基于层次分析法的矿山水文环境问题评价研究

王 飞，朱 翔

（1.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250100；2.临沂市罗庄区自然资源局，山东 临沂 276000）

在矿山中开采矿藏会直接导致一系列的环境问题，矿山的开采会造成地下水资源遭到破坏，影响矿山上的植被覆盖密度，人类的活动以及道路的施工也会破坏矿山上的生物圈和谐稳定，进而促进矿山水文问题的逆向反应。因此需要建立一个矿山地质环境调查的评价方法[1]。本文以层次分析法为例，通过设计一个专业的评价体系，提高水文环境问题评价指标的可靠性。

1 基于层次分析法设计矿山水文环境问题评价方法

1.1 选取矿山水文环境评价指标

从矿山水文环境的理论中提取环境评价指标，综合考虑评价指标的可靠性和合理性，若在建立评价标准时没有将所有指标分级处理，则可以将其人为地分为定性和定量两种依据。定量指标可以表示为Dx,k，定性指标可以表示为Dl,k。在规定某地区特定评价等级的均值时，可以使用Qp作为环境问题的评价标准，计算公式为：

式中，Qp表示矿山水文环境问题的评价标准，Qp越大表示矿山中的环境问题越轻，Qp越小表示矿山中的环境问题越重；Dx,k表示矿山中的环境定量正指标；Dl,k表示矿山中的环境负指标。通过表1可以得到不同等级环境问题的指数模式。

表1 环境指标等级指数层级

如表1所示，通过计算矿山水文环境问题，可以直接得到水文环境的评价值[2]。在本文的层次分析法中，则需要以一种网状或层次结构形状的形式存在。

在矿山环境问题的评价指标中，主要可以分为三大类别的指标体系，分别是目标层、准则层和要素层。其中目标层是指指标体系建立的中心思想，即矿山环境问题的评价。准则层则是对矿山的地质背景、自然环境、人文环境等进行综合性地概括。在本文对矿山环境问题的概括中，主要可以分为五大类，分别是矿山地质、矿山经营、矿山地质灾害、矿山自然环境、矿山人文环境等。其中矿山地形主要是在描述矿山中的评价矿区内部的地质背景、地质环境等地质要素的准则，分为矿山地形、矿山地貌、地质条件、地质构造等四小类的要素标准。矿山经营准则描述了该矿山的经营成本、经营规模、对周边土地的占用等经济类概括，主要分为矿山建设、土地占用两小类要素。地质灾害则是在描述矿山周边地区以及矿山内部由于内部地质变迁因素或人为因素导致自然灾害，如塌方、滑坡等，主要分为灾害等级和灾害频率两小类要素。自然环境则是在描述矿山上的自然条件，分为植被覆盖和水文环境两小类要素。人文环境则是人类对矿山建设造成的影响，主要是在总结人的生活以及矿产运输对环境造成的破坏，分为人文建设以及道路工程两小类要素。

1.2 基于层次分析法计算指标权重

通过层次分析法，可以直接计算上文设计的矿山环境问题指标体系的权重，其步骤流程如图1所示。

图1 计算指标权重步骤

如图1所示，首先需要分析上文中各指标结构之间的关系，并构建具备层次的阶梯指标，不仅需要分析这些因素之间的相互作用力，还需要将目标层、准则层与要素层分别一一对应[3]。然后通过这种层次性的阶梯指标建立判断矩阵，这种判断矩阵需要通过专家的经验反复计算标准值，该矩阵的标度按照m×n的结构来设定，将最终得到一个针对某准则层的判断矩阵。通过公式（2）可以计算矩阵的归一化指标。

式中，表示某准则层判断矩阵的归一化指标；xab表示准则层中每一个要素的归一化指标，且a、b=1，2，3，…，n。将以上所有矩阵相加，并将向量归一化处理，即可求得特征向量。通过公式（3）计算最大的特征根。

式中，ηmax表示目标层评价指标的最大特征根；x表示要素的数量；Ui表示第i个准则层指标的特征向量。最后再通过一致性检验，就能够得到各项指标的权重。

2 应用实例

为了测试文中设计的基于层次分析法的矿山水文环境问题评价方法是否能够得到较好的评价结果，对该方法进行可靠性检验。选取某地形地貌较为简单的矿山作为研究对象，该矿山水文地质条件与质地灾害条件均为中等类型，既不过于简单，也不过于复杂，矿山中的人文环境建设规模中等。因此可以更便捷准确地对开矿山进行定量与定性的分析，设定若干评价因子描述如表2所示。

表2 矿山评价描述

如表2所示，可以将评价因子的取值设置为1-9的正整数，其中1-3为差，4-6为中等，7-9为好。根据层次分析法可以直接计算各评价指标的总权重，并建立模糊关系矩阵UZ：

根据空间尺度的比较，可以得到各指标层的诸多判断矩阵，其中由评价因子U1、U2、U3、U4可以直接得到矿山地质的判断矩阵B1。

同理，将U5、U6归为同一类，可以得到矿山经营状况的判断矩阵B2：

将U7、U8两个指标归类为矿山内部地质灾害发生的判断矩阵B3：

将U9和U12归为一类，可以代表人文环境对矿山环境的影响，其判断矩阵为B4：

最后，将U10和U11归为最后一类判断矩阵B5，该矩阵可以代表矿山自然环境。

通过矩阵一致性检验，可以计算出以上五个判断矩阵具备一致性，通过层次分析法可以得到最终的矿山环境综合评价结果可以表示为：

根据以上计算结果，可以看出该矿山的环境评价结果与以上评价描述关联度均为中等或优等，因此可知上文设计的评价模型具备可靠性，可以被用于对矿山水文环境问题的评价研究。

3 结语

本文从我国矿山水文环境问题的实际角度出发，对我国的地质环境问题作出了一个总体的描述，并获取了基于层次分析法的评价方法。最后在实例分析中提取了各层次环境问题的评价值，根据评价值对矿山的环境问题做出了评价分析，得到的结论均为中等或优等，证明了上文设计的评价方法的可靠性较高。