基于遙感調(diào)查的礦山綜合評(píng)價(jià)研究

王昊 汪潔 李浩 李丹 劉雪 宋伊圩

摘要：本文利用模糊層次分析法構(gòu)建了區(qū)域發(fā)展與環(huán)境壓力的評(píng)價(jià)模型，并利用多期遙感影像，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)新疆某銅鎳礦區(qū)開展了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)工作。文中選用了區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力兩個(gè)主要評(píng)價(jià)因子，結(jié)合子因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用隸屬函數(shù)確定各個(gè)子因子的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：1）該礦山的評(píng)價(jià)得分不斷降低，礦山開發(fā)的破壞作用對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果仍占主導(dǎo)地位；2）該礦山開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益與區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力密切相關(guān)，當(dāng)?shù)V山效益增長(zhǎng)會(huì)促進(jìn)區(qū)域發(fā)展；礦業(yè)市場(chǎng)不景氣時(shí)，公司無(wú)暇顧及區(qū)域發(fā)展，會(huì)進(jìn)一步對(duì)環(huán)境施壓，謀取利益。

關(guān)鍵詞：遙感調(diào)查；礦山；模糊層次分析法；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X822 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）05-0007-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.003

Abstract： This paper uses the fuzzy analytic hierarchy process to construct the evaluation model of regional development and environmental pressure and multiphase remote sensing image， combined with social and economic statistical data， a copper and nickel mines in Xinjiang was carried out by dynamic evaluation. In this paper， regional development and environmental pressure are selected as the two main evaluation factors， and the evaluation criteria of sub-factors are used to determine the rating criteria of each sub-factor. The evaluation results show that： 1） the evaluation score of the mine is decreasing continuously， and the damage effect of mine development still dominates the evaluation result. 2） the economic benefits of the mine development are closely related to regional development and environmental pressure， and the growth of mining benefits will promote regional development； When the mining market is depressed， the company has no time to take into account the development of the region， which will further pressure the environment and seek profits.

Key words： Remote sensing survey； Mine； Fuzzy analytic hierarchy process； overall merit

礦產(chǎn)資源是支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步，保障人們生產(chǎn)生活及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。礦山開發(fā)作為區(qū)域發(fā)展的一把雙刃劍，其兩面性影響逐漸顯露出來(lái)：礦山開發(fā)往往會(huì)伴隨土地壓占或損毀、廢棄廢水廢渣等排放以及地質(zhì)災(zāi)害（隱患）等諸多不利影響，而隨著礦山企業(yè)的發(fā)展，其在為國(guó)家提供礦產(chǎn)資源、為地方提供經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能夠?qū)^(qū)域的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用[2]。本研究以新疆某合法在采銅鎳礦山為例，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)影響以及環(huán)境保護(hù)等綜合效益均列入評(píng)價(jià)體系，通過指數(shù)評(píng)價(jià)法從地質(zhì)環(huán)境壓力、區(qū)域發(fā)展建設(shè)方面對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行多年度動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)。

1 礦山綜合評(píng)價(jià)模型

目前，對(duì)礦山環(huán)境地質(zhì)問題的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外常用的環(huán)境評(píng)價(jià)方法主要有熵權(quán)法、因子分析法、模糊數(shù)學(xué)法和模糊層析分析法等[3]。根據(jù)礦山環(huán)境評(píng)價(jià)目標(biāo)，綜合各評(píng)價(jià)方法側(cè)重內(nèi)容，比較各種評(píng)級(jí)模型的優(yōu)劣勢(shì)，最終選取模糊層次分析法[4]。其結(jié)合了層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)了層次分析結(jié)果主觀性影響較大的問題，剔除了模糊數(shù)學(xué)法結(jié)果存在大量重復(fù)信息的問題，提高了最終結(jié)果的可靠性[5]。

為了避免人為主觀性太強(qiáng)從而影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果[6]，建立評(píng)價(jià)因子的優(yōu)先關(guān)系矩陣U：

評(píng)價(jià)因子記為a1（i=1，2，3，…，n），所有評(píng)價(jià)因子的集合則為A={a1，a2，…，an}。根據(jù)評(píng)價(jià)因子的重要程度，首先構(gòu)建評(píng)價(jià)因子的優(yōu)先關(guān)系矩陣U。之后構(gòu)建模糊判斷矩陣R：

2 礦山綜合評(píng)價(jià)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本次分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合《礦山環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》中評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定對(duì)區(qū)域社會(huì)、生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境正面和負(fù)面的2個(gè)亞目標(biāo)層，結(jié)合研究區(qū)的具體情況，每個(gè)亞目標(biāo)層包括數(shù)個(gè)指標(biāo)層，即數(shù)個(gè)評(píng)價(jià)因子[7]。每個(gè)評(píng)價(jià)因子都有其獨(dú)特性，為了進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)，須將評(píng)價(jià)因子的結(jié)果對(duì)應(yīng)其標(biāo)準(zhǔn)化為無(wú)量綱數(shù)值，最后將各個(gè)評(píng)價(jià)因子的無(wú)量綱數(shù)值以一定的比例相加得到礦區(qū)的整體評(píng)價(jià)結(jié)果[8]。每個(gè)評(píng)價(jià)因子都有優(yōu)、差兩個(gè)極端，根據(jù)每個(gè)評(píng)價(jià)因子的特殊性分別建立模糊隸屬函數(shù)[9]，如遇無(wú)法量化的因子時(shí)設(shè)每個(gè)評(píng)價(jià)因子最優(yōu)時(shí)的無(wú)量綱化數(shù)值為0.83，最差時(shí)的無(wú)量綱化數(shù)值為0.16，所以當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果接近1時(shí)說(shuō)明礦山環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果較好，反之較差。

該礦區(qū)位于縣城東南35km處，礦區(qū)主體位置原為草地，尾礦庫(kù)坐落于礦區(qū)主體南側(cè)約2.3km一處干涸河床內(nèi)。通過前期資料調(diào)查和2016年實(shí)地走訪，礦區(qū)西北部已發(fā)展為擁有職工居民樓、教育、醫(yī)療、體育場(chǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的完善而獨(dú)立的較成熟綜合社區(qū)。礦區(qū)東南部為中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物堆積地、礦山建筑、冶煉廠等，該礦山為地下開采，無(wú)露天開采面。礦區(qū)內(nèi)主干道和西南側(cè)職工住宅區(qū)有相當(dāng)程度的綠化，東南側(cè)礦業(yè)活動(dòng)區(qū)內(nèi)部植被較少，外部多為當(dāng)?shù)啬撩癫輬?chǎng)。該地區(qū)屬大陸性寒溫帶干旱氣候，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)、夏季炎熱，日照充足，因此該地區(qū)年降水量小而年蒸發(fā)量大，總體氣候干燥，礦山開發(fā)造成的地表水和地下水污染幾率小，受干燥少雨的氣候的影響，冶煉廠、固體廢棄物堆和中轉(zhuǎn)過程則易對(duì)周圍草場(chǎng)和牧民造成粉塵污染。

結(jié)合上述實(shí)地調(diào)查情況，本次研究建立如下準(zhǔn)則：區(qū)域發(fā)展、環(huán)境壓力。①區(qū)域發(fā)展包括人文建設(shè)（即礦區(qū)內(nèi)的學(xué)校、廣場(chǎng)、文化娛樂設(shè)施）和植被活力指數(shù)（礦區(qū)外草地和礦區(qū)內(nèi)綠化情況）兩個(gè)方面；②環(huán)境壓力包括工礦壓占損毀土地（中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物對(duì)、尾礦庫(kù)、礦山建筑等）、開采強(qiáng)度（該礦山為地下開采，無(wú)露天開采面，因此已出礦量代表其開采強(qiáng)度）、環(huán)境污染（主要為粉塵污染）。

具體如下圖所示：

2.1 區(qū)域發(fā)展

人文建設(shè)以建設(shè)面積評(píng)價(jià)其優(yōu)差，但人文建設(shè)面積處于兩者之間時(shí)，優(yōu)、差的評(píng)斷是模糊的[10]。我們?cè)u(píng)價(jià)時(shí)總希望給出具體的數(shù)值去表征其好壞，根據(jù)人們對(duì)事物判斷的概率規(guī)律，可以構(gòu)建以正態(tài)分布為基礎(chǔ)的隸屬函數(shù)，本文以人文建設(shè)面積為零時(shí)隸屬環(huán)境最差的得分為0，當(dāng)人文建設(shè)面積增加時(shí)，隸屬度得分逐漸增高，當(dāng)人文面積為100%時(shí)，得分為1。根據(jù)本文的設(shè)定條件可以得出人文建設(shè)隸屬度公式如下：

（2-1）

植被活力指數(shù)以NDVI指數(shù)度量其優(yōu)差[11]。植被覆蓋度在不同的生態(tài)環(huán)境各有差異，如森林的覆蓋度很高，即使覆蓋度低的森林也要比荒漠的植被覆蓋度高。所以在評(píng)價(jià)區(qū)域覆蓋度得分時(shí)，要根據(jù)具體區(qū)域而定。本研究區(qū)屬土礫質(zhì)荒漠植被類型[12]，根據(jù)中國(guó)荒漠化防治報(bào)告提出的風(fēng)蝕荒漠化評(píng)價(jià)分級(jí)閾值：低植被覆蓋度（0

2.2環(huán)境壓力

礦業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題和產(chǎn)生的破壞種類有很多，例如：礦石、廢渣等固體廢棄物中含酸性、堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過地表水徑流、大氣飄塵，污染周圍的土地、水體和大氣，其影響面將遠(yuǎn)超廢棄物堆積地域和空間[13]。礦山開發(fā)環(huán)境遭到破壞后，需花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的治理才能恢復(fù)，且很難恢復(fù)到原有水平，該礦區(qū)以廢氣污染為主。根據(jù)開采規(guī)模，該礦山為大型礦山，開采活動(dòng)一直非常頻繁，為了更好地評(píng)價(jià)開采活動(dòng)對(duì)研究區(qū)環(huán)境造成的破壞，本文將從礦山開采強(qiáng)度、環(huán)境污染以及工礦壓占損毀土地等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)需將開采強(qiáng)度做歸一化處理，開采強(qiáng)度隸屬度公式如下：

環(huán)境污染以標(biāo)準(zhǔn)限值為基準(zhǔn)，超標(biāo)時(shí)評(píng)價(jià)最差的分為0，其余情況見公式：

對(duì)于工礦壓占損毀土地共有兩個(gè)極端，當(dāng)工礦占地面積達(dá)到所屬區(qū)域100%時(shí)，開發(fā)環(huán)境為最差；當(dāng)沒有工礦占地時(shí)，開發(fā)環(huán)境為最好。但開發(fā)占地面積處于兩者之間時(shí)，好和差的評(píng)斷是模糊的。我們?cè)u(píng)價(jià)時(shí)總希望給出具體的數(shù)值去表征其好壞，根據(jù)人們對(duì)事物判斷的概率規(guī)律，可以構(gòu)建以正態(tài)分布為基礎(chǔ)的隸屬函數(shù)，本文以工礦占地面積為零時(shí)隸屬開發(fā)環(huán)境最優(yōu)的得分為1，當(dāng)工礦占地面積增加時(shí)，隸屬度得分逐漸降低，當(dāng)工礦占地面積為100%時(shí)，得分為0。根據(jù)本文的設(shè)定條件可以得出開發(fā)占地隸屬度公式為：

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查

該評(píng)價(jià)內(nèi)的人文建設(shè)、植被活力和工礦壓占損毀土地等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過2008-2016年遙感影像室內(nèi)解譯獲得，包括了LandSat7、LandSat8、YG2、GF1、ZY3和02C等國(guó)內(nèi)外多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)。開采強(qiáng)度和環(huán)境污染情況主要參考了礦山企業(yè)2008-2016年年度業(yè)績(jī)報(bào)告、新疆維吾爾自治區(qū)國(guó)控企業(yè)污染源廢氣、廢水監(jiān)督性季度監(jiān)測(cè)結(jié)果、國(guó)控重點(diǎn)源監(jiān)督性監(jiān)測(cè)工作簡(jiǎn)報(bào)等相關(guān)資料。

3.1 區(qū)域發(fā)展

區(qū)域人文建設(shè)面積自2008年的約14公頃增至2016年的33公頃，植被覆蓋面積由29公頃增至43公頃，整體呈正面發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 環(huán)境壓力

工礦壓占損毀土地面積在2008-2013年持續(xù)上升，2013-2015年呈下降趨勢(shì)，主要為尾礦面積縮減，經(jīng)查該礦山企業(yè)同期對(duì)選礦產(chǎn)生的尾礦進(jìn)行了分級(jí)處理，對(duì)已存的尾礦庫(kù)及廢料進(jìn)行了整治，采礦廢石經(jīng)破碎處理后用于采礦井下充填和鋪設(shè)道路，剩余廢棄物堆存于專設(shè)的廢石堆場(chǎng)，冶煉產(chǎn)生的固體廢渣提供給周邊水泥廠用作生產(chǎn)高質(zhì)量水泥的原料，但2016年工礦占地有所回升；礦山開采強(qiáng)度持續(xù)提升，尤其在2010年之后提升明顯；2008-2016年廢水和二氧化硫、固體顆粒等廢氣排放總體達(dá)標(biāo)，僅2016年廢氣超標(biāo)，其中二氧化硫超標(biāo)0.15倍，排放量為460mg/m3，顆粒物超標(biāo)0.28倍，排放量為64 mg/m3；環(huán)境壓力相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果如圖3。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

4.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

通過模糊層次分析法確定兩指標(biāo)權(quán)重分別為0.56、0.44，區(qū)域發(fā)展整體得分公式如下：

A=0.56A1+0.44A2

環(huán)境壓力整體得分公式如下：

B=0.28 B1+0.33 B2+0.39 B3

最終評(píng)價(jià)結(jié)果如下表1，區(qū)域評(píng)價(jià)結(jié)果見圖4.。

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

綜上所述：①該評(píng)價(jià)模型和方法創(chuàng)新性的將礦山區(qū)域作為一個(gè)整體，引入了礦山開發(fā)對(duì)區(qū)域的正、負(fù)兩方面影響，其評(píng)價(jià)結(jié)果更全面，更能體現(xiàn)礦山企業(yè)對(duì)一定區(qū)域的綜合影響；得出的礦山開發(fā)區(qū)位效應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果能夠更直觀地反映礦山企業(yè)內(nèi)不同職能、不同區(qū)位的影響效應(yīng)；②隨著礦山企業(yè)規(guī)模發(fā)展，其造成的嚴(yán)重影響區(qū)得到控制，較好影響區(qū)逐漸擴(kuò)大并保持，尤其在2010年前后國(guó)家政府相關(guān)部門對(duì)環(huán)境問題逐漸重視，該礦區(qū)內(nèi)積極的社區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，地面植被和綠化情況得到改善；③礦山開發(fā)對(duì)區(qū)域的整體影響仍以負(fù)面為主，尤其在礦山企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況發(fā)生較大改變的時(shí)期，受企業(yè)成本和收益的直接影響，當(dāng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況下滑時(shí)，負(fù)面影響的比重也相應(yīng)增大。以下圖5為例，礦山濟(jì)效益持續(xù)下滑，其總評(píng)分也相應(yīng)迅速下降，如II、IV階段；而經(jīng)濟(jì)效益上升時(shí)，其總評(píng)分下降速度也相應(yīng)放緩，如I、III階段。因此，礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣時(shí)，應(yīng)是政府部門對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的重點(diǎn)觀察期。

圖5 礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況與開發(fā)效益總評(píng)分年度變化示意圖

該模型能夠?yàn)槲磥?lái)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)位置、主要時(shí)間提供參考作用，但該評(píng)價(jià)模型也有一定的不足和局限性。首先，該評(píng)價(jià)模型覆蓋的因子還不夠全面，如區(qū)域發(fā)展中未考慮提供的當(dāng)?shù)厝丝诰蜆I(yè)數(shù)量、上繳稅收、交通和技術(shù)提升等因子；其次，該評(píng)價(jià)所選礦山為大型合法金屬礦山，其開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、規(guī)模大、社區(qū)體系發(fā)展完善，而多數(shù)小型、短期開采礦山工作人員少、設(shè)備簡(jiǎn)單、開采手段粗放，對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境多以負(fù)面影響為主，很難確定區(qū)域發(fā)展因子。

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收稿日期：2018-04-12

作者簡(jiǎn)介：王昊（1985-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)檫b感地質(zhì)等。