贵阳特产有哪些土特产安徽理工大学学报(自然科学版). Joarnai of Anhui University of Science and Technolorp(Na—mi Science)Vol.91No.1
Jan.9221
第41卷第1期
2221年1月
高潜水位煤矿区综合风险空间评价体系构建刘兆敏1，，雷少冈']0>4，金丹5，付尉敏6，景日馨6，张家强6 (1.中国科学院南京地理与湖泊研究所，中国科学院流域地理学重点实验室，江苏南京210008;2.中国科学院大学资源与环境学院罗匕京20249；3.中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心，江苏徐州22112；4.山东省煤田地质局采煤塌陷地与采空区治理工程研究中心，山东济宁277122;2.中国矿业大学管理学院，江苏徐州22112；6.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221114)
摘要：为了寻适合于高潜水位煤矿区的综合风险评价方法，采用暴露响应模型，综合分析
高潜水位煤矿区风险来源与风险表征，构建了高潜水位煤矿区综合风险评价体系，以淮南煤矿
区为例开展空间异质性评价。研究结果表明，高潜水位煤矿区风险主要体现为环境污染风险、
水土流失风险、洪涝风险、土地破坏风险、生态系统服务功能损失风险以及社会经济风险。研
究区综合风险评价结果符合研究区的基本情况，验证了高潜水位煤矿区综合风险空间评价体大慈岩悬空寺
系在实际应用中的可靠性。基于风险评价结果，可以展开针对性的风险防范工作。煤矿区风
险评价可以为煤矿区的风险治理提供参考，对煤炭城市的可持续发展具有一定的借鉴意义和
应用价值。
关键词：体系构建；高潜水位煤矿区；综合风险评价；空间异质性
中图分类号：TD84文献标志码：A文章编号：272-1098(2221)21-0241-08
Constrnction of Comprehensive RisU Space Evaluation System for High Diviny
Level Coat Mininy Area
LIN Zhaomin12,LEI Shaopany02,JIN Dan5,FU Weimin6
JING Rixin6,ZHANG Jiapiany6
(1.Key Ladora—a of Wa—rsUe)Geovrayhic Sciences,Nanjiny Insti——of Geovmphy and1^—0010/,Chinese Academy of Sciences,Nanjiny Jianysu212008,China； 2.Colleye of Resoarces and Enviroument,University of Chinese Academy of Sciences, Beijiny100249,China； 3.Enyineeriny Research Cen—c of MWis—y of Educa—ou for Mine EcoWp—al Res—rat—u,China University of Mininy and TechnoWvy,Xuzhon Jianysu22112,China； 4.Coal Mininy SuUsidence and Go—Manayement Enyineeriny Research Cen—c Shandouy Bureau of Coal GeoWps,Jininy SUandouy277102,China； 5.School of Manayement,China University of Mininy and Technoloyy,Xuzhon Jianysu22112,China；6.School of Enviroument and Science and SpaPai(nformat—s,China University of Mininy and TechnoWyy,Xuzhon Jianysu22112,China)
重庆有什么好玩的地方旅游景点Abstract:In ornac to find a comprehensive CsU assessment method suitaPta Or high diviny level coat mininy areas,—a CsU soarcas and comprehensive characteezation were analyze)and a comprehensive CsU space evvluation system Or high diviny level coat mininy areas was built by usiny the exposure resuonso modeh Tadiny the Hnain-
收稿日期：2722-08-01
基金项目：江苏省自然资源科技项目(KJM2619932)
作者简介：刘兆敏(1798-)，女，江苏宿迁人，在读硕士，研究方向：土地利用、环境遥感
42安徽理工大学学报（自然科学版）第41卷
an coat mine area as an exampte V canp out spatiat Uetenaeceito evludtWu.The research results show that the Pshs of high diviny level coat mininy area are mdinty emOoPie)in the Pshs of environmectat pollution,soil erosion,flooP,tand damaye,ecosystem senico function tosss,and socioeconomy.The comprehecsivv Psh evvlua-tion results of Huainan coat mine area accorp with the Odsic situation of the stuUieC area,which vrifles the relid-biVty of the comprehensive Psh spatiat evvluatiou system for high diviny level coat mininy areas in practicat ap-pOations.Base)on the results of the Psh assessment,the tarpete)Psh prevention may Oe carPeC out.The Psh dssessment wilt provide a reference flu Psh manayement in coat mininy areas and have aPVn significance and application vvluo for the sustainapto do—opmect of coat cities-
Key words:system construction；high diviny levvt coat mine area；compphehsive Psh assessment,spatial heWpaeheitu
兰溪天气预报我国是“富煤贫油少气”的国家,2210年累计原煤产量达到38.44亿吨，占世界煤炭总产量的47.31%，居世界第一［］1。随着煤炭开采利用范围扩大，出现大面积地表沉陷，耕地损失，植被退化，改变地形、景观与生物多样性，污染物扩散，诱发疾病与死亡宀4。2210年全国原煤产量排名前十的省份，山东省、安徽省、河南省均处于高潜水位地区［］11，煤矿区内具有采后易积水、多煤层多次开采、沉陷深度大、开采时期长的特点，大量农田变为沼泽，还伴随诸多环境污染，制约了资源城市的可持续发展。
国内学者们对煤矿区风险评价主要围绕土地损毁［4-］0重金属污染^］5472等单一风险类型。此外，由于煤炭开采周期长、影响范围广泛、风险构成机制复杂⑼，还存在一些对单个系统风险的评价，如环境风险评价「训、生态风险评价［1］、地质风险评价［0］、社会经济风险评价⑴］2。近年来，国内外 研究者针对煤矿区风险评价的理论与方法开展了一系列研究，文献［5］提出了矿区生态风险的识别步骤与方法，文献［5］研究了环境敏感地区煤炭开采影响的预测方法，文献［16］构建了典型高潜水位煤矿区生态风险识别与评价方法，文献［5］探讨了一种用于煤炭工业环境评估的耦合方法（C-EIA），文献［5］分析了潜在环境污染参数在信息系统（IS）中的影响、度量和输入。总的来说，煤矿区风险评价方法与应用研究已取得了很大进展，但现有的风险评价针对不同地质特征、开采特点的煤矿区的专门性研究较少。此外，常见的单一风险类型或单个系统风险评价缺乏对风险的全方位思考，在风险等级的判定上仍有些片面。
合理的综合体系构建可以更全面的分析风险类型与程度李寸风险进行分级，制定不同的风险监控与预警措施，为煤矿区治理提供决策指导。本文基于现有理论和方法，通过风险源、风险受体和暴响应程析，研究高的
征，突破只针对单一风险类型或单个系统风险评价的研究惯性，探讨煤矿区综合风险评价指标体系与技术流程，借助大数据获取、RS、GIS等手段，以淮南煤矿区为例，讨论体系的具体应用。 1高潜水位煤矿区综合风险分析高析的是对研究区开展综合调查，包括地形地貌、气候、水文、土壤、植被、基础设施、产业经济等，了解煤矿区的矿井生产计划、开采方式、沉陷现状。采用多元大数据获取的方式收集数据，如文献调研、实地采样与实验室分析、遥感影像处理分析等。
暴露-响应过程分析是风险源对风险受体的不同作用过程的分析「⑷61。在对风险源和风险受识的基础，列物理、、
等程于，成不的
这一过程有助于明确煤矿区风险类型，选择合适的指标参与。
2综合风险评价技术流程
煤矿区风险评价一般遵循“评价单元划分、指标选取、权重确定、综合评价、结果验证”的过程，根据高潜水位煤矿区综合风险空间评价的要求对其进行补充完善，建立技术流程如图2所示。
第）期刘兆敏，等：高潜水位煤矿区综合风险空间评价体系构建
43
风险源
一 土地破坏一-
-
----J j -f龙门石窟门票预约
------I -I S -W - ---4-1
- ------- -- -- -- ----环境
污染一
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-一 -卩-5-41------- 丿•---- -- -- -- -- -- -- -- -- ■
H ---- 〃臼- 曰羽一
i - 2 --- 一 一- -------- 一---- ----L 12
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---X - 上
-
-------暴露-响应过程
直接物理作用风化作用侵蚀作用重力作用
扩散作用
水循环
风险受体
环境
地质生态社会经济土壤（化学
性质） 植被 水体 大气
地质地貌 土壤（物理 性质） 地下水
单个或一组泰国佛牌极度危险真相
物种
生态系统
自然景观
居民 基础设施 （道路、电 力、水源等） 社会秩序
耕地 房屋 经济活动 （煤炭开釆等）
终点识别
环境地质生态社会经济
水体污染地面裂缝生态系统失衡
生态系统服务
功能丧失
威胁人身安全耕地面积减少
大气污染地面坍塌基础设施损坏作物产量降低
煤肝石堆积水土流失失业问题
房屋价值受损重金属污染塌陷积水
社会保障问题煤炭产量降低
图1高潜水位煤矿区综合风险分析框架
高潜水位煤矿区风险综合调查与分析------------------------------1 * —
风险识别丨划分风险单芫1
___________________________________________I 建立煤矿
区风险评的因子及评价标准I ____________________________________
I 环境污R 风险］I 水土流失风险］I 洪涝'风险11 土地破坏风险11生态系统服2功能损失风险 1 I 社会经'济风险］
一级评价
二级评价
驱
动系统监测与修正风险
图2
高潜水位煤矿区综合风险空间评价技术流程
44安徽理工大学学报（自然科学版）第41卷
8综合风险指标体系研究
高潜水位煤矿区的风险主要表现为环境污染风险、水土流失风险、洪涝风险、土地破坏风险、生态系统服务功能损失风险以及社会经济风险。
3.3环境污染风险指标
煤矿区环境污染形式多样，其中有三类污染危害最大。煤肝石浸水后淋滤液以及肝石自燃会污染土壤、水源和大气［5］。塌陷积水面地势较低，周围N、P、K等营养元素沿径流流入积水区，造成水体富营养化。煤炭开采过程中矿井排水、洗选、运输等均会导致重金属元素扩散，危害人体健康^35684。故选择煤肝石堆积、水体富营养化和重金属元素含量作为环境污染风险指标。
通过实地采样和RS手段获取肝石山坐标、水体营养盐或叶绿素实测值、重金属元素实测值、遥感影像。对肝石山进行缓冲区分析李巨离肝石山越近，环境污染越严重。将遥感波段信息与各要素实测值进行反演，得到水体富营养化程度和重金属元素。
3.2水土流失风险指标
煤矿区水土流失使耕地减产甚至绝产，主要是由于受塌陷形成的附加坡度影响，塌陷面地表对土壤和水分的固着能力减弱，故选择附加坡度指标表土流失。
基于实地测量得到的塌陷面实测高程点，空间插值得到塌陷面地形要素，利用GIS的三维分析工具生成附加坡度指标数据。
3.3洪涝风险指标
高潜水位煤矿区内常有深浅不一的积水坑，采煤沉陷破坏了原来的水系统循环和存储条件，在暴雨或
连续降雨天气容易诱发洪涝灾害［5］545，故塌陷积水是影响煤矿区洪涝风险的关键指标。
运用实地考察或者遥感影像水体信息提取的方式得到积水范围，对积水面进行缓冲区分析，与积水面的距离越近，洪涝风险越高。
3.4土地破坏风险指标
采煤塌陷是一种破坏力强、影响广泛的地质灾害，且煤炭的持续开采意味着矿区仍会继续塌陷，威胁居民财产与生命安全。因此将地面塌陷与塌陷区稳定性均列入衡量土地破坏风险指标体系中。
实地测与研陷面范，塌陷面水平变形、曲率、倾斜变形等物理数据以及矿井开采计划。通过缓冲区分析与地表沉陷预测技术分别得到研究区的地面塌陷与塌陷区稳定性数。
3.2生态系统服务功能损失风险指标
生态服功能为、、保持土壤等九类卩2。煤矿区作为建设用地，大部分服务功能效用不明显，只选择土壤侵蚀和水源涵指标。然土壤和土流失成上有近似，但风险源不同，前者受自然条件影响，后者则是人为活动导致的。
从公开数据网站收集降雨量、蒸散发、土壤属性、影和DEM数,RS和GSS得到参与InVEST模型土壤侵蚀模块和产水模块的运算的各参数，输出土壤侵蚀和水源涵养指标值。
3.6社会经济风险指标
采煤塌陷造成的直接社会经济风险包括居民人身安全损失以及房屋、耕地损毁等，需要政府或煤炭企业组织搬迁安置［5］81。耕地损毁以及矿井闭矿造成大量居民失业，不仅需要促进再就业，还要加快产业转型。综合考虑选定人口变化率、接续替代产业发展项目、创业园、耕地面积变化率、搬迁居民安置五个关键指标表示社会经济风险。
通过实地调查与遥感影像收集获得道路数据、重要地物坐标、遥感数据。对接续替代产业发展项目与创业园进行缓冲区分析。利用RS 技术处理夜间灯光遥感数据并对遥感影像监督分类得到人口分布与耕地面积。将分类得到的建设用地信息叠加已搬迁安置的村庄数据、塌陷范围，得安指标值。
4综合风险计算方法
4.3指标因子权重值的确定
指标权重的确定采用层次分析法3Analytlc HV enphy Process,AHP、与比例标度法（1-9标度法）［21］，收集相关专家学者对各指标两两比较的打分结果，建立判断矩阵。
对判断矩阵进行一致性检验，检查判断的逻辑是否一致李得到一致性指标CI环境髀殛=9.012,
第）期刘兆敏，等：高潜水位煤矿区综合风险空间评价体系构建45
CN±会wrn险=0.059,CI l師险=0.025，对照随机一致值均小于1，一致性。
性指标RI表，计算得致性比例CR环裁购险=经计算，高的0.037,CR社会经许凤险=0.053,CR纟=0.020,CR因子权重结1所不。
1高潜水位煤矿区综合风险指标权重计算结果
型权重指标相对于的权重相对于的权重
煤肝石堆积（B1）27637224884环境污染风险（AJ 2.238(B2) 2.1247 2.0125
重金属元素含量（B3）272583272358水土流失风险（A2）272452附加坡度（IB） 1.002227252洪（A3）272223塌陷积水（B5） 1.0022272223
土地破坏风险（A5）
地面塌陷（B6） 2.5525272722 2.275
2.4425272573
塌陷区稳定性（B.）
生态系统服务功能
2.256土壤侵蚀（IB）272522272289
损失（A）水源涵养（B.）277522272867
人口变化率（B1）272636272225
接续替代产业发展项目（IB）272329 2.0116
社会经济风险（A6）273529失地农（B2）
2.226272457耕地面积变化率（B*）272638 2.0931安（BJ 2.512: 2.242
4.2综合计算
指标可分为正向贡指标、负向贡献类指标，参与算前需进标准处理。
正向贡指标包括
、重金属元素、附加坡度、塌陷、地面塌陷、土壤、人口变化率。对这类指标进行归一标准处理
一min x-,
仇=----------------1（1）
I_min如
式中表示指标的归一化值,X表示指标的实际值,max x和min x「 指标最大和最小值。
向贡指标括陷性、
养、接续替代发展项目、失地农、耕地面积变化率、搬迁居民安置。对这类指标进行归一标准处理
map x一x,、仇=----------------1---------⑵max%-—mm%-
性指标需处理后才能参与，对这类指标取值，各指标取值范致。
加权求和的方算次评价结果，基本公
n
F=V⑶式中：莊汀 指标的权重，仇表示评价指标的5实证分析
52研究区概况
图3所示，淮南于安徽省中部偏属暖温带，煤炭资：富。煤炭开采为多开采，随炭开采时进，沉陷面积和沉陷深度持续增大，因高，塌陷后形成大面年。截止2212a初，淮南
区塌陷面积已达223.59km0，影响涉及32余个乡镇,25.7万，占全市总人口的2.9%卩2。
图3
研究区位置示意图
