改進的層次分析法用于淮南礦區生態環境質量評價中各指標權重的確定

陳永春，耿宜佳，王曉輝

(1.淮南礦業(集團)有限責任公司，煤炭開采國家工程技術研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽合肥 230009；3.安徽省環境科學研究院，安徽合肥 230061)

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改進的層次分析法用于淮南礦區生態環境質量評價中各指標權重的確定

陳永春1，耿宜佳2*，王曉輝3

(1.淮南礦業(集團)有限責任公司，煤炭開采國家工程技術研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽合肥 230009；3.安徽省環境科學研究院，安徽合肥 230061)

淮南礦區是我國華東地區重要的煤炭和煤電一體化生產基地，對于區域社會經濟發展具有重要意義。同時，煤炭資源的開采不同程度地造成了環境污染和生態破壞。為實現礦區經濟、社會和生態環境可持續發展，必須找到影響煤礦區生態環境質量的癥結所在，而對煤礦區生態環境質量進行科學、客觀的評價是前提。應用改進的層次分析法構建淮南礦區生態環境質量評價指標體系，科學得出不同指標權重的大小，清楚地顯示影響淮南礦區生態環境質量的主要和次要因素(水土流失率、景觀多樣性指數和生態環境系統彈性度所占權重值較大，是決定淮南礦區生態環境質量的關鍵)，結果對于淮南礦區生態保護與建設措施的提出具有重要支持作用。

淮南礦區；改進的層次分析法；生態環境質量；權重

淮南礦區是我國東部和南部地區資源最好、儲量最大的一塊整裝煤田，位于淮河中游兩岸，東西長達180 km，南北寬約20 km，面積為3 600 km2，煤炭遠景儲量達444億t，已探明儲量153.6億t，占安徽省煤炭總儲量的63%、華東地區煤炭總儲量的32%[1]，被列為全國13個億噸煤炭生產基地、6個煤電基地之一。淮南礦區由淮河以南的老礦區及淮河以北的潘謝新礦區組成，老礦區包括位于城區的“泉大”資源枯竭老礦區和位于礦區中南部的衰退型礦井區，現有新莊孜、李咀孜、謝一、李一4對礦井；潘謝新礦區是目前淮南礦區煤炭開發重點礦井區，現有潘一、潘二、潘三、張集、謝橋、顧橋、顧北、丁集、潘北9對礦井。

淮南礦區是安徽省最大的煤礦區，現已形成年產8 100萬t的原煤生產能力，并在發展坑口電廠及其煤電一體化方面取得了明顯成效。與此同時，礦區在煤炭開采、加工和利用過程中產生了一系列不容忽視的生態環境問題，主要表現為土地塌陷、煤矸石及粉煤灰壓占土地、地貌改變導致的景觀變化，以及礦區生產污染和對社會環境的影響等。這些問題在一定程度上產生了區域資源浪費、生態環境破壞、區域經濟發展潛力削弱和礦區社會問題加劇等深層次的矛盾，從而成為礦區可持續發展的重要制約因素[2-3]。淮南礦區的生態環境質量評價能夠使決策者明確礦區生態環境的基本情況，找出影響礦區生態環境質量的制約因素，為礦區污染防治和生態保護對策的提出提供技術支撐。筆者將應用改進的層次分析法，在系統分析影響淮南礦區生態環境質量因素的基礎上，構建礦區生態環境質量評價模型。

1 改進的層次分析法

層次分析法[4]是由美國運籌學家Saaty于20世紀70年代提出的，是一種解決多目標復雜問題的定性與定量相結合的、系統化的、層次化的決策分析方法。該方法能將復雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯系的有序層次而使之條理化，并能將數據、專家意見和分析者的客觀判斷直接而有效地結合起來，檢驗并減少主觀因素的影響，使分析評價工作更加客觀和科學，并已逐步在生態環境質量評價中得到應用。改進的層次分析法在構造比較矩陣時采用了三標度法，摒棄了傳統方法的九標度法，使決策者很容易判斷兩兩因素的相對重要性[5]。而且，改進的層次分析法不需要進行一致性檢驗，運用矩陣進行推導，過程清晰，計算簡單[6]。其一般步驟是：

1.1 建立層次結構模型在應用改進的層次分析法之前，需要針對研究區的具體情況建立層次結構模型，主要包括目標層、準則層和指標層，各層的評價指標因實際情況而定。

1.2 構建比較矩陣根據專家組對每層因素重要性的兩兩比較，得出比較矩陣：

其中，Aij為第i因素與第j因素相對比的重要性，且有Aii=1或Ajj=1。

1.4 構造判斷矩陣Bij對每組因素構造判斷矩陣，其元素bij遵循以下算子[7]：

1.5 求上述判斷矩陣Bij的傳遞矩陣Cijcij=lgbij(i，j=1，2，…，n)。

1.9 總排序利用單層次排序結果進行總層次排序。例如某一指標權重為a，其下因素的權重分別為(W1，W2，…，Wn)T，則在總層次中這些因素的權重分別為aWi(i=1，2，…，n)。按照該方法確定各因素在總層次中的順序。

2 基于改進的層次分析法的淮南礦區生態環境質量評價

2.1 評價模型的建立以淮南礦區為例，根據該礦區的生態環境現狀和特點，依照指標體系建立的原則，確定具有代表性的淮南礦區生態環境質量評價綜合體系。指標體系有3層結構，包括目標層A、準則層B(3個)和評價方案層C(9個評價指標)，構成了淮南礦區生態環境質量綜合評價的指標體系(圖1)。

圖1 淮南礦區生態環境質量總體評價層次分析模型

2.2 各層指標權重值的確定由于涉及到的指標種類較多，具體的計算過程不一一列舉。僅以準則層為例，依據改進的層次分析法計算步驟，給出相應的運算過程及其結果矩陣，主要包括比較矩陣、判斷矩陣、傳遞矩陣、最優傳遞矩陣、擬優一致矩陣，結果依次如下：

2.2.1求比較矩陣Aij和重要性排序指數ri。通過專家評分和計算，得出相應的比較矩陣和ri：

2.2.2求判斷矩陣Bij。構造的判斷矩陣如下：

2.2.3求判斷矩陣的傳遞矩陣Cij。通過計算，求得判斷矩陣的傳遞矩陣如下：

2.2.4求傳遞矩陣的最優傳遞矩陣Dij。通過計算，求得傳遞矩陣的最優傳遞矩陣如下：

2.2.7總排序。基于求得的各評價指標的相對權重值，可以計算出方案層中各指標的最終權重值，按大小排列，可以得出方案層中指標的總體排序結果(表1)。

表1 淮南礦區生態環境質量評價各指標權重排序結果

由表1可知，9個指標對淮南礦區生態環境質量評價的影響程度為水土流失率>景觀多樣性指數>生態環境系統彈性度>土壤侵蝕強度指數>土地適宜度>土地生產潛力>抗壓指數>歸一化植被指數>土壤侵蝕因子。由排序可知，影響淮南礦區生態環境質量的重要指標是生態環境持久能力和生態環境發展能力。從各準則層權重來看，水土流失率和景觀多樣性指數處于靠前的位置，是主要的影響因素，在礦區生態環境治理中應予以重視。

3 結論與討論

筆者通過運用改進的層次分析法，確定淮南礦區生態環境質量評價中各指標的權重，得到方案層中的總排序，確定了影響淮南礦區生態環境質量的重要指標，為決策者提出生態保護與建設措施提供了理論支持。改進的層次分析法用于礦區生態環境質量評價，較好地克服了決策者的主觀影響；通過引入最優傳遞矩陣，避免了一致性檢驗，并且推導過程采用矩陣方式，使得過程清晰，計算簡單。但是，利用該方法得到的權重值分布比較集中，可能會出現等值情況，這在以后的應用中應該多加注意。

根據計算結果可知，水土流失率、景觀多樣性指數和生態環境系統彈性度所占的權重值較大，是決定淮南礦區生態環境質量的關鍵。礦區煤炭開采會形成地表塌陷和沉降，造成地表植被破壞和水土流失加劇，大大影響了礦區水土流失率和地表景觀多樣性指數，也造成礦區生態系統的持續惡化。因此，在對礦區生態環境進行保護與治理時應該抓住主要問題，加大整治力度，使得礦區生態環境質量盡快得到改善。

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Application of the Improved Analytic Hierarchy Process in Determination of Indicator Weight of Eco-environment Quality Evaluation in Huainan Mining Area

CHEN Yong-chun1, GENG Yi-jia2*, WANG Xiao-hui3

(1. Huainan Mining Industry Group Co. Ltd., Huainan, Anhui 232001; 2. School of Nature Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009;3. Anhui Institute of Environmental Science, Hefei, Anhui 230061)

Huainan mining area in east China is important base for coal and electricity integration production, which has great significance for the regional social and economic development. At the same time, coal mining causes environmental pollution and ecological destruction to varying degrees. In order to realize sustainable development of the mining area economic, social and eco-environment, we must find the crux of the coal mining area eco-environment quality. For coal mining area eco-environment quality of scientific and objective evaluation is the premise. The improved analytic hierarchy process is applied to establish ecological environment quality evaluation system in Huainan mining area. And then the weights for screened evaluation factors are determined, which clearly indicate main factors and subordinate factors(soil and water losses, landscape diversity index and the eco-environment system accounts for a bigger weight value of elastic degrees. They are key determinants of Huainan mining area ecological environment quality). The results have important role in put forward countermeasures for ecological protection and construction in Huainan mining area.

Huainan mining area; Improved analytic hierarchy process; The ecological environment quality; Weight

淮南礦業集團科學技術項目(HNKY JT JS(2013)31)。

陳永春(1978- )，男，山西大同人，工程師，碩士，從事環境工程以及生態學研究工作。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：環境工程。

2014-11-19

S 181.3

A

0517-6611(2015)04-275-03