安徽某金屬礦區地質環境變權歐氏距離評價模型

周廷強

（重慶三峽學院土木工程學院，重慶404100）

近年來，伴隨著礦山高強度開采活動，礦區及周邊地質環境問題越發突出［1-2］。對礦區地質環境進行準確評價，對于高效開展礦區地質環境治理工作，實現礦區可持續發展大有裨益。目前，適用于礦區地質環境評價的方法主要有模糊數學法、可拓集合法、BP神經網絡法、灰色系統綜合指數法等［3］。盡管各類方法在具體實踐中取得了一定的效果，但大多未考慮相同指標的不同取值對整個評價體系的影響程度［4］。如模糊數學法［4-6］、神經網絡法［7-8］，兩者可從主觀或客觀上評價不同指標對礦區地質環境的影響，但無法定量分析相同指標的不同取值對礦區地質環境的影響，從而導致評價結果無法進行準確分級。此外，若采用模糊綜合指數法［9］進行地質環境評價，計算過程較復雜，當選取不同的評價指標時，則需重新調整運算程序及相關的隸屬度函數關系式等。

礦區地質環境評價是一個多屬性集合體，評價指標不同，對礦區地質環境的影響權重也不相同［10］。采用變權歐氏距離評價模型可結合礦區地質環境特征對各評價指標權值進行規范化處理，獲得地質環境評價的變權歐氏距離，可有效避免評價指標數值變化對評價結果的影響［11］；此外，該模型通過構建歐氏空間以及進行坐標變換降低了計算復雜度［12］。為此，本研究以安徽某金屬礦區為例，通過構建變權歐氏距離模型對該礦區地質環境進行評價。

1 礦區概況

安徽某金屬礦區受燕山期構造活動的影響，礦區內分布有霏細巖和斑狀結構的霏細斑巖，節理裂隙極發育。斑巖基質由斜長石、石英、黑云母組成，斑晶以斜長石為主。礦區東南側圍巖中伴隨有較弱的熱變質作用，形成了角巖、大理巖。根據現場調查以及相關資料統計，由礦區開采導致的地表變形有435處，出現坍塌32處，以中小型為主，呈階梯狀、波浪狀坍塌，產生地表裂縫63條，主要表現為邊緣拉張裂縫和不規則裂縫群。礦區開采塌陷導致淺層地下水被破壞，對礦區周邊居民飲用水供應有一定的影響。

2 變權歐氏距離評價模型

采用變權歐氏距離模型對礦區地質環境進行綜合評價的基本思路為選定待評價單元，根據影響因子估測值計算其權重，由于影響因子的估測值不同，相應的權重也存在差異，故稱之為“變權”。通常以各影響因子為坐標系建立n維空間，以相關標準中的第I級標準值作為坐標原點，結合各影響因子的權重系數計算評價單元中不同等級因子與原點的變權歐氏距離，并將該距離值作為評價礦區地質環境等級的依據。具體步驟如下：

（1）構建歐氏空間。設評價樣本C=Cij，（i（1，2，3…，m）為待評價單元；j（1，2，3…，n）為影響因子；實測值樣本矩陣Cij為第i個待評價單元中第j個影響因子的實測值）。設k（1，2，3…，k）為礦區地質環境評價等級（本研究k=4），則由n個影響因子構成的l級標準矩陣為B，其中bjk為第k個等級第 j個影響因子的標準值。

（2）空間坐標轉換。將矩陣B的第I等級極限值作為空間坐標原點，按下式對矩陣C和B進行空間坐標系轉換：

式中，cij為第i個評價單元下第 j個影響因子的實測值；bj1、bj4分別為第1個等級和第4個等級第 j個影響因子的標準值；空間坐標轉化后的影響因子取值。

（3）確定權重。根據各影響因子的環境貢獻率，按下式計算指標權重：

式中：ωij為第i個評價單元中第 j個影響因子的環境貢獻率權重值，該值越大，則表明相應影響因子對于地質環境的影響越大；cijbi1為環境貢獻因子的超標量。

（4）變權歐氏距離確定。分別利用ωij計算第i個評價單元轉化坐標和第k個評價等級坐標與原點的變權歐氏距離，計算公式為

式中，δi為第i個評價單元的變權歐氏距離；Δik為第k個等級坐標的變權歐氏距離；當0≤Δik≤1，可將δi與Δik進行比較，確定第i個評價單元的地質環境評價等級。

（5）地 質 環境 綜 合 評 價 。 當 δi≤1 時 ，若Δik≤δi≤Δik+1，則地質環境的綜合評價等級可按下式確定：

式中，k為待評價單元的地質環境等級。

3 評價結果

本研究結合礦區地質調查結果，選定礦區植被覆蓋率（B1）、礦塵爆炸指數（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地質環境評價指標。各指標分級標準見表1，I、II、III、IV級分別表示差、較差、較好、好。

根據式（1），對表1數據進行坐標轉換，獲得轉換后的地質環境評價標準值見表2。

根據礦區2017年1—10月各指標監測值（表3），通過式（2）計算的各指標對應的權重值見表4。

結合表4，根據式（3）計算待評價單元與I級地質環境評價標準的變權歐氏距離，通過式（4）進行地質環境綜合評價，并與模糊綜合指數法與灰色聚類法進行比較，結果見表5。分析表5可知：總體上礦區2017年全年僅4、7、8、10月的地質環境等級為III級（較好），總體上地質環境等級為II級（較差），與模糊綜合指數法以及灰色聚類法的評價結果基本一致，表明礦區地質環境問題較嚴重，地面塌陷面積與開采面積比值和土地恢復治理率為該礦區地質環境質量的主要影響因素，有必要采取相應措施進行治理。

4 結語

結合安徽某金屬礦區地質調查及野外實測數據，構建了基于變權歐氏距離的礦區地質環境評價模型，獲得了不同的評價指標對于礦區地質環境的影響權重，認為該礦區地質環境質量等級為II級（較差），有必要進一步采取措施進行治理。