1、露天矿土地复垦考核评价方法及应用 崔柳 王瑞国 徐立升 北京科技大学土木与资源工程学院 教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室 神华地质勘查有限责任公司 摘 要： 露天矿土地复垦是矿区生态治理的重要内容, 也是国家煤炭行业生态文明建设的重要组成部分。研究提出露天矿土地复垦指数, 用来表征露天矿土地复垦评价效果, 采用层次分析法, 确定各指标权重, 构建了露天矿土地复垦综合评价指标体系及考核评价方法, 并提出了考核级别划分标准。采用上述考评体系和方法, 选取某大型煤炭央企所属的典型露天煤矿, 收集整理 2014 年度土地复垦遥感监测、生态修复和治理等基础数据, 评价各露天矿年度土地复垦效果, 验
2、证了本考核评价方法的可行性。关键词： 露天矿; 土地复垦; 遥感监测; 土地复垦考核评价; 作者简介：崔柳 (1972) , 男, 硕士, 高级工程师。收稿日期：2017-08-24基金：国家重点研发计划项目 (编号:2016YFC0501100) Assessment Method and Application for Land Reclamation in Open Pit MineCui Liu Wang Ruiguo Xu Lisheng School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Techn
3、ology Beijing; Shenhua Geological Exploration Co.Ltd.; Abstract： The land reclamation in open-pit mine is an important part of ecological civilization construction of coal industry, and also is an important component for ecological control of mining area in China coal industry. The land reclamation
4、index of open-pit mine, which is used to evaluate land reclamation effect in open-pit mine, is put forward. Using AHP method, the weight of each index is determined. Moreover, the evaluation index system and method for land reclamation in open-pit mine is constructed, and the corresponding assessmen
5、t level standard is given. Using the above assessment method, a large opencast coal mine under the central enterprises is selected as a typical case, and its data, including land reclamation, ecological restoration and management of remote sensing data in 2014, are collected and analyzed. Lastly, th
6、e land reclamation effects of these open-pit mines are evaluated, verifying that this land reclamation assessment method is feasible.Keyword： Open-pit mine; Land reclamation; Remote sensing monitoring; Land reclamation assessment; Received： 2017-08-24当前, 我国露天煤矿开采环境问题复杂、多样, 对区域生态环境的影响和破坏强烈。随着国家生态文明建设
7、力度推进, 相关部委先后出台了矿山地质环境保护规定、土地复垦条列等一系列矿区生态环境保护恢复的政策法规, 按照“谁损毁、谁复垦”的原则, 由矿山生产企业负责矿区土地复垦工作, 明确提出“矿山企业应对土地损毁情况进行动态监测和评价”, 以推进露天矿土地复垦工作1-2。不同学者也提出了相应的评价方法, 并应用于露天矿土地复垦工作中3-11, 取得了较好的效果。但是, 由于各矿山生产企业效益、地域、气候、管理等方面的不同, 各露天矿在生态恢复治理方面成效差异较大。露天矿土地复垦监测方面还没有建立行之有效的监管手段方法, 针对露天矿的土地复垦监测评价的普适性方法和技术指标体系尚未建立。与此同时, 各露
8、天煤矿面对“十二五”期间重点实施露天矿排土场复垦工程, 要求治理率达到 90%严峻的监管形势, 任务非常艰巨。如何确立科学合理的遥感监测技术与考核评价方法, 全面、客观、公正地考核露天矿生态恢复治理成效, 完善环保监测、考核体系建设, 是当前露天矿环境保护亟需解决的问题。1 露天矿土地复垦考核评价指标体系参照“HJ 1922015 生态环境状况评价技术规范”, 结合露天矿土地复垦的特点和生态环保监管工作的需求12-15, 本研究确定了年度复垦计划执行情况、土地复垦质量评估、土地损毁率、土地复垦率和工业广场生态环境治理等 5 项指标、11 项分指标。根据各指标、分指标在实际考评过程中的可操作性、
9、考评结果的客观性和合理性, 分别厘定权重、计算考评指数, 最终以各项考评指数之和, 即土地复垦考评指数评定最终确定年度考评级别。露天矿土地复垦考评指标及权重如表 1 所示。表 1 露天矿考核评价指标权重 Table 1 Evaluation index weight of open-pit mine 下载原表 考评指标中, 土地挖损率、土地压占率、矿区土地复垦率、排土场土地复垦率、工业广场绿化率、污废水处理率和道路硬化率等 7 项分指标为定量指标;复垦计划执行情况、土地复垦质量评价、粉尘治理状况和周边区域生态治理状况等 4项为定性指标。定性指标先划分档次, 再按档次确定考评指数。定量指标采用归
10、一化系数法、加权算术法分别进行计算。 (1) 归一化系数法:先厘定归一化系数, 再将各项指标数据换算成考评指数; (2) 加权算术法:先计算考评分值, 再将考评分值换算成考评指数。各指标、分指标考评指数具体计算方法如下。1.1 复垦计划执行情况各露天矿年度土地复垦计划及执行情况, 以是否按计划实施为标准, 划分为两个档次, 按计划实施的考评指数为 100, 没有年度计划的考评指数为 0。1.2 土地复垦质量评估根据土地复垦质量评估结果, 划分为达标、基本达标、暂未达标和未复垦 4 个档次, 考评指数分别为 100、75、50 和 0。1.3 土地损毁率包括土地挖损率、土地压占率 2 项分指标。
11、1.3.1 归一化系数法土地挖损率和土地压占率归一化系数分别为露天矿土地挖损率最高值的倒数100 倍、土地压占率最高值的倒数 100 倍。土地挖损率考评指数=指标权重 (100-土地挖损率归一化系数土地挖损率) 土地压占率考评指数=指标权重 (100-土地压占率归一化系数土地压占率) 1.3.2 加权算术法(1) 土地损毁率分值。低于全国平均水平的分值为 100 分;高于全国平均水平的, 每高出 0.10 hm/万 t 的扣减 10 分, 直至扣减为 0 分。全国露天矿平均土地挖损率为 0.104 hm/万 t, 平均土地压占率为 0.107 hm/万t。(2) 土地损毁率考评指数。土地挖损率
12、考评指数=指标权重土地损毁率分值。土地压占率考评指数=指标权重土地压占率分值。1.4 土地复垦率包括矿区土地复垦率、排土场土地复垦率 2 项分指标。1.4.1 归一化系数法矿区土地复垦率和排土场土地复垦率归一化系数分别为露天矿矿区土地复垦率最高值的倒数 100 倍、排土场土地复垦率最高值的倒数 100 倍。矿区土地复垦率考评指数=指标权重矿区土地复垦率归一化系数矿区土地复垦率。排土场土地复垦率考评指数=指标权重排土场土地复垦率归一化系数排土场土地复垦率。1.4.2 加权算术法(1) 土地复垦率分值。土地复垦率分值计算系数:绿化复垦率系数为 100, 工程复垦率系数为 50, 未复垦系数为 0。
13、矿区土地复垦率分值=绿化复垦率100。排土场土地复垦率分值=绿化复垦率100+工程复垦率50。(2) 土地复垦率考评指数。矿区土地复垦率考评指数=指标权重矿区土地复垦率分值。排土场土地复垦率考评指数=指标权重排土场土地复垦率分值。1.5 工业广场生态环境治理工业广场绿化率、污废水处理率、道路硬化率、粉尘治理状况和周边区域生态治理状况等 5 项分指标。1.5.1 归一化系数法(1) 工业广场绿化率。工业广场绿化率归一化系数为露天矿工业广场土地绿化率最高值的倒数 100 倍。鉴于有的露天矿办公区不在工业广场内, 且办公区业已绿化而工业广场尚未绿化, 故将办公区土地绿化率按五折计入工业广场绿化率。工
14、业广场绿化率考评指数=指标权重工业广场绿化率归一化系数工业广场绿化率。(2) 污废水处理率。污废水处理率归一化系数为露天矿污废水处理率最高值的倒数 100 倍。矿井水无外排或直排的露天矿, 其污废水处理率按 100%和 0 计。污废水处理率考评指数=指标权重污废水处理率归一化系数污废水处理率.(3) 道路硬化率。道路硬化率归一化系数为露天矿工业广场道路硬化率最高值的倒数 100 倍。考虑到不同硬化材料道路的环境差异, 将碎石硬化道路的归一化系数调整为 0.75。道路硬化率考评指数=指标权重道路硬化率归一化系数道路硬化率。(4) 粉尘治理状况。按防风降尘设施齐全程度划分为齐全、堆煤场周边和无等3
15、 个档次, 考评指数分别为 100、50 和 0。(5) 周边区域生态治理状况。生态治理主要包括景观绿化、公共绿化和塌陷坑治理等, 划分为有治理、无治理两个档次, 考评指数分别为 100 和 0。1.5.2 加权算术法(1) 工业广场绿化率、污废水处理率和道路硬化率分值。工业广场绿化率、污废水处理率和道路硬化率分值计算系数均 100。(2) 工业广场绿化率、污废水处理率和道路硬化率考评指数。工业广场绿化率考评指数=指标权重工业广场绿化率分值;污废水处理率考评指数=指标权重污废水处理率分值;道路硬化率考评指数=指标权重道路硬化率分值。粉尘治理状况、周边区域生态治理状况两项分指标属于定性指标, 考
16、评指数计算与归一化系数法相同。2 露天矿土地复垦考核评价方法2.1 层次分析法确定权重2.1.1 层次分析法建模步骤美国运筹学家 Saaty 于 20 世纪 70 年代初提出了层次分析法理论模型 (Analytic Hierarchy Process 简称 AHP) 。层次分析法是通过将与决策有关的各种元素依次分解成:目标层、准则层、方案层等层次, 在此基础之上, 采用定性和定量分析方法, 具有系统、灵活、可操作和简洁的优点。运用层次分析法建模包括 5 个步骤:步骤 l 定义问题, 确定目标;步骤 2 从最高层 (目标层) , 通过中间层 (准则层) 到最低层 (方案层) 构成一个层次结构模型
17、;步骤 3 两两比较打分, 确定下层对上层的分数;准则层中的各因素在目标衡量中所占的比重并不一定相同, 从决策者角度出发, 它们各自有一定的比例。引用数字 1-9 及其倒数作为标度来定义判断矩阵 (见表 2) 。表 2 判断矩阵标度定义 Table 2 Scale definition of judgment matrix 下载原表 步骤 4 层次合成计算;步骤 5 一致性检验。计算一致性指标 CI (consmtency index) :其中, max为判断矩阵的最大特征值。查找一致性指标 RI (见表 3) 。表 3 平均随机一致性指标 Table 3 Average random con
18、sistency index 下载原表 计算一致性比例 CR (consistency ratio) :当 CR80 为优、考评指数 6080 为良、考评指数60 为一般。3 露天矿区土地复垦评价实例3.1 露天矿区概况选取某大型煤炭央企所属的 12 个典型露天煤矿, 涵盖了分布在内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、宁夏回族自治区的露天矿生产代表区域, 根据所属地理位置, 分为位于西北部的露天矿 A、露天矿 B、露天矿 E、露天矿 F、露天矿 G、露天矿 H、露天矿 I、露天矿 J、露天矿 K 共 9 个露天矿和位于东北部的露天矿C、露天矿 D 和露天矿 L 共 3 个露天矿。收集上述露天矿 20
19、14 年土地复垦遥感监测、生态修复和治理等基础数据, 评价各露天矿年度土地复垦效果。3.2 考核评价指标获取方法露天矿土地复垦考核评价体系涉及年度复垦计划执行情况、土地损毁率、土地复垦率、土地复垦质量评价和工业广场生态环境治理等 5 项指标 11 项分指标。各指标及分指标获取方法主要以遥感技术手段为主, 资料收集为补充。复垦计划执行情况、土地复垦质量评估和粉尘治理情况采用遥感监测方法以及煤矿环保部门资料获取;土地挖损率、土地压占率、矿区土地复垦率、排土场土地复垦率、工业广场绿化率、道路硬化率和周边区域生态治理情况采用遥感监测方法获取;污废水处理率采用煤矿环保部门资料。4 考核评价指标计算考评指
20、标中, 土地挖损率等 7 项分指标为定量指标, 复垦计划执行情况等 4 项指标为定性指标。定量指标采用归一化系数法进行计算;定性指标先划分档次, 再按档次确定考评指数。具体计算方法如下。4.1 复垦计划执行情况指标按计划实施的考评指数为 100, 没有年度计划的考评指数为 0。各露天矿复垦计划执行情况考评指数如表 4 所示。表 4 露天矿 2014 年度土地复垦计划执行情况考评指数 Table 4 Evaluation index of land reclamation plan execution of the open-pit mines in 2014 下载原表 4.2 土地复垦质量评估
21、指标根据土地复垦质量评估结果, 划分为达标、基本达标、暂未达标和未复垦 4 个档次, 考评指数分别为 100、75、50 和 0。各露天矿土地复垦质量评价考评指数如表 5 所示。表 5 露天矿 2014 年度土地复垦质量评估考评指数 Table 5 Land reclamation quality evaluation index of the open-pit mines in 2014 下载原表 4.3 土地损毁率指标包括土地挖损率、土地压占率 2 项分指标, 采用归一化系数法计算。监测的露天矿土地挖损率最高为 0.326 hm/万 t、土地压占率最高为 0.62 hm/万 t, 土地挖损
22、率归一化系数为 306.75、土地压占率归一化系数为 161.29。土地挖损率考评指数=0.56 (100-306.75土地挖损率) 。土地压占率考评指数=0.44 (100-161.29土地压占率) 。各露天矿土地损毁率考评指数计算结果如表 6 所示。表 6 露天矿 2014 年度土地损毁率考评指数计算结果 Table 6 Calculation results of land damage rate of the open-pit mine in 2014 下载原表 4.4 土地复垦率指标包括矿区土地复垦率、排土场土地复垦率 2 项分指标, 采用归一化系数法计算。监测的露天矿矿区土地复垦率
23、最高为 45.93%、排土场土地复垦率最高为 67.53%, 矿区土地复垦率归一化系数为 2.18、排土场土地复垦率归一化系数为 1.48。矿区土地复垦率考评指数=0.412.18矿区土地复垦率。排土场土地复垦率考评指数=0.591.48排土场土地复垦率。各露天矿土地复垦率考评指数计算结果如表 7 所示。4.5 工业广场生态环境治理指标工业广场土地绿化率、污废水处理率、道路硬化率、粉尘治理状况和周边区域生态治理状况等 5 项分指标, 采用归一化系数法计算。(1) 土地绿化率。工业广场土地绿化率最高为 100%, 工业广场土地绿化率归一化系数为 1。各露天矿工业广场绿化率考评指数计算结果如表 8
24、 所示。(2) 污废水处理率。污废水处理率最高为 100%, 污废水处理率归一化系数为1。各露天矿工业广场绿化率考评指数计算结果如表 8 所示。表 7 露天矿 2014 年度土地复垦率考评指数计算结果 Table 7 Calculation results of land reclamation rate evaluation index of the open-pit mine in 2014 下载原表 (3) 道路硬化率。工业广场道路硬化率最高为 100%, 道路硬化率归一化系数为1。考虑到不同硬化材料道路的环境差异, 将碎石硬化道路的归一化系数调整为0.75。各露天矿工业广场道路硬化率考
25、评指数计算结果如表 8 所示。表 8 露天矿 2014 年度工业广场生态环境治理考评指数计算结果 (一) Table 8 Calculation results of industrial square environment treatment of the open-pit mine in 2014 (one) 下载原表 (4) 粉尘治理状况。按防风降尘设施齐全程度划分为齐全、堆煤场周边和无等3 个档次, 考评指数分别为 100、50 和 0。各露天矿粉尘治理状况考评指数计算结果如表 9 所示。(5) 周边区域生态治理状况。工业广场周边区域生态治理主要包括景观绿化、公共绿化和塌陷坑治理等,
26、 划分为有治理、无治理 2 个档次, 考评指数分别为100 和 0。各露天矿周边区域生态治理状况考评指数计算结果如表 9 所示。表 9 露天矿 2014 年度工业广场生态环境治理考评指数计算结果 (二) Table 9 Calculation results of industrial square environment treatment of the open-pit mine in 2014 (two) 下载原表 5 考核评价结果与分析根据年度复垦计划执行情况、土地复垦质量评价、土地损毁率、土地复垦率和工业广场生态环境治理等 5 项指标、11 项分指标的权重计算考评指数, 最终以各项考评指数之和, 即为土地复垦考评指数, 最终确定年度考评级别。(1) 土地复垦考评指数计算。2014 年度土地复垦考评指数计算结果如表 10 所示。
