇，文武飛

文章編號(hào)：1672-5603（2020）02-49-6

摘 要 文章主要是在綜合調(diào)查研究湘潭市雨湖、岳塘區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層次分析法（AHP）和GIS技術(shù)確定評價(jià)因子權(quán)重值和網(wǎng)格化分析，結(jié)合自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)的實(shí)際情況建立礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評價(jià)體系，根據(jù)評價(jià)結(jié)果，將區(qū)內(nèi)因礦業(yè)活動(dòng)造成的影響分為嚴(yán)重、較重及較輕3個(gè)等級，較客觀真實(shí)地反映礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，為礦山生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雨湖、岳塘區(qū);層次分析法;GIS;礦山地質(zhì)環(huán)境

中圖分類號(hào)： X821 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Comprehensive Impact Assessment of Mine Geological Environment Based on AHP and GIS

—A Case Study of Yuhu and Yuetang Districts in Xiangtan

Li Xueyu ， Wen Wufei

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）

Abstract： The article mainly determined weighted values of evaluation factors and meshing analysis with AHP （Analytic Hierarchy Process） and GIS （Geographic Information System） baed on the comprehensive study concerning the mine geological environment in Yuhu and Yuetang Districts， Xiangtan. Meanwhile， a comprehensive assessment system of mine geological environment was established in conjunction with physical geography and fundamental geology. Then， the impact caused by mining activities in the district can be classified into severe， mild， and slight according to assessed achievements. The system can truly reflect the current status of the mine geological environment， providing a scientific proof for restoring mine ecology.

Keywords： Yuhu and Yuetang Districts; AHP; GIS; mine geological environment

0 前言

近年來，隨著“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念不斷深入，湘潭市礦業(yè)結(jié)構(gòu)大幅優(yōu)化，“小、散、亂、污”礦山有序退出。如何科學(xué)合理準(zhǔn)確地評價(jià)礦業(yè)活動(dòng)對環(huán)境的影響程度及范圍，是礦山進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，也是礦山地質(zhì)環(huán)境研究的一個(gè)重大課題。本文將層次分析法（AHP）和GIS技術(shù)結(jié)合利用，對湘潭市雨湖、岳塘區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 研究區(qū)概況

雨湖、岳塘兩區(qū)屬湘潭市轄城區(qū)，范圍為東經(jīng)112°43′00″～113°05′30″;北緯27°47′30″～28°04′30″。研究區(qū)地貌的基本特征是東北稍高，西南偏低，地貌類型依據(jù)其成因可分為侵蝕堆積地貌和構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌兩大類。地屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，光熱充足，四季分明，盛夏炎熱少雨，冬季嚴(yán)寒濕潤。區(qū)內(nèi)北東向構(gòu)造十分發(fā)育，形成獨(dú)具特色的湘潭斷陷盆，西鄰鶴嶺斷褶帶，東接白馬垅—梅林橋斷褶帶。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)發(fā)證礦山46個(gè)，廢棄礦山16個(gè)，主要開采礦種為錳、石灰?guī)r及砂石。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)方法

2.1 評價(jià)原則

評價(jià)應(yīng)遵守以采礦對礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響為主，兼顧礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，突出礦山環(huán)境地質(zhì)問題現(xiàn)狀的基本原則。以原始資料為前提，并結(jié)合遙感解譯和地面調(diào)查，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量化處理，計(jì)算綜合指數(shù)并劃分其影響程度等級[6-7] 。

2.2 評價(jià)體系及分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 ?評價(jià)體系建立

根據(jù)湘潭市雨湖、岳塘區(qū)礦產(chǎn)資源分布位置及礦山開采造成的主要地質(zhì)環(huán)境問題，本次評價(jià)主要采取自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)及礦山開發(fā)對環(huán)境的影響3項(xiàng)評價(jià)子系統(tǒng)，即準(zhǔn)則層，各子系統(tǒng)有細(xì)分多個(gè)評價(jià)因子，即指標(biāo)層。

2.2.2 ?指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

參照《礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 223-2011）》[8]、《礦山遙感監(jiān)測工作指南》[9]及《礦山地質(zhì)環(huán)境綜合防治方案編制規(guī)范》（DB43T 1042-2015）[10]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，確立了各評價(jià)指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

2.2.3 ?指標(biāo)權(quán)重的確定

權(quán)重值是反映參與評價(jià)因子的重要性，具有明顯的數(shù)學(xué)模糊特征。參與評價(jià)指標(biāo)等級一定的情況下，綜合評價(jià)的指標(biāo)權(quán)重值的大小能夠左右總體評價(jià)結(jié)果，因此，各因子權(quán)重值的確定是綜合評價(jià)的主要研究內(nèi)容之一。

AHP法是一種對非定量事件進(jìn)行定量分析的有效方法，特別是在目標(biāo)因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺少必要的數(shù)據(jù)情況下，需要將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷定量化時(shí)該法非常實(shí)用。AHP法計(jì)算步驟可分建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型（圖1）、構(gòu)造判斷矩陣、計(jì)算權(quán)向量、一致性檢驗(yàn)4步。

①準(zhǔn)則層權(quán)重計(jì)算

建立準(zhǔn)則層兩兩對比判斷矩陣（式2-1）

（式2-1）

根據(jù)AHP法求得判斷矩陣最大特征根λMax=3.0。一致性比例CR=0.0019，一致性通過。

②指標(biāo)層權(quán)重計(jì)算

指標(biāo)層根據(jù)準(zhǔn)則層劃分，獲取指標(biāo)層的重要性標(biāo)度值，分別構(gòu)建礦石開采對環(huán)境的影響（式2-2）、自然地理（式2-3）及基礎(chǔ)地質(zhì)（式2-4）的判斷矩陣。

求得礦山開采對環(huán)境影響、自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)的判斷矩陣最大特征根分別為λMax=7.6423、λMax=2.00和λMax=2.00，一致性比例CR=0.0787、CR=0.00和CR=0.00，一致性通過。

通過計(jì)算最終得出評價(jià)因子的權(quán)重分布值，具體見表2。

3 研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)

3.1 評價(jià)單元的劃分

評價(jià)單元的劃分采取正方形的格化剖析。評估區(qū)總面積為657.80Km2，按照0.2Km×0.2Km的正方形網(wǎng)格法劃分，將全區(qū)劃分為16445個(gè)網(wǎng)格。

3.2 單因子分析

3.2.1 ?自然地理

降雨量：區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降水量為1385mm，4-7月降水較集中，日最大降水量153.8 mm（2013年6月28日），月最大降水量408.4mm（2005年5月），年最大降水量1553.6 mm（2014年），年最小降水量1061.9mm（1985年）。據(jù)表1，區(qū)內(nèi)降雨量在1061.9-1553.6mm，屬于較輕區(qū)。

區(qū)域重要程度：按照《礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 0223-2011）》中附錄 B“評估區(qū)重要程度分級”的要求進(jìn)行評估。區(qū)內(nèi)礦山分布離主要城市、交通及居民集中區(qū)多數(shù)在300m范圍以外，僅湘潭市湘潭錳礦地質(zhì)公園附近影響嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)屬一般區(qū)，其次是重要區(qū)。

3.2.2 ?基礎(chǔ)地質(zhì)

構(gòu)造：斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙等的發(fā)育程度對礦業(yè)活動(dòng)的影響程度進(jìn)行評價(jià)，按照《礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 0223-2011）》中附錄C“礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度分級”中第5條的要求及表1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。

巖性組合類型：礦區(qū)內(nèi)不同巖性類型及其組合的力學(xué)性質(zhì)對礦業(yè)活動(dòng)造成的影響情況，據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)的巖性組合主要?jiǎng)澐譃樗缮r類、較硬巖及硬質(zhì)巖三個(gè)類別，對應(yīng)等級分別為嚴(yán)重、較重及較輕。

3.2.3 ?礦山開發(fā)對環(huán)境的影響

主要開采方式：區(qū)內(nèi)共有礦山61個(gè)，其中持證礦山45個(gè)，廢棄無主礦山16個(gè)。以露天開采為主，其次是地下開采。露天開采礦山42個(gè)，地下開采礦山22個(gè)。本次評價(jià)將露天開采區(qū)域劃分為嚴(yán)重，地下開采劃分為較重，無礦業(yè)活動(dòng)區(qū)域劃分為較輕。

開采點(diǎn)密度：據(jù)遙感解譯及實(shí)際調(diào)查礦山數(shù)量及位置分布的結(jié)果，將單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)多于5個(gè)的開采點(diǎn)地區(qū)劃分為嚴(yán)重區(qū)，1-5個(gè)的劃分為較重區(qū)，小于1個(gè)或是無礦區(qū)的劃分為較輕區(qū)。研究區(qū)內(nèi)主要是以較輕為主，其次是較重。

主要開采礦種：區(qū)內(nèi)開采礦種主要是黑色金屬礦產(chǎn)和建筑及非金屬開采2大類，其中黑色金屬礦山9個(gè)，建筑及其他非金屬礦山52個(gè)。據(jù)表1，區(qū)內(nèi)主要分為較重區(qū)和較輕區(qū)。黑色金屬開采、建筑及非金屬礦產(chǎn)為較重區(qū)，無礦業(yè)活動(dòng)區(qū)為較輕區(qū)。

土地資源占用破壞程度：主要是反映礦業(yè)活動(dòng)對基本農(nóng)田、水田、耕地、林地、草地等的破壞情況。區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動(dòng)占用水田18.4029公頃，耕地7.7436公頃，園地0.0656公頃，林地68.9041公頃等。據(jù)表1，將土地資源占用破壞情況劃分為嚴(yán)重、較重及較輕3個(gè)等級。

地質(zhì)災(zāi)害：區(qū)內(nèi)因礦業(yè)活動(dòng)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)16個(gè)，其中湘潭市雨湖區(qū)響塘鄉(xiāng)調(diào)查塌陷坑15處，分別分布于新日村、荷花村、柴山村及荷塘組，占總塌陷坑的93.75%;其次是位于雨湖區(qū)姜畬鎮(zhèn)。據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害等級劃分為嚴(yán)重區(qū)，較重區(qū)及較輕區(qū)。

水環(huán)境破壞程度：水環(huán)境破壞程度主要是考慮區(qū)內(nèi)礦山開采造成的地表水、地下水遭受污染，破壞水質(zhì)量，影響區(qū)內(nèi)水源和飲水安全等問題，根據(jù)表1，將區(qū)內(nèi)水環(huán)境破壞程度劃分為嚴(yán)重、較重及較輕3個(gè)等級。

3.3 綜合分區(qū)及評價(jià)

3.3.1 ?疊加分區(qū)

礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)是借助ARCGIS空間疊加分析功能，將區(qū)內(nèi)參與評價(jià)因子的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行空間疊加分析，將各個(gè)因子的權(quán)重值及評分值進(jìn)行加權(quán)求和（式3-1），按照F≤1.5為較輕，1.5

（式3-1）

最后將得到的礦山環(huán)境綜合評價(jià)結(jié)果圖與研究區(qū)礦山環(huán)境狀況進(jìn)行反復(fù)擬合，以礦區(qū)相對集中，礦種相對類似成一區(qū)的原則，確定評價(jià)分區(qū)界線，形成研究區(qū)礦山環(huán)境綜合評價(jià)分區(qū)圖，見圖3。

3.3.2 ?綜合分區(qū)評價(jià)

根據(jù)加權(quán)求和分析分區(qū)評價(jià)結(jié)果可知，區(qū)內(nèi)較輕區(qū)主要是分布在無礦業(yè)活動(dòng)區(qū)域，該區(qū)分布面積為599.0098Km2，該區(qū)內(nèi)參與評價(jià)的各因子均為較輕。較重區(qū)主要集中分布在雨湖區(qū)，該區(qū)分布礦山較多，主要是以金屬及非金屬為主，該區(qū)內(nèi)土地資源占用破壞嚴(yán)重，其次是地質(zhì)災(zāi)害和水環(huán)境破壞較嚴(yán)重為主，該區(qū)分布面積為51.5793Km2;嚴(yán)重區(qū)主要分布在湘潭錳礦及周邊礦山，該區(qū)主要是水環(huán)境污染嚴(yán)重，土地資源占用破壞嚴(yán)重為主，該區(qū)分布面積為7.2109Km2。

4 結(jié)論

本研究主要以礦山開發(fā)對環(huán)境的影響為主，兼顧自然地理及基礎(chǔ)地質(zhì)，建立了一套基科學(xué)、完整、系統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)體系，借助層次分析法和ARCGIS的空間分析技術(shù)完成評價(jià)，得出以下幾條結(jié)論：

（1）礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)主要分布在金屬礦礦區(qū)。研究區(qū)內(nèi)嚴(yán)重區(qū)主要分布在湘潭錳礦周邊開采錳礦的礦山周邊，該區(qū)內(nèi)土地資源破壞嚴(yán)重，主要是破壞水田及耕地。

（2）區(qū)內(nèi)土地資源占用破壞嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動(dòng)嚴(yán)重占用破壞土地資源，尤其是以金屬礦為主，其次是建筑及非金屬礦產(chǎn)，主要是以工業(yè)廣場及露天采場，分別占用破壞土地面積107.0236公頃和83.7867公頃。

（3）水環(huán)境破壞嚴(yán)重。研究區(qū)內(nèi)水環(huán)境污染破壞主要分布在湘潭錳礦周邊的黑色金屬礦產(chǎn)附近，主要是以錳和硫嚴(yán)重污染為主，其次是砷和磷。

（4）區(qū)內(nèi)以較輕區(qū)分布面積最廣，其次是較重區(qū)，嚴(yán)重區(qū)最小。其中較輕區(qū)主要分布在離礦業(yè)活動(dòng)范圍300m以外區(qū)域，較重區(qū)主要是礦業(yè)活動(dòng)占用破壞土地資源較重為主，嚴(yán)重區(qū)主要是礦業(yè)活動(dòng)作用強(qiáng)烈，礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育。

參考文獻(xiàn)/References

[1]丁麗，鄭觀超，康俊，等.基于GIS和RS的隴南金礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2012，23（1）：86-90.

[2]王 娟，張普斌，張建國，劉 歡.基于RS和GIS的礦山環(huán)境綜合評價(jià)——以甘肅省白銀煤礦區(qū)為例[J].礦產(chǎn)勘察，2012，3（6）：873-882.

[3]魏迎春，徐友寧.礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型研究[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2004，（ 4） ： 47-50.

[4]羅娟，陳守余.礦山環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系及層次分析法評價(jià)[J].安全與環(huán)境工程，2005，12（1）：9-12.

[5]武 強(qiáng)，董東林.西北煤礦地質(zhì)環(huán)境的評價(jià)方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2002，46（1）： 96-98.

[6]高培.基于GIS和RS的葫蘆島礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)研究[D]，北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2009.

[7]徐精彩，張儉讓.發(fā)展西部地區(qū)礦業(yè)中的安全與環(huán)境治理問題探討[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20（3）： 3-6.

[8]中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組，礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案編制規(guī)范（DZ/T 223-2011）[S].北京，2011.

[9]趙英時(shí)等.遙感應(yīng)用分析原理與方法.北京：科學(xué)出版社，2009.

[10]湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)編寫組，礦山地質(zhì)環(huán)境綜合防治方案編制規(guī)范（DB43T 1042-2015）[S].湖南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2015.