基于层次分析法的矿山环境评价——以阜新矿集区为例

第３１卷第２期　２０１２年６月　世界地质　ＧＬ０ＢＡＩ　ＧＥＯＬ０ＧＹ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０１２　

文章编号：１００４—５５８９（２０１２）０２～０４２０—０６　

基于层次分析法的矿山环境评价　

——以阜新矿集区为例　

孔志召，董双发，姜雪，赵钊　

核工业航测遥感中心，石家庄０５０００２　

摘要：根据阜新矿集区遥感调查成果，利用层次分析法进行矿山环境评价，通过两两判断矩阵的确　立，科学分析了其权重，并进行了一致性检验，最终通过加权计算建立评价等级。提出了由评价指　

标、评价方法、评价等级构成的矿山地质遥感评价体系，并以阜新矿集区为例说明了该体系的详细运　用过程。结果表明：利用该体系得出的评价数据可靠，评价结果合理。　关键词：层次分析法；遥感；矿山环境评价；阜新矿集区　

中图分类号：Ｘ８２２．５　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—５５８９．２０１２．０２．０２６　

Ｍｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｂｙ　ａｎａｌｙｔｉｃ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

——ｔａｋｉｎｇ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ　

ＫＯＮＧ　Ｚｈｉ－ｚｈａｏ，ＤＯＮＧ　Ｓｈｕａｎｇ—ｆａ，ＪＩＡＮＧ　Ｘｕｅ，ＺＨＡＯ　Ｚｈａｏ　

Ａｉｒｂｏｒｎｅ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ　０厂Ｎｕｃｌｅａｒ，凡ｄ　ｒｙ，Ｓｈｉｆｉａｚｈｕａｎｇ　０５０００２，Ｃｈｉｎａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｄｏ　ｍｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎ－　

ｍｅｎｔａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｂｙ　ａｎａｌｙｔｉｃ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｊｕｄｇｅｍｅｎｔ　ｍａｔｒｉｘｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｇｒａｄｅ　ｂｙ　ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　ｃｈｅｃｋ．Ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｄｅｘ，ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｌｅｖｅｌｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ　ｔａｋｉｎｇ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｃｒｅｄｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｎａｌｙｔｉｃ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ；ｍｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　

矿产资源的开发利用，在为社会创造财富的同　

时，随之出现了采空区塌陷、地面沉降等一系列地　

质环境问题。所诱发的负面影响逐渐被重视，进行　矿山地质环境调查，采用科学方法对矿山的地质环　

境质量进行评定，进而采取有效措施对地质环境加　以监测、治理，是可持续发展的必由之路　。目　

前，利用卫星遥感技术进行矿山环境遥感评价已被　

广泛采用。由于中国矿山地质环境调查工作尚处于　起步阶段，未建立较为系统的评价体系，评价方法　

收稿日期：２０１０－０７－０２；改回日期：２０１２－０３－２２　基金项目：矿产资源开发多目标遥感调查与监测（１２１２０１０７８５００２）　主要采用专家评判法和类比法，受主观因素影响，　容易出现因人而异的评价结果　。　。此次根据阜新　

矿集区地质条件、水文条件、土地资源状况和生物　多样性等复杂性，通过对该矿山评价单元的划分、　

指标的提取和确定权重，建立评价模型并进行层次　

分析评价　，从而发现该区矿山环境的主要问题　和制约因素等，提出改善矿山环境的建议，具有科　

学、客观、实用的特点。

　第２期　孔志召董双发等：基于层次分析法的矿山环境评价——以阜新矿集区为例４２１　

１　评价单元划分　２　指标体系提取　

矿山环境既有区域性，又有复杂性。要取得准　

确的评价结果，须在遵照矿山调查特点的基础上，　将矿区划分为若干个评价单元。其中，将具有共同　

特性的区域作为最小地域单元，同一类评价单元要　求有一致性，不同评价单元之间要有可比性…。　

按此要求，对矿区进行正方形网格剖分，网格大小　

为２　ｋｍ×２　ｋｍ，总数１　２０２个。　影响矿山环境的因素是有系统和层次的，如自　然地理中有地形地貌等多种因素，而地形地貌中又　

可分为山地和道路等。这就要求对这些因素进行系　统与层次划分　。依据矿区特点划分为６个系统　（即评价体系）、２个层次（即评价指标及其分级）　

（表１）。　

表１阜新矿集区环境评价指标体系与分级　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ｉｎ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　

３评价指标权重的确定　

影响矿山环境的因素，既有定性的，又有定量　的，且数量巨大。因此，需建立完整的定权方法体　

系。此次在矿山环境评价中，采用层次分析法　（ＡＨＰ）进行评价因子的权重计算…。　

３．１层次结构模型的确立　

通过分析指标体系，把系统问题条理化、层次　化，构造出一个层次分析的结构模型¨’７．　。　

目标层矿山环境评价作为工作目标。　中间层包括要实现矿山环境评价目标所涉及　

的多个影响因素，即：自然地理（Ｂ１）、基础地质　

（Ｂ２）、开发占地（Ｂ３）、矿山地质灾害（１３４）、环　

境污染（Ｂ５）及矿山生态环境恢复治理（Ｂ６）等　

６个方面。　指标层　包括为实现目标可供选择的各种措　

施、决策方案等，因此也称为措施层或方案层。主　

要包括：地形地貌（Ｃ１）、降雨量（Ｃ２）、植被覆　

盖度（Ｃ３）、居民地密度（Ｃ４）、构造（Ｃ５）、岩　

性组合（Ｃ６）、边坡结构

（ｃ７）、开采点密度　４２２　世界地质　第３１卷　

（Ｃ８）、开采强度（Ｃ９）、主要开采方式（Ｃ１０）、　

主要开采矿种（Ｃ１１）、占用土地比例（Ｃ１２）、地　

质灾害（Ｃ１３）、地质灾害隐患（Ｃ１４）、水资源破　

坏程度（Ｃ１５）、大气污染程度（Ｃ１６）、粉尘污染　程度（Ｃ１７）、水体污染程度（Ｃ１８）、环境隐患　

（Ｃ１９）、矿山生态环境恢复治理难易程度（Ｃ２０）　

和矿山生态环境恢复治理程度（Ｃ２１），共计２１个　

指标。构建模型如图１所示。　

矿山环境评价　

地形地貌（ｃ１）　＝二二［　１降雨量（Ｃ２）　构造（ｃ５）　ｌ　Ｉ　＝－－ｒ￣ｌ　岩性组合（Ｃ６）　开发占地（Ｂ３）　ｌ　Ｉ矿ＬＵ地质灾害（Ｂ４）ｌ　ｌ　环境污染（Ｂ５）　ｌ　Ｉ矿山生态环境恢复治理（Ｂ６　

开采点密度（Ｃ８）　＝＝＝＝ｒ＝＝　开采强度（Ｃ９）　

占用土地比例（Ｃ１２　竺　

环境隐患（Ｃ１９）　

图１　阜新矿集区环境评价层次结构模型图　Ｆｉｇ．１　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　矿山生态环境恢复　理难易程度（Ｃ２０）　

表２矿山环境评价变量相对重要－眭判断表　Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｖａｒｉａｂｌｅ　

３．２权重的确定　本次研究采用了阜新市评价变量相对重要性判　

断值，此判断值是通过专家法获得的　，　（表２）。　

由表２转换成相应的判断矩阵，其中（ａ　）№　。　

中任一元素ａ　表示专家对第ｉ行的ａ　与第　列的ａｊ　

变量比较判断的结果。转换的规则为：　

｛　当ａｊ＞ａ时　当。　＜。 （１）　

其中，ａ　为判断矩阵中第ｉ行、第　列的元素　

值，表示任意两个变量ａ　与　比较判断的结果。　

ｉ，Ｊ＝１，２，３，…，１０　

根据转换规则，算出两两比较矩阵，根据两两　比较矩阵计算各变量的相对权重。　

４　建立评价模型　

对矿山调查之后，根据评价指标体系，从中选　

出评价因素，建立评价因素集，确定综合评判集。　综合评判集即为矿山环境的质量等级集｛一般区，　

较严重区、严重区｝。　设Ｕ＝｛　１，　，…，　｝为评价因素集；Ｖ＝　

，　：，…，　｝为质量等级集。评价因素论域和质　

量等级论域之间的模糊关系用矩阵Ｒ来表示：　

Ｒ＝　ｒｌｌ　ｒ１２　…　ｒｌｎ　

ｒ２１　ｒ２２　…　ｒ２ｎ　

ｒｍｌ　ｒｍ２　…　ｒｍ　（２）

　世界地质　第３１卷　

图３　阜新矿集区矿山环境分区图　Ｆｉｇ．３　Ｍｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｉｎ　Ｆｕｘｉｎ　ｍｉｎｅ　

此次阜新区矿山环境评价工作，共划分３个较　

差区，即：新邱露天煤矿区（Ｉ　１）、海州露天煤　矿区（Ｉ　２）和阜清煤矿区（Ｉ　３）；６个一般区，　

即：同乃铁矿区（１１　１）、中合铁矿区（１１　２）、海　州露天煤矿区（Ⅱ３）、排山楼金矿区（Ⅱ４）、八　

道壕煤矿区（１Ｉ５）和阜清煤矿区（ＩＩ６）。　

将定量评价的结果从３个区分别与各段详细的　

野外地面调查和遥感定性分析结果进行比较验证，　

对各分区评价如下：　

５．１矿山地质环境较差区（Ｉ）　该分区级别内共计有２个分区，分别为：新邱　

露天煤矿区（Ｉ　１）、海州露天煤矿区（Ｉ　２）。　５．１．１地质环境背景　

阜新区大的断裂构造未有分布，但小型褶皱、　断层多处分布，其主要特点是褶皱构造多被断层切　

割，最大落距达２００　ｍ±。构造形迹的存在和发　

育，大多助长了地质灾害或环境地质问题的发生、　

发展，增大了灾情、灾度。　

阜新市区广泛分布白垩系阜新组、九佛堂组和　

孙家湾组地层，其岩性多为砂页岩、砂砾岩夹多层　可采煤（煤层厚度几公分到十几米不等），岩石层　

理发育，易风化，在地下水作用下，易发生变形、　

弯曲、断裂，特别是在采空区，地下水侵蚀、溶蚀　

作用增强，极易发生地面沉降、塌陷和矿坑突水等　地质灾害。　

５．１．２矿山开发对矿山地质环境的影响　

煤田采空区地面沉降、塌陷问题，各井田均有　不同程度的分布，尤其以３个较差区为严重。　

阜新区具有规模的矸石山１１座，其中大型矸　

石山３座。相对位置分别是海州区孙家湾南、新邱　

南露天、新邱北露天。矸石山总占地面积约３　０００　

ｈｍ　，总堆积量约１２亿ｍ　，这些大大小小、数量　

频多的矸山堆，有过去几十年前堆放的，也有近几　

年堆放的，还有正在堆积过程中的，不仅占压破坏　

了大量的土地资源，而且由于矸石山自然、降水淋　

滤渗透等，对大气环境及周边地下水产生不同程度　

的污染。　

较差区内分布有两个大的露天采坑（海州露　

天矿采坑、新邱露天矿采坑），采坑面积分别为８　

ｋｍ　、３　ｋｍ　。四个小型露天采矿（其中有两个采　

坑因城区公路改造已填平）。崩、滑、流现象主要　

发生在大的采坑采帮周边，据调查访问，海州露天　

矿自１９５３年以来，共发生各类工程滑坡８６次，其　中滑体大于１万ｍ。的有１９次。泥石流现象，在人　

工环境及自然因素（降水）作用亦有发生，例如：　

１９９４年７月１３　Ｅｔ，特大暴雨后，海州露天矿北帮　发生三处滑坡、两处崩塌，其滑塌岩土体在洪水作