基于GIS的大同煤矿区矿山地质环境综合评价摘要：本文选取自然地理、基础地质、矿业活动、地质灾害等作为环境影响因子，利用层次分析法（AHP）确定各指标权值，根据矿山环境综合指数评价模型的原理，运用GIS的栅格运算功能对各指标因子进行栅格计算、空间分析，最终将大同矿区矿山地质环境划归为好、较好、较差与差4个空间等级，为大同市的矿山地质环境保护以及恢复整治规划提供了有益的参考和借鉴，并为矿山地质环境定量评价研究奠定了一定的理论基础。
关键词：矿山地质环境GIS空间分析AHP法综合评价模型大同煤田炭资源丰富,开采历史悠久,以产优质动力煤而享誉海内外。
在过去长达半个多世纪的开采过程中,矿区的生态环境遭到严重破坏,水土流失、水体污染、草场退化、地面变形、地质灾害、采矿废石占地效应等愈来愈严重,采矿引起的一系列矿山环境问题不仅威胁到人们生命财产安全,而且严重影响和制约着经济的发展,也引发了一系列社会问题和矛盾[1]。
1 研究区域概况
大同煤田位于山西省北部大同市西南约20km处,大致为一长方盆地形构造,总体走向为NE,东南翼陡峭,西北翼平缓。
煤田的东北边界为青磁窑断层,东南部和南部以口泉山、煤系露头为界,西部和北部则以马道头、左云县城、云西堡、小破堡,西村等连线为界[3]。
地层
由老到新出露有O、C、P、T、J、K、N、Q,边缘为∈或更老地层,区域倾向盆地,向北东倾伏。
东部和东南部构造复杂,断层多,西北部和北部构造简单[4]。
研究区以地下开采为主,包含新建、正在开采和即将闭坑等开采阶段的单体矿山,其矿山地质环境问题包括:土地资源的占用与破坏、表层生态环境的损伤、地质灾害、水资源污染等。
据实地勘察,矿区最主要地质环境问题是煤矿开采引起的地面塌陷、地裂缝。
2 矿山地质环境适宜性评价指标体系建立
2.1 评价指标的选择
在全面性、科学性、简要性、可操作性等原则下确定参与矿山地质环境适宜性评价的地质环境要素及指标,结合区域地质环境背景特点及调查情况,遵循差异性、主导性、综合性的原则,拚弃相关性大的因子[5-6],本文最终归纳出影响、制约矿产资源开发和矿山地质环境的要素进行评价,构建相应的评价体系。
2.2 评价等级的确定
依据地质调查工作标准《区域环境地质调查总则(试行)(DD2004-02)》规定,现将评定矿山地质环境的指标因子及矿山地质环境质量等级划分为“好(级)”、“较好(级)”、“较差(级)”和“差(级)”等4
个等级[7]。
指标因子等级赋值标准及指标加权综合评价时,由加权评定分值确定相应等级的标准见表1。
2.3 评价方法
网格法就是将研究区划分成一定大小一定数量形状规则的网格,先对各个网格进行评分,并评价出各网格所属的矿山地质环境等级,然后根据各个网格的评价结果,通过插值分析得出整个研究区评价结果的方法[8]。
为方便相邻研究区之间的衔接,需要按照实际公里网划分网格,网格实际大小为1km×1km。
根据以上评价方案,对各个网格进行评分,并计算矿山地质环境评价分值(Qj),即
式中:QJ为矿山地质环境评价分值;Wi为评价因子的权值;Fi为评价因子的评分。
2.4 评价指标权重值的确定
层次分析法是将要识别的复杂问题分解成若干层次,然后由相关专家对每一层次上的各指标通过两两比较相互间重要程度构成判断矩阵,通过计算判断矩阵的特征值与特征向量,确定该层次指标对其上层要素的贡献率,然后通过层次递接技术,求得基层指标对总体目标的贡献率。
AHP法不但描述了矿山环境指标排列次序,同时也合理地考
虑了不同指标之间的相互耦合关系,为实现矿山环境的评价和制定区域可持续发展战略打下了良好的基础。
通过建立判断矩阵,运用层次分析法,最后得到各层因素的权值如表2所示。
3 矿山地质环境综合评价
矿山地质环境评价是受上述多个因子综合影响的,在单因子分级提取的基础上进行矿山地质环境综合评价。
根据公式(1)可得到各个网格的Q值,然后基于GIS平台做图层叠加分析,将矿山地质环境综合评价剖分图与研究区矿山开发环境现状反复拟合,基于矿区相对集中,矿种相对类似归并为一区的原则,确定矿山地质环境等级, 然后对整个研究区进行插值分析,辅以必要的专家修正,就可以得到整个研究区的评价结果(图3)。
(1)矿山地质环境影响严重区(Ⅳ)。
该地区地质环境恶劣,地质问题如地面塌陷、地裂缝、人工边坡问题等较为严重。
(2)矿山地质环境影响较差区(Ⅲ)。
在此区域内,地形坡度局部较陡,由于采矿活动相对剧烈,所引起的矿山地质环境问题类型较多。
对矿山及周边环境所引起的破坏影响较大,且不易恢复。
(3)矿山地质环境影响一般区(Ⅱ)。
该区主要分布在煤矿开采区及土地破坏严重的区域,在该区域内,地形相对较缓,随着矿山采矿活动的深入,可能出现的矿山地质问题,是由资源破坏引起的,如植被破坏、土地压占、煤矸石堆积、排土场等。
且矿山地质环境问题类型单一,程度较轻微。
(4)矿山地质环境基本不影响区(Ⅰ)。
此区矿山企业分布较少,矿山地质灾害基本不发育,矿山影响程度低。
4 结论与展望
本文是对大同矿区矿山地质环境评价进行了探讨,得到的分区结果与实际情况基本吻合,证明选取的评价体系和方法是可靠有效的,它客观的反映了该区域矿山地质环境质量,为有效指导矿山环境保护工作和规划实施矿山环境问题恢复防治工程提供了客观依据。
遥感作为主要的空间数据获取和地学空间探测技术,为地理信息系统提供最新最准确的海量数据信息,在遥感图像处理软件和地理信息系统软件平台的支持下,两种技术的结合对地质环境进行定量准确分析和评价,为区域地质环境的持续发展提供科学准确的依据,在环境科学中有着广阔的应用前景。
参考文献
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