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采矿塌陷区土地复垦适宜性评价方法研究

2024-09-04 23 上传者：管理员

摘要：随着矿产资源的大量开采，采矿塌陷区的土地问题日益凸显。土地复垦作为解决这一问题的有效手段，其适宜性评价对于指导土地合理利用具有重要意义。本研究针对采矿塌陷区的土地特征，开发了一套用于评估土地复垦适宜程度的评价指标体系，合理运用层次分析法与模糊综合评判法建立评价模型，旨在为塌陷区土地复垦提供科学的决策支持。

关键词：
土地复垦
工业活动
矿产资源
适宜性评价
采矿塌陷区
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采矿作为重要的工业活动，在经济发展中具有重要作用。然而，长期的开采作业不仅消耗大量矿产资源，同时也引发一系列环境问题，其中土地资源的破坏尤为突出[1]。采矿过程中的地下挖掘活动会导致地表塌陷、裂缝生成、地下水位变化等后果，进而影响土地稳定性、生产力和生态平衡[2]。基于此，本文聚焦采矿塌陷区的土地特性，分析了土地受损的内在机理及其环境效应，建立复垦适宜性评价指标体系和模型，旨在为评估土地复垦的潜力、指导具体的复垦实践提供科学的方法支持。通过对不同复垦技术的适宜性进行评价，可以优化资源配置，提高复垦效率，确保经济与生态的双重利益最大化。

1、采矿塌陷区土地特性分析

1.1 土地质量因素分析

采矿塌陷区的土地特性受多种因素影响，其土地质量现状是这些因素综合作用的结果。首先，地表形态的改变是最为直观的影响，包括地裂缝、沉降和不均匀下降等现象[3]。这些变化不仅破坏了土地的物理结构，也影响了土地的利用效率和稳定性。在土壤结构方面，由于地下开采导致上覆岩层下沉断裂，土壤紧实度降低，孔隙率变化，土壤流失水分过快，造成肥力下降。

1.2 土地破坏机理分析

对采矿塌陷区土地破坏的机理进行深入分析可以发现，塌陷是一个复杂的地质过程，涉及到岩层的移动、裂隙的扩展以及应力的重新分布。随着矿产资源的提取，原有的岩石支撑体系失衡，导致上覆岩层发生下沉和断裂。这种下沉通常呈现不规则形状，且具有不可逆的特点。由于地下空间的不断扩张，地表出现连续或非连续的塌陷坑，对地表建筑物和基础设施构成严重威胁。从微观角度来看，土壤结构的破坏主要是由于颗粒间的结合力减弱，土壤团聚体破坏以及微生物活动受到影响所致。

2、采矿塌陷区土地复垦适宜性评价

2.1 土地质量破坏评价指标的选取

首先需要确定一组科学、合理的评价指标。这些指标不仅要能全面反映土地质量的破坏程度，还要能够指示复垦的难度和可能性[4]。

为此，本文遵循以下原则来选取评价指标：

1）代表性，应能准确反映塌陷区土地特性及其受损情况；

2）可量化，便于进行定量分析和比较；

3）独立性，尽量避免指标间的重复和交叉；

4）可操作性，确保指标数据的可获得并易于实地测量。

在遵循上述原则的基础上，本文从地形、土壤、水文、生态等4个方面选取具体的评价指标，如图1所示。

地形方面的指标主要包括地面沉降程度、地表裂缝密度、坡度变化等，主要反映地表形态的改变程度和稳定性状况。土壤方面的指标则涵盖土壤紧实度、持水量、透气性、肥力水平（如有机质含量、氮磷钾含量）等，直接关系到土壤的生产能力和复垦的难易程度。水文方面的指标主要包括地下水位的变化、水体污染程度、水土流失率等，指示了水文条件的改变对土地质量和生态的影响。生态方面的指标则关注生物多样性指数、植被覆盖率、生态退化程度等，体现了生态系统的健康状态和自我恢复能力。

2.2 土地复垦适宜性评价指标体系

为了确保各指标之间可以公平比较，评价指标要进行标准化处理。本研究采用极差标准化的方法对各指标进行处理，经过处理后，可以对不同量纲、不同量级消除影响，使得每个指标值都转换到[0,1]的区间内，并将评价指标分为正向指标（数值越大越有利）以及负向指标（数值越小越有利），极差标准化的计算公式如式（1）式（2）所示。

式中，—极差化后的数据；

—原始数据；

—所有评价单元中第项指标的最小值；

—所有评价单元中第项指标的最大值。

在考虑矿石开采后土地受损特点以及兼顾当地的自然条件、社会背景、经济水平和当前土地用途问题的基础上，本着优先将土地复原为农业用地的原则，将复垦方向归纳为以下4种类型：适合耕作的土地、适宜种植树木的林地、适于草本植被生长的草地以及适合水产养殖的水域。以适合耕作土地为例，标准化处理后的土地耕作适宜性等级如表1所示。

通过上述极差标准化处理，可以将不同指标统一到相同的尺度下，便于进行综合评价。

图1 土地质量破坏评价指标体系

表1 标准化处理的土地耕作适宜性等级

3、适宜性评价模型

3.1 层次分析法权重研究

为了确保评价过程中各种因素的影响性，过程中采用分析层次过程（AHP）来评价因素的重要性权重。作为一项系统化的决策技术，AHP通过将复杂的问题进行多方面、多层次、多要素拆解，基于彼此之间的成对比较评估其重要性，从而决定其相对权重。

AHP的核心步骤包括：构建问题的多层次结构，形成评判矩阵，进行单一层级的排序及一致性验证，以及计算整体层级的最终排序[5]。具体到本研究中，构建了包含目标层、准则层以及方案层的层次结构模型，如图2所示。

目标层为土地复垦适宜性评价，准则层包括地形、土壤、水文、生态等评价指标，方案层则是具体的复垦方案。建立判断矩阵是AHP中的关键步骤，对准则层中的各指标进行两两比较，形成一个相对重要的判断矩阵，判断矩阵的元素表示指标相对于指标的重要性。

为了量化这种相对必要性，采用1-9标度法，其中1表示2个指标同等重要，9表示1个指标极为重要。之后对判断矩阵的每一列进行归一化处理，然后求出每一行的平均值，这个平均值就是对应指标的权重，计算公式如式（3）所示。

式中，—指标的权重；

图2 层次分析法结构图

表2 不同模糊算子的特点

—判断矩阵的阶数，即指标的数量；

—判断矩阵的列。

通过层次总排序得到各指标相对于目标层的综合权重，用于后续的土地复垦适宜性评价。

3.2 模糊综合评判法模型

模型的构建基于模糊集合理论，首先要确定评价因素集、评语等级集以及对应的隶属度函数。评价因素集即所选取的土地复垦适宜性评价指标，根据评价需要设定不同的评价等级，如“优、良、中、差”等，隶属度函数是各评价因素对应于各评价等级的隶属程度的数学表达。在进行模糊综合评判时，通常需采用模糊算子综合考虑各个评价因素对评价结果的影响。常用的模糊算子包括模糊加权平均算子、模糊加权几何平均算子、模糊积分算子和有序加权平均算子等，这些算子在处理模糊信息聚合时各有特点，如表2所示。

模糊综合评判的算法如式（4）所示。

式中，A—评价因素的权重向量；

R—隶属度矩阵；

—所选模糊算子的运算。

通过上述模型的建立与应用，能够综合考虑各个评价指标，并通过模糊算子合理融合各指标的评价信息，从而得出综合评价结果。该模型不仅可以提供每一评价单元的综合评分，还能给出其对应的评语等级，从而完成从定性到定量的转变，为土地复垦方案的制定和优化提供了有效的决策支持工具。

4、结束语

本文通过对采矿塌陷区土地复垦适宜性评价方法的研究，提出一套科学、合理的评价体系和模型。研究表明，结合层次分析法和模糊综合评判法的评价模型能够对发生塌陷区土地复垦是否适宜进行有效评估，提供土地复垦技术研究性的支持依据。未来的研究应进一步优化评价指标体系，提高评价模型的实用性和准确性，以更好地服务土地复垦实践。

参考文献:

[1]常剑,鄢磊,王倩,等.采矿塌陷区次生灾害判别及稳定性评估[J].现代矿业,2023,39(09):268-271.

[2]弓晓飞,刘四丽,景丽媛.露天开采矿山土地复垦适宜性评价研究:以登封某铝土矿为例[J].矿产勘查,2022,13(Z1):332-337.

[3]史江涛,徐炳建.新发煤矿土地复垦适宜性评价研究[J].煤质技术,2022,37(02):68-74.

[4]秦凤娇.土地复垦适宜性评价与措施[J].新疆有色金属,2021,44(05):55-56.

[5]高海东.工矿废弃地复垦适宜性评价:以神木市大柳塔镇历史遗留工矿废弃地复垦项目为例[J].农村经济与科技,2020,31(11):49-51.

文章来源:冯宝义,赵焕仁.采矿塌陷区土地复垦适宜性评价方法研究[J].华北自然资源,2024,(05):128-131.