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文章编号：1672-5603（2020）02-49-6
摘 要 文章主要是在综合调查研究湘潭市雨湖、岳塘区的矿山地质环境的基础上，应用层次分析法（AHP）和GIS技术确定评价因子权重值和网格化分析，结合自然地理及基础地质的实际情况建立矿山地质环境影响综合评价体系，根据评价结果，将区内因矿业活动造成的影响分为严重、较重及较轻3个等级，较客观真实地反映矿山地质环境现状，为矿山生态修复提供科学依据。
关键词 雨湖、岳塘区;层次分析法;GIS;矿山地质环境
中图分类号： X821 文献标识码：A
Comprehensive Impact Assessment of Mine Geological Environment Based on AHP and GIS
—A Case Study of Yuhu and Yuetang Districts in Xiangtan
Li Xueyu ， Wen Wufei
（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）
Abstract： The article mainly determined weighted values of evaluation factors and meshing analysis with AHP （Analytic Hierarchy Process） and GIS （Geographic Information System） baed on the comprehensive study concerning the mine geological environment in Yuhu and Yuetang Districts， Xiangtan. Meanwhile， a comprehensive assessment system of mine geological environment was established in conjunction with physical geography and fundamental geology. Then， the impact caused by mining activities in the district can be classified into severe， mild， and slight according to assessed achievements. The system can truly reflect the current status of the mine geological environment， providing a scientific proof for restoring mine ecology.
Keywords： Yuhu and Yuetang Districts; AHP; GIS; mine geological environment
0 前言
近年來，随着“绿水青山就是金山银山”的发展理念不断深入，湘潭市矿业结构大幅优化，“小、散、乱、污”矿山有序退出。如何科学合理准确地评价矿业活动对环境的影响程度及范围，是矿山进行生态修复的关键，也是矿山地质环境研究的一个重大课题。本文将层次分析法（AHP）和GIS技术结合利用，对湘潭市雨湖、岳塘区矿山地质环境进行综合评价。
1 研究区概况
雨湖、岳塘两区属湘潭市辖城区，范围为东经112°43′00″～113°05′30″;北纬27°47′30″～28°04′30″。研究区地貌的基本特征是东北稍高，西南偏低，地貌类型依据其成因可分为侵蚀堆积地貌和构造侵蚀剥蚀地貌两大类。地属中亚热带大陆性季风湿润气候区，光热充足，四季分明，盛夏炎热少雨，冬季严寒湿润。区内北东向构造十分发育，形成独具特色的湘潭断陷盆，西邻鹤岭断褶带，东接白马垅—梅林桥断褶带。据调查统计，区内发证矿山46个，废弃矿山16个，主要开采矿种为锰、石灰岩及砂石。
2 矿山地质环境综合评价方法
2.1 评价原则
评价应遵守以采矿对矿山地质环境造成的影响为主，兼顾矿区地质环境背景，突出矿山环境地质问题现状的基本原则。以原始资料为前提，并结合遥感解译和地面调查，对评价指标进行定量化处理，计算综合指数并划分其影响程度等级[6-7] 。
2.2 评价体系及分级标准
2.2.1 评价体系建立
根据湘潭市雨湖、岳塘区矿产资源分布位置及矿山开采造成的主要地质环境问题，本次评价主要采取自然地理、基础地质及矿山开发对环境的影响3项评价子系统，即准则层，各子系统有细分多个评价因子，即指标层。
2.2.2 指标分级标准
参照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 223-2011）》[8]、《矿山遥感监测工作指南》[9]及《矿山地质环境综合防治方案编制规范》（DB43T 1042-2015）[10]等相关标准、规范，确立了各评价指标的分级标准，见表1。
2.2.3 指标权重的确定
权重值是反映参与评价因子的重要性，具有明显的数学模糊特征。参与评价指标等级一定的情况下，综合评价的指标权重值的大小能够左右总体评价结果，因此，各因子权重值的确定是综合评价的主要研究内容之一。
AHP法是一种对非定量事件进行定量分析的有效方法，特别是在目标因素结构复杂且缺少必要的数据情况下，需要将决策者的经验判断定量化时该法非常实用。AHP法计算步骤可分建立递阶层次结构模型（图1）、构造判断矩阵、计算权向量、一致性检验4步。 ①准则层权重计算
建立准则层两两对比判断矩阵（式2-1）
（式2-1）
根据AHP法求得判断矩阵最大特征根λMax=3.0。一致性比例CR=0.0019，一致性通过。
②指标层权重计算
指标层根据准则层划分，获取指标层的重要性标度值，分别构建矿石开采对环境的影响（式2-2）、自然地理（式2-3）及基础地质（式2-4）的判断矩阵。
求得矿山开采对环境影响、自然地理及基础地质的判断矩阵最大特征根分别为λMax=7.6423、λMax=2.00和λMax=2.00，一致性比例CR=0.0787、CR=0.00和CR=0.00，一致性通过。
通过计算最终得出评价因子的权重分布值，具体见表2。
3 研究区矿山地质环境综合评价
3.1 评价单元的划分
评价单元的划分采取正方形的格化剖析。评估区总面积为657.80Km2，按照0.2Km×0.2Km的正方形网格法划分，将全区划分为16445个网格。
3.2 单因子分析
3.2.1 自然地理
降雨量：区内雨量充沛，多年平均降水量为1385mm，4-7月降水较集中，日最大降水量153.8 mm（2013年6月28日），月最大降水量408.4mm（2005年5月），年最大降水量1553.6 mm（2014年），年最小降水量1061.9mm（1985年）。据表1，区内降雨量在1061.9-1553.6mm，属于较轻区。
区域重要程度：按照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 0223-2011）》中附录 B“评估区重要程度分级”的要求进行评估。区内矿山分布离主要城市、交通及居民集中区多数在300m范围以外，仅湘潭市湘潭锰矿地质公园附近影响严重。区内大部分地区属一般区，其次是重要区。
3.2.2 基础地质
构造：断裂构造、节理裂隙等的发育程度对矿业活动的影响程度进行评价，按照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 0223-2011）》中附录C“矿山地质环境条件复杂程度分级”中第5条的要求及表1的标准进行评价。
岩性组合类型：矿区内不同岩性类型及其组合的力学性质对矿业活动造成的影响情况，据表1，将区内的岩性组合主要划分为松散岩类、较硬岩及硬质岩三个类别，对应等级分别为严重、较重及较轻。
3.2.3 矿山开发对环境的影响
主要开采方式：区内共有矿山61个，其中持证矿山45个，废弃无主矿山16个。以露天开采为主，其次是地下开采。露天开采矿山42个，地下开采矿山22个。本次评价将露天开采区域划分为严重，地下开采划分为较重，无矿业活动区域划分为较轻。
开采点密度：据遥感解译及实际调查矿山数量及位置分布的结果，将单个网格内多于5个的开采点地区划分为严重区，1-5个的划分为较重区，小于1个或是无矿区的划分为较轻区。研究区内主要是以较轻为主，其次是较重。
主要开采矿种：区内开采矿种主要是黑色金属矿产和建筑及非金属开采2大类，其中黑色金属矿山9个，建筑及其他非金属矿山52个。据表1，区内主要分为较重区和较轻区。黑色金属开采、建筑及非金属矿产为较重区，无矿业活动区为较轻区。
土地资源占用破坏程度：主要是反映矿业活动对基本农田、水田、耕地、林地、草地等的破坏情况。区内矿业活动占用水田18.4029公顷，耕地7.7436公顷，园地0.0656公顷，林地68.9041公顷等。据表1，将土地资源占用破坏情况划分為严重、较重及较轻3个等级。
地质灾害：区内因矿业活动诱发地质灾害点16个，其中湘潭市雨湖区响塘乡调查塌陷坑15处，分别分布于新日村、荷花村、柴山村及荷塘组，占总塌陷坑的93.75%;其次是位于雨湖区姜畲镇。据表1，将区内地质灾害等级划分为严重区，较重区及较轻区。
水环境破坏程度：水环境破坏程度主要是考虑区内矿山开采造成的地表水、地下水遭受污染，破坏水质量，影响区内水源和饮水安全等问题，根据表1，将区内水环境破坏程度划分为严重、较重及较轻3个等级。
3.3 综合分区及评价
3.3.1 叠加分区
矿山地质环境综合评价是借助ARCGIS空间叠加分析功能，将区内参与评价因子的评价结果进行空间叠加分析，将各个因子的权重值及评分值进行加权求和（式3-1），按照F≤1.5为较轻，1.5 （式3-1）
最后将得到的矿山环境综合评价结果图与研究区矿山环境状况进行反复拟合，以矿区相对集中，矿种相对类似成一区的原则，确定评价分区界线，形成研究区矿山环境综合评价分区图，见图3。
3.3.2 综合分区评价
根据加权求和分析分区评价结果可知，区内较轻区主要是分布在无矿业活动区域，该区分布面积为599.0098Km2，该区内参与评价的各因子均为较轻。较重区主要集中分布在雨湖区，该区分布矿山较多，主要是以金属及非金属为主，该区内土地资源占用破坏严重，其次是地质灾害和水环境破坏较严重为主，该区分布面积为51.5793Km2;严重区主要分布在湘潭锰矿及周边矿山，该区主要是水环境污染严重，土地资源占用破坏严重为主，该区分布面积为7.2109Km2。
4 结论
本研究主要以矿山开发对环境的影响为主，兼顾自然地理及基础地质，建立了一套基科学、完整、系统的矿山地质环境评价体系，借助层次分析法和ARCGIS的空间分析技术完成评价，得出以下几条结论：
（1）矿山地质环境影响严重区主要分布在金属矿矿区。研究区内严重区主要分布在湘潭锰矿周边开采锰矿的矿山周边，该区内土地资源破坏严重，主要是破坏水田及耕地。 （2）区内土地资源占用破坏严重。区内矿业活动严重占用破坏土地资源，尤其是以金属矿为主，其次是建筑及非金属矿产，主要是以工业广场及露天采场，分别占用破坏土地面积107.0236公顷和83.7867公顷。
（3）水环境破坏严重。研究区内水环境污染破坏主要分布在湘潭锰矿周边的黑色金属矿产附近，主要是以锰和硫严重污染为主，其次是砷和磷。
（4）区内以较轻区分布面积最广，其次是较重区，严重区最小。其中较轻区主要分布在离矿业活动范围300m以外区域，较重区主要是矿业活动占用破坏土地资源较重为主，严重区主要是矿业活动作用强烈，矿山地质环境影响严重，地质构造较发育。
参考文献/References
[1]丁丽，郑观超，康俊，等.基于GIS和RS的陇南金矿区矿山地质环境综合评价[J].地质灾害与环境保护，2012，23（1）：86-90.
[2]王 娟，张普斌，张建国，刘 欢.基于RS和GIS的矿山环境综合评价——以甘肃省白银煤矿区為例[J].矿产勘察，2012，3（6）：873-882.
[3]魏迎春，徐友宁.矿山地质环境质量评价模型研究[J].华南地质与矿产，2004，（ 4） ： 47-50.
[4]罗娟，陈守余.矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价[J].安全与环境工程，2005，12（1）：9-12.
[5]武 强，董东林.西北煤矿地质环境的评价方法[J].水文地质工程地质，2002，46（1）： 96-98.
[6]高培.基于GIS和RS的葫芦岛矿山地质环境综合评价研究[D]，北京：中国地质大学，2009.
[7]徐精彩，张俭让.发展西部地区矿业中的安全与环境治理问题探讨[J].西安科技大学学报，2000，20（3）： 3-6.
[8]中华人民共和国地质矿产行业标准编写组，矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 223-2011）[S].北京，2011.
[9]赵英时等.遥感应用分析原理与方法.北京：科学出版社，2009.
[10]湖南省地方标准编写组，矿山地质环境综合防治方案编制规范（DB43T 1042-2015）[S].湖南省质量技术监督局，2015.
摘 要 文章主要是在综合调查研究湘潭市雨湖、岳塘区的矿山地质环境的基础上，应用层次分析法（AHP）和GIS技术确定评价因子权重值和网格化分析，结合自然地理及基础地质的实际情况建立矿山地质环境影响综合评价体系，根据评价结果，将区内因矿业活动造成的影响分为严重、较重及较轻3个等级，较客观真实地反映矿山地质环境现状，为矿山生态修复提供科学依据。
关键词 雨湖、岳塘区;层次分析法;GIS;矿山地质环境
中图分类号： X821 文献标识码：A
Comprehensive Impact Assessment of Mine Geological Environment Based on AHP and GIS
—A Case Study of Yuhu and Yuetang Districts in Xiangtan
Li Xueyu ， Wen Wufei
（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410116）
Abstract： The article mainly determined weighted values of evaluation factors and meshing analysis with AHP （Analytic Hierarchy Process） and GIS （Geographic Information System） baed on the comprehensive study concerning the mine geological environment in Yuhu and Yuetang Districts， Xiangtan. Meanwhile， a comprehensive assessment system of mine geological environment was established in conjunction with physical geography and fundamental geology. Then， the impact caused by mining activities in the district can be classified into severe， mild， and slight according to assessed achievements. The system can truly reflect the current status of the mine geological environment， providing a scientific proof for restoring mine ecology.
Keywords： Yuhu and Yuetang Districts; AHP; GIS; mine geological environment
0 前言
近年來，随着“绿水青山就是金山银山”的发展理念不断深入，湘潭市矿业结构大幅优化，“小、散、乱、污”矿山有序退出。如何科学合理准确地评价矿业活动对环境的影响程度及范围，是矿山进行生态修复的关键，也是矿山地质环境研究的一个重大课题。本文将层次分析法（AHP）和GIS技术结合利用，对湘潭市雨湖、岳塘区矿山地质环境进行综合评价。
1 研究区概况
雨湖、岳塘两区属湘潭市辖城区，范围为东经112°43′00″～113°05′30″;北纬27°47′30″～28°04′30″。研究区地貌的基本特征是东北稍高，西南偏低，地貌类型依据其成因可分为侵蚀堆积地貌和构造侵蚀剥蚀地貌两大类。地属中亚热带大陆性季风湿润气候区，光热充足，四季分明，盛夏炎热少雨，冬季严寒湿润。区内北东向构造十分发育，形成独具特色的湘潭断陷盆，西邻鹤岭断褶带，东接白马垅—梅林桥断褶带。据调查统计，区内发证矿山46个，废弃矿山16个，主要开采矿种为锰、石灰岩及砂石。
2 矿山地质环境综合评价方法
2.1 评价原则
评价应遵守以采矿对矿山地质环境造成的影响为主，兼顾矿区地质环境背景，突出矿山环境地质问题现状的基本原则。以原始资料为前提，并结合遥感解译和地面调查，对评价指标进行定量化处理，计算综合指数并划分其影响程度等级[6-7] 。
2.2 评价体系及分级标准
2.2.1 评价体系建立
根据湘潭市雨湖、岳塘区矿产资源分布位置及矿山开采造成的主要地质环境问题，本次评价主要采取自然地理、基础地质及矿山开发对环境的影响3项评价子系统，即准则层，各子系统有细分多个评价因子，即指标层。
2.2.2 指标分级标准
参照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 223-2011）》[8]、《矿山遥感监测工作指南》[9]及《矿山地质环境综合防治方案编制规范》（DB43T 1042-2015）[10]等相关标准、规范，确立了各评价指标的分级标准，见表1。
2.2.3 指标权重的确定
权重值是反映参与评价因子的重要性，具有明显的数学模糊特征。参与评价指标等级一定的情况下，综合评价的指标权重值的大小能够左右总体评价结果，因此，各因子权重值的确定是综合评价的主要研究内容之一。
AHP法是一种对非定量事件进行定量分析的有效方法，特别是在目标因素结构复杂且缺少必要的数据情况下，需要将决策者的经验判断定量化时该法非常实用。AHP法计算步骤可分建立递阶层次结构模型（图1）、构造判断矩阵、计算权向量、一致性检验4步。 ①准则层权重计算
建立准则层两两对比判断矩阵（式2-1）
（式2-1）
根据AHP法求得判断矩阵最大特征根λMax=3.0。一致性比例CR=0.0019，一致性通过。
②指标层权重计算
指标层根据准则层划分，获取指标层的重要性标度值，分别构建矿石开采对环境的影响（式2-2）、自然地理（式2-3）及基础地质（式2-4）的判断矩阵。
求得矿山开采对环境影响、自然地理及基础地质的判断矩阵最大特征根分别为λMax=7.6423、λMax=2.00和λMax=2.00，一致性比例CR=0.0787、CR=0.00和CR=0.00，一致性通过。
通过计算最终得出评价因子的权重分布值，具体见表2。
3 研究区矿山地质环境综合评价
3.1 评价单元的划分
评价单元的划分采取正方形的格化剖析。评估区总面积为657.80Km2，按照0.2Km×0.2Km的正方形网格法划分，将全区划分为16445个网格。
3.2 单因子分析
3.2.1 自然地理
降雨量：区内雨量充沛，多年平均降水量为1385mm，4-7月降水较集中，日最大降水量153.8 mm（2013年6月28日），月最大降水量408.4mm（2005年5月），年最大降水量1553.6 mm（2014年），年最小降水量1061.9mm（1985年）。据表1，区内降雨量在1061.9-1553.6mm，属于较轻区。
区域重要程度：按照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 0223-2011）》中附录 B“评估区重要程度分级”的要求进行评估。区内矿山分布离主要城市、交通及居民集中区多数在300m范围以外，仅湘潭市湘潭锰矿地质公园附近影响严重。区内大部分地区属一般区，其次是重要区。
3.2.2 基础地质
构造：断裂构造、节理裂隙等的发育程度对矿业活动的影响程度进行评价，按照《矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 0223-2011）》中附录C“矿山地质环境条件复杂程度分级”中第5条的要求及表1的标准进行评价。
岩性组合类型：矿区内不同岩性类型及其组合的力学性质对矿业活动造成的影响情况，据表1，将区内的岩性组合主要划分为松散岩类、较硬岩及硬质岩三个类别，对应等级分别为严重、较重及较轻。
3.2.3 矿山开发对环境的影响
主要开采方式：区内共有矿山61个，其中持证矿山45个，废弃无主矿山16个。以露天开采为主，其次是地下开采。露天开采矿山42个，地下开采矿山22个。本次评价将露天开采区域划分为严重，地下开采划分为较重，无矿业活动区域划分为较轻。
开采点密度：据遥感解译及实际调查矿山数量及位置分布的结果，将单个网格内多于5个的开采点地区划分为严重区，1-5个的划分为较重区，小于1个或是无矿区的划分为较轻区。研究区内主要是以较轻为主，其次是较重。
主要开采矿种：区内开采矿种主要是黑色金属矿产和建筑及非金属开采2大类，其中黑色金属矿山9个，建筑及其他非金属矿山52个。据表1，区内主要分为较重区和较轻区。黑色金属开采、建筑及非金属矿产为较重区，无矿业活动区为较轻区。
土地资源占用破坏程度：主要是反映矿业活动对基本农田、水田、耕地、林地、草地等的破坏情况。区内矿业活动占用水田18.4029公顷，耕地7.7436公顷，园地0.0656公顷，林地68.9041公顷等。据表1，将土地资源占用破坏情况划分為严重、较重及较轻3个等级。
地质灾害：区内因矿业活动诱发地质灾害点16个，其中湘潭市雨湖区响塘乡调查塌陷坑15处，分别分布于新日村、荷花村、柴山村及荷塘组，占总塌陷坑的93.75%;其次是位于雨湖区姜畲镇。据表1，将区内地质灾害等级划分为严重区，较重区及较轻区。
水环境破坏程度：水环境破坏程度主要是考虑区内矿山开采造成的地表水、地下水遭受污染，破坏水质量，影响区内水源和饮水安全等问题，根据表1，将区内水环境破坏程度划分为严重、较重及较轻3个等级。
3.3 综合分区及评价
3.3.1 叠加分区
矿山地质环境综合评价是借助ARCGIS空间叠加分析功能，将区内参与评价因子的评价结果进行空间叠加分析，将各个因子的权重值及评分值进行加权求和（式3-1），按照F≤1.5为较轻，1.5
最后将得到的矿山环境综合评价结果图与研究区矿山环境状况进行反复拟合，以矿区相对集中，矿种相对类似成一区的原则，确定评价分区界线，形成研究区矿山环境综合评价分区图，见图3。
3.3.2 综合分区评价
根据加权求和分析分区评价结果可知，区内较轻区主要是分布在无矿业活动区域，该区分布面积为599.0098Km2，该区内参与评价的各因子均为较轻。较重区主要集中分布在雨湖区，该区分布矿山较多，主要是以金属及非金属为主，该区内土地资源占用破坏严重，其次是地质灾害和水环境破坏较严重为主，该区分布面积为51.5793Km2;严重区主要分布在湘潭锰矿及周边矿山，该区主要是水环境污染严重，土地资源占用破坏严重为主，该区分布面积为7.2109Km2。
4 结论
本研究主要以矿山开发对环境的影响为主，兼顾自然地理及基础地质，建立了一套基科学、完整、系统的矿山地质环境评价体系，借助层次分析法和ARCGIS的空间分析技术完成评价，得出以下几条结论：
（1）矿山地质环境影响严重区主要分布在金属矿矿区。研究区内严重区主要分布在湘潭锰矿周边开采锰矿的矿山周边，该区内土地资源破坏严重，主要是破坏水田及耕地。 （2）区内土地资源占用破坏严重。区内矿业活动严重占用破坏土地资源，尤其是以金属矿为主，其次是建筑及非金属矿产，主要是以工业广场及露天采场，分别占用破坏土地面积107.0236公顷和83.7867公顷。
（3）水环境破坏严重。研究区内水环境污染破坏主要分布在湘潭锰矿周边的黑色金属矿产附近，主要是以锰和硫严重污染为主，其次是砷和磷。
（4）区内以较轻区分布面积最广，其次是较重区，严重区最小。其中较轻区主要分布在离矿业活动范围300m以外区域，较重区主要是矿业活动占用破坏土地资源较重为主，严重区主要是矿业活动作用强烈，矿山地质环境影响严重，地质构造较发育。
参考文献/References
[1]丁丽，郑观超，康俊，等.基于GIS和RS的陇南金矿区矿山地质环境综合评价[J].地质灾害与环境保护，2012，23（1）：86-90.
[2]王 娟，张普斌，张建国，刘 欢.基于RS和GIS的矿山环境综合评价——以甘肃省白银煤矿区為例[J].矿产勘察，2012，3（6）：873-882.
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[8]中华人民共和国地质矿产行业标准编写组，矿山环境保护与综合治理方案编制规范（DZ/T 223-2011）[S].北京，2011.
[9]赵英时等.遥感应用分析原理与方法.北京：科学出版社，2009.
[10]湖南省地方标准编写组，矿山地质环境综合防治方案编制规范（DB43T 1042-2015）[S].湖南省质量技术监督局，2015.