陳　勇,甘　勇,苗作華,黃冉冉,曾向陽(yáng),劉艷中

(1. 武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢，430081；2. 武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081)

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基于云模型的地下鐵礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)

陳勇1,2,甘勇1,苗作華1,2,黃冉冉1,曾向陽(yáng)1,劉艷中1

(1. 武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢，430081；2. 武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081)

針對(duì)鐵礦開采帶來的生態(tài)環(huán)境問題，從固有危險(xiǎn)性、現(xiàn)狀水平和控制狀況三個(gè)方面建立地下鐵礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系能從宏觀上反映礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要矛盾，利于礦區(qū)間進(jìn)行比較。針對(duì)評(píng)價(jià)過程中的模糊性和隨機(jī)性，構(gòu)建了基于云模型的模糊綜合評(píng)價(jià)方法，利用云模型改進(jìn)模糊評(píng)價(jià)的評(píng)語(yǔ)集和隸屬度函數(shù)，有效體現(xiàn)了評(píng)價(jià)過程中模糊性和隨機(jī)性的統(tǒng)一，同時(shí)引入模糊熵概念進(jìn)一步表征風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的模糊性和所評(píng)礦區(qū)生態(tài)問題的復(fù)雜度。程潮鐵礦實(shí)證表明，評(píng)價(jià)結(jié)果能較好地反映礦區(qū)實(shí)際情況。本文所提出的方法為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)提供了一種新的分析框架。

地下鐵礦；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；云模型；正態(tài)云；模糊評(píng)價(jià)；信息熵

礦區(qū)屬于典型的人類擾動(dòng)型生態(tài)脆弱區(qū)域，礦區(qū)的環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和脆弱性、生態(tài)文明和生態(tài)安全等問題一直是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)經(jīng)歷了從專項(xiàng)評(píng)價(jià)到綜合評(píng)價(jià)的發(fā)展過程[1-4]，人們從礦區(qū)景觀[5-6]、土地破壞程度[7]、生態(tài)梯度[8]、生態(tài)承載力[9]等不同的研究視角出發(fā)對(duì)礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行認(rèn)知，產(chǎn)生了豐富的評(píng)價(jià)手段和方法。然而，目前礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)仍面臨一些問題，主要表現(xiàn)在：①綜合評(píng)價(jià)與專項(xiàng)評(píng)價(jià)的關(guān)系問題。礦床開采過程中風(fēng)險(xiǎn)源多，且存在一損多源和一源多損、隱蔽性和滯后性、交互作用和互饋效應(yīng)等特征，在單一風(fēng)險(xiǎn)源的專項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚不成熟的條件下，將多風(fēng)險(xiǎn)源的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果收斂于礦區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)還存在很多理論和技術(shù)上的難題，礦區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)難免陷入單一風(fēng)險(xiǎn)源專項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果的簡(jiǎn)單“堆砌”，或干脆仿照一般區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法而忽視礦區(qū)生產(chǎn)過程中風(fēng)險(xiǎn)源的特殊性。②評(píng)價(jià)過程中不確定性表征問題。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題形成機(jī)理復(fù)雜，導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中往往存在模糊性和隨機(jī)性，如評(píng)價(jià)等級(jí)歸屬的模糊性、專家評(píng)價(jià)過程的隨機(jī)性等。③評(píng)價(jià)結(jié)果的可比性問題。不同類型礦山資源稟賦、生產(chǎn)工藝、技術(shù)特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景不同，面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題存在較大差異，而現(xiàn)有研究中評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的選擇往往具有地方性和主觀性，致使評(píng)價(jià)結(jié)果可比性不足。

筆者認(rèn)為，礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控提供決策依據(jù)，從管理的層次性出發(fā)，礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也應(yīng)該具有層次性?？砂训V區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)劃分為“等”和“級(jí)”兩個(gè)層次體系：“風(fēng)險(xiǎn)等”的評(píng)價(jià)針對(duì)一定行政區(qū)域內(nèi)同類型礦區(qū)之間進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)比較，反映同類型礦區(qū)之間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的差異性，為政府管理決策提供依據(jù)；“風(fēng)險(xiǎn)級(jí)”的評(píng)價(jià)針對(duì)礦區(qū)內(nèi)部各地塊生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的差異性，反映礦區(qū)內(nèi)部生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性，其結(jié)果可為礦山企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)源管控和生態(tài)恢復(fù)治理提供依據(jù)。這里，把“風(fēng)險(xiǎn)等”的評(píng)價(jià)稱為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)，把“風(fēng)險(xiǎn)級(jí)”的評(píng)價(jià)稱為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間異質(zhì)性評(píng)價(jià)，本文主要以地下鐵礦山為例探討礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)“等-級(jí)”體系的建立有助于解決上述問題①和問題③。同時(shí)，為了解決問題②，本文嘗試一種基于云模型的礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，以解決評(píng)價(jià)過程中的模糊性和隨機(jī)性問題。

1　礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)需要反映同類型礦區(qū)之間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的差異性，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)能代表同類型礦區(qū)生產(chǎn)工藝、技術(shù)特點(diǎn)和生態(tài)環(huán)境問題的主要矛盾。

地下鐵礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題產(chǎn)生的源動(dòng)力是礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，包括采礦、排巖、選礦和尾礦處理4個(gè)主要生產(chǎn)程序。采礦過程中的開拓、采準(zhǔn)、切割、回采和通風(fēng)，排巖過程中的運(yùn)輸和廢石場(chǎng)堆放，選礦過程中的破碎、磨礦和分選，以及尾礦堆放和處理等各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，直接或間接作用于生態(tài)環(huán)境的各個(gè)構(gòu)成要素，且隨著生態(tài)環(huán)境構(gòu)成要素間復(fù)雜的相互聯(lián)系、相互影響和相互作用而遷移和擴(kuò)散，最終導(dǎo)致次生地質(zhì)災(zāi)害、水資源破壞、景觀和生態(tài)破壞、土壤占用和破壞等生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。在此過程中，礦山自然環(huán)境背景條件和人類管控起著影響、制約和控制作用，共同決定了鐵礦山生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)勢(shì)和走向。

目前礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)大體遵循“風(fēng)險(xiǎn)源-風(fēng)險(xiǎn)受體-暴露途徑-生態(tài)終點(diǎn)”的分析框架，這對(duì)于單一風(fēng)險(xiǎn)源的專項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)較為有效，而礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)涉及多風(fēng)險(xiǎn)源、多受體和多類型生態(tài)終點(diǎn)，且它們之間存在較強(qiáng)的交互作用，加上相關(guān)數(shù)據(jù)尚未納入政府或企業(yè)的專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏也導(dǎo)致研究者很難厘清礦區(qū)各風(fēng)險(xiǎn)源與生態(tài)終點(diǎn)之間的確切關(guān)系?；谝陨戏治觯疚膹墓逃形ｋU(xiǎn)性、現(xiàn)狀水平和控制狀況三個(gè)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來反映礦區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度大小，服務(wù)于政府決策管理，如表1所示。其中，固有危險(xiǎn)性指礦區(qū)自然環(huán)境背景條件中固有的危險(xiǎn)性和礦山開采工藝及技術(shù)特點(diǎn)所決定的固有危險(xiǎn)性大??；現(xiàn)狀水平反映礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、水資源破壞、景觀和生態(tài)破壞、土壤占用和破壞等生態(tài)終點(diǎn)現(xiàn)狀水平；控制狀況表示技術(shù)手段和制度政策對(duì)礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的控制情況。具體指標(biāo)選取時(shí)遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、主導(dǎo)性和可獲性等原則，并使指標(biāo)具有地下鐵礦山的普適性，能體現(xiàn)不同地下鐵礦山的差異。

表1　礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2　礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)方法

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響因素眾多，且各種影響因素在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境演變過程中所發(fā)揮的作用大小及其機(jī)理尚未完全被揭示，因此，把各種影響因素描述為確定狀態(tài)是不合適的，應(yīng)該考慮到其模糊性和隨機(jī)性，而定量數(shù)據(jù)的缺乏更加重了評(píng)價(jià)過程中的模糊性和隨機(jī)性。模糊綜合評(píng)價(jià)模型能較好地反映評(píng)價(jià)過程中的模糊性，但難以表現(xiàn)其隨機(jī)性，為此，本文建立了基于云模型改進(jìn)的礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型。

2.1模糊綜合評(píng)價(jià)模型

對(duì)于本文所涉及的三級(jí)指標(biāo)體系，可采用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，其一般表達(dá)式為：

v1v2…vj

(1)

式中：{u1,u2,…,ui}為評(píng)價(jià)因素集；{v1,v2,…,vj}為評(píng)語(yǔ)集；P為關(guān)系矩陣；pij為參評(píng)因素ui對(duì)評(píng)語(yǔ)vj的隸屬度；Y為模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；⊕(循環(huán)加)、?(循環(huán)乘)為模糊算子；ωi為參評(píng)因素i的權(quán)重。

隸屬度函數(shù)是模糊評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，能否構(gòu)造合理的隸屬度函數(shù)是進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)有方法多采用主觀取值或經(jīng)驗(yàn)公式給出隸屬度，而隸屬度函數(shù)一旦確定，模糊問題就又被精確數(shù)學(xué)問題所替代，無法表達(dá)隨機(jī)性。

2.2云模型改進(jìn)模糊綜合評(píng)價(jià)流程

云模型是在傳統(tǒng)模糊數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上建立的一種定性概念與其定量表達(dá)之間的不確定性轉(zhuǎn)換模型，是對(duì)經(jīng)典模糊數(shù)學(xué)的揚(yáng)棄[10]。云模型已大量用于時(shí)間序列預(yù)測(cè)、空間數(shù)據(jù)挖掘和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等領(lǐng)域，被證明具有應(yīng)用的普適性[11-12]。

云模型包括3個(gè)數(shù)字特征：期望Ex(expectedvalue)、熵En(entropy)和超熵He(hyperentropy)。其中，Ex指論域中最能夠代表某一概念的點(diǎn)，是這個(gè)概念量化的最典型樣本點(diǎn)；En用來度量定性概念的模糊度及其概率，反映定性概念的不確定性；He表示熵的不確定性，即熵的熵，反映數(shù)域中代表數(shù)值所有不確定度的凝聚度，超熵的大小表現(xiàn)為云的離散度及厚度。因此，云模型能綜合反映事物的模糊性和隨機(jī)性。

基于云模型改進(jìn)的礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)流程如下：

(1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

層次分析法(AHP)是一種集合系統(tǒng)化和層次化的綜合分析方法，可以方便快捷地對(duì)復(fù)雜模糊問題進(jìn)行分析和研究并給出決策，尤其對(duì)于那些完全定量化分析非常困難、需要定性/定量轉(zhuǎn)化的問題比較適用，因此，這里采用AHP方法來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重。

(2)設(shè)定評(píng)語(yǔ)集及其基準(zhǔn)云

本文將礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)和輕微風(fēng)險(xiǎn)等4個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分值分別設(shè)定為[0，2.5)、[2.5，5)、[5，7.5)和[7.5，10]，采用正態(tài)云模型分別描述4個(gè)等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，形成評(píng)價(jià)等級(jí)基準(zhǔn)云。

基準(zhǔn)云參數(shù)(Ex,En,He)的選擇按雙邊約束下的參數(shù)計(jì)算公式確定：

(2)

式中：Bmax、Bmin為某一定性概念的定量區(qū)間的上、下界限值；k為常數(shù)，根據(jù)變量本身的模糊閾度來調(diào)整確定，k=0時(shí)模型退化為隸屬函數(shù)，這里令k=0.1。

(3)生成評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度云模型

如表2所示制定評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分依據(jù)，并建立描述語(yǔ)言，例如對(duì)“采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)”指標(biāo)， “高風(fēng)險(xiǎn)”評(píng)語(yǔ)為：“存在采空區(qū)群，數(shù)量多且面積和體積大，地質(zhì)條件不良，礦柱已嚴(yán)重削弱，圍巖嚴(yán)重受損，部分采空區(qū)冒落，由于應(yīng)力集中隨時(shí)可能發(fā)生大規(guī)模塌陷事故，在影響范圍內(nèi)有重大設(shè)備和設(shè)施，會(huì)造成特大人身、設(shè)備和生態(tài)環(huán)境事故”；“中風(fēng)險(xiǎn)”評(píng)語(yǔ)為：“存在采空區(qū)群，數(shù)量較多，個(gè)別采空區(qū)面積和體積特大，地質(zhì)條件有缺陷，圍巖已有破壞且有進(jìn)一步破壞的可能，在影響范圍內(nèi)有重大生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施，會(huì)造成重大人身、設(shè)備和生態(tài)環(huán)境事故”；“低風(fēng)險(xiǎn)”評(píng)語(yǔ)為：“采空區(qū)面積和體積較大，地質(zhì)條件一般，礦柱布置不合理或支護(hù)不完備，圍巖有輕微破壞，影響范圍內(nèi)無重大生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施，但對(duì)生產(chǎn)作業(yè)采場(chǎng)有一定影響，不會(huì)造成重大人身、設(shè)備和生態(tài)環(huán)境事故”；“輕微風(fēng)險(xiǎn)”評(píng)語(yǔ)為：“有孤立的采空區(qū)，面積和體積不大，地質(zhì)狀況良好，圍巖完整無破壞，支護(hù)較穩(wěn)定，采空區(qū)影響范圍內(nèi)有其它生產(chǎn)設(shè)施，但影響輕微”。 邀請(qǐng)專家并告知打分規(guī)則：分值從0到10表示風(fēng)險(xiǎn)程度越來越低，并不約束各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的打分區(qū)間，使專家能根據(jù)自己的理解對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的4種描述語(yǔ)言分別進(jìn)行賦分。

將每位專家的賦分結(jié)果作為云滴，根據(jù)逆向云發(fā)生器原理，分別生成參評(píng)指標(biāo)的4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬度云(Ex, En, He)，聯(lián)合作為各參評(píng)指標(biāo)的隸屬度云模型。云參數(shù)計(jì)算方法為：

表2　指標(biāo)賦分依據(jù)

(3)

式中：n為參評(píng)專家人數(shù)；xj為第j個(gè)參評(píng)專家對(duì)描述語(yǔ)言所賦分值；S2為樣本方差。利用云的期望、熵和超熵這3個(gè)數(shù)字特征，可以表達(dá)評(píng)價(jià)指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬關(guān)系間的隨機(jī)性。評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度云模型建立時(shí)并不針對(duì)具體礦區(qū)，僅由評(píng)價(jià)專家對(duì)描述語(yǔ)言先期賦分得到，為具體礦區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)服務(wù)。隸屬度云模型建立時(shí)參評(píng)專家越多，模型精度越高。

(4)礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

由專家針對(duì)所評(píng)礦區(qū)的實(shí)際情況，參照上述打分規(guī)則對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分，將專家的賦分值帶入隸屬度云模型，可分別得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬于各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定度Ce。由于每位專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦分并不完全相同，故計(jì)算時(shí)Ce需要取均值。利用Ce對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的隸屬度云加權(quán)合成可得指標(biāo)的云模型。

利用APH法確定的指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)指標(biāo)云模型加權(quán)合成計(jì)算，得到礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)結(jié)果為一個(gè)云模型。云模型加權(quán)合成方法如下[13]：

(4)

(5)

式中：m為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量；ωi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)重；⊕為邏輯加，表示云的加權(quán)合成。本文構(gòu)建的都是正態(tài)云模型，可將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果云與基準(zhǔn)云的期望值進(jìn)行比較，以確定礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)。

(5)評(píng)價(jià)結(jié)果的模糊程度表征

由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)下等級(jí)分布不一致，因此單一的等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果很難反映礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的細(xì)節(jié)，這里引入模糊熵E的deLuca-Trimini定義來表征云模型評(píng)價(jià)結(jié)果的模糊度：

(6)

(7)

式中：N為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)量；k2為標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)；Cer為隸屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)r的確定度，當(dāng)Cer=0時(shí)，規(guī)定ln0=0。

模糊熵E與評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)歸屬的模糊度對(duì)應(yīng)關(guān)系定義為：[0，0.25)、[0.25，0.5)、[0.5，0.75)、[0.75，1]分別對(duì)應(yīng)“顯著”、“較顯著”、“較模糊”和“模糊”。

3　實(shí)例驗(yàn)證

3.1研究區(qū)概況

程潮鐵礦位于湖北省鄂州市，是中南地區(qū)資源最豐富、生產(chǎn)規(guī)模最大的地下開采鐵礦，也是武漢鋼鐵(集團(tuán))公司重要的鐵礦石生產(chǎn)基地，其主要采礦方法為無底柱分段崩落法。礦區(qū)地處低山丘陵，相對(duì)高差達(dá)數(shù)十至百余米。北部為花崗巖組成的構(gòu)造剝蝕低山丘陵，南部為砂頁(yè)巖組成的剝蝕低山，中部為大理巖、閃長(zhǎng)巖組成的山澗洼地。礦區(qū)內(nèi)地層出露較少，除燕山期巖漿巖外，還有三疊系和侏羅系下統(tǒng)分布于南部，其次為第四系零星分布于坡地和洼地。主要地質(zhì)構(gòu)造受淮陽(yáng)山字形構(gòu)造體系和新華夏構(gòu)造體系影響，斷層和節(jié)理裂隙極為發(fā)育。大理巖是礦區(qū)的主要含水體，位于花崗巖和閃長(zhǎng)巖巖墻之間、礦體之上、第四系之下，呈帶狀分布。區(qū)內(nèi)無大的地表水體，地下水由大氣降水滲入補(bǔ)給。礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱，多暴雨，年平均氣溫17.2 ℃，年平均降雨量1306mm。

3.2評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

邀請(qǐng)10位熟悉礦區(qū)情況的相關(guān)專家，根據(jù)程潮鐵礦地質(zhì)報(bào)告、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告和相關(guān)文獻(xiàn)中關(guān)于程潮鐵礦地質(zhì)災(zāi)害、水土資源污染的研究成果，結(jié)合實(shí)地調(diào)查按評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集及設(shè)定的打分規(guī)則給各指標(biāo)賦分，依照本文建立的基于云模型的模糊綜合評(píng)價(jià)方法，采用MATLAB7.0軟件進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，程潮鐵礦生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度處于“中風(fēng)險(xiǎn)”與“低風(fēng)險(xiǎn)”之間。由評(píng)價(jià)云期望值等于0.476可確定程潮鐵礦生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)為“中風(fēng)險(xiǎn)”。將專家對(duì)每一評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦分代入指標(biāo)隸屬度云模型，得到各指標(biāo)下隸屬于各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定度Ce，由式(6)和式(7)得到評(píng)價(jià)結(jié)果的模糊熵為0.481，即“較顯著”。

因此，程潮鐵礦生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的最終評(píng)價(jià)結(jié)果可表述為[中風(fēng)險(xiǎn)，較顯著]，表明程潮鐵礦土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在各指標(biāo)層面下的等級(jí)歸屬存在一定差異，即所確定的最終風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)仍存在一定程度的模糊性，也說明程潮鐵礦的生態(tài)環(huán)境問題具有一定的復(fù)雜性。

為進(jìn)一步考查評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，利用20位專家的賦分結(jié)果，采用梯形分布函數(shù)確定評(píng)語(yǔ)集中4個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度來進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為(0.158，0.385，0.354，0.103)，也為“中風(fēng)險(xiǎn)”，與云模型評(píng)價(jià)結(jié)果相同。

圖1　風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)云圖

4　結(jié)語(yǔ)

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題形成機(jī)理的復(fù)雜性和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺乏制約了礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的開展。將礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作劃分為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)和礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間異質(zhì)性評(píng)價(jià)兩個(gè)層次的“等-級(jí)”體系有利于厘清評(píng)價(jià)目的，并使評(píng)價(jià)結(jié)果具有可比性和應(yīng)用的普適性?；诠逃形ｋU(xiǎn)性、現(xiàn)狀水平和控制狀況三個(gè)方面建立礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，能從宏觀上反映礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要矛盾，利于礦區(qū)間進(jìn)行比較。

礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)過程中存在很大程度的模糊性和隨機(jī)性，云模型具有表達(dá)不確定性的天然優(yōu)勢(shì)，通過云模型改進(jìn)模糊綜合評(píng)價(jià)的評(píng)語(yǔ)集和隸屬度函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)過程中模糊性和隨機(jī)性的統(tǒng)一，完成不確定性語(yǔ)言與定量數(shù)值之間的合理轉(zhuǎn)換。同時(shí)，引入模糊熵來表征礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的模糊程度，能進(jìn)一步刻畫評(píng)

價(jià)結(jié)果的可靠性和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的復(fù)雜性程度。程潮鐵礦實(shí)證研究表明，經(jīng)過云模型改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型能較好地反映礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際狀況。

云模型的參數(shù)確定以及合成計(jì)算理論與方法目前仍處于不斷發(fā)展的過程中，云模型的引入可表達(dá)評(píng)價(jià)過程中的模糊性和隨機(jī)性，但是否會(huì)由此帶來更多的不確定性尚需進(jìn)一步研究。

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[責(zé)任編輯尚晶]

Fuzzycomprehensiveevaluationofecologicalrisksatundergroundironminebasedoncloudmodel

Chen Yong1,2, Gan Yong1, Miao Zuohua1,2, Huang Ranran1, Zeng Xiangyang1, Liu Yanzhong1

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China；2.HubeiKeyLaboratoryforEfficientUtilizationandAgglomerationofMetallurgicMineralResources,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China)

Aimingattheecologicalandenvironmentalproblemscausedbyironmineexploitation,thispaperformulatesacomprehensiveevaluationindexsystemfortheecologicalrisksofundergroundironmineconsideringthreefactors,i.e.,inherentrisk,presentstatusandcontrolsituation.Theindexsystemreflectstheprincipalecologicalriskintheminingareaandcanbeusedforcomparisonamongdifferentironmines.Acloudmodel-basedfuzzycomprehensiveevaluationapproachisproposedtosolvetheambiguityandrandomnessduringtheevaluationprocess.Modifiedbycloudmodel,thecommentsetsandmembershipfunctionseffectivelyembodytheunificationofambiguityandrandomness.Theambiguityofriskassessmentresultsandthecomplexityofecologicalproblemsinthetargetminearefurtherrepresentedbyintroducingtheconceptoffuzzyentropy.ApracticalexampleatChenchaoIronMineshowsthattheassessmentresultscanappropriatelyreflecttheactualsituationoftheMine.Theproposedmethodprovidesanewanalyticalframeworkforthecomprehensiveevaluationofecologicalriskintheminingareas.

undergroundironmine;ecologicalriskassessment;cloudmodel;normalcloud;fuzzyassessment;informationentropy

2016-03-16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41201600)；湖北省教育廳科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(D20131104).

陳勇(1968-)，男，武漢科技大學(xué)教授，博士.E-mail:yongchen1968@163.com

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1674-3644(2016)04-0289-06