神東礦區土地復墾效益評價

余學義，穆 馳，3

（1.西安科技大學 能源學院，陜西西安710054；2.西安科技大學西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室，陜西 西安710054；3.陜西省土地工程建設集團，陜西西安710075）

0 引 言

神東礦區地處毛烏素沙漠與陜北黃土高原交界處，由于煤炭資源大規模開采，已衍生一系列的礦區環境問題：采空區塌陷引起地表移動變形，使原有的地層構造發生改變，造成部分礦區產生塌陷、滑坡、泥石流等嚴重的地質災害；礦產資源持續開采，改變了原始的水土平衡，導致地表水位下降，土壤質地疏松，土地荒漠化的面積日益增加；因礦產資源開采，山區地表產生裂縫并誘發泥石流，平原地區地表植被破壞造成水分和土壤流失，黃土溝壑區坡體失穩引起滑坡，丘陵地區地表下沉形成塌陷坑，同時，由于土壤養分流失，植被的原始生長環境遭到破壞，可用于耕地的面積逐漸減少，農作物大幅減產，不利于土地資源再利用，也影響礦區經濟和綜合效益可持續發展。

國內外學者在礦區土地復墾效益評價方面做了大量研究。美國最早對礦山土地復墾開展研究，較好地利用了GIS等先進技術對露天礦山和廢棄礦區進行監測，同時通過改善鹽堿化土地、治理污損土壤、減少水土流失進行土地復墾，并持續關注礦山土地復墾后的增長效益［1-2］；白中科（1999）在國內較早提出綜合效益在礦區土地復墾的重要性，他認為在土地復墾中應將生態效益、經濟效益、社會效益進行規劃，作為礦山開發不可或缺的影響因子，同時對土地復墾和效益評價做了明確劃分，并建立了礦山土地復墾效益評價體系［3］；張子平等人（2000）對礦區土地復墾的綜合效益進行了重點分析，他們進行認為生態、經濟和社會效益在礦區土地復墾中具有一定的延緩性，但隨著資源的開發和人們對生活質量的要求，土地復墾產生的綜合效益越來越明顯［4］。國內外學者通過大量研究得到了很多成果，但沒有將礦區土地復墾產生的各個效益進行綜合分析。

將神東礦區的生態景觀、經濟發展和社會影響作為一個研究整體，從礦區土地復墾可行性為著手點，圍繞礦區土地復墾質量、生態景觀效果、耕地復墾面積和居民滿意度等影響因子，將非線性評價理論引入到礦區土地復墾綜合效益評價中，構建了一種基于層次分析法的礦區土地復墾評價模型，同時，選取土地復墾率、水土流失治理率、生態景觀效果等最小影響因子作為評價指標，對神東礦區榆家梁煤礦的土地復墾效益進行評價，根據評判標準，采用專家打分法，計算了礦區土地復墾前后生態、經濟和社會效益分值，綜合評價了土地復墾后帶來的綜合效益。

1 礦區土地復墾意義和分區

1. 1 礦山土地復墾意義

復墾后的土地可用于林業恢復、漁業養殖、農用耕地，也可將恢復后的土地進行二次開發，用于房屋建設、旅游開發、娛樂用地。因此，實施土地復墾是對礦區生態環境改善和居民生活條件提高的基礎保障，對礦區的生態效益、經濟效益和社會效益會有明顯的促進作用，實施礦區土地復墾具有重要意義，主要表現為以下方面［5-6］

1）土地復墾是保障礦區土地資源再利用、解決人對土地需求的有效途徑。我國人均耕地不足，隨著社會進程加快，大量農用地已轉換為工業和建設用地，耕地不足的現象越來越明顯；

2）土地復墾是提高礦區生態環境和居民生活條件的必要因素。由于采礦因素影響，礦區受損土地面積增大，地質環境遭到破壞，甚至引起礦區不可逆的生態問題；

3）土地復墾是礦區保持經濟增長的有效途徑。土地復墾對礦區經濟可持續發展有著重要意義，實施礦區土地復墾是緩解人地供需之間矛盾，促進礦區經濟持續健康發展的需要。

1. 2 礦山土地復墾分區

對我國礦山土地受損分區，有助于礦區土地復墾評價研究。中國礦業大學卞正富教授根據礦區破壞類型對我國礦山復墾分區進行了劃分［7］，見表1.

2 礦區土地復墾評價方法

2. 1 綜合評價理論模型

1）將因素集 U=｛u1，u2，u3…，um｝按某些屬性c將其劃分成s個因素子集，使其滿足U=U1∪U2∪U3∪…Us，同時對于任意的 i≠j，i，j=1，2，3，…，s，均有Ui∩Uj=μ. 如果在s個子集里，還有子集需要再劃分，則將子集繼續當作因素集層層劃分，從而構成一個多級評判因素集合［8］；

表1 礦山土地復墾分區Table 1 M ine land reclamation

2. 2 確定礦區土地復墾評價等級

參考相關土地復墾研究成果，根據我國礦區土地復墾現狀，選取5個等級評價標準，定義評語集為：｛“很好”、“良好”、“一般”、“較差”和“很差”｝，礦區土地復墾綜合效益評價等級標準見表2.

2. 3 確立礦區土地復墾評價體系

結合相關研究成果，參考專家意見，根據礦區土地復墾標準，對土地復墾產生的各項效益進行綜合評價。同時，結合礦區的實際生產情況，從生態環境優化、經濟包容性增長和社會和諧可持續發展3個方面進行了分析，結合類似指標篩選出適合礦區土地復墾效益的代表性指標，以生態效益、經濟效益和社會效益的3個因素子集，下設15個二級指標，從而建立評價指標體系。各指標層的內容及計算方法見表3.

2. 4 判斷矩陣一致性檢驗

根據層次分析法計算各指標層影響因素的權重值，運用專家打分法按照評價體系的基本原則，對每一結構層的影響因素進行相互比較，得到判別矩陣，并計算該矩陣的最大特征值和對應的特征向量，從而得到每一指標層各因素對準則層的權重。即：對矩陣R每一行元素求和，同時結合公式計算對角線所有元素總和，并將結果通過公式對其進行單值量化處理，wi即為評價因素的權重［10-11］。根據判斷矩陣的權重值，引入9個不同階層的標度值，同時將最大特征值與矩陣維數差額的平均值，作為衡量判斷矩陣一致性的指標，即

表2 礦區土地復墾綜合效益評價等級標準Table 2 G rade standard for com prehensive benefit evaluation of land reclamation in m ining area

式中 λmax為最大特征值；n為矩陣維數。

為了判定不同階級矩陣是否滿足一致性，引入判斷矩陣隨機性指標，見表4.

表3 礦區土地復墾綜合效益評價指標和計算方法Tab le 3 Com p rehensive benefit evaluation index and calcu lation m ethod for land reclam ation in m ining area

表4 判斷矩陣隨機性指標Table 4 Judgmentmatrix randomness index

當矩陣維數大于1時，判斷矩陣與同階矩陣一致性指標的比值作為矩陣隨機性比率［14］，記為時，該層次計算結果滿足判斷矩陣一致性，否則需要調整矩陣的指標數值使其滿足一致性。

2. 5 建立礦區土地復墾評價模型

以礦區土地復墾效益評價為研究對象，結合土地復墾質量、生態景觀效果、農業耕地面積和居民收入水平，采用層次分析法對礦區土地復墾效益進行綜合評價。根據評價指標的屬性不同，將礦區土地復墾效益評價分成4個層次，建立綜合效益評價模型，如圖1所示。

圖1 礦區土地復墾效益評價模型Fig.1 Evaluationmodel of land reclamation benefit in mining area

3 神東礦區土地復墾可行性分析

3. 1 礦區土地復墾現狀

神東礦區形成的采空區面積已達42 km2，受損土地面積近56.21 km2，但礦區土地復墾面積并不達標，復墾率僅為11.3%.從榆林市國土局獲悉，截止2017年，神東礦區土地復墾項目已達10項，計劃2020年該項目要增至18項，土地復墾項目投入資金達15 302.6萬元，各類土地受損復墾面積為 2 150 km2［13-15］。

據統計，榆林市礦區土地復墾主要類型包括：農業用地、建設用地、林草地、水產養殖以及其他用地。農業用地是滿足區域的農業生產；礦區用地主要用于礦區井田的資源儲備；建設用地用于地表構筑物建造的土地；林業用地主要分為林地和草地；其他用地作為不含上述用途的土地。神東礦區土地復墾面積統計見表5.

表5 2008—2017年神東礦區土地復墾情況Table 5 Land reclamation in Shendong m ining area from 2008 to 2017 km2

3. 2 礦區土地復墾適宜性

神東礦區具有地表松散層較厚、土壤存水能力弱、土地自然條件差等特點，土地被破壞后受諸多因素限制難以恢復，通過挖、填治理方法進行土地復墾影響因子較大，因此神東礦區土地復墾采用最小影響因子進行評價，其限制因素及分級指標都由單因子（限制因素最小因子）確定，單因子作為評價體系的決定層，對影響礦區的復墾因素有重要影響［16］。綜合考慮神東礦區主要評價因子，得出土地復墾影響因素等級標準，見表6.

表6 礦區土地復墾影響因素等級標準Table 6 Grade standard for influential factors of land reclamation in m ining area

從表6可以得出，地表砂土為林地、耕地和牧草地的重要組成部分；表土層厚度越大有助于礦區土地復墾；地表坡度越小對土地破壞影響越小。因此，根據礦區土地復墾目標，結合區域環境狀況和經濟發展特征，通過礦區土地復墾影響因素的最小因子進行科學合理調整，增加地表土質的養分，使林地、耕地、牧草地更好地適應地表物質，提升礦區土地復墾效果。

4 神東礦區土地復墾效益評價

4. 1 礦區土地復墾評價指標體系

選取神東礦區榆家梁煤礦土地復墾綜合效益作為評價對象，結合該礦地質環境，整理并篩分礦區效益影響因子，將每一指標的作用因素進行相互比較，建立榆家梁煤礦土地復墾評價體系。根據模糊評價法，選取生態效益、社會效益、經濟效益的3個影響因子作為神東礦區榆家梁煤礦的綜合效益指標層進行判別，首先確定準則層的權重為 A=［0. 510 2，0. 315 1，0. 178 8］，其次通過一致性檢驗CR=0. 081 2＜0. 1，因此可以確定準則層權重值通過一致性監測［17-18］，同理可得到指標層的權重值，見表7.

表7 榆家梁煤礦土地復墾綜合評價指標體系Table 7 Com prehensive evaluation index system for land reclamation in Yujialiang coalm ine

4. 2 礦區土地復墾效益評價

根據回收效益確定各指標的隸屬度的方法，結合前人的相關研究成果和專家5級的評價標準，對土地復墾前后神東礦區各項評價指標的狀況，進行模糊統計分析計算，獲取各指標的隸屬度，建立礦區土地復墾前后指標隸屬度評價矩陣。

土地復墾前指標隸屬度矩陣

土地復墾后指標隸屬度矩陣

結合礦區土地復墾現狀，根據土地復墾前后各項指標效益的評價矩陣，運用模糊評價判別公式B=A·R，計算復墾前后該礦生態、經濟、社會和綜合效益的判別矩陣，并將計算結果進行歸一化。

1）生態效益

為更好評價榆家梁煤礦土地復墾前后綜合效益情況，直觀體現土地復墾帶來的生態、經濟和社會效益，基于層次分析法對多因素進行評價，得到不同層次的計算結果，再設定分級矩陣每一級的等差數值為20，作為該評價體系的分級標準，建立評價標準分值矩陣

綜合以上計算結果，結合表2礦區土地復墾效益評價等級標準，得出各項效益評價分值，見表8.

表8 榆家梁煤礦土地復墾效益評價值Table 8 Evaluation value of land reclamation benefit in Yu jialiang coalm ine

從表8可以看出，礦區土地復墾前，由于煤炭資源大量開采，使礦區在生態、經濟、社會和綜合效益均有處于較差級別，通過實施土地復墾，使礦區各項指標效益分值均大幅增長，增長率為32%～56%，其中生態效益增幅最顯著，土地復墾后各項指標效益均達到良好狀態。

5 結 論

1）通過實施土地復墾，神東礦區土地復墾面積增加了63%，礦區土地類型大幅改善，主要表現為礦區塌陷地、堆積占地、開采占地等受損土地面積減少，礦區農業用地、建設用地、林業用地面積增加，同時，根據土地損毀狀況和土地復墾適宜性、可行性分析，可以發現神東礦區土地復墾適宜性高、復墾潛力大且各項保證條件穩定；

2）模糊綜合評價模型不僅計算出了榆家梁煤礦土地復墾前后生態、經濟、社會和綜合效益各項分值，還得出了土地復墾后礦區效益評價的等級標準。結論顯示，通過實施土地復墾，榆家梁煤礦效益分值顯著增加，最高增長率達56%；

3）土地復墾使礦區生態效益、經濟效益、社會效益均達到良好狀態，不僅對工礦企業安全綠色生產、持續健康發展有著重要意義，還對改善居民生活環境、增加礦區生態景觀、帶動礦區經濟發展有著積極促進作用，同時對礦區的可持續發展和安定團結有著深遠影響。