基于層次分析的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法

吳小鵬

（廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊，廣東 惠州 516000）

1 層次分析法概述

在對礦山地質(zhì)環(huán)境進行評價的過程中，對諸多評價因子綜合考量，對變量不同且擁有權(quán)衡輕重作用的數(shù)值，稱其為權(quán)值。通過權(quán)值的概念不難看出，權(quán)值是礦山地質(zhì)環(huán)境評價體系中體現(xiàn)其重要程度的標志，主要是作為不同評價因子間反映該評價觀點的價值，所以可以說明，對權(quán)值的求取過程也是對各個評價因子間重要性分析的過程，其屬性應(yīng)該為程度分析。但在實踐中考慮到礦山地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、模糊性和不可更改性，想精準地評價各個環(huán)境因子的權(quán)值有很高的難度，所以，通常會選擇專家打分的層次分析法確定權(quán)重。層次分析法可以為彼此制約、相互關(guān)聯(lián)的諸多元素組成的復(fù)雜問題的決策和鋪排創(chuàng)造了一款全新的、簡便可行的建模方式。模型通過層次分析法構(gòu)建，一般通過三個環(huán)節(jié)：第一，遞階層次結(jié)構(gòu)模型建立；第二，構(gòu)建出每個層次中全部判斷矩陣；第三，進行單排序?qū)哟我约耙恢滦缘臋z驗[1]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建與評價功能實現(xiàn)

根據(jù)層次分析法在ArcGIS Engine平臺上構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境評價體系，有序地完成各系統(tǒng)的主界面、顯示地圖及應(yīng)用功能、圖形矢量化功能、查詢數(shù)據(jù)功能、空間分析功能及輸入輸出等功能等。系統(tǒng)構(gòu)建只是第一步，良好地運行才是關(guān)鍵。

2.1 污染程度等級

按照研究礦山的地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀的考察結(jié)果，選取對礦山地質(zhì)環(huán)境有一定影響的項目作為評價因子，其中包括區(qū)域穩(wěn)定性、地下水防污性、地基承載力、土壤污染程度等。例如對土壤污染因子的評價，首先大量收集相關(guān)的土壤污染資料，利用補充取樣、樣品密度的加大等措施，最大限度滿足其評價要求。以單因子評價為基礎(chǔ)，有效重疊八項單因子污染評價分區(qū)圖，包括石油總烴、銅、鎘、鉛、酚類鉻、汞、硫化物等，以獲得重要而關(guān)鍵的污染分區(qū)圖。污染程度等級的確定要通過提取具備最高污染程度因子來完成。

2.2 區(qū)合評價

該環(huán)節(jié)是采用系統(tǒng)平臺中分析模塊中區(qū)對區(qū)的合并分析功能，基于單要素圖的需求進行區(qū)合并的操作評價因子的不同而彼此分區(qū)。

區(qū)合并后產(chǎn)生的面文件內(nèi)的各個區(qū)，既可以基于評價因子的差異而相互分區(qū)，體現(xiàn)不同評價因子的影響，權(quán)值也可以從各個評價因子屬性數(shù)據(jù)庫中提取，該評價單元可以直接應(yīng)用。但單因子評價沒有針對礦山基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋的范圍，該區(qū)域的區(qū)合并實施，最好利用書面文件方式保存，可以進行零賦值。

2.3 綜合評價單元

以權(quán)重求得為基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)框架內(nèi)的疊加分析功能，自動提取評價因子指標，然后評價因子的指標輸出可以通過輸入輸出功能完成，可以將其視為模糊綜合評價方法模型的數(shù)據(jù)來源，然后借助自身的權(quán)值實施模糊綜合評價。最終在系統(tǒng)中輸入評價結(jié)果，連接空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)評價結(jié)果的可視化輸出。最后通過評價單元空間疊加分析生成綜合評價。

3 構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境評價模型

3.1 體系和層次結(jié)構(gòu)

對礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進行精準確定不是一個簡單的過程，既要研究自然的地質(zhì)條件，又要分析人類行為因素，各個因素之間是錯綜復(fù)雜的關(guān)系，而且對因素的量化也存在難度。針對這樣不確定因素極大的體系，必須進行深入的分析研究，從紛繁的各因素交織中梳理問題的實質(zhì)，提取出典型的指標，構(gòu)建量化標準和指標體系，以完成定量評價。按照該城市圈的具體狀況，將地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價劃分為三個子系統(tǒng)：水環(huán)境子系統(tǒng)、巖石環(huán)境子系統(tǒng)、土環(huán)境子系統(tǒng)。按照各種不同的問題構(gòu)建一個密切關(guān)聯(lián)的遞階層次結(jié)構(gòu)，具體可劃分為目標層、措施層、準則層、子準則層等。

（1）水環(huán)境子系統(tǒng)針對的是與水相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，引發(fā)因素包括礦區(qū)用水匱乏、各種水患、水文地球化學異常等。首先選取影響大的八個地質(zhì)環(huán)境問題最為評價因子，包括十分短缺的地下水資源、接近枯竭的地下水資源、水質(zhì)污染、礦坑突水、地方病、冷浸田、塌崩、洪澇災(zāi)害等，其指標體系的集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題的規(guī)模大小和造成的損失多少。

（2）巖石環(huán)境子系統(tǒng)指與巖石相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，形成的原因包括基巖以及其風化物及巖石地球化學異常等。首先取影響大的幾個環(huán)境地質(zhì)問題作為評價因子，包括山崩、地面沉降、泥石流、礦山開采區(qū)地面塌陷、滑坡等。其指標體系集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題發(fā)生范圍的大小和損失的多少。

（3）土環(huán)境子系統(tǒng)針對的是與土相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，選取影響大的五個環(huán)境地質(zhì)問題作為評價因子，包括地面膨脹土、地面塌陷、軟土、土壤污染、水土流失等，其指標體系集合構(gòu)成取決于兩大因子，即問題的規(guī)模大小和造成的損失多少。

3.2 判斷矩陣的構(gòu)建

針對同一層次的不同元素對于上個層次不同規(guī)則所對應(yīng)的重要性，實施兩兩比較，構(gòu)建實施兩兩比較判斷的正矩陣A：

A=（aij)n·n

aij＞0 aij=l/aijaij=1 i,j=1.2……n

因為地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜還存在諸多不確定的問題因素，綜合礦山的具體狀況，為了確保每個因素之間進行兩兩比較的判斷矩陣的量化，將標度確定在1—9的值，在本文應(yīng)用AHP法的評價中，決策目標層與地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)相匹配，而子系統(tǒng)中的不同環(huán)境地質(zhì)問題是通過措施層反映出來。利用上面計算方式界定各個環(huán)境地質(zhì)問題所對應(yīng)的環(huán)境子系統(tǒng)質(zhì)量合成權(quán)值，然后充分結(jié)合各個環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)育強度因素，以構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型[2]。

3.3 權(quán)重確定和檢驗

利用本文介紹的1-9標度法對判斷矩陣進行構(gòu)建并且計算權(quán)重。計算結(jié)果通過一致性檢驗C.R均<0.1，表明構(gòu)建的判斷矩陣完全合理。

4 構(gòu)建評價數(shù)學模型

4.1 綜合評價數(shù)學模型

以本文介紹的三個子系統(tǒng)的評價為基礎(chǔ)，綜合評價地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，基于三個子系統(tǒng)對環(huán)境質(zhì)量有不同的影響，所以他們也呈現(xiàn)大小不同的權(quán)重，構(gòu)建的數(shù)學模型和權(quán)重取值公式如下：

A=αB1+βB2+γB3

公式中：A表示地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量指數(shù)；B表示的是環(huán)境子系統(tǒng)的質(zhì)量指數(shù)，B1為巖石、B2為土、B3為水；α表示巖石環(huán)境子系統(tǒng)的權(quán)重，取值0.4；β表示土，取值為0.25；γ表示水，取值0.35。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分級標準

按照上面的評價標準規(guī)則與方式，利用計算機統(tǒng)計分析，對地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量級別標準進行確定。

4.3 確定強度指數(shù)

為了表征巖石、土、水三個環(huán)境子系統(tǒng)中地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)問題的發(fā)育強度，采用特發(fā)育、發(fā)育、中等、不發(fā)育四個等級表示，強度指標利用四個量化值表示：特發(fā)育為10、發(fā)育為5、中等為2、不發(fā)育為0。

5 層次分析評價

5.1 子系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量分析評價

（1）依托GIS技術(shù)實施1/2.5萬分幅自動剖分，全區(qū)總共劃分剖分單元580個。

（2）相對應(yīng)的文件的關(guān)鍵字可以利用剖分單元編號。根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型，計算程序的編寫選擇層次分析法原理，將各個因子的權(quán)重計算出來。

（3）礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的換算可以根據(jù)各個因子的強度劃分原則進行，最終對礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)實施統(tǒng)一計算。

（4）有效連接數(shù)據(jù)庫中的剖分單元編號和GIS圖形的用戶自定義關(guān)鍵字段，就能夠完成GIS中屬性庫的連接，就可以瀏覽圖形中各個剖分單元的實際環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

（5）借助GIS超強的圖形編輯能力，按照每個剖分單元的質(zhì)量級別劃分標準以及質(zhì)量指數(shù)值，進行自動著色；然后結(jié)合空間分析功能自動生成巖石環(huán)境、土環(huán)境、水環(huán)境和環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量圖。

5.2 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合分析評價

利用上述構(gòu)建的評價模型及礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，逐一利用計算機計算，以巖石環(huán)境評價、土環(huán)境評價以及水環(huán)境評價為基礎(chǔ)，將計算出的結(jié)果根據(jù)相關(guān)的權(quán)重實施疊加，以最后獲取礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果。

6 結(jié)束語

綜上所述，礦山地質(zhì)環(huán)境的研究要想保證評價的合理性、準確性，首先要構(gòu)建科學的、綜合性強的分級標準和指標體系。而接下來務(wù)必要進行有目標地標準的篩選和優(yōu)化[3]。隨后進行礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的定量評價，并合理量化評價指標。進行量化后按照所在地質(zhì)環(huán)境的特點，利用符合的數(shù)學模型進行評價。