摘要
中国废弃矿山数量庞大，生态条件恶劣、生态环境问题复杂，开展废弃矿山生态环境评价的研究不仅可以反映废弃矿山生态环境现状，还可以指导废弃矿山生态修复与重建，对比评估废弃矿山生态修复效果。本文从符合废弃矿山的生态环境特征出发，以问题为导向，选取可定量化、能直接反映生态环境问题、相关性不大的评价因子体系，并将“停采时间”这一废弃矿山独有的指标也纳入评价体系，利用层次分析法建立了一套废弃矿山生态环境评价模式。将这一评价模型应用于广东省兴宁市铁山嶂金属矿山中，得出生态环境质量等级为“差”。该评价模式具有定量化、系统性、客观性、可操作性等特点，可反映废弃矿山生态环境质量现状，可为类似废弃矿山生态环境评价提供参考。
Abstract
China has a huge number of abandoned mines, which are characterized by harsh ecological conditions and complex ecological environment problems. Conducting research on the ecological environment assessment of abandoned mines can not only reflect the current status of their ecological environment, but also guide the ecological restoration and reconstruction of abandoned mines, and conduct comparative evaluation on the effects of such restoration. Starting from the ecological environment characteristics that are in line with abandoned mines and adopting a problem-oriented approach, this paper selects a system of evaluation factors that are quantifiable, can directly reflect ecological environment problems, and have low correlation. It also incorporates "mine closure time"— an indicator unique to abandoned mines—into the evaluation system, and establishes a set of ecological environment assessment models for abandoned mines using the Analytic Hierarchy Process (AHP). This assessment model was applied to the Tieshanzhang Metal Mine in Xinging City, Guangdong Province, and the result showed that the ecological environment quality grade of the mine is "poor". This assessment model features quantifiability, systematicness, objectivity, and operability. It can reflect the current status of the ecological environment quality of abandoned mines and provide a reference for the ecological environment assessment of similar abandoned mines.
0 引言
20 世纪中叶以来中国开始了大规模的找矿、采矿活动，矿产资源开发作为国民经济的重要组成为新中国的经济发展发挥了不可替代的作用。与此同时，简单粗放的矿产资源开采方式以及对环境保护重视不足带来了一系列生态环境问题：地表植被破坏、水土流失、水（土）污染、大气污染、含水层破坏、土地的压占与损毁以及矿区地质灾害频发（如滑坡、崩塌、矿渣泥石流、地面塌陷、地裂缝等）等。 2013 年党的十八届三中全会提出山水林田湖草沙是一个生命共同体，并将矿山生态修复也纳入生态系统整体修复的总体布局，此后矿山生态环境保护与评价、修复治理（于雷等，2024）、修复效果评价 （宋清坤等，2025）等得到了政府管理人员、矿山从业人员、生态环境人员、研究人员及社会的普遍关注及重视。除在建矿山外，据统计中国约有80万座废弃矿山，其中 40 万座因生态环境问题需要修复。废弃矿山生态修复因体量庞大、生态条件恶劣、生态环境问题复杂、资金投入缺口大、技术瓶颈突出等已成为制约生态系统整体修复成果的关键因素，应引起特别重视。自2019年起，国家开始重视历史遗留废弃矿山的生态修复工作，2021 年 7 月—2022 年 7 月，自然资源部组织开展了全国历史遗留矿山摸查，建立了历史遗留矿山数据库，并编制了《全国 “十四五”历史遗留矿山生态修复行动计划》，对各省份修复治理任务进行分解和部署安排。
对废弃矿山生态环境进行评价不仅可以反映废弃矿山生态环境现状及质量等级，还可以指导废弃矿山生态修复与重建，对比评估废弃矿山生态修复效果，并为区域生态环境保护规划、修复治理及管理决策等提供依据。国内一些学者对矿山生态环境综合评价工作进行了较多的探索（袁艺等， 1996；胡光道和陈建国，1998；陈桥等，2006；李斌， 2021；杨斌和吴云霞，2023），也有从单一因素角度进行评价的，如对重金属污染、地下水污染、大气污染或地质灾害的评价（刘玲，1997；李援和徐晓春， 2003；谢先军和韩咏文，2003；方茜娟，2007；莫时雄等，2009；徐友宁等，2010）。已有文献定性评价较多，定量评价较少，对在建矿山的生态环境评价研究较多，对废弃矿山生态环境评价研究较少。目前关于矿山生态环境评价体系的研究仍处于探索阶段，没有统一标准可参照。
影响矿山生态环境评价的因素很多，各影响因素之间既互相关联，又相对独立，同一因素对不同类型的矿山影响各不相同。评价因素有可定量化因子也有难以定量化的因子，需借助专家经验判断。因此矿山生态环境评价体系是一个复杂的体系。层次分析法（AHP 法）特别适合于复杂体系的分析，它能将各因素间的隶属关系和相互间的影响划分为多个不同的层次，通过逐层比较各种关联因素，确定各层指标因子的相对重要性权值，进而将人的思维过程和经验判断定量化。
本文在研究总结前人对于矿山生态环境评价成果的基础上，运用AHP法分析并研究了一套针对废弃矿山生态环境的评价体系及评价等级，通过广东省兴宁市铁山嶂废弃金属矿山这一案例验证，为废弃矿山生态环境评价提出了新的探索。
1 废弃矿山生态环境评价模型的建立
1.1 概念模型
该概念模型由 3 部分组成（图1）：（1）确立废弃矿山生态环境评价因子指标体系；（2）运用 AHP 法确定评价因子权重，构建指标量化方法；（3）对各指标进行等级划分，确定等级阈值，建立废弃矿山生态环境评价等级标准。
图1废弃矿山生态环境评价概念模型
1.2 评价指标体系的建立
基于前人关于矿山生态环境评价的研究成果，综合认为矿山生态环境问题是由采矿活动这一人为因素而诱发的，矿区岩性组成、构造等基础地质条件与矿山生态环境问题相关性不大，且很难建立定量关系，不纳入本次评价体系。与矿山生产及管理相关的因素属于在建矿山评价因素，也不纳入本次评价体系。废弃矿山生态环境评价应以问题为导向，由生态环境问题直接反映生态环境质量。本文构建的废弃矿山生态环境评价指标体系以可定量化的矿山地质与生态环境问题指标为主，同时兼顾各指标间的相对独立性，并创新性地加入了“停采时间”这一废弃矿山独有的因子。体系由目标层、因素层和指标层3层组成，目标层指废弃矿山生态环境评价，因素层包含地质环境及生态环境两个因素，指标层由9个评价因子构成（图2）。
矿产资源开发活动产生或加剧的地质环境恶化参考《矿山地质环境调查评价规范》（中国地质调查局，2014），地质环境因素方面的评价指标主要包括地质灾害发生率、含水层破坏、地形地貌景观破坏及土地资源占用及破坏。地质灾害对废弃矿山生态环境的影响可以从灾害的种类、规模、影响面积等单因素或多因素综合定量评价；采矿活动对含水层的破坏包括地下水位的下降、不同含水层串通水质恶化、地表水漏失、影响生产生活用水等方面，含水层破坏影响程度因废弃矿山停采时间长、含水层复杂性等原因，多在综合调查的基础上以专家咨询或经验给出定性评价；对地形地貌景观的破坏以破坏率定量评价；土地资源占用及破坏指矿山开采活动（如排土场、尾矿库、工业场地建设等）对土地资源的直接占用，用占用率定量评价。
生态环境因素选择直观的、易于测量并能准确反映主要生态问题的评价指标。植被覆盖率是水土流失、土壤肥力等一个或多个问题的直观反映，它易于测量且能快速计算；水污染指数和土壤污染指数两个指标能综合反映废弃矿区水及土壤污染状况，采用内梅罗污染指数法（徐彬等，2014）计算；生物多样性是生态环境的综合反映，采用香农-维纳生物多样性指数（Shannon-Wiener index）计算，根据需求可开展植物、动物、土壤微生物等方面的调查；停采时间对于废弃矿山生态环境评价具有一定的意义，在其他8个评价因子指标值相同的情况下，停采时间越长则说明废弃矿山生态环境问题越大，生态环境自愈能力越差。
图2废弃矿山生态环境评价指标体系
1.3 AHP法确认评价因子权重
采用AHP法确定指标权重，其步骤如下所述。
（1）依据所构建的评价指标体系，邀请生态环境、矿产地质、林草、水工环地质、地理等方面 20 个专家对因素层及指标层分别进行两两对比，采用 Saaty（1977）提出的 1～9 比较标度法（表1）判断其相对重要性，数字越大表示相对越重要，两两因子相对重要性分值取所有专家打分的平均值，最终建立判断矩阵R：
(1)
式（1）中bij即两两因子相对重要性分值，bij=1/bji （i≠j），bij=1（i =j），n为指标数。
表1Saaty提出的1~9比较标度法
（2）用和积法求解R的特征向量，将判断矩阵R 的每一列元素做归一化处理：
(2)
将归一化的判断矩阵按行相加：
(3)
对向量归一化：
(4)
(5)
w即为特征向量，wi为权重系数。
（3）利用一致性比率CR检验判断矩阵R的一致性，先计算判断矩阵最大特征根λmax:
(6)
式（6）中（R×w）i表示向量 R×w的第 i个元素。再计算一致性比率CR：
(7)
(8)
式（7）、（8）中 CI 为一致性指标，CI 接近于 0 则证明矩阵有满意的一致性；RI 为随机一致性指标 （表2）。若CR<0.1，则判断矩阵有满意的一致性，可用其特征向量作为权重向量，否则要重新构造判断矩阵R，对bij加以调整，直至通过一致性检验为止。
表2平均随机一致性指标
采用上述方法，求得废弃矿山生态环境评价体系因素层及指标层9个评价因子的指标权重（表3），计算结果均通过一致性检验。将表3发给另外不同的 20名专家进行咨询，一致认为 9个指标的权重关系比较合理、客观。
1.4 评价因子指标量化
对于能用数字表达的评价因子直接用数字赋值；对于不能用数字表达的评价因子，用专家打分法或经验值赋值。各指标意义及赋值方法见表3。该评价体系各因子所用指标量纲存在明显差异，为了消除量纲差异，需对各指标进行标准化。常见的数据标准化方法有极差标准化法、模糊数学法、百分比标准化法、正逆指标标准化法、分级给分法等 （陈振武和许福美，2017）。本模型采用百分比标准化法。
对于正向指标，数值越大越好（如植被覆盖率），标准化值 Di =Ci /Si；对于负向指标，数值越小越好（如地质灾害发生率），标准化值 Di =1-Ci /Si。Di为标准化后值，取值在[0，1]之间；Si为参照值；Ci为实际值。参照值的选择主要参考国家或地方标准值、背景值等（表3）。
废弃矿山生态环境质量评价值按如下公式计算：
(9)
式（9）中：A 为废弃矿山生态环境质量评价值； Di为废弃矿山评价因子标准化后取值；Wi为评价因子的综合权重值，为评价因子单项权重与对应因素层权重之积；n为评价体系中的评价因子数。
1.5 废弃矿山生态环境评价等级的建立
废弃矿山生态环境评价等级的建立是为了评价矿山生态环境现状，指导废弃矿山生态修复与重建以及评估废弃矿山生态修复效果。建立过程为：
（2）将等级阈值标准化后，利用表3综合权重值按公式（8）分别计算各等级阈值的矿山生态环境质量评价值，以I级阈值为例计算其等级评价值AI为： AI=0.2253×0.875+0.0855×0.8+0.1514×0.67+0.038× 0.7+0.124×0.86+0.0534×0.75+0.0534×0.825+0.2444× 0.75+0.025×0.925=0.7899。同理计算得 AII=0.5437，AIII=0.2289。
（3）最终确定废弃矿山生态环境质量评价等级标准（表4）。I级等级为“优秀”等级，Ⅱ级为“良好” 等级，Ⅲ级为“一般”等级，Ⅳ“差”等级。实际废弃矿山生态环境质量评价时应首先收集表3中的基础资料，通过相应数据标准化后按公式（9）计算 A 值，根据表4即可确定该废弃矿山生态环境质量等级。
表3废弃矿山生态环境评价因子权重及等级划分
注：①②公式为内梅罗污染指数公式，为所关注检测项的污染指数的平均值，为所关注检测项中污染指数的最大值，Ci 为第i检测项的实测值； Cs 为第i检测项的标准值或背景值。地表水的标准值参照《地表水环境质量标准》（国家环境保护总局，2002），土壤的标准值参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（生态环境部，2018）；③为香农-维纳生物多样性指数公式，Pi 为第 i 个物种的个体数量占群落总个体数量的比例，S为群落中物种的总数。
表4废弃矿山生态环境质量评价等级标准
2 案例应用
兴宁市铁山嶂金属矿山位于广东省梅州市兴宁市合水镇。铁矿始建于 1958 年，2011 年 1 月停产。该矿经过 50 多年的无序开采，矿区地质灾害、生态环境问题突出（图3），对下游上官村约 2000 人的生产和生活安全构成了极大威胁。采矿活动大大改变了矿山原有的地形地貌，土地被压占损毁，表土被剥离，植被破坏，泥石流成为矿区最主要的地质灾害类型。2013 年 8 月在台风“尤特”的作用下，铁山嶂发生了特大型泥石流地质灾害。矿区及其下游生态环境影响面积约 1.09 km2 ，其中露天采场区面积 0.3789 km2，以破损、裸露的岩质边坡为主；堆场面积0.4335 km2，堆土方量约920万m3（黄保荣等，2024），以矿渣、碎石、砂性土为主，没有团粒结构，黏性差，在降雨条件下为泥石流提供了源源不断的物源。以堆场为起点，泥石流分布面积约 0.2 km2。采矿导致矿区土壤污染严重，尤其砷超标严重，平均浓度达 414.9 mg/kg，土壤 pH 范围介于 1.88~4.12，平均为 3.1；水体污染严重，pH 范围在 2.4~4.9，呈强酸性，平均为 2.12。整个矿区千疮百孔，一到下雨泥水横流，淤塞沟谷，生态系统脆弱。在停采以后的十多年，矿区生态环境基本未有改善。2014年为治理矿区诱发的泥石流灾害，政府有关部门曾组织专项整治工程，在矿区范围下方的沟谷内共设置 9 道拦渣坝，较大地削弱了重大地质灾害发生的危害性，但并未从源头上消除泥石流隐患，区域生态问题未得到根本解决。
通过收集基础地质、地质灾害及环境监测数据 （主要来源于2022年铁山嶂废弃矿区生态综合治理修复工程项目的相关勘查设计文件），得出兴宁市铁山嶂金属矿山地质环境评价指标值见表5。
表5铁山嶂矿山（兴宁部分）评价指标
对各因子加权计算该矿山生态环境评价值 A：A=0.2253×0.00575+0.0855×0+0.1514×0+0.038×0.3+ 0.124×0.1429+0.0534×0+0.0534×0.21+0.2444×0.1+ 0.025×0.725=0.08419，等级为Ⅳ，生态环境质量为 “差”。为了从根本上解决生态环境问题，必须采取 “人工干预+源头治理+综合整治”的理念开展生态修复。2022 年 9 月，铁山嶂废弃矿区被纳入国家级山水工程“广东南岭山区韩江中上游山水林田湖草沙一体化保护和修复工程”实施综合治理。
图3兴宁铁山嶂金属矿山现状图
a—航拍图，A区与B区为露天采场，C区与D区为排土场，E区和F区为矿区外受矿山泥石流影响的区域；b—采场A区边坡；c、d—排土场边坡； e—采场B区边坡；f—采场A区强酸性地表水；g—E区泥石流冲沟
3 结论
本文从废弃矿山生态环境特性出发，以问题为导向，选取可定量化、能直接反映生态环境问题、相关性不大的评价因子体系，并将“停采时间”这一废弃矿山独有的指标也纳入评价体系，创新性地提出了一套废弃矿山生态环境评价模式。该评价模式具有定量化、系统性、客观性、可操作性等特点，可反映废弃矿山生态环境质量现状，可为类似废弃矿山生态环境评价提供参考。
废弃矿山生态环境因矿产类型、采矿方式、采矿活动强弱、自然地理条件、基础地质条件、停采时间、土地利用方向等的不同导致在评价因子的选取、指标关注的检测项、等级阈值取值等方面都不尽相同。追求满足所有废弃矿山生态环境评价的统一标准难度很大，也没有必要。针对某一个或某一类具有生态环境可比性的矿山，更应关注矿山地质环境及生态本底的现状调查，尽可能建立更细致、更全面的评价因子体系，如生物多样性可从植物群落、昆虫、鸟类、土壤微生物等方面进行调查； 地质灾害可以从灾害的类型、规模、频次等进行调查；水的污染分为地下水与地表水污染；土壤除污染物调查外，还可以增加营养性检测等。另外，还可在评价指标量化等方面探索更科学、更合理的方法。全面、系统、细致、科学、合理的评价体系才能准确、客观地反映生态环境现状，精准地指导生态修复，并准确判断生态修复成效。
