一种矿山生态修复评价方法

摘要

发明属于生态修复评定领域，具体是一种矿山生态修复评价方法，包括：矿山生态子系统、矿山环境子系统、人为改造子系统，所述矿山生态子系统包括：土地损毁、水域面积、植被覆盖、生物丰度四项评价指标，所述矿山环境子系统包括：大气环境、地表水环境、地下水环境、土壤环境四项评价指标，所述人为改造子系统包括：土地治理、水体治理、空区修复、固废处理四项评价指标，针对矿山生态修复评价，形成一种分析过程科学，指标设置合理、覆盖全面，指标调查获取方便，可操作性强的矿山生态修复评价方法。此种方法不仅能够对矿山整体的生态修复效果进行科学评价，且能够评价矿山局部区块的生态修复效果，还能够在某些指标获取不便或缺失的情况下仍能对矿山生态修复效果进行评价。该评价方法不仅能够对矿山及生态修复综合效果进行评价，还能对各指标的状态与效果做出评价判断。

说明书

技术领域

本发明属于生态修复评定领域，具体的说是一种矿山生态修复评价方法。

背景技术

随着国家对生态环境保护的日趋重视，矿山修复作为生态环境保护的重要组成部分日益受到重视，并持续开展。但目前尚未形成统一的针对矿山的矿山生态修复评价方法，导致矿山生态修复后的效果难以评估评价，从而导致无法有效的对矿山生态修复工作进行评价指导及有针对性地提出改进。目前以单项效果或单项评分累加或加权累加的方式方法对矿山生态修复进行评价，但此类方法对于因条件限制而无法获取某些项单项指标的矿山生态修复情况无法进行评价；同时，此类方法的生态修复综合评价依赖于综合总分，只要提高单项指标评分即可以提高综合总分，从而可提高矿山生态修复评价等级，无法要求评分较差即效果较差的单项指标必须做出有针对性的改进。因此现有的矿山生态修复评价方法，不仅使用情况和使用范围受限，且对于生态修复改进工作指导作用有限。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决了对于因条件限制而无法获取某些项单项指标的矿山生态修复情况无法进行评价的问题，矿山及其区块的生态修复综合效果的改进提高必须依靠对状态或效果不佳的单项指标进行提升改进来实现，从而对矿山生态修复后续改进工作更具有针对性与指导性，为此，本发明提出一种矿山生态修复评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿山生态修复评价方法，包括：矿山生态子系统、矿山环境子系统、人为改造子系统，所述矿山生态子系统包括：土地损毁、水域面积、植被覆盖、生物丰度四项评价指标，所述矿山环境子系统包括：大气环境、地表水环境、地下水环境、土壤环境四项评价指标，所述人为改造子系统包括：土地治理、水体治理、空区修复、固废处理四项评价指标。

优选的，所述矿山生态子系统包括以下步骤：

S1、土地损毁＝损毁土地占地面积/矿山总占地面积×100％，所述损毁土地占地面积包括：挖损土地、压占土地、污染土地、水毁土地、地质灾害破坏土地；

S2、水域面积＝生态修复后的水体面积/生态修复前的水体面积×100％，所述水体面积包括：自然水体面积和人工水体面积，所述自然水体面积包括：河流、湖泊、堰塘、沼泽，所述人工水体面积包括：沟渠、水库、人工堰塘、人工湖；

S3、植被覆盖

NDVIs为完全无植被覆盖像元的归一化植被指数NDVI值，NDVIv为纯植物像元的NDVI值，累计频率为2％的NDVI值为NDVIs，累计频率为98％的NDVI值为NDVIv，当缺乏详细的区域植被和土壤光谱图数据时，NDVIs值为0.05，NDVIv值为0.70；

S4、生物丰度BRI＝(BI+HQ)/2

BI为生物多样性指数，BI的计算如下：

BI＝R'

R'

HQ为生境质量指数，HQ的计算如下：

HQ＝511.25×(0.35×林地面积+0.21×草地面积+0.28×水域湿地面积+0.11×耕地面积+0.04×建设用地面积+0.01×未利用地面积)/区域面积

当缺乏有效手段或因条件限制对生物多样性指数无法进行调查时，可用HQ直接等于BRI进行计算及评价。

优选的，所述矿山环境子系统包括以下步骤：

S5：大气环境指数AQI＝max{IAQI

大气环境指数AQI为各污染物项目因子的大全环境分指数IAQI中的最大值。

S6：地表水环境，水质评价按照单因子评价法，根据断面参评的指标中类别最高的一项来确定；

S7：地下水环境，以地下水质量检测资料为基础，按各单指标评价结果最差的类别确定；

S8：土壤环境

优选的，所述震动力确定模块包括力度检测器，S5：

S9：土地治理LGI＝实际恢复治理土地面积/应恢复治理土地面积×100％

实际恢复治理土地面积包括：挖损土地恢复、压占土地恢复、污染土地恢复、水毁土地恢复、地质灾害破坏土地恢复，应恢复治理土地面积包括挖损土地、压占土地、污染土地、水毁土地、地质灾害破坏土地；

S10：水体治理WGI＝(水体治理总面积/水体破坏总面积)×(治理后水质等级评分/治理前水质等级评分)

治理后水质等级评分及治理前水质等级评分均为：

矿山水质等级评分＝∑(单个水体面积×单个水体水质评分)/∑(单个水体面积)；

S11：空区修复GRI＝采空区修复面积/采空区原有面积×100％；

S12：固废处理WUR＝处理利用的固体废弃物量/产生的固体废弃物量×100％

矿山生产产生的固体废弃物包括：矿山生产过程中产生的废土和废石，以及选矿后产生的尾矿，处理利用方式包括稳定化处理、复绿复原、综合利用、再次回收。

优选的，所述矿山生态子系统、矿山环境子系统、人为改造子系统，对其各指标进行赋分，并计算隶属度。

优选的，所述各分指标进行赋分与矿山生态生态修复效果或矿山区块生态修复效果分级对应，矿山生态生态修复效果或矿山区块生态修复效果从优到劣划分为五级级：优、良、一般、较差、极差。

优选的，所述各指标进行赋分取为0～1之间，赋分根据各指标评语，进行离散赋分，评分采用正向评分，指标分级表征的矿山生态修复效果越好，评分越高。

优选的，所述隶属度分为五级，隶属度函数如下：

对应于矿山或区块的生态修复效果为优，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为良，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为一般，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为差，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为极差，指标分级的隶属度函数：

对于五级隶属度函数，隶属函数临界值为：S1＝0.9、S2＝0.7、S3＝0.5、S4＝0.3、S5＝0.1。

优选的，所述隶属度函数进行计算，得到矿山生态修复效果评价的隶属度矩阵R。

隶属度矩阵R中，rij为第i项指标的第j等级的隶属度，m为指标数，

指标数≤12，n为隶属等级数5。

优选的，所述矿山生态子系统、矿山环境子系统、人为改造子系统各项指标，根据矿山范围内各区块的调查统计结果，得到各区块各指标的统计表如下：

矿山各区块指标统计表

根据表统计结果，得到指标i的均值

均值：

标准差：

变异系数vi:

改进变异系数vi*

v'

得到各指标的改进变异系数向量(v1*，v2*，…，vi*，…，vm*)。

进而得到判断矩阵：

求解m阶判断矩阵A的特征值λ

将指标权重向量W与隶属度矩阵R进行点乘，得到矿山区块生态修复效果综合评价综合隶属度向量G。

G＝W·R

则矿山区块生态修复效果综合评价综合隶属度向量G＝(g1，g2，…，gn)。则矿山区块生态修复效果综合评价可由最大综合隶属度确定：

则g

本发明的有益效果如下：

针对矿山生态修复评价，形成一种分析过程科学，指标设置合理、覆盖全面，指标调查获取方便，可操作性强的矿山生态修复评价方法。此种方法不仅能够对矿山整体的生态修复效果进行科学评价，且能够评价矿山局部区块的生态修复效果，还能够在某些指标获取不便或缺失的情况下仍能对矿山生态修复效果进行评价。该评价方法不仅能够对矿山及生态修复综合效果进行评价，还能对各指标的状态与效果做出评价判断。在此种方法下，矿山及其区块的生态修复综合效果的改进提高必须依靠对状态或效果不佳的单项指标进行提升改进来实现，从而对矿山生态修复后续改进工作更具有针对性与指导性。同时，区块化的生态修复效果评价，也有助于矿山在较小的区域范围内补齐生态修复短板，从而实现生态修复的高效经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

一种矿山生态修复评价方法包括：

将矿山生态修复的评价系统为一整体系统，其又可分为三个子系统：矿山生态子系统、矿山环境子系统以及人为改造子系统。矿山生态子系统包括土地损毁、水域面积、植被覆盖及生物丰度四项评价指标；矿山环境子系统包括大气环境、地表水环境、地下水环境及土壤环境四项评价指标；人为改造子系统包括土地治理、水体治理、空区修复及固废处理四项评价指标。其中人为改造子系统中的空区修复指标为地下矿山特有指标。各具体指标为能够表征矿山生态情况或矿山环境情况的指标，优先选取可直接量化表征的指标。

表1矿山生态修复评价系统

其评价步骤如下：

第一步：明确评价对象、评价范围、评价要素、评价指标及评价方法。

明确生态修复评价的矿山对象。

评价范围包括矿山生活区、生产区、矿区界线范围和矿区界线外一定范围的受影响区域作为评价范围。

以生态系统、环境质量及人为改造子系统作为评价要素。

评价指标涵盖生态系统、环境质量及人为改造三个要素。其中生态系统指标包括土地损毁S1、水域面积S2、植被覆盖S3及生物丰度S4；环境质量指标包括大气环境S5、地表水环境S6、地下水环境S7及土壤环境S8；人为改造指标包括土地治理S9、水体治理S10、空区修复S11及固废处理S12。

全面科学反映或表征相关指标情况的评价方法：

第一步：明确评价对象、评价范围、评价要素、评价指标及评价方法。

(1)土地损毁S1以生态修复后剩余未修复治理的土地损毁面积占矿山总面积的比例作为评价指标。土地损毁分为挖损土地、压占土地、污染土地、水毁土地及地质灾害破坏土地等；矿山地质灾害分为滑坡、崩塌、泥石流、岩溶崩塌、采空塌陷、地裂缝及地面沉降；

(2)水域面积S2以生态修复后矿山矿区范围内现存的水体面积与原矿山矿区范围内原始的水体面积之比值作为评价指标。水体类型包括自然与人工的水体，不包括临时性的河沟与水窝。自然水体包括河流、湖泊、堰塘、沼泽等；人工水体包括沟渠、水库、堰塘、人工湖等；

(3)植被覆盖C3以植被覆盖度，即矿山各类植被面积占矿山总面积的比例作为评价指标；

(4)生物丰度S4以矿区单位面积上不同生物物种的数量及生物栖息地质量来表示，具体以生物丰度指数BRI表示，其为生物多样性指数BI及生境质量指数HQ的算数平均值；

(5)大气环境S5以空气质量指数AQI作为评价指标。

(6)地表水环境S6以河流水系或湖泊等地表水体的按照断面、河流或湖泊的水质进行评价。

(7)地下水环境S7以地下水水质指标检测作为基础进行评价，按各单项指标的最差类进行确定。

(8)土壤环境S8以土壤环境污染的指数作为评价指标。

(9)土地治理S9以损毁破坏土地的恢复治理率，即矿山实际恢复与治理的面积占矿山应恢复与治理的总面积比例作为评价指标。应恢复治理面积统计应综合考虑矿山生产生活损毁破坏土地面积与地质灾害等自然损毁破坏土地面积，具体类型与土地损毁S1指标一致。恢复与治理的类型有露天采空区恢复、井下空区回填、材料场废石场排土场恢复、尾矿场恢复、塌陷区治理、污染区域恢复治理、办公区生活区及公用设施区域恢复等。

(10)水体治理S10综合考虑水体治理率和治理质量两方面。水体治理率以水体治理面积与水体破坏面积之比表征，水体破坏包括占用、污染等类型，水体治理包括恢复、修复治理等类型。水体治理质量由治理后水质等级评分与治理前水质等级评分之比表征。

(11)空区修复S11为采空区修复，为地下矿山生态修复特有指标，由井下空区修复面积与空区面积之比。空区修复包括空区回填、充填等类型。

(12)固废处理S12以固体废弃物处理利用率作为评价指标，固体废弃物处理利用率为矿山处理和综合利用的固体废弃物占矿山生产产生的固体废弃物量的比例。处理利用方式包括稳定化处理、复绿复原、综合利用、再次回收等。

第二步：根据矿山矿区范围内山岭、河流水系、沟壑等自然分界线及土坝、沟渠等人工分界线对矿山矿区进行区块划分，当划分的单个区块面积小于0.25km

第三步：对相关指标根据相关标准进行布点监测、遥感以及现场调查统计收集数据。

对于土地损毁、水域面积、土地治理、水体治理、空区修复、固废处理等评价指标相关数据根据现场调查收集结果进行获取。

对于植被覆盖度、生物丰度等参考相关规范，以遥感解译获取相关指标数据。对于大气环境、地表水环境、地下水环境、土壤环境参考相关监测规范，进行布点监测以获取相关数据。大气环境评价指标数据通过环境空气质量监测获取；地表水环境评价指标数据通过地表水和污水监测获取；地下水评价指标数据通过地下水环境监测获取；土壤环境评价指标数据通过土壤环境监测获取。

第四步：对各指标进行统计、计算及分级。

对调查、遥感解译及监测获取数据进行整理作为基础数据资料，根据基础数据资料对各分项指标进行统计、计算并分级。优先根据各指标相关规范进行统计、计算并分级，当无相关规范时，依照逻辑严谨、过程科学、分析结果可靠、方法适用广泛且可操作性强的原则执行统计、计算或分级方法。

(1)土地损毁指标LDI的评语及分级如下：

LDI＝损毁土地占地面积/矿山总占地面积×100％

损坏土地统计按照挖损土地、压占土地、污染土地、水毁土地、地质灾害破坏土地(简称“地灾破坏土地”)及其他损坏类型土地进行统计。

表2土地损毁面积统计表

其中矿山地质灾害类型按诱发因素可分为滑坡、崩塌、泥石流、岩溶崩塌、采空塌陷、地裂缝及地面沉降；

表3地质灾害破坏面积统计表

土地损毁指标LDI分级标准见表4。

表4LDI指标分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(2)水域面积指标WAR的评语及分级如下：

WAR＝生态修复后的水体面积/生态修复前的水体面积×100％

水体面积包括各种类型自然与人工的水体面积，自然水体包括河流、湖泊、堰塘、沼泽等；人工水体包括沟渠、水库、堰塘、人工湖等。水体不包括临时性的河沟与水窝。

表5水体面积统计表

水域面积指标WAR分级标准见表6。

表6水域面积指标WAR分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(3)植被覆盖度FVC的评语及分级如下：

NDVI

植被覆盖度FVC分级标准见表7。

表7植被覆盖度FVC分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(4)生物丰度指数BRI的评语及分级如下：

BRI＝(BI+HQ)/2

BI为生物多样性指数，BI的计算如下：

BI＝R'

R'

HQ为生境质量指数，HQ的计算如下：

HQ＝511.25×(0.35×林地面积+0.21×草地面积+0.28×水域湿地面积+0.11×耕地面积+0.04×建设用地面积+0.01×未利用地面积)/区域面积

当缺乏有效手段或因条件限制对生物多样性指数无法进行调查时，可用HQ直接等于BRI进行计算及评价。

生物丰度指数BRI分级标准见表8。

表8生物丰度指数BRI分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(5)空气质量指数AQI的评语及分级如下：

AQI＝max{IAQI

空气质量指数AQI为各污染物项目因子的空气质量分指数IAQI中的最大值。

空气质量指数AQI分级标准见表9。

表9空气质量指数AQI分级及评语

(6)地表水质量通过地表水环境质量评价办法进行分级评价，水质评价按照单因子评价法，根据断面参评的指标中类别最高的一项来确定。地表水质量分级及评语见表10。

表10地表水体水质分级及评语

(7)地下水质量监测通过地下水环境监测技术，以地下水质量检测资料为基础，按各单指标评价结果最差的类别确定。

地下水质量评语及分级见表11。

表11地下水体水质分级及评语

(8)矿山土壤环境综合质量以矿山土壤环境污染的内梅罗指数P

表12内梅罗指数P

注：区间上位数包含本位数，区间下位数不包含本位数。

(9)土地治理指标以土地治理率LGI作为评价指标，其评语及分级如下：

LGI＝实际恢复治理土地面积/应恢复治理土地面积×100％

实际恢复治理土地面积及应恢复治理土地面积统计应综合考虑挖损土地、压占土地、污染土地、水毁土地、地质灾害破坏土地(简称“地灾破坏土地”)及其他损坏类型土地进行统计。实际恢复治理土地面积分项值及总计值不应大于对应的应恢复治理土地面积。恢复与治理的类型有采空区修复、材料场废石场排土场恢复、尾矿场恢复、塌陷区治理、污染区域恢复治理、办公区生活区及公用设施区域恢复等。

表13矿区恢复与治理土地面积统计表

土地治理率LGI分级标准见表14：

表14 LGI指标分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(10)水体治理以水体治理指标WGI作为评价指标，其评语及分级如下：

WGI＝(水体治理总面积/水体破坏总面积)×(治理后水质等级评分/治理前水质等级评分)

水体破坏包括占用、污染等类型，水体治理包括恢复、修复治理等类型。

表15水体治理面积统计表

矿山治理后水质等级评分及治理前水质等级评分均为矿山范围内水体综合评分，该部分评分只针对破坏及治理水体而言，非破坏或治理水体不在考虑范围内。

矿山水质等级评分＝∑(单个水体面积×单个水体水质评分)/∑(单个水体面积)

水体水质评分以水体水质等级为依据，水体水质分级及评分见表16。

表16水体水质分级及评分

水体治理指标WGI分级标准见表17：

表17 WGI指标分级及评语

注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

(11)空区修复为地下矿山生态修复特有指标，由空区修复指标GRI作为评价指标，其评语及分级如下：

GRI＝采空区修复面积/采空区原有面积×100％

空区修复方式包括空区回填、充填等类型，空区空场及崩落不属于空区修复方式。

表18 GRI指标分级及评语

(12)矿山固废处理以矿山生产过程中产生的固体废弃物的处理利用率WUR作为评价指标。

WUR＝处理利用的固体废弃物量/产生的固体废弃物量×100％

矿山生产产生的固体废弃物主要有矿山生产过程中产生的剥离物(废土)和废石，以及选矿后产生的尾矿。处理利用方式包括稳定化处理、复绿复原、综合利用、再次回收等。

表19矿区固废产生及处理利用统计表

固体废弃物的处理利用率WUR分级标准见表20：

表20 WUR指标分级及评语

注:注：区间上位数不包含本位数，区间下位数包含本位数。

第五步：对各指标进行赋分，并计算隶属度。

对各分指标的赋分尽量与最终的矿山或区块的生态修复效果分级对应。

矿山或区块的生态修复效果MERE其评语集可分多个等级，一般可将矿山或区块的生态修复效果从优到劣划分为五级：优、良、一般、较差、极差。

表21矿山或区块的生态修复效果分级及评语

矿山生态修复效果指标层各指标赋分取为0～1之间，赋分根据各指标评语，进行离散赋分。评分采用正向评分，即指标分级表征的矿山生态修复效果越好，评分越高。

表22指标评价分级及赋分

注：带*指标为地下矿山特有指标。

为对矿山生态修复效果进行科学评价，考虑到指标赋分值的多重属性含义，采用隶属度对指标赋分值的多重属性进行表征计算。与矿山或区块的生态修复效果等级数对应，隶属度函数可分为五级。由于各指标赋分范围均为0～1，且各指标的赋分越大，均代表矿山或区块的生态修复效果越好，因此各指标分级的隶属度函数可统一。

对应于矿山或区块的生态修复效果为优，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为良，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为一般，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为差，指标分级的隶属度函数：

对应于矿山或区块的生态修复效果为极差，指标分级的隶属度函数：

对于5级隶属度函数，隶属函数临界值为：

表23隶属度临界值

根据待评价矿山各区块的生态修复效果的各指标的分级评价结果进行赋分，再由隶属函数对各指标赋分值的隶属度进行计算，得到矿山生态修复效果评价的隶属度矩阵R。

隶属度矩阵R中，r

第六步：指标权重确定。

根据矿山范围内各区块的各指标调查统计结果，得到各区块各指标的统计表。

表24矿山各区块指标统计表

根据表中的统计结果，得到指标i的均值

均值：

标准差：

变异系数v

改进变异系数v

v'

得到各指标的改进变异系数向量(v

进而得到判断矩阵：

求解m阶判断矩阵A的特征值λ

第七步：矿山生态修复效果评价。

将指标权重向量W与隶属度矩阵R进行点乘，得到矿山区块生态修复效果综合评价综合隶属度向量G。

G＝W·R

则矿山区块生态修复效果综合评价综合隶属度向量G＝(g

则矿山区块生态修复效果综合评价可由最大综合隶属度确定：

则g

矿山整体生态修复综合效果评价，其评价原则见表25。

表25矿山整体生态修复综合评价原则

注：表中的以上，含有本级评价；以下，不含本级评价。

根据矿山各区块的生态修复效果评价结果，参考表25中的评价原则，对矿山整体生态修复效果进行综合评价。

当权重向量与隶属度矩阵为矿山生态子系统、矿山环境子系统、人为改造子系统等子系统层次内时，可参考矿山区块生态修复效果综合评价方法及矿山整体生态修复综合评价原则对区块与矿山整体的生态修复子系统进行评价。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。