全 文 ：　 　 倡 国家自然科学基金项目 （４００７１０７７ ，４０４７１１３２）资助
　 　 倡倡 通讯作者
收稿日期 ：２００６唱０４唱２８ 　 改回日期 ：２００６唱１２唱２８
露天矿区生态环境质量与资源利用评价 倡
———以平朔安太堡露天煤矿为例
马祥爱１ 　白中科２ 倡倡 冯两蕊１
（１ ．山西农业大学资源环境学院 　 太谷 　 ０３０８０１ ；２ ．中国地质大学土地科学技术系 　 北京 　 １０００８３）
摘 　 要 　 以山西省平朔安太堡露天煤矿为例 ，针对露天矿生态环境的影响因素及其资源利用情况 ，提出了能够体
现露天矿区生态环境质量与资源利用主要特征的定性 、定量评价指标体系 ，利用层次分析和模糊数学等方法 ，对露
天矿生态环境质量与资源利用进行综合评价 。 研究结果表明 ：矿区生态环境与资源利用水平由 １９９５ 年前的 ５ 级
变为 ２０００ 年的 ４ 级 ，又转为 ２００５ 年的 ２ 级 ，未来的理想状况会向 １ 级水平发展 。说明矿区生态环境质量与资源利
用正在向好的方向发展 。
关键词 　 露天矿 　 生态环境 　 资源利用 　 层次分析 　 模糊评价
Evaluation of the eco唱environment quality and resources utilization in opencast coal mine area — A case study of Antaibao
Opencast Mine of Pingshuo ，Shanxi Province ．MA Xiang唱Ai１ ，BAI Zhong唱Ke２ ，FENG Liang唱Rui１ （１ ．College of Resources
and Environmental Sciences ，Shanxi Agricultural U niversity ，Taigu ０３０８０１ ，China ；２ ．Land Sciences Depar tment ，China
University of Geosciences ，Beijing １０００８３ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（５） ：１９７ ～ ２０１
Abstract 　 Based on the influence factors of the opencast coal mine eco唱environment and situation of resources utilization ，
taking Antaibao Opencast Coal Mine of Pingshuo as an example ，the paper established the qualitative evaluation index sys唱
tem and comprehensively appraised the eco唱environment qualit y and resources utilization of opencast mine by means of ana唱
lytic hierarchy process（AHP）and fuzzy mathematics ，etc ．The result shows that the ecological environment and utilization
of resources of mining area of Antaibao Opencast Mine has turned from Class ５ before １９９５ to Class ４ in ２０００ ，and to Class
２ in ２００５ ．The future ideal state will be developed to Class １ ．That means the ecological environmental qualit y of mine area
and utilization of resources are being improved gradually ．
Key words 　 Opencast coal mine ，Eco唱environment ，Utilization of resources ，AHP ，Fuzzy mathematics appraisal
（Received April ２８ ，２００６ ；revised Dec ．２８ ，２００６）
我国露天煤矿大多处于干旱半干旱的生态脆弱区 ，煤炭开采破坏了矿区的生态结构和功能 ，矿业发展
带来经济繁荣的同时 ，也使当地蒙上了不可持续发展的阴影［１］ 。 因为露天矿生态系统是自然生态系统与人
工重建生态系统的组合 ，受人类活动影响较大 ，其生态环境与矿区污染控制 、土地复垦 、生态重建措施 、生态
重建后再生资源的利用与保护等关系密切 。 因此在传统生态环境质量评价的同时 ，资源利用评价也非常必
要 。 本研究通过对露天矿区生态环境质量及其再造资源利用的评价 ，探讨了露天矿区生态环境质量与资源
利用评价的指标体系与方法 ，以揭示露天矿区生态环境质量的变化趋势 ，建立改善生态环境质量的途径 ，为
制定更为完善的 ，与生产 、生态恢复重建等规划设计统一的生态环境管理方案提供科学的依据 。
1 　 研究区概况
平朔安太堡露天矿区地处黄土高原东部 、山西省北部的朔州市平鲁区境内 ，属黄土丘陵唱强烈侵蚀生态脆
弱系统［１］ ，对环境改变反应敏感 ，维持自身稳定的可塑性较小 。该区属典型的温带半干旱大陆性季风气候区 。
冬春干旱少雨 、寒冷 、多风 ，夏秋降水集中 、温凉少风 ；年均降雨量 ４４９ ．０mm ，年蒸发量 １７８６ ．６ ～ ２５９８ ．０mm ，是降
水量的 ４ ～ ５ 倍 ；年均风速为 ２ ．５ ～ ４ ．２m／s ，年平均 ８级以上大风日 ３５d以上 ，最多可达 ４７d 。区域地形主要为丘
陵缓坡区 ，为典型的黄土高原地貌景观 。 地表水系属海河流域永定河水系 ，其中马关河与七里河分别流经矿区
东西两侧 ，向北汇入永定河 ，最后注入渤海 。 土壤为栗钙土与栗褐士的过渡带 ，植被覆盖率低 。煤矿的露天开
第 １５卷第 ５ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．５
２ ０ ０ ７ 年 ９ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Sept ．，　 ２００７
采破坏了矿区的土地资源和植被 ，改为了矿区地貌［２］ ，该区生态环境系统状况明显改变 。 矿区在开发之初就开
展了生态系统恢复 ，制定了较为完整的生态重建规划 ，建立了以生物措施和工程措施相结合的生态环境防护体
系 。 实行采掘 、运输 、排弃 、复垦一条龙作业方式 ，栽植绿肥植物 、培肥地力 、加速土壤熟化［２］ 。
表 1 　 生态环境质量与资源利用综合评价指标体系
T ab ．１ 　 Comprehensive evaluation index system of
environment quality
目标层（A）
Aim level（A）
要素层 （B）
Element level（B）
指标层 （C）
Index level（C）
生
态
环
境
质
量
与
资
源
利
用
污染控制与
废物利用（B１）
退化土地
复垦质量（B２）
重建生态资源
保护与利用 （B３）
洗煤水循环利用率（C１）
生产污水处理率 （C２）
煤矸石综合利用率（C３）
地质灾害与景观稳定 （C４）
土地复垦率（C５）
植被覆盖率（C６）
土壤侵蚀模数 （C７）
耕地潜在恢复率 （C８）
土地相对生产力 （C９）
复垦土地资源保护（C１０）
复垦土地资源开发（C１１）
2 　 生态环境质量与资源再利用综合评价
2 ．1 　 综合评价指标体系
通过对平朔安太堡露天矿区生态环境质量及恢
复重建的制约因素或主导因子的辨识 ，结合当地生
态环境问题 ，选取典型指标 ，利用层次分析法建立由
目标层 、要素层 、指标层组成递阶层次结构的评价指
标体系（表 １）［３］ 。
2 ．2 　 综合评价模型与方法
煤矿区生态环境质量与资源再利用评价是一个
多目标 、多层次的复杂大系统评价 。 以模糊数学为
代表的现代数学方法是解决复杂大系统评价的科学
有效手段 。 本研究采用模糊综合评判结合层次分析
法对露天矿区生态环境质量及资源利用进行综合评
价 ，建立了模糊多层次综合评价模型［４ ～ ６］ 。
首先 ，将露天矿区生态环境质量与资源再利用评价指标作为评价因素集 ：U ＝ ｛ U１ ，U２ ，U ３ ，… ，Un｝ ，
Ui 为参与评价的第 i个评价因子 ；其次设生态环境质量与资源利用评价的标准集合 ：V ＝ ｛ V１ ，V２ ，V３ ，… ，
V m｝ ，V１ ，V２ ，V３ ，… ，Vm 为相应的评价标准集合 。 在 U 、V 给定之后 ，生态环境质量与资源利用因子与评
价标准间的模糊关系可用模糊矩阵 R 表示 ：
R ＝
r１１ 　 r１２ 　 … 　 r１ m
r２１ 　 r２２ 　 … 　 r２ m
… 　 … 　 … 　 …
rn１ 　 rn２ 　 … 　 rnm
＝ （ ri j）（ m × n） （１）
式中 ，ri j表示第 i种因子对第 j 级标准的隶属度 。 Ui 的权重 Wi 用层次分析法确定 ，且各因素权重之和（ W ）
为 １ 。 根据模糊数学原理 ，利用模糊矩阵合成算子“礋”建立模糊综合评价模式 ：
A ＝ W礋 R ＝ ｛ a１ 　 a２ 　 … 　 am ｝ （２）
然后根据最大隶属原则 ，选择评判集 A 中最大的 aj 所对应的评价级别作为评价的结果 。
2 ．3 　 综合评价标准
根据枟水土保持综合治理规划通则枠（BG／ T １５７７１ — １９９６）和参考文献［７］ ，结合平朔区露天矿区生态重建的近期 、
中期和远期目标及实际情况 ，将露天矿区生态环境质量与资源利用分为 ５级（表 ２） ，各评价指标标准分级见表 ３ 。
表 2 　 生态环境质量与资源利用综合判别
Tab ．２ 　 Comprehensive evaluation of environment qualit y and utilization of resources
等级
Grade
表征状态
Characte riza tion stat e
指标特征
Index charac teristics
１ 理想状态 对受损生态系统进行了根本性恢复重建 ，生态系统结构与功能完整 ，有较强的再生能力 ，生态问题不显著 ，生
态灾难极少 。 废物控制及再生资源利用达到最优化
２ 良好状态 对受损生态系统进行了基本性恢复重建 ，生态系统结构与功能尚完整 ，生态问题不显著 ，灾害不大 。 废物控
制及再生资源利用达到较好状态
３ 一般状态 对受损生态系统仅进行了一定程度的恢复重建 ，生态系统结构与功能不健全 ，受干扰后易恶化 ，生态问题显
现 ，生态灾害时有发生 。 废物控制及再生资源利用处于一般状态
４ 较差状态 受损生态系统仅局部改善 ，生态系统结构与功能安全格局尚未建立 ，受外界干扰后会发生再度退化 ，生态问
题较大 ，生态灾害较多 。 废物控制及再生资源利用处于较差状态
５ 恶劣状态 生态系统破坏后基本上没有采取应有的措施 ，生态系统结构与功能紊乱 ，生态环境问题很大并经常演变成生
态灾害 。 基本未考虑废物控制及再生资源的开发与利用
１９８　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
表 3 　 露天矿区生态环境质量与资源利用评价指标分级
Tab ．３ 　 Classification of evaluation indexes of environment quality and resources utilization in opencast mine
要素层
Element level
指标
Index
分级标准 Classificatio n st andard
１ 级 First class ２ 级 Second class ３ 级 T hird class
污染控制与
废物利用（B１）
洗煤水循环利用率／ ％ （C１） １００ ８５ ７５
生产污水处理率／ ％ （C２） ９５ ７５ ６０
煤矸石综合利用率／ ％ （C３） ８５ ８０ ７５
退化土地复
垦质量（B２）
地质灾害与景观稳定（C４） 不易发生或基本
没有 （１００）
规模小 ，不易造成
重大伤害（８０）
规模小 ，易发生 ，
不易造成伤害（６０）
土地复垦率／ ％ （C５） ９０ ７０ ６０
植被覆盖率／ ％ （C６） ８０ ６０ ４０
土壤侵蚀模数 ／ t·k m － ２·a － １（C７） １０００ ２５００ ５０００
耕地潜在恢复率／ ％ （C８） １２０ １００ ７５
土地相对生产力／ ％ （C９） １５０ １００ ７５
重建生态资源保
护与利用（B３）
复垦土地资源保护率 ／ ％ （C１０） １００ ７０ ～ １００ ５０ ～ ７０
复垦土地资源开发 （C１１） 国家级大型野外教学 、科研
试验示范基地 ，生态旅游与
工业旅游基地 （１００）
省级大型野外教学 、科研基
地 ，生态旅游与工业旅游基
地 （８０）
一般性生态旅游与工业
旅游参观场所 （６０）
复垦土地新农村景观再造 （C１２） 复垦土地无限制因子 ，景观
格局安全稳定 ，已进行新农
村景观再造（１００）
复垦土地有一些限制因子 ，
景观格局较安全稳定 ，计划
进行新农村景观再造 （８０）
复垦 土 地 限 制 因 子 较
多 ，景 观安 全格 局未 形
成 ，无 法实 施新 农村 景
观再造 （６０）
要素层
Element level
指标
Index
分级标准 　 Classi ficat io n standard
４ 级 Forth class ５ 级 Fifth clas
污染控制与
废物利用（B１）
洗煤水循环利用率／ ％ （C１） ６０ ５０
生产污水处理率／ ％ （C２） ５０ ４０
煤矸石综合利用率／ ％ （C３） ６０ ５０
退化土地复
垦质量（B２）
地质灾害与景观稳定（C４） 规模大 ，易发生 ，易造成较重伤害（４０） 规模大 ，易发生 ，易造成重大伤害 （２０）
土地复垦率／ ％ （C５） ５０ ４０
植被覆盖率／ ％ （C６） ２５ １５
土壤侵蚀模数 ／ t·k m － ２·a － １（C７） ８０００ １５０００
耕地潜在恢复率／ ％ （C８） ５０ ３０
土地相对生产力／ ％ （C９） ５０ ２５
重建生态资源保
护与利用（B３）
复垦土地资源保护率 ／ ％ （C１０） ４０ ＜ ３０
复垦土地资源开发 （C１１） 有工业旅游 与生态 旅游等 开发规划与 设
计 ，未实施（４０）
无工业旅游与生态 旅游等开发规划与
设计 （２０）
复垦土地新农村景观再造 （C１２） 有复垦土地新农村景观再造 规划设计 ，但
未实施（４０）
复垦土地未进行新 农村景观再造规划
设计 （２０）
2 ．4 　 评价计算
本研究基础数据来源和确立方法主要有 ２ 种 ：一是直接查询 ，主要来源于统计年鉴 、前人研究结果和矿
区统计资料等 ，所得数据的指标为洗煤水循环利用率 、生活污水处理率 、煤矸石综合利用率 、植被覆盖率 、土
地复垦率 、土壤侵蚀模数 、耕地潜在恢复率 、土地相对生产力 、复垦土地资源保护率等 。 二是分级评分 ，对难
以定量化或数据不足的重要指标 ，通过与相关部门工作人员座谈进行材料分级评分 ，将指标得分值作为评
价基础信息 ，所得数据的指标为土地地质灾害和景观稳定性 、复垦土地资源开发 、复垦土地新农村景观再造等 ，
第 ５期 马祥爱等 ：露天矿区生态环境质量与资源利用评价 １９９　
表 4 　 各指标在煤矿开采不同时期的统计值或评分
Tab ．４ 　 Statistics and grades of indexes in different periods of the opencast mine
指标
Index
１９９５ 年以前
Befo re １９９５
２０００ 年
Year ２０００
２００５ 年
Year ２００５
未来状况
In the future
洗煤水循环利用率／ ％ （C１） １００ １００ １００ １００
生产污水处理率 ／ ％ （C２） ３０ ５５ ５５ １００
煤矸石综合利用率／ ％ （C３） ０ ０ １００ ９０
地质灾害与景观稳定 （C４） ２０ ４５ ７５ ９０
土地复垦率／ ％ （C５） ２５ ４８ ７４ ９０
植被覆盖率／ ％ （C６） １０ ３５ ５３ ７５
土壤侵蚀模数 ／ t·km － ２·a － １（C７） １３０００ ７５６０ ４８００ １０００
耕地潜在恢复率 ／ ％ （C８） ４３ ６６ ７８ １２０
土地相对生产力 ／ ％ （C９） ３０ ９６ １１０ １５０
复垦土地资源保护率 ／ ％ （C１０） ２６ ４８ ６０ １００
复垦土地资源开发（C１１） １６ ５２ ７８ ９５
复垦土地新农村景观再造 （C１２） １６ １６ ４２ １００
详见表 ４ 。 采用层次分析法（AHP）
确定各指标权重 ，并进行层次排序
和一致性检验 ，计算结果见表 ５ 。 采
用半梯形分布隶属函数计算各评价
因子的实测值对应于评价等级标准
的隶属度 。
2 ．5 　 评价结果的计算
矿区生态环境质量评价首先利
用指标权重矩阵和隶属度矩阵计算
评价矩阵 B ：
B ＝
B１
B２
B３
＝
b１礋 R１
b２礋 R２
b３礋 R３
（３）
然后进行评价矩阵 B 对总目
标的综合评价 ，得出评价结果 A ：
A ＝ W礋 R ＝ W礋 B ＝ （ A１ A２ A３ A４ A５） （４）
　 　 选取 ２０００ 年数据 ，根据上
述各式计算得 ，B１ ＝ （０畅０３１ ０
０畅０４３ ０畅０４３ ０畅１１３ ） ， B２ ＝
（０ ０畅０２８ ０畅２０７ ０畅２４３ ０畅２００） ，
B３ ＝ （０ ０ ０畅０２２ ０畅０２２ ０畅０５０） ；
A ＝ （０畅０３１ ０畅０２８ ０畅２０７ ０畅２４３
０畅１１３） 。 根据最大隶属原则可
知矿区 ２０００ 年的生态环境质量
及资源利用为 ４ 级 。 同理 ，１９９５
年以前 A ＝ （０畅０３１ ０ ０ ０畅０６１
０畅２４３） ，生态环境质量及资源利
用为 ５ 级 ；２００５ 年 A ＝ （０畅２００
０畅２４３ ０畅２０７ ０畅０５０ ０）为 ２ 级 ；
未来理想状况下 ， A ＝ （０畅２４３
０畅２０７ ０ ０ ０）为 １ 级 。 由此可
见 ，矿区生态环境质量及资源利
用向好的趋势变化 。
表 5 　 综合评价指标的权重值
Tab ．５ 　 Weight value of indexes of evaluation system
层次
Hierarchy
B１ 对 A 权重
Weight value
of B１ t o A
B２ 对 A 权重
Weight value
o f B２ t o A
B３ 对 A 权重
Weight value
o f B３ t o A
C对 A 权重
Weight value
of C t o A
A ０畅１８８ ０畅７３１ ０畅０８１
C１ ０畅１６６ ０畅０３１
C２ ０畅２３０ ０畅０４３
C３ ０畅６０３ ０畅１１３
C４ ０畅２１５ ０畅１５７
C５ ０畅３３２ ０畅２４３
C６ ０畅２８３ ０畅２０７
C７ ０畅０８３ ０畅０６１
C８ ０畅０４９ ０畅０３６
C９ ０畅０３８ ０畅０２８
C１０ ０畅２６８ ０畅０２２
C１１ ０畅１１８ ０畅００９
C１２ ０畅６１４ ０畅０５０
3 　 小结与讨论
本研究以露天矿区生态环境质量及资源利用作为评价对象 ，建立了由目标层 、要素层和指标层组成的
递阶层次结构的评价体系 。 采用层次分析法确定的各指标权重表明 ，在要素层中对平朔安太堡露天矿区生
态环境质量起主导作用的因素是退化土地复垦质量 ，其次是污染控制与废物利用 。 指标层中排在前 ４ 位的
因素是土地复垦率 、植被覆盖率 、地质灾害与景观稳定 、煤矸石综合利用率 。 应用棋糊综合评判数学模型对
平朔安太堡露天矿区评价的结果表明 ：矿区生态环境与资源利用由 １９９５ 年前的 ５ 级水平变为 ２０００ 年的 ４
级和 ２００５ 年的 ２ 级水平 ，未来的理想状况为 １ 级水平 。 这种变化趋势与露天矿区生态系统演变的 ３ 个阶段
相符 。 第 １ 阶段为结构 、功能完全丧失过程 ；第 ２ 阶段为结构与功能骨架恢复与调整过程 ，其主要目的是重
塑地貌 、再造土体 、改善生境 ；第 ３ 阶段为结构合理 、功能高效的持续过程［２］ 。 研究结果也与矿区实际情况
相符 。 平朔安太堡露天矿开采初期（１９９５ 年以前） ，对土地拢动剧烈 ，采掘场与排土场占用大量土地 ，且矿区
土地复垦率很低 ，排土场水土流失严重 ，泥石流 、滑坡等地质灾害频繁 ，是矿区首要的生态环境问题 ；随着国
家土地政策 、法规的变化 ，土地复垦率明显增加 ，再加上矿区开始重视可持续发展 ，生态环境质量有了大的
２００　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
改观 。 总之 ，良性发展趋势得益于矿区多年的土地复垦与污染控制及资源综合利用 。
利用本研究提出的指标体系与评价方法 ，对平朔安太堡露天矿区不同时间的生态环境质量与资源利用
的评价结果基本符合平朔安太堡露天矿区生态环境质量的实际情况 ，说明该评价指标体系与评价方法对露
天矿区的生态环境评价是较合理的 、可靠的 。 模糊数学评价方法较好地解决了露天矿生态环境评价中各指
标不相容问题 ，增强了评价的可操作性 。 但模型中有关评价指标体系的构建和各评价因子标准的分级问题
还有待继续研究 。 在建立生态环境质量评价数学模型的基础上 ，开发基于 GIS 的综合分析与评价系统 ，使
露天矿生态环境质量指标体系不断完善和精确化 ，实现生态目标的动态管理 ，是目前该领域的紧迫任务 。
参 　 考 　 文 　 献
　 　 １ 　 白中科 ，赵景逵 ．工矿区土地复垦与生态重建 ．北京 ：中国农业科技出版社 ，２０００
２ 　 李晋川 ，白中科 ．露天煤矿土地复垦与生态重建 ．北京 ：中国农业科技出版社 ，２０００
３ 　 赵焕臣 ．层次分析法 ．北京 ：科学出版社 ，１９８６
４ 　 张 　 从 ．环境评价教程 ．北京 ：中国环境科学出版社 ，２００２
５ 　 张 　 征 ，沈珍瑶 ，韩海荣 ，等 ．环境评价学 ．北京 ：高等教育出版社 ，２００４
６ 　 刘智慧 ，来永斌 ，孙翠玲 ，等 ．矿业城市生态环境质量状况综合评价 ．辽宁石油化工大学学报 ，２００４ ，９（３） ：３９ ～ ４４
７ 　 赵廷宁 ，丁国栋 ，马履一 ．生态环境建设与管理 ．北京 ：中国环境科学出版社 ，２００４
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第 ５期 马祥爱等 ：露天矿区生态环境质量与资源利用评价 ２０１