基于遥感调查的矿山综合评价研究

王昊 汪洁 李浩 李丹 刘雪 宋伊圩

摘要：本文利用模糊层次分析法构建了区域发展与环境压力的评价模型，并利用多期遥感影像，结合社会经济统计数据，对新疆某铜镍矿区开展了动态评价工作。文中选用了区域发展、环境压力两个主要评价因子，结合子因子的评价标准，采用隶属函数确定各个子因子的评级标准。评价结果表明：1）该矿山的评价得分不断降低，矿山开发的破坏作用对评价结果仍占主导地位；2）该矿山开发的经济效益与区域发展、环境压力密切相关，当矿山效益增长会促进区域发展；矿业市场不景气时，公司无暇顾及区域發展，会进一步对环境施压，谋取利益。

关键词：遥感调查；矿山；模糊层次分析法；综合评价

中图分类号：X822 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0007-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.003

Abstract： This paper uses the fuzzy analytic hierarchy process to construct the evaluation model of regional development and environmental pressure and multiphase remote sensing image， combined with social and economic statistical data， a copper and nickel mines in Xinjiang was carried out by dynamic evaluation. In this paper， regional development and environmental pressure are selected as the two main evaluation factors， and the evaluation criteria of sub-factors are used to determine the rating criteria of each sub-factor. The evaluation results show that： 1） the evaluation score of the mine is decreasing continuously， and the damage effect of mine development still dominates the evaluation result. 2） the economic benefits of the mine development are closely related to regional development and environmental pressure， and the growth of mining benefits will promote regional development； When the mining market is depressed， the company has no time to take into account the development of the region， which will further pressure the environment and seek profits.

Key words： Remote sensing survey； Mine； Fuzzy analytic hierarchy process； overall merit

矿产资源是支撑我国经济社会快速发展的重要基础性产业，也是促进人类社会进步，保障人们生产生活及社会可持续发展的物质基础[1]。矿山开发作为区域发展的一把双刃剑，其两面性影响逐渐显露出来：矿山开发往往会伴随土地压占或损毁、废弃废水废渣等排放以及地质灾害（隐患）等诸多不利影响，而随着矿山企业的发展，其在为国家提供矿产资源、为地方提供经济效益的同时，也能够对区域的发展起到一定的促进作用[2]。本研究以新疆某合法在采铜镍矿山为例，将经济发展、社会影响以及环境保护等综合效益均列入评价体系，通过指数评价法从地质环境压力、区域发展建设方面对该矿区进行多年度动态综合评价。

1 矿山综合评价模型

目前，对矿山环境地质问题的评价，国内外常用的环境评价方法主要有熵权法、因子分析法、模糊数学法和模糊层析分析法等[3]。根据矿山环境评价目标，综合各评价方法侧重内容，比较各种评级模型的优劣势，最终选取模糊层次分析法[4]。其结合了层次分析法和模糊数学法的优点。改进了层次分析结果主观性影响较大的问题，剔除了模糊数学法结果存在大量重复信息的问题，提高了最终结果的可靠性[5]。

为了避免人为主观性太强从而影响最终的评价结果[6]，建立评价因子的优先关系矩阵U：

评价因子记为a1（i=1，2，3，…，n），所有评价因子的集合则为A={a1，a2，…，an}。根据评价因子的重要程度，首先构建评价因子的优先关系矩阵U。之后构建模糊判断矩阵R：

2 矿山综合评价因子分级标准

本次分级标准结合《矿山环境遥感监测技术指南》中评价标准，设定对区域社会、生态、地质环境正面和负面的2个亚目标层，结合研究区的具体情况，每个亚目标层包括数个指标层，即数个评价因子[7]。每个评价因子都有其独特性，为了进行统一评价，须将评价因子的结果对应其标准化为无量纲数值，最后将各个评价因子的无量纲数值以一定的比例相加得到矿区的整体评价结果[8]。每个评价因子都有优、差两个极端，根据每个评价因子的特殊性分别建立模糊隶属函数[9]，如遇无法量化的因子时设每个评价因子最优时的无量纲化数值为0.83，最差时的无量纲化数值为0.16，所以当评价结果接近1时说明矿山环境评价结果较好，反之较差。

该矿区位于县城东南35km处，矿区主体位置原为草地，尾矿库坐落于矿区主体南侧约2.3km一处干涸河床内。通过前期资料调查和2016年实地走访，矿区西北部已发展为拥有职工居民楼、教育、医疗、体育场等基础设施的完善而独立的较成熟综合社区。矿区东南部为中转场地、固体废弃物堆积地、矿山建筑、冶炼厂等，该矿山为地下开采，无露天开采面。矿区内主干道和西南侧职工住宅区有相当程度的绿化，东南侧矿业活动区内部植被较少，外部多为当地牧民草场。该地区属大陆性寒溫带干旱气候，冬季严寒漫长、夏季炎热，日照充足，因此该地区年降水量小而年蒸发量大，总体气候干燥，矿山开发造成的地表水和地下水污染几率小，受干燥少雨的气候的影响，冶炼厂、固体废弃物堆和中转过程则易对周围草场和牧民造成粉尘污染。

结合上述实地调查情况，本次研究建立如下准则：区域发展、环境压力。①区域发展包括人文建设（即矿区内的学校、广场、文化娱乐设施）和植被活力指数（矿区外草地和矿区内绿化情况）两个方面；②环境压力包括工矿压占损毁土地（中转场地、固体废弃物对、尾矿库、矿山建筑等）、开采强度（该矿山为地下开采，无露天开采面，因此已出矿量代表其开采强度）、环境污染（主要为粉尘污染）。

具体如下图所示：

2.1 区域发展

人文建设以建设面积评价其优差，但人文建设面积处于两者之间时，优、差的评断是模糊的[10]。我们评价时总希望给出具体的数值去表征其好坏，根据人们对事物判断的概率规律，可以构建以正态分布为基础的隶属函数，本文以人文建设面积为零时隶属环境最差的得分为0，当人文建设面积增加时，隶属度得分逐渐增高，当人文面积为100%时，得分为1。根据本文的设定条件可以得出人文建设隶属度公式如下：

（2-1）

植被活力指数以NDVI指数度量其优差[11]。植被覆盖度在不同的生态环境各有差异，如森林的覆盖度很高，即使覆盖度低的森林也要比荒漠的植被覆盖度高。所以在评价区域覆盖度得分时，要根据具体区域而定。本研究区属土砾质荒漠植被类型[12]，根据中国荒漠化防治报告提出的风蚀荒漠化评价分级阈值：低植被覆盖度（0

2.2环境压力

矿业活动产生的生态环境问题和产生的破坏种类有很多，例如：矿石、废渣等固体废弃物中含酸性、碱性、毒性、放射性或重金属成分，通过地表水径流、大气飘尘，污染周围的土地、水体和大气，其影响面将远超废弃物堆积地域和空间[13]。矿山开发环境遭到破坏后，需花费大量人力、物力、财力在经过长时间的治理才能恢复，且很难恢复到原有水平，该矿区以废气污染为主。根据开采规模，该矿山为大型矿山，开采活动一直非常频繁，为了更好地评价开采活动对研究区环境造成的破坏，本文将从矿山开采强度、环境污染以及工矿压占损毁土地等方面进行评价。

为了统一标准需将开采强度做归一化处理，开采强度隶属度公式如下：

环境污染以标准限值为基准，超标时评价最差的分为0，其余情况见公式：

对于工矿压占损毁土地共有两个极端，当工矿占地面积达到所属区域100%时，开发环境为最差；当没有工矿占地时，开发环境为最好。但开发占地面积处于两者之间时，好和差的评断是模糊的。我们评价时总希望给出具体的数值去表征其好坏，根据人们对事物判断的概率规律，可以构建以正态分布为基础的隶属函数，本文以工矿占地面积为零时隶属开发环境最优的得分为1，当工矿占地面积增加时，隶属度得分逐渐降低，当工矿占地面积为100%时，得分为0。根据本文的设定条件可以得出开发占地隶属度公式为：

3 基础数据调查

该评价内的人文建设、植被活力和工矿压占损毁土地等基础数据通过2008-2016年遥感影像室内解译获得，包括了LandSat7、LandSat8、YG2、GF1、ZY3和02C等国内外多种卫星数据。开采强度和环境污染情况主要参考了矿山企业2008-2016年年度业绩报告、新疆维吾尔自治区国控企业污染源废气、废水监督性季度监测结果、国控重点源监督性监测工作简报等相关资料。

3.1 区域发展

区域人文建设面积自2008年的约14公顷增至2016年的33公顷，植被覆盖面积由29公顷增至43公顷，整体呈正面发展趋势。

3.2 环境压力

工矿压占损毁土地面积在2008-2013年持续上升，2013-2015年呈下降趋势，主要为尾矿面积缩减，经查该矿山企业同期对选矿产生的尾矿进行了分级处理，对已存的尾矿库及废料进行了整治，采矿废石经破碎处理后用于采矿井下充填和铺设道路，剩余废弃物堆存于专设的废石堆场，冶炼产生的固体废渣提供给周边水泥厂用作生产高质量水泥的原料，但2016年工矿占地有所回升；矿山开采强度持续提升，尤其在2010年之后提升明显；2008-2016年废水和二氧化硫、固体颗粒等废气排放总体达标，仅2016年废气超标，其中二氧化硫超标0.15倍，排放量为460mg/m3，颗粒物超标0.28倍，排放量为64 mg/m3；环境压力相关数据调查结果如图3。

4 评价结果与分析

4.1 评价结果

通过模糊层次分析法确定两指标权重分别为0.56、0.44，区域发展整体得分公式如下：

A=0.56A1+0.44A2

环境压力整体得分公式如下：

B=0.28 B1+0.33 B2+0.39 B3

最终评价结果如下表1，区域评价结果见图4.。

4.2 评价结果分析

综上所述：①该评价模型和方法创新性的将矿山区域作为一个整体，引入了矿山开发对区域的正、负两方面影響，其评价结果更全面，更能体现矿山企业对一定区域的综合影响；得出的矿山开发区位效应评价结果能够更直观地反映矿山企业内不同职能、不同区位的影响效应；②随着矿山企业规模发展，其造成的严重影响区得到控制，较好影响区逐渐扩大并保持，尤其在2010年前后国家政府相关部门对环境问题逐渐重视，该矿区内积极的社区基础设施逐渐完善，地面植被和绿化情况得到改善；③矿山开发对区域的整体影响仍以负面为主，尤其在矿山企业经营状况发生较大改变的时期，受企业成本和收益的直接影响，当企业经济状况下滑时，负面影响的比重也相应增大。以下图5为例，矿山济效益持续下滑，其总评分也相应迅速下降，如II、IV阶段；而经济效益上升时，其总评分下降速度也相应放缓，如I、III阶段。因此，矿山企业经济不景气时，应是政府部门对矿山地质环境的重点观察期。

图5 矿山企业经济状况与开发效益总评分年度变化示意图

该模型能够为未来矿山地质环境保护工作的重点位置、主要时间提供参考作用，但该评价模型也有一定的不足和局限性。首先，该评价模型覆盖的因子还不够全面，如区域发展中未考虑提供的当地人口就业数量、上缴税收、交通和技术提升等因子；其次，该评价所选矿山为大型合法金属矿山，其开发时间长、规模大、社区体系发展完善，而多数小型、短期开采矿山工作人员少、设备简单、开采手段粗放，对当地地质环境多以负面影响为主，很难确定区域发展因子。

参考文献

[1]王斌，我国绿色矿山评价研究[D].中国地质大学（北京），2014.

[2]徐友宁，袁汉芳，何芳等.矿山环境地质问题综合评价指标体系[J].地质通报，2003，（10）：829-832.

[3]罗清威，平煤八矿矿山地质环境综合评价研究[D].河南理工大学，2016.

[4]刘明明，基于模糊层次分析法的自然保护区评价系统的研究[D].河南农业大学，2016.

[5]李小宝，杨阔，胡梦锦.基于GIS和模糊层次分析法的输电线路路径方案评价[J].电工文摘， 2017，（03）：26-29.

[6]卢文达，基于模糊层次分析法的状态评估系统的研究[D].华北电力大学（北京），2016.

[7]杨晓飞，矿山环境遥感动态监测方法与应用研究[D].中国地质大学（北京），2014.

[8]吴建军，四川省康定县某金矿矿山地质环境综合评价[D].成都理工大学，2013.

[9]颜春，刘素红，赵祥. 矿山环境遥感综合评价指标的研究[J].遥感信息，2005，（06）：29-31.

[10]董宇婕，矿山地质环境遥感监测方法初探[J]. 世界有色金属， 2017，（01）：102-103.

[11]Fan， L.， et al.， Evaluation of microwave remote sensing for monitoring live fuel moisture content in the Mediterranean region[J]. Remote Sensing of Environment， 2018. 205.

[12]宋玮.新疆喀拉通克铜镍矿区植物地球化学特征及找矿有效植物和元素的选择[J]. 桂林理工大学学报， 2016，（02）： 195-206.

[13]普传杰，秦德先，黎应书. 矿业开发与生态环境问题思考[J]. 中国矿业， 2004，（06）： 23-26.

收稿日期：2018-04-12

作者简介：王昊（1985-），男，硕士，工程师，研究方向为遥感地质等。