因子权重法在矿山地质环境影响分区中的应用——以鄂州市为例

张金朝, 张 波, 熊 丽, 习 彪

(湖北省地质局 第五地质大队,湖北 黄石 435000)

因子权重法是利用因子分析法结合专家打分法求权重的方法,因子分析起源于心理学,直到上世纪60年代才发展成型,因子分析的基本目的就是用少数因子去描述多个指标因素之间的联系,即将关联密切的几个变量归在同一类中,每一类变量就是一个因子,以较少的几个因子反映原资料的大部分信息。消除由于因子不同造成的不可比以及各因子之间的影响,避免信息量的重复,克服权重确定的主观性。

鄂州市矿山开采历史悠久,受多年来采矿活动的影响,矿区及周边地质环境破坏严重,特别是对土地和地下水资源破坏较多,矿山地质灾害就有40处[1],占全市地质灾害总数的60%,严重威胁当地居民的生命财产安全。通过开展鄂州市矿山地质环境影响分区评价,根据矿山地质环境影响综合评估分区结果,结合矿山地质环境发展变化趋势分析,按紧迫性进行分类,划分出不同等级的矿山地质环境保护与治理区域,为鄂州市政府开展矿山地质环境保护及治理工作提供依据,并对鄂州市合理开发矿产资源、促进矿业开发与环境保护协调发展具有一定指导意义。

1 矿山地质环境问题

鄂州市内产生的矿山地质环境问题有地质灾害、压占土地、地下水系统的影响以及废水废渣污染四大类。

1.1 地质灾害

鄂州市内矿山地质灾害较发育,主要有地面塌陷和不稳定斜坡,其中地面塌陷16处,不稳定斜坡21处,崩塌1处,滑坡2处,共计40处。地质灾害面积达到142.38 hm2,影响面积170.8 hm2,体积达到36.85万m3,造成经济损失15 663万元,威胁人口1 328人,威胁财产11 914.8万元。

1.2 占用与破坏土地资源

鄂州市内矿山占用及破坏土地资源的情况较为普遍,据统计,全市矿业开发压占土地约429.55 hm2。按照破坏土地类型来分,破坏林地176.54 hm2、耕地119.47 hm2、草地101.84 hm2、荒坡地8.43 hm2、其他地23.27 hm2。

1.3 地下水系统的影响

鄂州市地下水系统的影响主要表现为地下水位下降及地下水均衡破坏。目前鄂州市内共形成6个地下水降落漏斗区,总面积达32.56 km2,主要分布在广山矿区,范围201.59 hm2;程潮主矿区,范围163.70 hm2;黄土咀—鸿润德矿区,范围607.92 hm2;陈盛矿区,范围387.08 hm2;铜坑矿区,范围275.57 hm2;大洪山—鸿福—巷子口矿区,范围1 619.72 hm2。本次调查发现,鄂州市矿山地下水均衡受破坏的矿山有20个,造成大量水井、泉干涸。

1.4 水土环境污染

鄂州市矿业开发产生的废水包括矿坑水、选矿水等,废渣包括废石、尾矿等。其中矿山废水年产出量1 480.3万m3,年排放量1 261.3万m3;矿坑水年产出量1 219.1万m3,年排放量1 000.1万m3;选矿水年产出量110万m3,年排放量110万m3,其综合利用率为14.8%,年循环利用量为219万m3。鄂州市目前积存废渣(废石、尾矿)2 869.2万t,其中废石堆20个,尾矿库26个,累计积存废石渣85.4万t、尾矿2 783.8万t,年产固体废弃物158.2万t,年综合利用量32.2万t,年综合利用率达到20.35%。

根据水土样检验结果,区内废水、废渣对地表水环境污染较重,对地下水污染较轻。

2 分区评价

2.1 评价原则

根据《矿山地质环境调查评价规范(DD2014—05)》及相关规范要求,结合鄂州市矿山实际情况,充分利用矿山地质环境调查数据资料,及矿山地质环境保护与治理方案数据资料,通过深入地研究对比分析,评价采矿活动对矿山地质环境的影响程度。

以采矿对矿山地质环境造成的影响为主,兼顾地质环境背景,紧抓矿山地质环境问题现状。本次影响评估分为三级:严重区、较严重区和轻微区。矿山地质环境影响程度指标A>1.5,为矿山地质环境影响严重区;1.5>A>0.5,为矿山地质环境影响较严重区;A<0.5,为矿山地质环境影响轻微区。

2.2 评价方法

2.2.1评价因子的选取

与矿山地质环境相关的各类评价因子主要有地形地貌、植被发育情况、矿山企业规模、开采深度、占用破坏土地面积、废水废液排放量、尾矿固体废物排放量、矿坑排水对水环境的影响、矿山地质灾害、矿产资源开发利用及保护规划、矿山生态环境恢复治理难易程度等二级因子。上述评价因子可综合为四个一级因子(表1)。

2.2.2评价单位

本次评估成图比例尺1∶50 000,在充分考虑各评价因子对矿山地质环境影响大小(即权重的不同)的情况下,以全市的矿山矿权范围及其影响范围(即缓冲区)划分评价单元,通过对评价单元的评判、赋值、叠加得出矿山地质环境质量指数,从而判定出矿山地质环境的相对好坏。

表1 评价因子说明表Table 1 Statement of evaluation factors

2.2.3评价模型

(1) 数学模型建立。

A=∑aibi

式中:A为矿山地质环境影响程度;ai为指标层因子权重,用专家打分法确定;bi为矿山地质环境影响强度指数。

(2) 各级因子权重。一级因子权重见表2。

表2 一级因子权重表Table 2 Weight table of first-order factor

二级因子权重见表3。

2.3 综合评价

根据上述评价方法,对鄂州市各评价单元采用综合分值确定等级,最终在Mapgis中成图(图1)。本次分区共分为3个大区:影响严重区、影响较严重区和影响轻微区。其中影响严重区有2个亚区,总面积约94.12 km2,占评价区总面积的5.25%;影响较严重区共有3个亚区,集中在矿山开发较强烈区域,总面积约280.8 km2,占评价区总面积的18.66%;影响轻微区是严重区、较严重区以外的其它地区,总面积达1 130.08 km2,占评价区总面积的75.09%。各区基本情况见表4。

经验证,其中2处影响严重区人口密集,采矿活动强烈,地质灾害频发,对周边环境影响严重,与分区结果基本吻合,较严重影响区、一般影响区与实际情况也都基本一致。

表3 二级因子权重表Table 3 Weight table of secondary-order factor

注:因子权重数值参考《2012—2013年湖北省矿山地质环境调查报告》[2]。

图1 鄂州市矿山地质环境影响综合分区图Fig.1 Comprehensive zoning map of mine geological environment impact in Ezhou City1.严重影响区及代号;2.较严重影响区及代号;3.轻微影响区及代号。

3 结论

选用因子权重法对鄂州市进行矿山地质环境影响分区,对今后在鄂州市开展矿山恢复治理规划及治理具有重要意义。利用因子分析法求权重[3]评价矿山地质环境影响程度,不仅考虑了评价中所涉及到的各个因子,也考虑到了某种因子在评价中的重要程度,且结合专家打分法与经验对权重赋值,效果是理想的也是合理的;难点在于各种权重赋值不易操作,所以在其他地区应用时,需特别注意评价因子的选择和权重的确定,以保证评价的合理性;另外因子权重法只能评价出相对的结果,准确的结果需要根据实际情况对分区界限进行修正。

表4 矿山地质环境综合分区说明表Table 4 Interpretation table for comprehensive zoning of mine geological environment