基于灰色关联度的矿山生态环境修复效果评价模型

张 皓

（中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021）

在逐步落实与推进矿山环境修复工程时，相关单位提出了优化矿山生态环境是保证矿区可持续发展、生态环境有序建设、实现社会经济与人文协同发展的主要措施[1]。为了更加直观地掌握或描述矿山生态修复效果，科研单位在落实此项工作时，提出了针对修复效益评价的TOPSIS 法，明确了在落实政策与相关改进措施后，矿山生态环境效益增长了约2.2 倍，代表生态环境建设逐步向着优化的方向发展。但现有的技术在实际应用中仅能实现对生态环境效益的基础评价，无法实现对效益的集中评价或细部评价，导致一些成果的体现存在空白[2]。为了细化此项研究成果，进一步掌握现行修复手段对矿山生态环境发展带来的成效，在本文的研究中，将引进灰色关联度技术，设计一种针对矿山生态环境修复效果的综合评价模型。通过此种方式，实现对修复效果的相关工作取得成果的直观展示。

1.1 设计矿山生态环境修复效果评价指标

在提取评价指标时，应严格遵循针对性原则（保证所选的指标可以实现对环境恢复效果的专项描述）、全面性原则（评价指标可以涉及到修复工程中所有对环境有利或不利的因素）、实用性原则（保证所选的评价指标具有一定可行性）、可操作性原则（指标参数的获取应具有简易化、可量化等优势）[3]。在遵循提出原则的基础上，采用频次法对指标进行筛选，得到评价指标见表1。

表1 矿山生态环境修复效果评价指标

1.2 基于灰色关联度的评价指标归一化处理

完成对矿山生态环境修复效果评价指标的设计后，引进灰色关联度分析法，进行不同指标之间联系性的分析。对指标之间关联度的计算可用公式（1）表示：

式中：ξ为不同指标之间的联系性，取值0～1之间；
i为评价单元；
n为第n个指标；
ρ为分辨系数，取值0 ～1 之间，本次研究取值ρ=0.5；
XOn为指标参照数列，即评价过程中指标的重要程度最优排序；
Xin为完成对指标的标准化处理后，指标体系的列数。

完成对不同指标之间关联度的分析后，将其关联度作为依据，参照《矿山生态环境保护标准》文件，对指标进行归一化处理，将处理过程表示为公式（2）：

式中：Z为指标归一化处理结果；
W为矿区生态效益综合水平。

将参数按照标准导入上述计算公式，得到Z的计算结果。当Z计算值>1.0 时，证明所选的指标符合矿山生态环境修复效果评价要求；
当Z计算值<1.0 时，证明所选的指标不符合矿山生态环境修复效果评价要求，需要返回1.1 步骤，进行评价指标的重新选择。

1.3 生态环境修复评价与修复效果协调等级划分

在对矿区生态效益进行综合评价时，可将矿区离差系数作为生态环境协调发展状态的参照指标。当计算结果显示修复效果与生态环境协调发展状态一致时，证明矿区生态修复效果较好，此时离差系数越小；
反之，当计算结果显示修复效果与生态环境协调发展状态背离时，证明矿区生态修复效果较差，此时离差系数越大。将协调度作为两者的对比依据，对协调度进行计算，如计算公式（3）：

式中：C（t）为在t时间段时，离差系数与矿区生态修复效果的协调度；
U为两者发展水平系数；
k为调节系数。

将完成计算后的C（t）定义为取值1～0，划分C（t）在不同取值下的含义，将其作为修复效果协调等级。对C（t）的划分结果进行描述，见表2。

表2 离差系数与矿区生态修复效果的协调度等级划分

按照上述公式，计算矿区协调度值，将计算结果与上述表2 中内容进行匹配，匹配后得到矿区环境恢复效益结果。以此种方式，完成对矿山生态恢复效果的评价。

基于灰色关联度的评价模型设计在对研究成果的分析中发现，设计的评价模型现如今仍处于理论开发阶段，尚未有成果证明此模型在实际应用中具有显著优势。因此，需要在完成上述设计后，通过对比实验，对设计模型的可行性与优势进行检验。根据有关单位对此矿区的水土保持统计与调研可知，在矿山生态环境遭到破坏后，矿内土壤每年平均腐蚀量超过7.10×107t，土层侵蚀模数约为3 217.56 t（km2·a）。根据矿区隶属的行政区统计可知，在矿山流域范围内，现有的水土流失面积已经超过6 822.46 km2。

先使用本文设计的方法作为实验组方法，评价过程中，由地质勘查人员通过实地勘查的方式，掌握矿区生态环境现有情况，设计矿山生态环境修复效果评价指标。在此基础上，引进灰色关联度分析技术，对提出的评价指标进行归一化处理。进行生态环境修复的综合效果评价，将评价结果与修复效果协调等级表进行比对，得到阶段性的评价效果。

在完成对本文方法的评估过程设计后，选择基于EOD 理念的效果评价模型作为对照组模型。在评价过程中，将EOD 理念作为引导，计算矿山生态环境中不同指标的关联度。按照欧式计算公式，对采集样本与实测结果进行比对，根据比对结果的差异，进行生态环境修复效果的综合分析。在此过程中，先调用参与单位的历史数据，使用设计的评价模型与传统模型，对历史数据的变化趋势进行评价，掌握近五年内治理单位对矿山采取生态修复措施后的综合治理效果，将结果绘制成曲线图如图1。

图1 2016 年—2021 年矿山生态修复效果评价对比

由图1 可知，A 表示为矿山生态修复实际效益；
B 表示为本文模型评估效益；
C 表示为传统模型评价效益。通过对A、B、C 三条曲线变化趋势的对比分析可以看出，三条曲线的变化趋势基本一致，说明本文设计的评价模型与传统模型都可以实现对矿山生态修复效果的评价。在此基础上，将评价过程中相对一致率作为评价指标，选择生态恢复效果评价模型的进一步评价。其中相对一致率如公式（4）：

按照上述计算公式，对2021 年3 月—8 月的矿山生态修复效果进行评价。获取实验中相关参数数值，计算评价结果的相对一致率，统计对比实验结果见表3。

表3 矿山生态修复效果评价结果相对一致率对比结果

根据表3 实验结果可知，本文模型评价结果相对一致率显著大于传统模型评价结果相对一致率，且本文模型的评价结果相对一致率可以达到99%以上，说明本文此次研究设计的评价模型可以实现对矿山生态环境修复效果的精准评价。

为解决因矿山过度开采造成的生态环境恶化问题，我国矿山地质生态环境保护单位提出了针对此方面的专项生态修复与改造计划。通过有关单位对此项目实施进展的不完全统计可知，现如今，已实现了＞6000.0 km2的矿山水土流失整治面积。由此可见，各地对于水土流失综合治理的效果良好，现下执行的生态环境修复措施具有一定可行性。为了进一步实现对此项工作的优化，本文开展了基于灰色关联度的矿山生态环境修复效果评价模型的设计研究，并通过对比实验证明此次研究设计的成果具有较强的实用性，可以代替传统模型推广使用。