矿区人居环境适宜性综合评价
——以常宁市水口山矿区为例
周玲1，朱宏娟1，李皇倩1，李文香1，刘艳丽1 （衡阳师范学院 资源环境与旅游管理系，衡阳市 421001）
摘要：以水口山所属的松柏镇为研究区域，以各个行政村为评价单元，选取影响矿区人居环境的生态环境、环境污染、经济发展、社会服务四大类评价因子对松柏镇各个行政村人居适宜性进行评价和对比分析，为常宁市水口山矿区人居环境建设和生态恢复提供科学参考。利用层次分析法（AHP）确定各指标权值，以Arcgis为技术平台，运用分区统计模块对水口山矿区及周边区域进行适宜性分区，最终将该地区划归为“适宜居住”“较适宜居住”“不适宜居住”“极不适宜居住”4个空间等级，研究表明：矿区的开发对当地人居环境有着很大的不利影响：（1）所研究18个行政村中，8个行政村适宜居住，1个较适宜，分别有3个和6个行政村属于不适宜和极不适宜居住区。（2）不适宜和适宜居住区都是成聚集分布，其中“极不适宜”和“不适宜”居住区多分布在采矿周边区域，面积为35.73公顷，占研究区总面积的53.68%，，主要分布在松柏镇的中部及南部，“适宜”和“较适宜”居住区面积为30.83公顷，占研究区总面积的46.32%，分布在松柏镇的东部和西部。
关键词：水口山矿区；人居环境；层次分析法； GIS 引言
矿区是固体废弃物污染的重灾区，由于废矿堆积，导致了土地破坏与退化，也带来了严重的环境污染、生态恶化，并诱发了地质灾害的发生。在铅锌矿区的开采中，采矿废水和选矿废液的直接排放，以及废石和尾矿矿渣的堆放和淋滤，使矿区及周边土壤积累了大量的重金属，不仅造成土壤质量下降、生态系统退化、农作物减产，还严重威胁到人体健康[1-2]。矿区的生态环境问题对区域的可持续发展、人类生存构成了严重的威胁，矿区环境的综合整治迫在眉睫。定量评价矿区生态环境健康程度，分析矿区人居环境安全性是矿区环境治理的基础。目前，有关人居环境的定量研究多以小流域、城市等地域为研究对象[3-5]，考虑的人居环境因素主要以自然因素为主，评价方法多为多系统综合分析。矿区是当前人居环境适宜性定量研究的薄弱区域，针对矿区的人居环境的相关研究多从生态环境保护的角度进行的定性或半定量分析以及对某一环境要素（如土壤重金属）的定
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量分析[6]，缺乏对矿区人居环境的综合定量评价方法和指标的系统研究，因而，制约了矿区人居环境治理工作的深入展开。
本文在总结当前人居环境定量评价研究进展的基础上[7-8]，通过分析矿区人居环境的影响因素以及各因素对人居环境质量的作用关系，梳理总结矿区人居环境质量评价的特征，从而提出适用于矿区的人居环境质量评价方法、指标体系和计算模型，最后，以遥感影像为主要数据源，并应用GIS空间建模方法，建立了矿区人居环境适宜性评价模型，通过湖南省常宁市水口山矿区的实证研究，为矿区人居环境建设和生态恢复提供科学参考。 一、研究区概况
常宁市水口山是驰名中外的铅锌产地，是我国主要的铅锌生产基地之一，最早开采于宋朝，正式建矿于1896年，享有 “中国铅锌工业的摇篮”之美誉。矿区坐落在湖南省南距衡阳市40公里一个拥有“世界铅都”之称的松柏镇。临近京珠，衡枣高速公路，自营公路连接京广铁路和107国道。
松柏镇建于1955年，北依湘江，东临舂陵河，北距衡阳市区39公里，南距常宁市区37公里。总面积78.6平方公里，耕地2.4万余亩，国家一级生态防护林3万余亩。现有人口7.6万，非农业人口5.1万，农业人口2.5万。 镇内水系发达，湘江、舂陵河两大水系滋润这一方土地。这里不仅风光旖旎，
交通也十分便利，省道214线穿境而过，东至京广铁路瓦园路20公里，湘江航运可直达长江。
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图1 研究区位置图
二、评价指标体系与指标数据获取 2.1 矿区人居环境适宜性评价指标体系
矿区人居环境适宜性评价是根据影响矿区生态环境和社会环境的指标，对区域内人居环境进行适宜性评价，并根据评价结果分析矿区人居环境适宜性空间格局。与其他区域相比，矿区人居环境的破坏主要受到矿山开采和矿石堆积过程所导致的环境污染。首先，矿山开采对土地形成直接损坏，露天开采破坏了自然的地表覆盖，地下开采则会导致地表沉降、塌陷，也会引起土地和植被破坏；其次，矿石堆积占用了大片土地，破坏了原有生态系统；最后，裸露矿石在降水的作用下产生酸性、碱性、毒性或重金属污染，对环境产生毒害，导致人居环境条件恶化。在矿山开采过程中，矿区人居环境除了受到直接的破坏和污染外，还通过地表径流、食物链、大气循环以及其他的物质迁移过程，矿区土壤、水资源、生物、大气质量以及地表温度均受到了间接的影响，并最终导致了矿区的矿震、地裂、滑坡、塌陷、泥石流等地质灾害以及土壤退化、生物多样性降低、大气污染和局部地表温度异常等诸多环境问题。因此矿区人居环境适宜性评价除了考虑传统人居环境定量评价指标外，还应加入土地挖损、土地压占和土地污染方面的指标。因此，根据合理性、全面性、可量性和层次性等原则，并根据《国家人口发展功能区工作技术导则》,选择了生态环境指标、环境污染指标、经济发展指标和社
矿区人居环境适宜性评价指标体系生态环境指标（B1）环境污染（B2）经济发展（B3）社会服务（B4）地形起伏度地被指数暴雨指数水资源可获得性矿堆面积指数土地裸露指数水资源污染指数地质灾害危险性人均GDP人均居住面积非农收入比重交通便利度医疗便利度购物便利度上学便利度人口密度会发展指标等20个指标，构建了矿区人居环境适宜性定量评价指标体系,见图2。
图2 矿区人居环境适宜性评价指标体系
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2.2 指标数据获取
2.2.1 生态环境指标获取
根据美国空间信息情报局（NGA）提供的90m空间分辨率DEM影像计算地形指标，对于其中少量的缺值点进行插值处理，插值算法采用了3次卷积算法，最后在ArcInfo GRID模块下计算坡度，并根据区域海拔高差与研究区海拔高差的比与区域坡度小于5的面积占总面积的比例的乘积计算地形起伏度。
地被指数反映了区域土地利用与土地覆盖特征，计算公式为：
LCI?NDVI?LTi，其中LCI为地被指数，NDVI为归一化植被指数，采用2008年8月15日的Landsat TM影像估算，LTi为不同土地利用类型的系数，基于最大似然比分类法对landsat TM数据进行土地利用信息提取，并参考《国家人口发展功能区工作技术导则》确定LTi。
暴雨指数反映了区域遭受相关气候灾害的风险性，根据研究区周边气象站点1958-2008年暴雨次数与降水次数的比值，并采用反距离插值算法进行插值，获得研究暴雨指数的空间分布，最后，统计各村暴雨指数均值，获得各评价单元暴雨指数。
水资源可获得性影响了农业生产过程中对水资源获取的便利程度，也反映了区域对旱灾的抵御能力，考虑到数据的可获得性，本文仅考虑了地表水资源的可获得性。首先根据Quick Bird影像（分辨率为0.6m）提取水域分布，然后计算区域单元到水域的距离，最后，根据距离越远水资源可获得性越差，水域面积越大水资源可获得性越好的原则，计算区域水资源可获得性。 2.2.2 矿区环境污染指标获取
基于研究区0.6m分辨率的Quick bird影像，并结合实地调查，提取矿堆和裸露土地表面分布信息，而后，分别统计各评价单元矿堆和裸露土地表面所占的面积比例，获得矿堆面积指数和土地裸露指数。
由于研究区以地下水为饮用水源，以地表水为灌溉水源，对各评价单元内地表水质和地下水质进行采样分析，每个评价单元选地表水和地下水样本各3个，根据矿区环境污染的实际情况，采样分析内容主要为化学需氧量、重金属含量，根据分析结果确定水资源污染程度，最后通过均值法获得各评价单元水资源污染指数。
根据研究区1990-2010年各评价单元地质灾害发生频率调查结果，通过归一化法获得地质灾害风险指数。
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2.2.3 经济发展指标获取
经济发展指标均来自于实地调查和村民的问卷调查，为了使研究能够大程度地代表区域经济发展状况，从各评价单元中发放调查问卷319份，有效回收297份，有效回收率为93.1%。调查内容包括家庭收入、家庭人口数、家庭住宅面积和非农业收入等，并以村为单元进行统计，获得评价单元人均GDP、人均居住面积和非农收入比重指数。 2.2.4 社会服务指标获取
根据研究区交通以公路交通为主的特点，在计算交通便利度时仅考虑了公路交通；首先提取省道、县道、大车道和乡道等4种等级的道路，然后依据距离道路越远交通便利度越小的原则进行插值运算，根据专家打分和层次分析法确定不同道路对交通便捷度的影响权重，省道、县道、大车道和乡道的权重依次为：1.0000，0.8133，0.5303，0.2275，最后进行空间叠加运算，获得交通便捷度。
根据研究区医院的分布数据，包括研究区及周边乡镇的乡镇卫生所和各村卫生所的医疗点，在ArcInfo GRID模块下计算研究区内各栅格单元到卫生所和医疗点的距离，按照距离卫生所和医疗点距离越远医疗便利度越差的原则，将距离转化为医疗便利度指数。同样，根据购物商店和学校的地理位置数据，计算购物便利度和上学便利度指数。
根据研究区派出所提供的人口统计数据，计算各评价单元的人口密度。 2.3 指标数据标准化处理
考虑到指标数据量纲差异，对获取的指标数据进行了标准化处理。指标数据与人居环境适宜性呈正相关关系时，采用正向指标处理方法（见公式1），指标数据与人居环境呈负相关时，采用逆向指标处理（见公式2）。
x??jmin??ij正向指标：Xij （1） ????jminjmaxjmax?xij??负向指标：Xij （2） ?jmax??jmin其中，Xij为i行j列的原始数据，λjmin 为j列原始数值的最小值，λjmin 为
?j列原始数值的最大值，Xij为标准化后的i行j列的数据。
三、矿区人居环境适宜性定量评价 3.1 矿区人居环境适宜性评价权重确定
鉴于矿区宜居性评价系统是一个多因素，多层次的评价系统，本文选取对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法即：层次分析法进行评价如上图所示，本文构建的指标体系分为目标层（A）、准则层（B）、指标要素层（C）三个层级，然后，采用Saaty提出的1-9标度法进行各层级中两
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