基于模糊綜合評價模型的礦區生態環境分析

黃曉陽，陳寶技，劉娜，桂維振，劉陽

（1.山東科技大學，山東青島266590；2.山東汶上義橋煤礦有限責任公司，山東濟寧272511；3.重慶地礦測繪院，重慶400042）

模糊綜合評價模型是一種基于模糊數學建立的具有較強功能的分析方法。該研究方法是根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象作出一個總體評價。本文通過研究模糊綜合評價模型的提出，在此基礎上以義橋煤礦從建井投產至今的實測原始數據與已有資料整理作為原始指標數據，對所建立的模糊綜合評價模型進行了檢驗。實踐表明，此方法具有可行性，將模糊綜合評價模型引入礦區生態環境健康分析，對保護礦區當地的生態環境質量和生活質量、實現可持續發展具有重要的指導意義。

1 礦區生態模糊綜合評價模型［1－2］

礦區生態健康評價指標體系分為目標層、準則層和指標層三個層次，故稱為三層次模糊綜合評價法，步驟為：

1）建立目標層、準則層和指標層

將目標A分為m個準則Bi，i＝1，2，…，m。即：

式中，cij為第i個準則的第j個指標。

2）采用組合賦權法確定各層次權重值

權重值包括準則層相對于總目標層的權重集W1B和指標層相對于準則層的權重集W1C。

其中，ci＝（ci1，ci2，…，cimi）；mi為第i個準則所含的指標數。

3）將總目標根據評價需要劃分為幾個等級，建立評價標準

式中：sij為第i個指標第j個等級的評價標準值；m為評價等級數；n為評價指標數。

4）根據評價指標集V建立隸屬函數

5）根據隸屬函數和各個指標的實際值建立模糊關系矩陣R

式中，Ri為第i個準則的指數模糊關系矩陣［3］。

6）分層模糊評價

礦區生態系統健康評價指標體系共分為三層，因此可進行兩層模糊評價，即指標層對準則層和準則層對目標層的評價。

指標層對準則層的模糊評價，第i準則的模糊評價為：

其中：i＝1，2，…，m。

準則層對目標層的模糊評價為：

式中，ai為對第i個等級的隸屬度［4］。

7）評價結果的處理

2 模糊綜合評價模型在義橋礦區生態系統中的應用實例及分析

2.1 礦區生態模糊評價標準體系的建立

義橋煤礦位于山東省汶上縣，村下壓煤占礦井地質儲量的三分之一，采用村下壓煤開采對礦區生態環境造成了一定的影響。所構建的評價指標體系［5－6］如表1所示。

表1 礦區生態系統健康評價指標體系Table 1 Indicator system of mining area ecosystem health assessment

2.2 基礎數據的獲取和整理

根據野外采集的相關原始指標數據以及相關資料，經過整理，對指標體系中各指標進行辨識和賦值，選取2009年的評價指標體系的基礎數據，如表2所示。

表2 評價指標基礎數據Table 2 Basic data of assessment indicators

2.3 評價指標體系權重的確定

先用層次分析法（AHP）確定權系數，再通過嫡技術對確定的權系數進行修正，得到各指標的權系數［1］。

1）AHP確定指標權系數

層次分析法是一種多目標、多準則的決策方法，其大概的確定過程如下：

（1）設計咨詢調查表，對專家進行咨詢評估，將咨詢結果整理得A—B、B1—C、B2—C、B3—C、B4—C判斷矩陣R，計算R的特征根和特征向量，并檢驗判斷矩陣的一致性。

（2）求出C層各指標對于總目標A的權數。

2）應用熵技術修正指標權系數

AHP方法識別問題的系統性強，可靠性相對較高，但會出現信息把握不準和丟失部分信息等問題，因此使用熵技術對AHP法確定的權系數進行修正。

用熵技術對評價指標權系數的修正值如表3所示，操作過程如下：

（1）將A—B、B1—C、B2—C、B3—C、B4—C判斷矩陣R各指標進行同度量化，得到矩陣ˉR。

（2）對構造的判斷矩陣進行熵技術修正：

①歸一化處理：

③第j項指標的差異系數：

④信息權重系數：

⑤指標權系數：

表3 評價指標權系數修正值Table 3 Correction values of assessment indicator weight coefficients

2.4 模糊綜合評價

根據義橋煤礦研究區域2009年的各指標數據（見表2）確定評價指標體系各子系統與礦區生態系統健康程度之間的關系矩陣，確定結果如下：

其中RB為子系統各指標與健康程度之間的關系矩陣，矩陣中的元素rij為各子系統中第i個指標對第j級健康程度的隸屬度。

根據表3可知個子系統的權系數分別為：

通過以上各子系統與礦區生態系統健康程度的關系矩陣分別與相應的各子系統權系數相乘，可以得到研究礦區生態系統現狀與其健康程度之間的關系矩陣R1，即：

上式中，R1為研究礦區各子系統與健康程度的關系矩陣，矩陣中的元素rij為第i個子系統對第j級健康程度的隸屬度。

據表3可知各子系統的權重為：

則研究礦區2009年生態系統健康現狀的評價結果為：

從式（22）的礦區生態系統現狀與健康程度的關系矩陣R1得出：義橋煤礦生態環境保障度的健康現狀最差，其臨界狀態的隸屬度為0.56；其次是自然資源支持度和健康可持續；社會經濟發展度的健康程度最高，其對于健康程度的隸屬度達到了0.604。表明義橋礦區產生了較大的經濟效益，并應加強生態壞境的保護。

2）根據最大隸屬原則，從式（24）評價結果可知，義橋礦區的生態系統現狀屬于健康狀況，對臨界狀態的隸屬度為0.224，次于最大隸屬度0.492，一般疾病的隸屬度為0.047，結果表明義橋煤礦生態系統現狀屬于健康狀態。

3 結論

1）義橋礦區采用村下壓煤開采對該礦區生態環境造成一定的影響，本文通過結合AHP和熵技術法確定礦區的生態環境評價指標權系數，去除了人為主觀因素的影響，使得該模型的生態系統評價具有一定的客觀性。并從生態環境、自然資源、社會經濟、健康可持續度四個方面建立模糊綜合評價模型，根據隸屬度理論將定性評價轉化為定量評價，有利于研究礦區的生態演變規律，對保護當地生態環境質量、改善居民與職工生活質量、實現可持續發展具有重要的指導意義，為礦區帶來一定的社會、經濟效益。

2）礦區生態系統是由資源、環境、經濟、社會等各方面因素相互作用的復雜系統，對它的健康認識既有精確性又有模糊性。在健康評價過程中，被評價的對象、主體和標準都有模糊和不確定性，而模糊綜合評價對生態系統健康評價分析具有一定的可靠性。

3）本文研究結果表明使用模糊綜合評價方法對礦區生態環境演變分析是一種有效的決策方法，該研究取得了良好的效果，評價模型具有可行性和科學性。

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