露天采場土地復墾適宜性評價的FAHP-Entropy賦權法

余 晨 唐明杰 王大國 李莎莎

（1.中國礦業大學（北京）地球科學與測繪工程學院，北京100083；2.四川省土地統征整理事務中心，四川成都610045；3.西南科技大學環境與資源學院，四川綿陽621010）

露天采礦對土地破壞尤為嚴重，通過土地復墾適宜性評價可以確定因采礦活動造成損毀土地的利用方向，為礦山企業可持續發展提供重要保障［1］。土地復墾適宜性評價是土地復墾工作前的中心環節［2］，是確定因人為或自然因素損毀土地利用方向的前提和基礎，它為合理利用損毀土地資源提供了科學方案，對土地復墾工作起著指導作用。

土地復墾適宜性評價的主要研究內容包括評價指標體系的建立和評價方法的探索。在評價指標體系的建立中，崔艷等［3］選取了坡度、地表組成物質、覆土厚度、灌溉條件、排水條件等指標對露天礦區農用地進行了復墾適宜性評價；王世東等［4］對鶴壁市第八煤礦進行土地復墾適宜性評價時，指標體系選取了地面坡度、破壞程度、土壤質地、土源保證率、灌溉條件、交通條件等6個評價指標；劉文鍇等［5］對徐州賈汪區的煤礦進行土地復墾適宜性評價時，選取了積水狀況、排灌狀況、坡度、土壤條件、區位條件等5個評價指標建立指標體系。從現有的研究來看，礦山土地復墾適宜性評價指標的選取主要考慮了地形、水利和土壤方面的因素，沒有考慮原始土地利用方式，其中土壤因素的指標值是依據土地破壞后，由還未覆土前的土壤條件確定。

在土地復墾適宜性評價方法的探索中，胡振琪等［6］用層次分析法（AHP）對山東某礦采煤塌陷地進行了可墾性分析，確定了待復墾區域的可墾性，為土地復墾提供參考；馮濤［7］用熵值法（Entropy）結合模糊綜合評判法對萬隆硅砂礦進行了土地復墾適宜性評價；施開放等［8］則采用AHP-Entropy法，建立熵組合模型對農村居民點復墾現實潛力進行估算。在其它研究方法中，王璐等［9］提出FAHP-Entropy賦權法，并對高速公路改擴建方案進行了優選。該方法優化了AHPEntropy法中判斷矩陣的構造方式，解決了判斷矩陣一致性不易通過的問題，使計算步驟更簡便，且相較于其它方法，FAHP-Entropy法將主客觀權重相互融合，既降低了人為主觀影響，又考慮了所有指標的特征，使得評價結果更加準確合理，符合工程實際。

本研究以天生壩鐵礦露天采場為例，建立了露天采場土地復墾適宜性評價指標體系，用FAHP-Entropy法計算指標權重后，對露天采場進行了土地復墾適宜性評價。

1 評價指標體系

在現有的研究中［10-13］，露天采場土地復墾適宜性評價指標，主要有地形因素中的地形坡度、地面平整度；水利因素中的排水條件、灌溉條件；土壤因素中的地表組成物質、有效土層厚度、土壤污染、土壤有機質含量和土體容重等指標，其指標值是根據土壤破壞后，由還未復墾前的土壤條件決定。依據土地利用總體規劃，按照因地制宜的原則，添加了原始土地利用方式和周圍土地利用現狀等指標。因露天采場表土已經被破壞，土壤因素方面除了土壤污染外，其它指標應根據覆土來源的土壤特征選取，如預期覆土厚度、預期覆土容重、預期土壤有機質含量等。根據以上情況，建立了一套如圖1所示的露天采場土地復墾適宜性評價指標體系。

依據《中國1∶100萬土地資源圖》中主要限制因素的評價等級標準，將評價指標劃分為適宜、較適宜、臨界適宜、不適宜4個等級，詳見表1。

2 FAHP-Entropy賦權法評價模型

2.1 指標數據的標準化

假設評價單元有m個復墾方向，每個復墾方向有n個評價指標，采用Min-max法［14］對指標數據進行標準化處理。

對數值越大越好的指標：

對數值越小越好的指標：

式中，xij為評價指標值；min(xij)為評價指標的最小值；max(xij)為評價指標的最大值；rij為評價指標的標準值。

得到標準化矩陣 R=[rij]m×n，1≤i≤m，1≤j≤n，rij∈[0,1]。

2.2 建立評價模型

建立FAHP-Entropy賦權法模型的步驟如下。

（1）利用FAHP法［15］計算各指標的主觀權重 w'j，j=1,2,…,n 。

（2）利用Entropy法計算各指標的客觀權重w''j，j=1,2,…,n 。

（3）將主觀權重w'j和客觀權重w''j相互耦合，便得到FAHP-Entropy賦權法［11］的權重 wj（ j=1,2,…,n）。不同的賦權法計算出來的權重不同，但他們反應的均是同一個問題，所以w'j和w''j應盡可能地接近，故可采用最優加權法，即相對熵原理［16］耦合權重：

注：1表示土地復墾適宜性為適宜；2表示較適宜；3表示臨界適宜；4表示不適宜。

采用拉格朗日乘子法解最優化問題，得最優解：

其最優解wj即為FAHP-Entropy賦權法的權重W=(w1,w2,…,wn)。

2.3 土地復墾適宜性指數

由指標的標準值和FAHP-Entropy賦權法確定的權重，采用綜合評價法可計算出土地復墾適宜性指數，計算公式為：

式中，Z為土地復墾適宜性指數。

3 評價模型的應用

3.1 評價區域概況

天生壩鐵礦露天采場位于四川省會理縣，受礦體分布的影響，采場分為東西2個采坑，本研究以天生壩露天采場東采坑為例進行土地復墾適宜性評價。東采坑最高開采標高為2 120 m，坑底標高為1 970 m，原始土地利用類型為有林地和其它草地。根據當地土壤垂直規律分布，土壤類型主要為黃紅壤和幼年紅壤，土壤質地以壤質為主，容重較高，有機質含量較豐富。其表土堆場內的表土，加上其他來源的表土，總共有6.7萬m3，經過土平衡分析，露天采場平臺及坑底的預期覆土厚度約為30 cm。

3.2 評價單元劃分

基于地貌類型的不同，可將露天采場劃分為平臺、邊坡和坑底3個評價單元［17］。表2給出了各評價單元的原始特征值。

?

3.3 數據標準化

基于表1評價指標的等級標準和表2評價單元原始特征值，得到天生壩露天采場評價單元各指標的評定等級，采用式（1）和式（2）進行標準化處理，標準化值見表3。

?

3.4 權重計算

根據式（4）計算各指標的FAHP-Entropy賦權法的權重，計算結果見表4。

?

3.5 計算土地復墾適宜性指數

由式（5）計算得天生壩鐵礦露天采場各評價單元的適宜性指數，計算結果見表4。由評價指標標準值分布在［0，1］之間的情況，可將土地復墾適宜性等級按表5標準劃分［18］。

?

3.6 評價結果與分析

根據表4和表5給出的土地復墾適宜性指數和適宜性等級劃分，得到天生壩鐵礦露天采場土地復墾適宜性評價結果，見表6。

?

3.6.1 平 臺

由表6可知，露天采場平臺適宜復墾為林地和草地。結合圖2可知，預期土層厚度、預期覆土容重、原始土地利用方式和周圍土地利用現狀等指標對適宜性評價的影響較大。項目區周圍土地利用現狀和原始土地利用方式均為林地和草地，與耕地差距較大；表土資源有限，使平臺覆土厚度只有30 cm，不利于農作物的耕作；覆土來源于采礦所剝離的表土，容重較高，限制了農作物和草本植物的生長，導致耕地和草地的土地復墾適宜性評價指數比林地低。

3.6.2 邊坡

由表6可知，露天采場邊坡適宜復墾為林地和草地。結合圖3可知，影響適宜性評價的主要指標為地形坡度、地面平整度、預期土層厚度和周圍土地利用方式。地形坡度較大，地面不平整，且對露天采場邊坡覆土不理想，使得邊坡復墾為耕地的難度較大。對于草地而言，其適宜性指數低于林地，表明該評價單元應優先復墾為林地。

3.6.3 坑底

由表6可知，露天采場坑底較適宜復墾為林地和草地。結合圖4可知，影響適宜性評價的主要指標為：排水條件和對外交通條件。其中排水條件的權重達到了0.39，結合礦山實際情況可知，坑底是該凹陷露天采場的最低處，其排水條件較差，加上覆土來源的土壤容重較高，導致坑底不宜復墾為耕地。且復墾為林地方向的適宜性指數大于草地的適宜性指數，表明坑底的土壤條件更適宜復墾為林地。

3.6.4 各評價單元最終復墾方向

評價單元的最終復墾方向要根據適宜性評價結果和項目區實際情況而定，使復墾方案具有可行性，復墾后的土地利用結構更合理、功能更有效。故復墾的最終方向如下。

（1）平臺。根據適宜性評價結果，平臺宜復墾為林地。考慮現有的復墾條件和土地復墾效率，可在平臺上層覆0.3 m表土，坑植矮小灌木，將其復墾為灌木林地。

（2）邊坡。根據適宜性評價結果，邊坡宜復墾為林地。根據邊坡的地形情況，可在邊坡坡角處栽植爬山虎等藤木植物覆蓋邊坡，同時邊坡坡面可以撒零星的爬山虎種子，將邊坡復墾為灌木林地。

（3）坑底。根據適宜性評價結果，其坑底應復墾為林地，結合露天采場實際情況，坑底處于封閉圈以下，不易排水，易形成較深的天然水坑。可使坑底在不覆土、自然蓄水的情況下，形成自然水文景觀，將原用于該部分的表土用于其它地方。

綜上，各評價單元最終復墾方向見表7。

?

4 結論

（1）選取評價指標時，依據土地利用總體規劃，按照因地制宜的原則，添加原始土地利用方式和周圍土地利用現狀等評價指標，并針對礦山露天采場的實際情況改善了土壤因素方面評價指標的選取方式，建立了一套針對露天采場的適宜性評價指標體系。

（2）基于評價指標體系，結合FAHP-Entropy賦權法，建立了針對露天采場的土地復墾適宜性評價模型，該評價模型在天生壩鐵礦露天采場東采坑的應用表明：平臺、邊坡和坑底均應復墾為林地。

（3）結合土地復墾適宜性評價結果和天生壩露天采場東采坑的實際情況，可知露天采場平臺和邊坡應復墾為灌木林地，坑底由于不易排水而復墾為天然水坑。