基于層次分析法的礦山地質環境評價

邱俊秀

（山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000）

1 研究區概況及數據源

1.1 研究區概況

門源回族自治縣位于青海省海北藏族自治州東部，所處地理位置海拔高、生態脆弱、礦產資源豐富，由此衍生出的自然災害、礦產資源的開發利用對地質環境影響較大。

1.2 研究區數據源

研 究 區 工 作 底 圖 是2017 年9 月12 日 的Landsat8 遙感影像圖，通過使用ENVI 的圖像增強、大氣校正等預處理工作，在ArcGIS 中選用波段4、3、2 合成自然真彩色影像，得到研究區的遙感影像。其他基礎數據還包括：研究區GDEMDEM 數據、研究區統計年鑒等。

2 評價方法

2.1 層次分析法

層次分析法是將所分析目標分解至可量化的層次，通過目標層、準則層、指標層三個層次的不斷推進，直至在指標層構建判斷矩陣量化出指標層中各個評價指標的權重，作為目標層評價的系統性決策方法。其中本文的評價目標就是礦山地質環境，通過層層挖掘影響地質環境優劣的多個能夠量化的指標進行權重分析，在此基礎上，進一步指導對礦山地質環境優劣的評價。

2.2 評價因子的選擇

本文選取了門源回族自治縣地貌因子、礦產開發、地質災害作為層次分析法的準則層。選取了地貌因子下的地形坡度、植被覆蓋度，礦產開發下的地面塌陷、壓占土地，地質災害下的滑坡、泥石流作為指標層。通過對這些指標的權重確定以及定量分析，得到方案層礦山地質環境質量評價的結果，即完成礦山地質環境評價的目標。

2.3 根據層次分析法確定指標權重

2.3.1 構建判斷矩陣

層次分析法對于評價因子權重的判斷就是通過平行因子之間的兩兩比較的方式，回答平行因子中任意兩個元素誰更重要的問題，從而得到判斷矩陣。參照比例標度（如表1 所示），通過專家打分法得出評價因子的判斷矩陣A（如表2 所示）。

表1 比例標度

表2 判斷矩陣A

2.3.2 檢驗判斷矩陣的一致性比率

判斷矩陣的一致性比率是用來檢驗所構建的判斷矩陣是否合理的依據。矩陣一致性比率為CR，其公式為CR=CI/RI。只有CR≤0.1 時表明矩陣通過了一致性檢驗，即判斷矩陣的構建是合理的，否則構建的判斷矩陣需要進行調整，直至構建出合理的判斷矩陣。求解CR所涉及到的公式見公式（1）、公式（2），其中λmax是判斷矩陣的最大特征根，n為判斷矩陣的階數。RI根據所建立矩陣階數的不同有其相對應的值（如表3 所示)。

表3 判斷矩陣階數對應的RI 值

通 過 計 算λmax=6.0304，CI=0.0061，CR=0.0049，即CR＜0.1，矩陣通過了一次性檢驗。其重要性依次是泥石流、滑坡、地面塌陷、壓占土地、植被覆蓋度、地形坡度。

3 評價模型的構建

3.1 評價因子賦值

本文選擇了影響礦山地質環境的六個影響因子，對六個影響因子進行等級劃分并通過賦值的方式進行量化（如表4 所示）。

表4 影響因子等級劃分及賦值

3.2 評價因子提取

3.2.1 地形坡度提取

本文下載了覆蓋研究區的三幅空間分辨率為30m 的GDEMDEM 影像，通過ArcGIS 進行了合并及裁剪得到研究區DEM 工作底圖，并在ArcGIS 中提取了坡度數據（如圖1 所示）。

圖1 研究區地形坡度圖

結果表明：該研究區最大坡度為72.31°，最小坡度為0°。

3.2.2 植被覆蓋度提取

本文以遙感影像圖為底圖，通過計算歸一化植被指數得到了研究區植被覆蓋度信息（如圖2所示）。

圖2 研究區植被覆蓋度

結果表明：該研究區植被覆蓋度最小為0，最大為0.62。

3.2.3 泥石流、滑坡、地面塌陷等因子提取

地質災害下的泥石流、滑坡，礦產開發下的地面塌陷、壓占土地等評價因子以遙感影像為工作底圖，采用人機交互法，根據對應的要素解譯標志進行結果的提取。泥石流遙感影像特征：影像色調與周圍有明顯變化，呈現出帶狀分布特點，顏色較暗；滑坡遙感影像特征：顏色呈灰白色，形狀呈帶狀扇形，多發生在植被較少、坡度較大處；地面塌陷遙感影像特征：分布在礦區周圍，顏色較深，形狀趨向于橢圓；壓占土地遙感影像特征：分布在研究區礦點周圍，由于礦種類的不同堆積物呈現出或深或淺的顏色，并且周邊還有比較亮的規則的礦區建筑物。研究區相應評價因子的解譯結果如圖3 所示。

圖3 滑坡、泥石流、地面塌陷、壓占土地提取結果圖

根據研究區地質信息提取結果表明：地面塌陷破壞土地面積0.84km2，占研究區面積的0.01%；壓占土地面積34.63km2，占研究區面積的0.5%；泥石流破壞土地面積2.2km2，占研究區面積的0.03%；滑坡破壞土地面積2.1km2，占研究區面積的0.03%。

4 評價結果

4.1 評價網格劃分

本文的評價模型是基于對研究區劃分1km×1km 評價網格單元的基礎上，對參與的評價因子進行得分及權重的綜合運算，得到評價單元總分結果。其具體公式見公式（3）。

式中：

F-礦山地質環境得分；

Fi-各評價因子的權重值；

Wi-各評價因子的評分量化值。

4.2 評價結果分析

通過對研究區已經劃分好的網格在ArcGIS 中進行條件賦值與空間分析得出礦山地質環境得分，并根據分值的不同劃分出不同的區域（如圖4所示）。

圖4 礦山地質環境分區圖

F≥8 礦山地質環境優質區：該區植被覆蓋率高，坡度相對較小，無地質災害，無礦山開發活動。

8＞F≥6 礦山地質環境良好區：該區植被覆蓋率較高，坡度較小，地質災害破壞性小，礦山開發活動帶來的危害較小。

6＞F≥3 礦山地質環境一般區；該區主要分布在地質災害及礦業活動頻繁區域周邊，植被覆蓋相對較小。

F＜3 礦山地質環境較差區：該區主要位于地質災害發生區及礦業活動頻繁的區域，并且該區域植被覆蓋率很低。

5 結論與展望

本文運用層次分析法，基于遙感影像、DEM影像及相關的年鑒資料等，利用ArcGIS 平臺得出了研究區礦山地質環境評價分區圖。該分區圖對了解礦山地質環境存在的問題，繼而為今后的礦山地質環境恢復治理，促進礦山開發的可持續發展及生態文明建設具有一定的指導意義。