基于层次分析的矿山地质环境质量综合评价方法

吴小鹏

（广东省地质局第七地质大队，广东 惠州 516000）

1 层次分析法概述

在对矿山地质环境进行评价的过程中，对诸多评价因子综合考量，对变量不同且拥有权衡轻重作用的数值，称其为权值。通过权值的概念不难看出，权值是矿山地质环境评价体系中体现其重要程度的标志，主要是作为不同评价因子间反映该评价观点的价值，所以可以说明，对权值的求取过程也是对各个评价因子间重要性分析的过程，其属性应该为程度分析。但在实践中考虑到矿山地质环境的复杂性、模糊性和不可更改性，想精准地评价各个环境因子的权值有很高的难度，所以，通常会选择专家打分的层次分析法确定权重。层次分析法可以为彼此制约、相互关联的诸多元素组成的复杂问题的决策和铺排创造了一款全新的、简便可行的建模方式。模型通过层次分析法构建，一般通过三个环节：第一，递阶层次结构模型建立；第二，构建出每个层次中全部判断矩阵；第三，进行单排序层次以及一致性的检验[1]。

2 系统构建与评价功能实现

根据层次分析法在ArcGIS Engine平台上构建矿山地质环境评价体系，有序地完成各系统的主界面、显示地图及应用功能、图形矢量化功能、查询数据功能、空间分析功能及输入输出等功能等。系统构建只是第一步，良好地运行才是关键。

2.1 污染程度等级

按照研究矿山的地质环境问题现状的考察结果，选取对矿山地质环境有一定影响的项目作为评价因子，其中包括区域稳定性、地下水防污性、地基承载力、土壤污染程度等。例如对土壤污染因子的评价，首先大量收集相关的土壤污染资料，利用补充取样、样品密度的加大等措施，最大限度满足其评价要求。以单因子评价为基础，有效重叠八项单因子污染评价分区图，包括石油总烃、铜、镉、铅、酚类铬、汞、硫化物等，以获得重要而关键的污染分区图。污染程度等级的确定要通过提取具备最高污染程度因子来完成。

2.2 区合评价

该环节是采用系统平台中分析模块中区对区的合并分析功能，基于单要素图的需求进行区合并的操作评价因子的不同而彼此分区。

区合并后产生的面文件内的各个区，既可以基于评价因子的差异而相互分区，体现不同评价因子的影响，权值也可以从各个评价因子属性数据库中提取，该评价单元可以直接应用。但单因子评价没有针对矿山基础设施覆盖的范围，该区域的区合并实施，最好利用书面文件方式保存，可以进行零赋值。

2.3 综合评价单元

以权重求得为基础，采用系统框架内的叠加分析功能，自动提取评价因子指标，然后评价因子的指标输出可以通过输入输出功能完成，可以将其视为模糊综合评价方法模型的数据来源，然后借助自身的权值实施模糊综合评价。最终在系统中输入评价结果，连接空间数据库，实现评价结果的可视化输出。最后通过评价单元空间叠加分析生成综合评价。

3 构建矿山地质环境评价模型

3.1 体系和层次结构

对矿山地质环境质量进行精准确定不是一个简单的过程，既要研究自然的地质条件，又要分析人类行为因素，各个因素之间是错综复杂的关系，而且对因素的量化也存在难度。针对这样不确定因素极大的体系，必须进行深入的分析研究，从纷繁的各因素交织中梳理问题的实质，提取出典型的指标，构建量化标准和指标体系，以完成定量评价。按照该城市圈的具体状况，将地质环境质量评价划分为三个子系统：水环境子系统、岩石环境子系统、土环境子系统。按照各种不同的问题构建一个密切关联的递阶层次结构，具体可划分为目标层、措施层、准则层、子准则层等。

（1）水环境子系统针对的是与水相关的环境地质问题，引发因素包括矿区用水匮乏、各种水患、水文地球化学异常等。首先选取影响大的八个地质环境问题最为评价因子，包括十分短缺的地下水资源、接近枯竭的地下水资源、水质污染、矿坑突水、地方病、冷浸田、塌崩、洪涝灾害等，其指标体系的集合构成取决于两大因子，即问题的规模大小和造成的损失多少。

（2）岩石环境子系统指与岩石相关的环境地质问题，形成的原因包括基岩以及其风化物及岩石地球化学异常等。首先取影响大的几个环境地质问题作为评价因子，包括山崩、地面沉降、泥石流、矿山开采区地面塌陷、滑坡等。其指标体系集合构成取决于两大因子，即问题发生范围的大小和损失的多少。

（3）土环境子系统针对的是与土相关的环境地质问题，选取影响大的五个环境地质问题作为评价因子，包括地面膨胀土、地面塌陷、软土、土壤污染、水土流失等，其指标体系集合构成取决于两大因子，即问题的规模大小和造成的损失多少。

3.2 判断矩阵的构建

针对同一层次的不同元素对于上个层次不同规则所对应的重要性，实施两两比较，构建实施两两比较判断的正矩阵A：

A=（aij)n·n

aij＞0 aij=l/aijaij=1 i,j=1.2……n

因为地质环境极其复杂还存在诸多不确定的问题因素，综合矿山的具体状况，为了确保每个因素之间进行两两比较的判断矩阵的量化，将标度确定在1—9的值，在本文应用AHP法的评价中，决策目标层与地质环境系统相匹配，而子系统中的不同环境地质问题是通过措施层反映出来。利用上面计算方式界定各个环境地质问题所对应的环境子系统质量合成权值，然后充分结合各个环境地质问题发育强度因素，以构建矿山地质环境质量指数模型[2]。

3.3 权重确定和检验

利用本文介绍的1-9标度法对判断矩阵进行构建并且计算权重。计算结果通过一致性检验C.R均<0.1，表明构建的判断矩阵完全合理。

4 构建评价数学模型

4.1 综合评价数学模型

以本文介绍的三个子系统的评价为基础，综合评价地质环境质量，基于三个子系统对环境质量有不同的影响，所以他们也呈现大小不同的权重，构建的数学模型和权重取值公式如下：

A=αB1+βB2+γB3

公式中：A表示地质环境系统质量指数；B表示的是环境子系统的质量指数，B1为岩石、B2为土、B3为水；α表示岩石环境子系统的权重，取值0.4；β表示土，取值为0.25；γ表示水，取值0.35。

4.2 矿山地质环境质量分级标准

按照上面的评价标准规则与方式，利用计算机统计分析，对地质环境系统质量级别标准进行确定。

4.3 确定强度指数

为了表征岩石、土、水三个环境子系统中地质灾害与地质问题的发育强度，采用特发育、发育、中等、不发育四个等级表示，强度指标利用四个量化值表示：特发育为10、发育为5、中等为2、不发育为0。

5 层次分析评价

5.1 子系统环境质量分析评价

（1）依托GIS技术实施1/2.5万分幅自动剖分，全区总共划分剖分单元580个。

（2）相对应的文件的关键字可以利用剖分单元编号。根据层次结构模型，计算程序的编写选择层次分析法原理，将各个因子的权重计算出来。

（3）矿山地质环境质量的换算可以根据各个因子的强度划分原则进行，最终对矿山地质环境质量指数实施统一计算。

（4）有效连接数据库中的剖分单元编号和GIS图形的用户自定义关键字段，就能够完成GIS中属性库的连接，就可以浏览图形中各个剖分单元的实际环境质量指数。

（5）借助GIS超强的图形编辑能力，按照每个剖分单元的质量级别划分标准以及质量指数值，进行自动着色；然后结合空间分析功能自动生成岩石环境、土环境、水环境和环境地质质量图。

5.2 地质环境质量综合分析评价

利用上述构建的评价模型及矿山地质环境质量指数，逐一利用计算机计算，以岩石环境评价、土环境评价以及水环境评价为基础，将计算出的结果根据相关的权重实施叠加，以最后获取矿山地质环境质量综合评价结果。

6 结束语

综上所述，矿山地质环境的研究要想保证评价的合理性、准确性，首先要构建科学的、综合性强的分级标准和指标体系。而接下来务必要进行有目标地标准的筛选和优化[3]。随后进行矿山地质环境质量的定量评价，并合理量化评价指标。进行量化后按照所在地质环境的特点，利用符合的数学模型进行评价。