周怀峰才庆祥李 远周 游

(1.徐州市国土资源局,江苏省徐州市,221008; 2.中国矿业大学,江苏省徐州市,221008)

★节能与环保 ★

基于灰色理论的露天煤矿生态恢复投资预测＊

周怀峰1,2才庆祥2李 远2周 游2

(1.徐州市国土资源局,江苏省徐州市,221008; 2.中国矿业大学,江苏省徐州市,221008)

在生态恢复过程中各种因素的不确定性影响了生态恢复的进程与企业的利益。本文以灰色理论为基础,以平朔安太堡露天煤矿为例,对无序、杂乱的因素进行数据生成,并建立模型,得到了可靠的预测结果,为露天煤矿生态恢复投资预测提供了一种新的方法。

露天煤矿 灰色理论 生态恢复 GM(1,1)模型 投资预测

AbstractIn the course of ecological rehabilitation,uncertainties in various factors affect the process of the ecological rehabilitation proper and the interests of coal mine companies involved.In this paper, grey theory is used as a basis and the real case of Antaibu opencast coalmine in Pingshuo,Shanxi province as an example.In doing so,the orderless and random factors are given their respective expressive data and put into appropriate model established,from where reliable forecast results are obtained.This provides a new method for forecast of investment in opencast coal mine ecological rehabilitation.

Key wordsopencast coal mine,grey theory,ecological rehabilitation,GM(1,1)model, forecast

生态系统恢复强调系统内部的协调共生、持续生存,以及它们之间形成相对稳定的关系。生态系统恢复工程是一项综合性很强的工作,它具有效益较低、见效慢且易产生变化的特点。在进行生态恢复的过程中投资大,并且经常由于恢复过程中出现的不可预料因素进一步影响了整个生态投资的成本,造成其控制与预测不易掌控。因此,灰色系统理论作为一门能有效解决数据规律性不强的理论被引入到了对露天煤矿生态恢复预测的过程之中。

1 露天煤矿生态恢复与重建的重点

(1)挖损压占问题。挖损压占问题是露天煤矿开采过程中对环境损害最大的问题。我们应对剥离的岩土、生活垃圾、废弃物及煤矸石等进行有计划的堆放,尽量减少其对环境造成的破坏。对剥离岩土的排放原则是做到尽量少的外排、尽可能多的内排。做好表土分层覆盖工作,并种植速生耐旱、耐贫瘠的植物以达到涵养水分、保持水土、增加肥力的目的。植被恢复以草、灌、乔复合型植被结构进行,根据不同地形种植不同特征的植物。

(2)水土保持问题。水土保持的重点是排土场,对排土场的整治采用工程措施和生物措施相结合的原则。通过修筑防护堤、排水沟、护坡等工程,与种草种树有机结合起来,形成对水土的综合保护与治理。

(3)荒漠化问题。露天开采过程中对地表破坏十分严重,容易造成沙化,所以,必须在开采的过程中就对荒弃部分进行生态恢复,避免造成沙漠化和使沙漠化进一步扩大。

(4)绿化问题。工业场地内四周空地用适宜当地生长条件的速生乔木和灌木建成窄绿化带,道路两侧种植行道林,行政福利建筑物周围和零星空地设置花坛、草坪、观赏树木等进行绿化,工业场地绿化系数不低于30%。

2 生态恢复投资预测方法

目前比较常用的投资费用预测方法有线性回归方法、非线性回归方法和经济序列法。线性和非线性回归方法建模简单,易于掌握的特点使其在工程建模过程中得到了广泛使用,但是这两种预测方法都对原始数据的分布有较高要求,且预测的精度有限。经济序列法虽然能够取得较高的预测精度,但是在预测时需要大量的数据,且要求波动不大。这种方法具有计算过程复杂、计算量巨大的特点。在实际预测问题的处理过程中,无经验、数据少的问题广泛存在。

2.1 基于灰色理论的生态投资预测模型

近年来,针对这种少数据、不确定性的问题,人们开始引入灰色系统理论预测方法来研究解决这类问题。根据灰色预测的基本理论与方法,本文提出了利用灰色预测模型建立矿区生态重建投资预测模型的几个主要步骤。

(1)获取矿区生态重建投资价格的历史数据。灰色系统理论认为历史数据是过去各种确知的和不确知的信息的综合反映,灰色数据即是各种经济变动规律对投资价格的综合影响的一种复杂反映,投资价格完全可以用历史数据作为灰色信息的反映来进行分析、研究确定其变动规律,从而预测出其未来的走势。

(2)对数据的处理给出原始的数据序列,此数据序列必须为非负序列 x(0),记为:

对原始数据序列进行一次累加生成新的数据序列:

(3)建立GM(1,1)模型,建立一阶白化非线性微分方程:

用最小二乘法估计可以得到GM(1,1)模型参数向量a和b。a和b分别表示 GM(1,1)模型的发展系数和灰作用量,则:

得到白化微分方程的解是累加生成数列预测的计算公式:

通过上式可以得到原始数据估值公式:

2.2 模型精度检验

对模型的预测精度检验,可用残差大小检验法、关联度检验法和后验差检验法。本文采用后验差检验法对模型的预测精度进行检验。

各时刻的残差计算公式:

残差平均值:

对历史数据统计后,进行均值计算:

计算原始数据的标准差:

对残差的标准差进行计算:

后验差的比值:

表1 精度检验等级参照表

3 基于GM(1,1)模型的露天煤矿生态恢复投资预测

本文以平朔安太堡露天煤矿为例,来验证模型的精度检验及其适用性。运用本模型,在确定了安太堡露天矿进行生态重建投资时第一年的投资值,按前面所描述理论,就可以规划出安太堡露天矿将来每年的生态投资优化额,能为领导层决策提供依据,提高了生态恢复效率,同时取得了较高的经济收益。

在露天煤矿的生态恢复投资的过程中,受到多种因素的影响,而这些因素相互之间也无确定关系,处于一种模糊的系统状态。为了将这些复杂的因素对我们预测的影响降到最低,我们采用利用灰色系统理论建立的GM(1,1)模型进行分析,以验证其对露天煤矿生态恢复投资过程中的预测。安太堡露天煤矿进行生态恢复投资的实际金额:2002年为5650万元;2003年6100万元;2004年6170万元;2005年6600万元;2006年6900万元。

取2002—2006年5年的生态恢复投资金额为原始离散数据,可得:

由公式 (1)得累加生成新的数据列:

建立矩阵B和yN:

则安太堡露天矿生态恢复投资预测模型为:

通过上述分析,现对露天煤矿生态恢复投资预测分析见表2。

表2 安太堡露天煤矿生态恢复投资预测分析

由公式 (7)～ (12)可得:N=5.32,S1= 46.13138,x=6284,S2=430.84。

用后验差检验可得:C=0.107<0.35,P= 0.91>0.80。

由以上结果可知,P>0.80,C<0.45,预测结果可以接受,其拟合精度为二级。安太堡露天煤矿2007年生态恢复重建费用为7296万元,2008年费用为7582万元,与预测费用的误差在允许范围内,符合标准,说明运用灰色系统理论的方法能准确的对露天煤矿生态恢复投资进行预测,解决了生态恢复预测影响因素多,难于预测的问题。

该模型在安太堡露天煤矿生态恢复投资的预测并不能十分准确地确定其各个阶段的投资数据,如要更为准确地预测露天煤矿生态恢复投资,还要进一步探讨与商议。

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Grey theory based ecological rehabilitation investment in open-cast coal mines

Zhou Huaifeng1,2,Cai Qingxiang2,Li Yuan2,Zhou You2
(1.Xuzhou Municipal Bureau of Land and Resources,Xuzhou,Jiangsu province 221008,China; 2.China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu province 221008,China)

TD997.2

A

周怀峰 (1971-),男,高级经济师,现任徐州市国土资源局处长,从事资源开发规划与设计的研究。

(责任编辑 张艳华)

国家十一五支撑项目 (2006BAB16B00)