0 引言

针对废弃工矿用地生态治理是目前地质环境工作的重点之一。开展废弃工矿用地的修复治理效果跟踪评价，可以衡量前期治理工作的效果，为后续治理方案的决策与管理提供科学依据（于琳琳，2022）。常用的评价方法包括：列表清单法、图形叠置法、生态机理分析法、指数法、类比分析法、系统分析法等。段顺荣等（2021）利用GIS技术对青海省地质灾害危险性进行了评价，表明基于层次分析模型的地质灾害危险性评价方法是可靠的；刘雪华等（2008）利用生态机理分析法阐明了铁岭莲花湖清淤扩容及堤坝生态建设工程对生态系统的演替方向的影响，表明生态机理法能够较好地对潜在影响进行评价并预测生态系统的演替方向；朱国宇和熊伟（2011）利用综合指数法分析了水利工程的生态影响，表明综合指数法能客观、真实地反映区域生态环境状况；张逐月（2017）利用类比分析法，对天津市某厂区的地下水环境现状进行了评价，表明该方法能够准确描述污染源对地下水环境的影响。

目前，对废弃工矿用地的治理效果评价主要存在以下问题（撒楚航，2020）：（1）评价体系大多只从单一影响因素进行考虑，较少考虑其他因素，评价结果缺乏综合性和整体性；（2）评价指标的选取与评价体系的构建较为困难，部分指标的评价标准带有模糊性，使得评价指标难以量化。

层次-模糊分析法综合分析在灾害评估、环境风险评价、地质环境评价等领域得到了较为广泛的应用（温化和卓丽环，2010；王跃和安天浩，2019；杨玲玲，2020），属于一种系统分析方法，可以较好地弥补其他评价方法的缺点与不足。本文通过利用层次-模糊综合分析法，结合研究区的实际情况，对荥阳市刘河镇某一废弃工矿用地的生态修复效果进行评价。

1 评价原则与体系构建

明确评价原则，有利于对评价工作开展科学指导。确定以下原则：

（1）评价体系应科学系统，数据容易获取，具有可操作性；

（2）采纳继承已有科学研究与技术规范优秀成果，指导保护与治理实践；

（3）具有综合性，覆盖山水林田湖草沙，关注影响生态的重点影响因素；

（4）评价体系应具有普适性与差异性，综合考量自然禀赋差异与区域生态功能定位。

在矿山生态修复过程中，亟需解决的问题主要分为以下3类：地质风险、土壤重构以及植被形态恢复（许晓明等，2022）。因此工矿用地生态修复效果的评价囊括了生态、地质、环境、景观、经济、社会等多个层次，以及水文、植被、大气、土壤、固废等要素。但过多的指标会使得信息发生交叉重叠，增大研究分析的复杂度（关军洪等，2017）。选取的因子，也需要能准确反映研究区域所面临的主要生态环境问题。本次研究中，根据荥阳当地的实际环境条件、生态修复目标，并结合《生态环境状况评价技术规范（HJ192-2015）》（中华人民共和国环境保护部，2015）、《土壤侵蚀分级分类标准（SL190-2007）》 （中华人民共和国水利部，2008）、《滑坡崩塌泥石流灾害调查规范（1∶50000）（DZ T0261-2014）》（中华人民共和国国土资源部，2014）等相关规范与要求，确定了目标层（A），准则层（B），指标层（C），具体如表1所示。

2 层次-模糊分析法的构建

2.1 确定判断矩阵的标度

判断矩阵的标度表明了一个元素相对另一个元素的重要程度，由评价者结合自身经验、相关资料、专家意见以及实际情况给出。标度通常选择1~9 之间的自然数来表示，其数值越大，表示某一因素对另一因素的重要性越强（Zhou，2020）。当数值为 1时，表明两个因素重要程度相同。

2.2 计算各指标的权重系数

将 n 阶矩阵每行的元素相乘后的积开 n 次方根，得到：

式（1）中，r_ij为判断矩阵第 i行第 j列的元素，ω’ _i 为第 i行因素对于上一层次因素相对重要性的排序权值。

对ω’ _i 进行归一化处理，得到各指标的权重ω_i ：

整理后，得到各指标的权重矩阵 W=（ω₁， ω₂，···，ω_n）

2.3 判断矩阵的一致性检验

首先计算判断矩阵的最大特征值 λ_max，其计算方法为：

式（3）中，（ Aω）_i为向量 Aω的第 i个元素值，ω为矩阵A的特征向量，n为判断矩阵的阶数。

再引入一个描述矩阵 A（n>1 阶方阵）不一致程度的指标CI，计算方法如下：

最后，计算矩阵A的随机一致性比率CR：

式（5）中，RI为随机一致性常数，其取值和矩阵的阶数有关，具体如表2所示。

通常规定：CR 值不得超过 0.1，否则一致性检验结果不能通过。

2.4 模糊评价计算隶属度

模糊分析法的运用过程主要分为以下3步：（1） 在充分查阅相关资料与征询专业人员意见，并兼顾治理区实际条件的基础上，对相关评价指标进行量化分级；（2）通过一定的计算方法，得到评价指标的隶属度矩阵；（3）在最大隶属度的原则之上，结合层次分析法的模拟结果，选择对应的评价标准，得到模糊分析的最终结果。

指标隶属度计算方法为：

式（6~9）中，X 为实测值，V_j（j=1、2、3、4）为评价标准值，r_j（j=1、2、3、4）为隶属度，同一元素隶属度之和应为1。综上，可得指标层隶属度矩阵：

$R_C=\left(\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ···& r_{1n}\\ ⋮& ⋮& ⋮& ⋮\\ r_{n1}& r_{n2}& ···& r_{nn}\end{array}\right)$

2.5 多层次模糊综合评价

在得到各指标层的隶属度后，通过多层次模糊综合评价，进一步得到准则层级与目标层指标层的隶属度，并进行评价。其主要步骤为：（1）确定准则层与指标层的权重矩阵W；（2）将权重矩阵W的指标层或准则层隶属度矩阵 R 相乘，得到上一层级的隶属度矩阵；（3）根据最大隶属度原则，对所得结果进行评价。

3 实例评价分析

3.1 研究区域概况

研究区位于荥阳市南部中低山地区，海拔约 300 m，面积约3.33 hm²，主要开采砖瓦用黏土，现该矿已被依法关闭。当地属大陆季风气候，年平均气温14.3℃，历年平均降水量608.8 mm。

研究区内土质主要分为3种：（1）第四系全新统粉土；（2）第四系上更新统粉土；（3）第四系中更新统粉土。研究区属于华北区嵩山小区地层区，地层发育较全。区内出露地层有元古宇马鞍山组、古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、中生界三叠系及新生界古近系—新近系、第四系等。研究区地下水属于碳酸盐岩类裂隙岩溶水，含水岩性主要为奥陶系、寒武系灰岩及白云岩等。导水、富水性受岩溶、裂隙发育程度和构造控制明显，常以泉的形式溢出。地下水化学类型为 HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg 型水。

经调查，当地本土植物主要包括：柿树、桃树、国槐、法桐、大叶女贞、毛白杨、羊胡草、爬山虎、莎草、狗尾巴草、抓地龙、一年蓬、锦紫草、牛筋草等。治理绿化工程使用了侧柏、迎春等常青树种和爬藤类植物。

3.2 评价指标数据的获取

治理完成后 2 年，对研究区生态修复效果进行观测、采样与计算，得到实测结果（表3）。

3.3 判断矩阵的构建与权重的计算与检验

通过查阅资料以及专家评分，得到了目标层、准则层、指标层之间的判断矩阵，并根据判断矩阵以及公式（1~2）计算出准则层与指标层各因素的权重与综合权重，结果如下（表4）。

利用公式（3~5），对判断矩阵进行一致性检验，结果如下（表5），可以看到各层级判断矩阵的设置合理，各层次的 CR 均小于 0.1，满足了一致性检验的要求，表明判断矩阵的设置较合理。

3.4 模糊综合评价

通过相关文献资料（蒲施桦，2012；杨晓军， 2012；周宁，2014；Deng et al.，2015）以及前期相关工作成果，确定了各指标层评价指标的评级范围。各指标的评级标准如表6所示。

结合表6，将表3实测数据带入到公式（6~9）中，得到指标层各评价因子的隶属度（表7）。

准则层的隶属度矩阵 R_B=（R1，R2，R3，R4）^T，由该层下属各因素的权重矩阵和隶属度矩阵相乘可得，以植被质量B1为例，其隶属度矩阵R1计算方式如下：

$R1=\left(\mathrm{0.581,\; 0.109,\; 0.310}\right)\times \left(\begin{array}{cccc}0.332& 0.668& 0& 0\\ 0& 0.2& 0.8& 0\\ 0.357& 0.643& 0& 0\end{array}\right)=\left(\mathrm{0.304,\; 0.609,\; 0.087,\; 0}\right)$

同理可得 R2=（0. 005，0.502，0.493，0），R3= （0.121，0.601，0.278，0），R4=（0.65，0.35，0，0）。

汇总后，可得到准则层隶属度（表8）。

治理效果目标层隶属度 R_A，由准则层的权重矩阵与准则层隶属度矩阵相乘得到：

$\begin{array}{c}{R}_A=\left(\mathrm{0.183,\; 0.1,\; 0.406,\; 0.311}\right)\\ \left(\begin{array}{cccc}0.304& 0.609& 0.087& 0\\ 0.005& 0.502& 0.493& 0\\ 0.121& 0.601& 0.278& 0\\ 0.650& 0.350& 0& 0\end{array}\right)=\\ \left(\mathrm{0.307,\; 0.515,\; 0.178,\; 0}\right)\end{array}$

因此，治理项目效果评价隶属度如表9所示。

4 分析和讨论

由表4可知，指标层C各项指标相对于目标层A 的综合权重排序如下：C8>C10>C11=C12>C1>C9>C3>C7>C4>C2>C5>C6。其中，C8、C10、C11、C12 权重之和为 0.6486，表明这 4 种因素对本次评价结果起到了关键作用。由表7可知，指标层的 12种因素的隶属度均在优、良、中 3 个层级，按照最大隶属度原则，C1、C3、C5、C6、C9、C10、C12评价为良，C11评价为优，C2、C4、C7、C8评价为中。对于准则层 B 因素来说，由表8可以看到，植被质量、土壤质量、水土保持的最大隶属度为良，地灾防治为优，因此各因素的治理效果均处于中上水平。

本废弃工矿用地治理效果综合评价结果如表9 所示，最大隶属度为良，并且良和优的隶属度之和达到了 0.822，表明该废弃矿山的生态治理效果比较理想。

通过评价结果，可以看到治理工程存在的一些问题。（1）土壤质量与水土保持的隶属度为中的比例较高，存在较大的改善空间，其主要原因是pH、有机质、团聚稳定性以及土壤侵蚀模数指标的隶属度为中的部分较大，从而对整体治理效果产生了不利影响；（2）注意到植物丰富度的最大隶属度为中，表明该地区植物种类较少。通过比较类似的修复案例（金一鸣，2015；王腾飞，2017；贾斌和宋少秋， 2019）与实地观测，发现本次治理过程中的工程绿化选取的植物种类较为单一，仅种植了侧柏、迎春及部分爬藤类植物，使得植物丰富度偏低，当地本土植物也仅有狗尾草生态优势度较高；（3）在覆土工程中，选用的土源土质不够理想，覆盖厚度偏小，也是导致土壤质量与水土保持情况不够理想的主要原因。

5 结论与建议

（1）通过模糊-层次分析法，建立了一种基于植被质量、土壤质量、水土保持、地灾防治等指标的废弃工矿用地生态修复效果评价体系。结果表明：矿区整体生态修复效果良好，生态质量和生态服务功能有明显提升，地质灾害风险得到有效防范。

（2）生态修复工程恢复效果评价是一个多层次、多属性的综合评价。影响恢复效果评价的因素有很多，但对社会、人口、经济方面的指标考虑较少。另外在条件允许的情况下，可开展不同评价方法之间的横向对比，以提高评价结果的准确性。

参考文献