基于層次分析法的礦山水文地質(zhì)條件評價研究

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六八大隊，江西 上饒 334000）

礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)使得人類活動對礦山地質(zhì)環(huán)境的作用以及影響不斷加深，同時人類當(dāng)前面臨的環(huán)境生態(tài)問題日益突出也是過度開采的必然結(jié)果。水文地質(zhì)條件評價是在礦山開采項目中一項十分重要的環(huán)節(jié)，在具體施工之前，應(yīng)當(dāng)充分了解所在區(qū)域的周圍環(huán)境特征，通過水文地質(zhì)勘查的方式，獲取其水文地質(zhì)條件及類型，從而預(yù)測該區(qū)域在開采過程中或未來可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害問題。通過水文地質(zhì)條件評價得出的結(jié)果可以實現(xiàn)對礦山開采的預(yù)見性，以此為后續(xù)各項工作的實施提供先導(dǎo)性的有力支撐[1]。由于礦山地下水是在不同運動的，因此水位會不斷發(fā)生改變，受到多種因素的影響，從而導(dǎo)致施工方法發(fā)生改變，影響施工的整體結(jié)構(gòu)。采用傳統(tǒng)的礦山水文地質(zhì)條件評價方法，在實際應(yīng)用中會造成評價結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)一步影響施工的安全性與穩(wěn)定性，從而對礦山開采及工程施工造成嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。層次分析法能將復(fù)雜的事件分解為很多因子，再通過兩兩比較的方式對各個因子進(jìn)行判斷，這種方法在實際應(yīng)用中具有綜合性強(qiáng)、分析結(jié)果可靠的優(yōu)勢。因此，本文針對當(dāng)前傳統(tǒng)水文地質(zhì)條件評價方法中存在的問題，開展基于層次分析法的礦山水文地質(zhì)條件評價研究。

1 礦山水文地質(zhì)條件評價勘查重點分析

在進(jìn)行礦山水文地質(zhì)條件進(jìn)行評價時，評價的主要內(nèi)容時根據(jù)礦山的具體地理條件因素，對礦山周圍的水文及地形、地貌特征進(jìn)行勘查。其中水文特征是指在礦山區(qū)域內(nèi)，氣候特征以及降水量等；地形、地貌特征是指礦山周圍的礦產(chǎn)開采區(qū)域中地質(zhì)受侵蝕的程度特征以及巖土具體表現(xiàn)。由水文特征和地形、地貌特征共同形成礦山水文地質(zhì)條件。除此之外，部分條件較為特殊的礦山周圍還具有含水層和隔離層等不同結(jié)構(gòu)特征。在這樣的礦山進(jìn)行水文地質(zhì)條件評價時，地下水會被覆蓋，因此評價復(fù)雜性較高，除對特定的評價特征進(jìn)行評價以外，還需要對水層的具體厚度、深度以及水位的具體變化情況進(jìn)行勘查和評價。同時，部分礦山的土層當(dāng)中也存在含水層和隔離層，因此在對水文地質(zhì)條件進(jìn)行評價前，需要充分了解該礦山的各個結(jié)構(gòu)和特征，從而采取更加合理的測量手段以及評價方法對其條件等級進(jìn)行評價。

2 基于層次分析法的礦山水文地質(zhì)條件評價方法設(shè)計

2.1 基于層次分析法構(gòu)建水文地質(zhì)條件評價結(jié)構(gòu)模型

圖1 基于層次分析法構(gòu)建水文地質(zhì)條件評價結(jié)構(gòu)模型

通過本文上述對礦山水文地質(zhì)條件勘查重點分析得出，由于礦山水文地質(zhì)條件會受到礦山開采以及礦山施工等活動的影響，因此在構(gòu)建水文地質(zhì)條件評價結(jié)構(gòu)模型時，本文結(jié)合層次分析方法，對影響礦山水文地質(zhì)條件的多個因素分層次進(jìn)行分析。圖1為基于層次分析法構(gòu)建水文地質(zhì)條件評價結(jié)構(gòu)模型示意圖。

由圖1可以看出，本文根據(jù)評價條件的需要，共劃分三個層次結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)，將水文地質(zhì)條件作為第一層評價指標(biāo)A；選擇礦山開采區(qū)域中的資源補(bǔ)給條件、地表徑流條件以及排泄條件作為二層評價指標(biāo)B；選擇雨季平均降水量、雨水滲透系數(shù)、雨水補(bǔ)給系數(shù)、人工給水量、水庫存水量、地下水掩埋深度作為第三層評價指標(biāo)C。按照圖1中的連接方式，三個不同層次指標(biāo)之間均存在某種特定的關(guān)聯(lián)。利用層次分析法當(dāng)中的判斷矩陣，在礦山水文地質(zhì)中，主要受到三個條件因素的影響，而這三個決定因素之間又分別存在不同的子決定因素，通過對上一層決定因素與本層子決定因素之間重要性的比較，完成對判斷矩陣的構(gòu)建[3]。在判斷過程中，假設(shè)不同T1和T2、T3為三種不同評價指標(biāo)，則當(dāng)T1＞T2=T3時，從經(jīng)驗判斷T1比T2和T3重要 ；當(dāng)T1=T2時，兩種決定要素對于礦山水文地質(zhì)條件的評價具有同樣的貢獻(xiàn)作用；當(dāng)T1=T3時，同樣證明兩種決定要素對于礦山水文地質(zhì)條件的評價具有同樣的貢獻(xiàn)作用。

2.2 礦山水文地質(zhì)條件評價決定因子權(quán)重值計算

在確定基于層次分析法構(gòu)建水文地質(zhì)條件評價結(jié)構(gòu)模型中的決定因子后，利用相關(guān)測量儀器和測量技術(shù)，對其具體數(shù)值進(jìn)行測量與分析。利用層次分析法與專家評價綜合對各決定因子進(jìn)行分析，并將其分析結(jié)果作為理論基礎(chǔ)，對所有評價因子的重要性進(jìn)行打分，設(shè)置分值的具體波動范圍在0～100之間，根據(jù)打分結(jié)果給出水文地質(zhì)條件評價決定因子的權(quán)重值。決定因子權(quán)重值計算公式為：

公式（1）中，C表示為水文地質(zhì)條件評價決定因子權(quán)重值；d表示為待計算的評價指標(biāo)通過儀器得出的測定結(jié)果數(shù)據(jù)；μ表示為評價決定因子專家打分結(jié)果；τ表示為層次分析法打分結(jié)果；f表示為評價結(jié)構(gòu)模型中決定因子數(shù)量。通過公式（1）計算得出的數(shù)據(jù)，將其作為依據(jù)劃分層次單排序順序，在同一層次當(dāng)中的每個決定因子對于上一層次結(jié)構(gòu)中的決定因子得到相對重要性也可通過計算得出。為保證層次總排序與評價模型的結(jié)果達(dá)成一致，還需要通過如下公式，計算三個層次結(jié)構(gòu)中決定因子的一致度：

公式（2）中，ε表示為三個層次結(jié)構(gòu)中決定因子的一致度；T1、T2和T3分別為三個層次結(jié)構(gòu)當(dāng)中的決定因子測定數(shù)值。按照上述公式，將所有決定因子每三個作為一組，完成一致度計算。根據(jù)上文計算的指標(biāo)實際值和權(quán)重值，運用評價函數(shù)公式（3），計算出水文地質(zhì)條件等級：

公式（3）中，E表示為礦山水文地質(zhì)條件等級；g表示為評價等級；σ表示為通過上述計算得出的礦山水文地質(zhì)評價指標(biāo)實際值總和。通過上述公式（3）完成對礦山水文地質(zhì)條件的等級計算，以此更進(jìn)一步了解在礦山開采及施工前階段和施工階段，水文地質(zhì)條件的好壞，從而通過得出的評價結(jié)果，給出具體的防治措施。

3 實驗論證分析

為驗證此次設(shè)計評價方法的可行性和適用性，設(shè)計一組對比實驗，實驗選取五個不同水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的礦山作為實驗對象，利用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對該五個礦山水文地質(zhì)條件進(jìn)行評價。利用公式（1）計算出選取的各個評價指標(biāo)決定因子權(quán)重值，具體權(quán)重值如下表所示。

表1 評價指標(biāo)權(quán)重值

實驗中對兩種方法的評價數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，根據(jù)評價結(jié)果與實際值相比較，利用殘差方程式計算出評價殘差，殘差值范圍在0～1之間，數(shù)值越接近1則評價結(jié)果的準(zhǔn)確性越低，可信度越低；如果殘差值越接近0則說明評價結(jié)果的準(zhǔn)確性越高，可信度越高。實驗以兩種方法的殘差值作為實驗結(jié)果，對兩種方法比較，實驗結(jié)果如下表所示。

表2 兩種方法評價結(jié)果殘差值對比/δ

從上表中可以看出，此次設(shè)計方法殘差值基本可以控制在0.1δ以下，而傳統(tǒng)方法殘差值均在0.5δ以上，設(shè)計方法殘差低于傳統(tǒng)方法，且接近0δ，證明基于層次分析法的礦山水文地質(zhì)條件評價方法準(zhǔn)確性較高，更適用于礦山水文地質(zhì)條件評價。同時，利用本文提出的評價方法對實驗對象進(jìn)行評價的過程中，根據(jù)不同礦山環(huán)境對水文地質(zhì)風(fēng)險因素大小的普遍性認(rèn)識以及判斷思維，結(jié)合層次分析法使其結(jié)果更加具有代表性和可行性。

4 結(jié)語

此次針對礦山水文地質(zhì)條件評價精度較低的問題，將層次分析法應(yīng)用于礦山水文地質(zhì)條件評價中，設(shè)計了一種新的評價方法，并且通過實驗驗證了該方法評價結(jié)果與傳統(tǒng)評價方法相比具有更高的可信度，有效降低了礦山水文地質(zhì)條件評價誤差，為礦山水文地質(zhì)條件評價提供了理論依據(jù)和參考依據(jù)。