潘峰，雷声
兰州大学环境质量评价研究中心，兰州（730000）
E-mai: panfeng@lzu.edu.cn
摘要：高寒湿地环境非常敏感，在这样的环境下进行煤炭开发必须慎重。本文综合运用层次分析法的基本决策理论，建立了高寒湿地环境下煤炭开发方案选择的分析模型。结合某实际工程的具体环境，对高寒湿地环境下煤炭开发方案进行了综合评价，从而得出比较客观、科学的评价结论。
关键词：高寒湿地；煤炭开发；方案选择；层次分析法
中图分类号：X820
1. 引言
高寒湿地是指海拔在3000m以上的高寒区湿地，这样的区域通常生物多样性丰富，生态作用明显，同时又极其脆弱。在这样的环境下开采煤炭必须极其慎重。
煤矿资源的开采方式分为两种：井工开采和露天开采。露天开采是指从敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程。又称露天采矿。井工开采是指以小创面形式深入地下采出有用矿物的过程，又叫地下开采，一般适用于埋藏比较深的矿物开采。露天开采与井工开采相比，优点是资源利用充分，建矿快，产量大，劳动生产率高，成本低，劳动条件好，生产安全。缺点是需要剥离岩土，排弃大量的岩石，往往破坏土地较多。[1]所以煤炭开采方式的不同对环境的影响会有很大差异。
由于高寒湿地煤炭开采对环境的影响层级较多，同时这些影响大多都不能准确量化分析，存在大量不确定因素，本文以某企业拟在青海省东北部大通河旁某矿区新建设的煤矿为例，结合当地环境的实际情况，采用属性逐层分解法，建立高寒湿地环境下煤炭开采方式的评价指标体系，再利用层次分析法计算各指标权重，最后加权比较两种开采对环境的影响。
2. 研究区域环境概况
某矿区位于青海省东北部天峻县。矿区距省会西宁约300km，属某煤田中的沉陷中心和富煤带。该矿区煤炭资源丰富，品质高，其焦煤属于高端产品，市场供不应求。同时该区域为少数民族地区，地理位置偏僻，社会经济发展比较落后，有开采资源发展经济的必要性。
该矿区位于祁连山脉的中南部地区的江仓盆地，海拔高度3740～3850m，广泛发育高山冻土，属高寒半湿润气候，风多且频繁。江仓河为大通河的一级支流。江仓河的最大支流为克克赛河，向东北在矿区东侧与江仓河呈锐角相汇。区内除河水外，分布有大小不等的湿地。区域为大通河水源涵养地。区内分布有多年冻土区地下水和非多年冻土区地下水。
区域内广泛发育泥炭沼泽土和高山草甸土。主要植被类型为高寒沼泽化草甸草场和高寒草甸草场，常见的植物约30余种，植物群落生产力为中等水平。
在这样的区域，冻土环境，高寒沼泽草甸及其生态功能和水源涵养功能是最重要和最敏感的环境保护目标。
3. 煤炭开发方案环境影响分析
在这样的条件下进行露天和井工煤炭开采产生的不同环境影响有：
（1）生态环境：露天开采会影响采区及周围20m范围内的地表植被，影响的类型主要
为沼泽草甸，其次为高寒草甸。露天开采直接破坏开采区域地表植被，使植被面积减少，群
落盖度和物种多样性下降为零，自然景观破碎化，甚至可能导致区域沼泽草甸向高寒草甸演
变，同时，导致采场边坡失稳，形成新的裸露地面，增加水土流失。
井工开采所产生的地表塌陷、矸石压占等因素也会破坏地表植被及土壤，改变地貌景观。
但是影响远小于露天开采。井工开采还可能导致井巷及周围冻土退化，引起沼泽湿地退化，
同时，矸石堆放将产生大量煤尘，影响周围植被生长发育。沼泽湿地的破坏和占用会影响局
部的水源涵养功能。
露天和井工开采均会影响冻土环境，导致冻土上限下降及冻土退化、热融沉陷、热融滑
塌、冰锥与冻胀丘、植被破坏、可利用草地面积减少、生物多样性减少、荒漠化趋势增强等
生态环境问题，但该项目井工开采方案离地表20米，对冻土的影响较小。
井工开采会导致地表大面积塌陷、地下水系统破坏、地表建筑破坏、湿地结构破裂、改
变河流坡降。
（2）水环境：开采的生产废水主要为矿坑涌水，露天开采所产生的矿坑涌水大约为井
工开采的3倍，生活污水为井工开采的2倍。经处理后，对地表水环境的影响较小。同时，
露天开采由于破坏冻结层上水补给，对地下水的影响也将远大于井工开采。
（3）社会环境及环境风险：项目所带来的经济效益较大，但井工开采的成本比露天开
采高一半左右。无论何种方式，均有可能带来矿坑（井）涌水事故排放、爆破、油库可能引
起的火灾以及煤尘爆炸，同时，井工开采可能带来瓦斯爆炸的环境风险。
（4）其他环境影响：该项目的固体废物，环境空气，声环境影响均较小，露天开采和
井工开采并无太大差别。
经上述分析，本文根据专家意见对该项目露天开采和井工所产生的环境影响进行了比较
和重要性分级，详见表1。为计算方便，用均值法对数据进行了规范处理，详见表2。
表1 高寒湿地煤炭开发方案环境影响差异表
环境影响露天开采井工开采
地表植被破坏 3 1 生态环境
景观破碎 2 1
冻土退化 3 2
地表塌陷0 3 水环境
地表水环境 2 1
地下水环境 2 1 社会环境和环境风险
经济成本 1 2
瓦斯爆炸0 2 注：该表省略了露天开采和井工开采相同或相近的环境影响，同时只是选取了直接环境影响。表中均为负
面影响，值越大，影响越大，最高分为3。
表2 高寒湿地煤炭开发方案环境影响差异规范数据表
环境影响露天开采井工开采
地表植被破坏0.75 0.25 生态环境
景观破碎0.67 0.33
冻土退化0.60 0.40
地表塌陷0 1 水环境
地表水环境0.67 0.33
地下水环境0.67 0.33
经济成本0.33 0.67 社会环境和环境风险
瓦斯爆炸0.00 1.00
4. 权重分析评价
层次分析法是美国运筹学家T.L.Saaty 于20 世纪 70 年代提出的 ，是一种定性与定量
相结合的多目标决策分析方法。该法于1982年引入我国，现已成为决策评价工具中最为普及的一种有效方法。其基本思想是:把系统分解成组成元素，并按照各元素之间的相互关系、隶属关系 ，分成不同的层次组合，从而构成一个多层次的系统分析结构模型根据模型以及系统元素之间的关系可计算出各个元素相对于最高层的重要性权值 ，根据综合权值按最大权重原则确定最优方案。[2]
运用层次分析法建模，大体上可按下面四个步骤进行：（1）建立递阶层次结构模型；（2）
构造出各层次中的所有判断矩阵；（3）层次单排序及一致性检验；（4）层次总排序及一致性检验。[3]
4.1递阶层次结构模型
根据上一节所分析的开采方案对环境的影响差异，建立高寒湿地煤炭开采方案递阶层次
结构模型，见图1。
图1高寒湿地煤炭开采方案递阶层次结构
4.2构造判断矩阵
判断矩阵表示对于上一层次的某个元素 ，本层次有关元素的相对重要性。由于层次结
构模型确定了上下层元素之间的隶属关系 ，这样就可以针对上一层的准则构成不同层次的
两两判断矩阵。矩阵n n ij a A ×=)(满足0>ij a ，（ii ）ij ji a a 1=（n j i ,,2,1,"=），ij a 由表3确定，根据图1所构造的判断矩阵见表4～7。
表3 判断矩阵标度及其含义
标度
含 义 1
3
5
7
9
2，4，6，8 表示两个因素相比，具有相同重要性 表示两个因素相比，前者比后者稍重要 表示两个因素相比，前者比后者明显重要 表示两个因素相比，前者比后者强烈重要 表示两个因素相比，前者比后者极端重要 表示上述相邻判断的中间值
倒数 若因素i 与因素j 的重要性之比为ij a ，那么因素j 与因素i 重要性之比为
ij ji a a 1=。
表4 (A-B)判断矩阵 B2 1/3 1 5 B3 1/9 1/5 1
表5 (B1-C)判断矩阵
C2 1/3 1 1 5 C3 1/3 1 1 5 C4 1/9 1/5 1/5 1
表6 (B2-C)判断矩阵 B2 C5 C6 C5 1 3 C6 1/3 1
表7 (B2-C)判断矩阵 B2 C7 C8 C7 1 1/3 C8 3 1
4.3层次单排序及一致性检验
层次单排序是根据判断矩阵计算对于上一层次某元素而言，本层次与之有关的元素重要
次序的权值，是本层次中所有元素对上一层次而言进行重要性排序的基础，是指计算判断矩阵的最大特征根和相应的特征向量。本文采用方根法计算判断矩阵最大特征值及特征向量，由此确定相对权重。具体步骤为（公式略，下同）：
(1)计算判断矩阵每一行元素的乘积M i ；
(2)计算M 的 n 次方根ωi
(3)对向量[1,2,W W W =…Wn ]T 归一化，得到W i ，得到特征向量 W = (W 1，
W 2， …， W n)T ，即为所求特征向量的近似值，也是各因素的相对权重。
(4)计算判断矩阵的最大特征根λmax
(5)进行一致性检验，同时计算判断矩阵偏离的一致性指标 CI 。
最后计算一致性比例CR ，当 CR < 0.1 时，认为层次排序结果具有较满意的一致性，
并接受分析结果;否则，应对判断矩阵作适当修正。经检验 ，所构造的4 个判断矩阵均具有满意的一致性 ，说明权数分配是合理的。计算结果见表 8
表 8 判断矩阵特征值
4.4层次总排序及一致性检验
在目标 A 下 ，C1 ～C8的组合权重如表 9 所示进行目标总排序一致性检验: CI 总
=0.006716 RI 总= 0.60444 CR= CI 总/ RI 总=0.1111＜0.1，层次总排序满足一致性要求
表 9 A-C 的组合权重
B1 B2 B3 A
0.6716 0.2654 0.0629
组合权重W j C2 0.2054 0.1379 C3 0.2054 0.1379 C4 0.0467 0.0314 C5 0.7500 0.1991 C6 0.2500 0.06 C7 0.2500 0.0157 C8 0.7500 0.0472 5. 计算开采方案影响值
用上节所确定的各环境影响要素权重乘以表二中确定的开采方案环境影响差异规范数
值，可得露天开采和井工开采对环境各要素及整体的差异，详见表10。
由表10可知，露天开采对生态环境的影响权重是井工开采的1.57倍，对水环境的影响
权重是井工开采的1.67倍，而井工开采对社会环境和环境风险的影响权重是露天开采的1.5倍，由此可见露天开采对生态、水环境的负影响比较大，而井工开采在社会环境和环境风险方面更不利。
在对高寒湿地环境的整体权重比较中，露天开采是井工开采的1.51倍，其负面环境影
响更明显。
判断矩阵 权向量W
最大特征值λmax CI RI CR A-B 0.2654
0.0629 3.03 0.015 0.58 0.03 B1-C 0.5424
0.2054
0.2054
0.0467
4.03 0.01 0.90 0.01 B2-C 0.7500
0.2500
2 0 0 0 B3-C 0.2500
0.7500 2 0 0 0
表10高寒湿地煤炭开发方案环境比选加权影响
环境影响露天开采井工开采
地表植被破坏0.27 0.09
景观破碎0.03 0.05 生态环境
冻土退化0.05 0.06
地表塌陷0.01 0.03 小计0.36 0.23
地表水环境0.13 0.07 水环境
地下水环境0.02 0.02 小计0.15 0.09
经济成本0.01 0.01 社会环境和环境风险
瓦斯爆炸0.03 0.05 小计0.04 0.06
合计0.56 0.37 6. 结语
高寒湿地环境的生态作用很大，同时又极其脆弱，这样的环境下进行煤炭开发可能带来
严重的生态环境破坏。本文综合运用层次分析法的基本决策理论，建立了高寒湿地环境下煤
炭开发方案选择的层次分析模型，结合实际工程的具体环境，建立了开发方案分析的权重
分析评价模型，最后根据权重计算比较两种方案对环境的影响，这种半定量的方法能在项目
实际运作的前期，快速、准确地通过复杂、模糊的层次选择正确的方案，为下一步的评价工
作奠定良好的基础。
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- 7 -参考文献
[1] M.J.查德威克.煤炭开采和利用对环境的影响[M].北京:地震出版社,1991.
[2] 编写组.运筹学[M].北京:清华大学出版社,2000.
[3] 郭亚军.综合评价理论与方法 [M].北京:科学出版社,2002.
Development Programme Selection In The Alpine Wetland
Environment
Pan Feng, Lei Sheng
Environmental Quality Assessment and Research Center, Lanzhou University, Lanzhou (730000)
Abstract
In alpine wetland environment ，the development of coal must be cautious ， for its susceptivity. In this paper, the integrated use of the basic theory of the Analytic Hierarchy Process(AHP) , make a coal development options analysis model. Combine specific environment of one project, comprehensively assess the development programmes in alpine wetland environment ,and got a more objective and scientific evaluation findings.
Keywords: Alpine wetland; Coal development; Programme selection; AHP
作者简介：潘峰，男，1968年7月，兰州大学大气科学学院副教授，兰州大学环境质量评价研究中心副主任。
