陈永春，耿宜佳，王晓辉

(1.淮南矿业(集团)有限责任公司，煤炭开采国家工程技术研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009；3.安徽省环境科学研究院，安徽合肥 230061)



改进的层次分析法用于淮南矿区生态环境质量评价中各指标权重的确定

陈永春1，耿宜佳2*，王晓辉3

(1.淮南矿业(集团)有限责任公司，煤炭开采国家工程技术研究院，安徽淮南 232001；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009；3.安徽省环境科学研究院，安徽合肥 230061)

淮南矿区是我国华东地区重要的煤炭和煤电一体化生产基地，对于区域社会经济发展具有重要意义。同时，煤炭资源的开采不同程度地造成了环境污染和生态破坏。为实现矿区经济、社会和生态环境可持续发展，必须找到影响煤矿区生态环境质量的症结所在，而对煤矿区生态环境质量进行科学、客观的评价是前提。应用改进的层次分析法构建淮南矿区生态环境质量评价指标体系，科学得出不同指标权重的大小，清楚地显示影响淮南矿区生态环境质量的主要和次要因素(水土流失率、景观多样性指数和生态环境系统弹性度所占权重值较大，是决定淮南矿区生态环境质量的关键)，结果对于淮南矿区生态保护与建设措施的提出具有重要支持作用。

淮南矿区；改进的层次分析法；生态环境质量；权重

淮南矿区是我国东部和南部地区资源最好、储量最大的一块整装煤田，位于淮河中游两岸，东西长达180 km，南北宽约20 km，面积为3 600 km2，煤炭远景储量达444亿t，已探明储量153.6亿t，占安徽省煤炭总储量的63%、华东地区煤炭总储量的32%[1]，被列为全国13个亿吨煤炭生产基地、6个煤电基地之一。淮南矿区由淮河以南的老矿区及淮河以北的潘谢新矿区组成，老矿区包括位于城区的“泉大”资源枯竭老矿区和位于矿区中南部的衰退型矿井区，现有新庄孜、李咀孜、谢一、李一4对矿井；潘谢新矿区是目前淮南矿区煤炭开发重点矿井区，现有潘一、潘二、潘三、张集、谢桥、顾桥、顾北、丁集、潘北9对矿井。

淮南矿区是安徽省最大的煤矿区，现已形成年产8 100万t的原煤生产能力，并在发展坑口电厂及其煤电一体化方面取得了明显成效。与此同时，矿区在煤炭开采、加工和利用过程中产生了一系列不容忽视的生态环境问题，主要表现为土地塌陷、煤矸石及粉煤灰压占土地、地貌改变导致的景观变化，以及矿区生产污染和对社会环境的影响等。这些问题在一定程度上产生了区域资源浪费、生态环境破坏、区域经济发展潜力削弱和矿区社会问题加剧等深层次的矛盾，从而成为矿区可持续发展的重要制约因素[2-3]。淮南矿区的生态环境质量评价能够使决策者明确矿区生态环境的基本情况，找出影响矿区生态环境质量的制约因素，为矿区污染防治和生态保护对策的提出提供技术支撑。笔者将应用改进的层次分析法，在系统分析影响淮南矿区生态环境质量因素的基础上，构建矿区生态环境质量评价模型。

1 改进的层次分析法

层次分析法[4]是由美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的，是一种解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的、系统化的、层次化的决策分析方法。该方法能将复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次而使之条理化，并能将数据、专家意见和分析者的客观判断直接而有效地结合起来，检验并减少主观因素的影响，使分析评价工作更加客观和科学，并已逐步在生态环境质量评价中得到应用。改进的层次分析法在构造比较矩阵时采用了三标度法，摒弃了传统方法的九标度法，使决策者很容易判断两两因素的相对重要性[5]。而且，改进的层次分析法不需要进行一致性检验，运用矩阵进行推导，过程清晰，计算简单[6]。其一般步骤是：

1.1 建立层次结构模型在应用改进的层次分析法之前，需要针对研究区的具体情况建立层次结构模型，主要包括目标层、准则层和指标层，各层的评价指标因实际情况而定。

1.2 构建比较矩阵根据专家组对每层因素重要性的两两比较，得出比较矩阵：

其中，Aij为第i因素与第j因素相对比的重要性，且有Aii=1或Ajj=1。

1.4 构造判断矩阵Bij对每组因素构造判断矩阵，其元素bij遵循以下算子[7]：

1.5 求上述判断矩阵Bij的传递矩阵Cijcij=lgbij(i，j=1，2，…，n)。

1.9 总排序利用单层次排序结果进行总层次排序。例如某一指标权重为a，其下因素的权重分别为(W1，W2，…，Wn)T，则在总层次中这些因素的权重分别为aWi(i=1，2，…，n)。按照该方法确定各因素在总层次中的顺序。

2 基于改进的层次分析法的淮南矿区生态环境质量评价

2.1 评价模型的建立以淮南矿区为例，根据该矿区的生态环境现状和特点，依照指标体系建立的原则，确定具有代表性的淮南矿区生态环境质量评价综合体系。指标体系有3层结构，包括目标层A、准则层B(3个)和评价方案层C(9个评价指标)，构成了淮南矿区生态环境质量综合评价的指标体系(图1)。

图1 淮南矿区生态环境质量总体评价层次分析模型

2.2 各层指标权重值的确定由于涉及到的指标种类较多，具体的计算过程不一一列举。仅以准则层为例，依据改进的层次分析法计算步骤，给出相应的运算过程及其结果矩阵，主要包括比较矩阵、判断矩阵、传递矩阵、最优传递矩阵、拟优一致矩阵，结果依次如下：

2.2.1求比较矩阵Aij和重要性排序指数ri。通过专家评分和计算，得出相应的比较矩阵和ri：

2.2.2求判断矩阵Bij。构造的判断矩阵如下：

2.2.3求判断矩阵的传递矩阵Cij。通过计算，求得判断矩阵的传递矩阵如下：

2.2.4求传递矩阵的最优传递矩阵Dij。通过计算，求得传递矩阵的最优传递矩阵如下：

2.2.7总排序。基于求得的各评价指标的相对权重值，可以计算出方案层中各指标的最终权重值，按大小排列，可以得出方案层中指标的总体排序结果(表1)。

表1 淮南矿区生态环境质量评价各指标权重排序结果

由表1可知，9个指标对淮南矿区生态环境质量评价的影响程度为水土流失率>景观多样性指数>生态环境系统弹性度>土壤侵蚀强度指数>土地适宜度>土地生产潜力>抗压指数>归一化植被指数>土壤侵蚀因子。由排序可知，影响淮南矿区生态环境质量的重要指标是生态环境持久能力和生态环境发展能力。从各准则层权重来看，水土流失率和景观多样性指数处于靠前的位置，是主要的影响因素，在矿区生态环境治理中应予以重视。

3 结论与讨论

笔者通过运用改进的层次分析法，确定淮南矿区生态环境质量评价中各指标的权重，得到方案层中的总排序，确定了影响淮南矿区生态环境质量的重要指标，为决策者提出生态保护与建设措施提供了理论支持。改进的层次分析法用于矿区生态环境质量评价，较好地克服了决策者的主观影响；通过引入最优传递矩阵，避免了一致性检验，并且推导过程采用矩阵方式，使得过程清晰，计算简单。但是，利用该方法得到的权重值分布比较集中，可能会出现等值情况，这在以后的应用中应该多加注意。

根据计算结果可知，水土流失率、景观多样性指数和生态环境系统弹性度所占的权重值较大，是决定淮南矿区生态环境质量的关键。矿区煤炭开采会形成地表塌陷和沉降，造成地表植被破坏和水土流失加剧，大大影响了矿区水土流失率和地表景观多样性指数，也造成矿区生态系统的持续恶化。因此，在对矿区生态环境进行保护与治理时应该抓住主要问题，加大整治力度，使得矿区生态环境质量尽快得到改善。

[1] 淮南市地名委员会办公室.淮南市民手册[Z].2007

[2] GHOSE M K，MAJEE S R.Assessment of the impact on the air environment due to opencast coal mining an Indian case study[J].Atmospheric Environment，2007，34：2791-2796.

[3] 文东戈，郝传波，王旭.煤炭矿区环境系统动态仿真研究[J].中国矿业，2008，17(2)：36-37.

[4] SAATY T L.Decision making with the analytic hierarchy process[J].International Journal of Services Sciences，2008，1(1)：83-98.

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[7] 薛宏智，周维博.基于改进 AHP定权的优序法在地下水水质评价中的应用[J].水资源与水工程学报，2012，23(3)：44-47.

[8] 马农乐，赵中极.基于层次分析法及其改进对确定权重系数的分析[J].水利科技与经济，2006，12 (11)：732-736.

[9] 杨秀贵，仉淼，冯一鸣.改进层次分析法的滑坡灾害危险性[J].辽宁工程技术大学学报，2013，32(6)：773-777.

Application of the Improved Analytic Hierarchy Process in Determination of Indicator Weight of Eco-environment Quality Evaluation in Huainan Mining Area

CHEN Yong-chun1, GENG Yi-jia2*, WANG Xiao-hui3

(1. Huainan Mining Industry Group Co. Ltd., Huainan, Anhui 232001; 2. School of Nature Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009;3. Anhui Institute of Environmental Science, Hefei, Anhui 230061)

Huainan mining area in east China is important base for coal and electricity integration production, which has great significance for the regional social and economic development. At the same time, coal mining causes environmental pollution and ecological destruction to varying degrees. In order to realize sustainable development of the mining area economic, social and eco-environment, we must find the crux of the coal mining area eco-environment quality. For coal mining area eco-environment quality of scientific and objective evaluation is the premise. The improved analytic hierarchy process is applied to establish ecological environment quality evaluation system in Huainan mining area. And then the weights for screened evaluation factors are determined, which clearly indicate main factors and subordinate factors(soil and water losses, landscape diversity index and the eco-environment system accounts for a bigger weight value of elastic degrees. They are key determinants of Huainan mining area ecological environment quality). The results have important role in put forward countermeasures for ecological protection and construction in Huainan mining area.

Huainan mining area; Improved analytic hierarchy process; The ecological environment quality; Weight

淮南矿业集团科学技术项目(HNKY JT JS(2013)31)。

陈永春(1978- )，男，山西大同人，工程师，硕士，从事环境工程以及生态学研究工作。*通讯作者，硕士研究生，研究方向：环境工程。

2014-11-19

S 181.3

A

0517-6611(2015)04-275-03