1、采煤塌陷地复垦规划设计方案采煤塌陷地复垦规划设计方案优化优化 我国因采煤造成的塌陷土地已超过 70 万公顷，虽然已有一批塌陷地已经复 垦，但为数很少，仍有一大批塌陷地有待复垦。并且塌陷土地以每年 2.7 万公顷 的速度增长，仅徐州矿区就有 25 万余亩塌陷土地。土地复垦工作任重而道远。 尽管我国土地复垦工作已经取得了一定的成就， 但是采煤塌陷地复垦当中仍存在 很多问题。 仅由于土地复垦规划设计问题造成的损失就是巨大的。 这里有一例子， 1992 年起大黄山乡开始分期实施规划设计的复垦工程，工程全部实施后共复垦 采煤塌陷地 4980 亩，总投入 413.3 万元，亩均复垦投入 830 元/亩。若
2、不进行很 好的规划设计， 每亩投入最小为3000元/亩， 按此计算本区共节约复垦投资1080.7 万元。因此，土地规划方案的制定，选择，优化过程就显得重要起来。 土地复垦是一个多工序的工程系统，它具有复杂性和科学性的特征。矿区土 地复垦项目，既是对矿山建设项目造成环境破坏的治理，究其本身又是一项经济 活动或投资行为，与农民、集体、国家的利益相关。因此，土地复垦规划设计方 案应严格遵守国家和地方的法律法规，应遵循一定的原则，才能避免一些工程的 失败和效益的低下。 1 矿区土地复垦规划设计的内容 一般地说，矿区土地复垦规划所涉及的或跨越的时空范围较大，如一个矿区 一段时间内复垦工程的安排，属于规划
3、的内容，它具有战略性和控制意义。复垦 工程设计则是在规划的基础上， 对局部范围的复垦工程或某一复垦工程的具体施 工工艺进行设计。虽然有许多共同的地方，但并不相同，土地复垦规划设计只是 土地复垦过程中很小的一个组成部分。 土地复垦规划设计在整个土地复垦过程所 处的位置，以及土地复垦各阶段所包含的内容和目标如表 2 所示。 2 矿区土地复垦规划设计的依据和基本要求 2.1 编制土地复垦规划设计的依据 1) 国务院颁布的土地复垦规定及当地复垦法规、政策和实施细则。 2) 有关土地利用的法律、法规，包括中华人民共和国土地管理法 、 3) 中华人民共和国矿产资源法 、 中华人民共和国环境保护法 、 中华
4、 人民共和国城市规划法等国家法律以及地方村镇规划、土地利用总体规划等国 家法律以及村镇规划、土地利用总体规划等实施条例。 4) 有关行业的技术设计规程。 5) 当地国名经济和社会发展规划、计划、以及矿山企业规划和生产计划。 6) 国民经济统计资料。 7) 矿区地质勘探报告以及补充地质调查报告。 8) 开采设计或已开采区域的开采情况。 9) 土地复垦资源调查资料、图件和统计表。 10) 为编制土地复垦规划而设计的专项研究成果。 2.2 编制矿区土地复垦规划设计应遵循的原则 编制矿区土地复垦规划设计除需遵循有关法规政策外， 为使规划设计切实可 行还应遵循下列一些基本原则： 1) 先做总体规划，再作
5、复垦工程设计或小区规划。 2) 因地制宜，综合治理。 3) 近期效益与长远效益相结合。 4) 经济效益、生态环境效益与社会效益相结合。 5) 工程复垦与生物复垦规划统一考虑。 2.3 编制矿区土地复垦规划设计的基本要求 2.3.12.3.1土地复垦规定对土地复垦规划设计的要求土地复垦规定对土地复垦规划设计的要求 （1） 土地复垦规划应与土地利用总体规划相协调。各有关管理部门在应 当根据经济合理的原则和自然条件以及土地破坏状况，确定复垦后的土地用途。 在城市规划区内，复垦后的土地利用应当符合城市规划。 （2） 土地复垦应当与生产建设统一规划。有土地任务的企业应当把土地 复垦指标纳入生产建设计划；
6、建设项目可行性报告和设计任务书应当包括 土地复垦的内容；设计文件应当有土地复垦的章节，明确其复垦任务；工艺 设计应当兼顾土地复垦的要求；可能的情况下，地质勘探阶段就对土地资源给予 土地复垦有关的其他资源进行详细调查。 表 2 土地复垦各阶段所包含的内容和目标 （3） 土地复垦规划应当考虑充分利用邻近的废弃物充填挖损区、塌陷区 和地下采空区。利用废弃物作为土地复垦充填物，应当防止造成新的污染。 2.3.22.3.2 复垦目标对土地复垦规划设计的要求复垦目标对土地复垦规划设计的要求 矿 区 土 地 复 垦 工 程 的 目 标 是 恢 复 破 坏 土 地 的 生 产 力 和矿区生态系统的平衡。而土地
7、是土壤、水、植物和动物群落等的综合体，这一 概念已被广泛接受，因此，复垦不仅是地表的恢复或植被的恢复，而应是组成土 地综合体的每一单元的恢复和重建。 这就要求复垦规划设计应考虑多种因素进行 综合规划，才能达到复垦工程的最终目标。正如美国国家科学研究委员会所述的 那样： 一种合适的复垦目标不一定要求严格的复原采前的地土地特征和景观，而 只是要求建立在地质和水文条件的稳定的、能够保证生态系统结构的地形，这种 地形能为将来的土地利用提供多种方案。 总之，无论哪种复垦形势，其主要目标应是重建永久稳定的景观地形，这种 地形在美学上和环境上能与未被破坏的土地相协调， 对其所在的更大范围的生态 系统做出最大
8、的贡献， 从而最有效的促进其所在的生态系统的稳定和土地生产能 力的提高。 2.4开采沉陷地土地复垦规划的一般程序 阶段 内容 目标 勘测、 调 查 与 分 析 地质采矿调查与评价； 社会经济现状 调查与评价； 社会经济发展计划； 自然资 源调查与评价；环境污染现状调查与评 价；地形勘测 明确复垦问题 的性质， 为总体规划 提供基础资料。 总 体 规 划 结合井下开采范围，确定规划区范 围； 说明规划时间； 选择土地利用方向和 复垦工程措施； 制定分类； 分期复垦方案； 复垦规划方案的优化论证；投资效益预 测； 关于影响复垦规划实施的相关问题及 解决办法的说明 和土地利用总 体规划一起， 为区域
9、 土地利用的合理性 提供保证； 为复垦工 程设计提供依据 复 垦 工 程设计 明确复垦工程设计的对象； 设计达到 总体规划所提出的土地利用方向的工艺 流程和工艺措施、 机械设备选择、 材料消 耗、劳动用工等；实施计划安排；施工旗 帜日期的安排； 工程投入与年经营费、 年 收益的详细计算。 供施工单位施 工 我们认为土地复垦规划设计应包下五个程序(见图)。 原始资料的收集是复垦规划设计的基础， 复垦可行性分析是基于原始资料对 开采沉陷地可垦性进行的研究。复垦方案设计是复垦的总体规划，其关键是决定 复垦土地的利用方向及其合理布局。 复垦工程设计是对复垦工艺过程进行详尽的 规划， 具有可操作性的特点
10、。 复垦的技术经济分析则是对复垦投资与收益的估算， 是决策者决定复垦工程可否实施及资金筹措的关键。这五个程序相互联系、相互 制约、缺一不可。它既反映了一般土地复垦规划设计的程序，又说明了土地复垦 规划设计的主要内容。下面就这土地复垦规划的五大内容(程序)予以详细的讨 论: 2.42.4.1.1设计的原始资料设计的原始资料 收集的原始资料主要包括: （1） 矿山企业生产现状:企业类型、 规模、 产品及产量， 主要的开采方法， 矿山的地理交通位置、隶属关系等。 （2） 矿山企业对土地的破坏现状与预测:开采沉陷地现状，万吨煤沉(塌) 陷率，积水率，积水深度，开采沉陷参数，开采沉陷观测历史及资料，根据
11、开采 设计进行开采沉陷预计并绘制成图。 （3） 待复垦地区的自然状况:自然地形地貌，气象特征，地震、地质、水 文、土壤资料，名胜古迹及国家重要设施资料，土地利用现状，农业区划与国土 规划情况，人口、耕地及社会经济环境等区域经济地理资料，对矿山土地复垦的 要求。其中水文资料包括地下水分布状况及水量、水位、水质化验资料;地表水 体分布、水资源利用情况，洪水位资料，地方水利发展规划等。土地利用现状的 调查应对当地的作物品种、生长状况、供求关系进行详细的分析统计。土壤资料 包括土壤类别及分布情况、土壤各种理化性质及肥力的评价。三种原始资料在文 字叙述的同时，应汇成表格，并应绘制以下图件:矿区交通位置图
12、 1:10001:100000;矿区区域地质图1：5000或1:10000;矿区井上下对照图 1:2000或l:5000;开采沉陷地现状图1:1000或1:2000;土壤图及养分含量图 1:5001:2000 2.42.4.2.2开采沉陷地的可垦性分析开采沉陷地的可垦性分析 （1）环境条件分析 从以下各个方面分析复垦的可行性:开采沉陷地的破坏特征、水文条件、道 路交通条件、给排水与供电条件等。 （2）开采沉陷地区岩石、土壤特性分析 叙述塌陷区的土壤理化特性及生物特性，矿区煤矸石的地球化学特性，潜在 的含肥量，土壤及煤矸石的腐殖质含量(活性有机质)及其它有关的指标，土壤改 良效果预测，塌陷区内存
13、在的岩石对复垦可能带来的影响预测等。 （3）沉陷盆地积水及附近水源的水质分析 通过对水质的分析以确定是否适宜于养鱼，如何合理设计养鱼塘，是否需采 取水质净化措施等。 （4）沉陷地充填复垦的承载力分析 通过对沉陷地的充填复垦的充填物料及充填厚度的分析及承载力试验以决 定复垦地建房的可能性及相应措施。 （5）超前复垦的可行性 对尚未沉陷的土地， 利用开采沉陷预测技术及土地复垦理论对超前复垦可行 性进行评述。 （6）类比性分析 利用聚类分析等方法，充分利用类似于本地区被破坏土地的恢复利用经验， 开采沉陷地可垦性分析应绘制以下图件:沉陷地破坏程度平面图 l:10001:2000;沉陷地剖面图1:500
14、1:2000;开采沉陷预测图15001:2000 2.4.32.4.3复垦方案设计复垦方案设计 主要内容是:叙述复垦的对象、范围、面积，确定复垦土地的利用方向，合 理的地面标高，复垦方案及其工艺特征，复垦方案的优化评述。这一设计中应绘 制: (1)复垦区地形等高线图1:1000或1:2000 (2)复垦规划设计总平面图1:1000或1:2000 2.4.42.4.4复垦工程设计复垦工程设计 详细叙述复垦的土木工程和生物工程的工艺流程，工艺措施，实施计划安排 即机械材料选择，主要工程量，劳动定员，材料消耗计算，工程投资和年经营费 计算。应绘制以下图件: (1)工艺流程详图(应包括复垦工程实施与复
15、垦后改善与管理两个阶段的全 部工艺); (2) 复垦工程实施计划表(应注明进度安排); (3) 工艺措施一览表; (4) 复垦后土壤培肥试验布置图; (5)主要工程量，材料消耗，投资与年经营费等指标一览表。 2.4.52.4.5技术经济分析技术经济分析 对复垦工程进行详尽的技术经济分析以确定复垦效益。应按复垦土地的用 途分类，分别(可列表)列出以下主要技术经济指标:复垦利用的土地面积，复 垦率主要工程量，三材总耗量，工程总投资，单位面积复垦费，人员定额，设 备类型与数量，年收益预测，计算的还本年限以及其它有必要列出的指标。 3 举例说明塌陷地复垦方案优化的过程和方法 3.1 复垦规划区概况 张
16、集煤矿位于徐州市西北约 30km 铜山县刘集镇境内。属于江苏天能集团公 司的下属单位。矿区有陇海铁路和支线符夹铁路穿过，南有徐商公路，30min 可 达徐州市区，交通十分方便。北与夹河矿相邻，西南与义安矿相接，北部以陇海 铁路为界，东部和南部以屯头系露头为限，西部以 29 勘探线与义安井田相接， 开采深度原定为-600m 水平， 现因受京福高速公路的影响， 开采深度暂定为-500m 水平。地质储量 995 万 t，可采储量 607 万 t，主要开采夏桥系 2 层煤，山西组 7 层煤和 9 层煤。其地理坐标为东经 11708，北纬 3416,主副井井口标 高 42m。走向长 2.5km，倾斜宽
17、1.0km，面积 2.5km2。1970 年建矿，1981 年投产， 设计生产能力为 21 万 t/a，2002 年经省局核定生产能力为 15 万 t/a，主要主采 夏桥系 2 层煤及山西组(小湖系)7、9 层煤。其中 7、9 煤为低灰、低硫优质肥煤， 挥发份一般在 28%以上，发热量在 5500 千卡/kg 以上。截止 2003 年底，共生产 原煤 249.5 万 t。 本区气候具有长江流域与黄河流域的过渡性质，而又接近北方气候的特点， 近 40 年来， 降水量年平均 859.1mm,日最大降水量为 225mm,总的表现为降水集中 度高、年变化大。 本区位于徐州煤田九里山向斜的西南边缘,受新
18、华夏系影响,东南向断裂,显 示复式单斜构造，局部煤层倒转成“S”状,井田内总体为一走向变化大的单斜构 造。张集煤矿 1981 年 12 月份投入生产，设计服务年限为 45 年。开拓方式为竖 井开拓，采用走向长壁台阶式采煤法。设计生产能力为 21 万 t/a。截止 2003 年 底张集矿剩余开采服务年限为 10 年。 规划区为张集矿较早的采煤区域，位于煤矿的西南方向，面积约 2800 余亩， 塌陷基本稳定。 3.2 复垦方案及论证 本区虽然由于采煤塌陷造成地表下沉，但是由于地下水位较低，没有大面积 积水现象，也没有由于地下水位接近地表而造成土壤盐渍化。而是由于距离煤矿 较近和附近工矿企业的发展，
19、对由于塌陷造成地势起伏的农田乱掘乱挖，造成一 大批鱼塘和没有利用的取土区， 因此土地复垦的主要目的是土地的平整和大批鱼 塘的处理。 本区治理的有利条件之一就是地表水系发达，本区西部有郑河贯穿而过，近 期排涝水位为 32.13m，远期排涝水位为 32.63m。南部以顺堤河为界，其十年一 遇洪水为 31.13m，只要排灌系统设计合理，规划区的灌溉和排水问题能很好的 解决。 根据水系分布于水文条件和当地地形条件，提出三种设计方案，即： 方案一：平整土地，保留、整理和充分利用已有的鱼塘，在原有的水利设施 的基础上进行修正、改建和扩建。 方案二：利用附近的煤矸石充填鱼塘，平整土地，使之全部变成农田，水利
20、 设施的设置同方案一。 方案三：利用附近的煤矸石充填部分小鱼塘，保留、整理和利用大鱼塘，改 原来主要东西向的水利设施为南北向。 这三种方案中，田、沟、林、路、渠和其他一些附属设施的设计规格基本相 同。 （具体情况见附图） 方案一的优点：工程量不大，投资较小，受益大，对环境的污染小。 方案二的优点：复垦产生的耕地较多，能有效的解决人地矛盾，解决部分煤 矸石的问题。 方案三的优点：兼顾出地率和经济效益，能有效的减少沟渠的数量以及在上 面的投资。 3.3 用模糊综合评判法对各方案进行评估 3.33.3. .1 1 模糊综合评判法简介 综合评判就是对受到多个因素制约的事物或对象做出一个总的评价，这 是
21、在日常生活和科研工作中经常遇到的问题，如产品质量评定、科技成果鉴定、 ai i n 1 1 某种作物种植适应性的评价等，都属于综合评判问题。由于从多方面对事物进行 评价难免带有模糊性和主观性， 采用模糊数学的方法进行综合评判将使结果尽量 客观从而取得更好的实际效果。 模糊综合评判的数学模型可分为一级模型和多级模型，在此仅介绍一级 模型。采用一级模型进行综合评判，一般可归纳为以下几个步骤： (1)建立评判对象因素集 U=u1,u2,un。因素就是对象的各种属性或性 能， 在不同场合， 也称为参数指标或质量指标， 它们能综合地反映出对象的质量， 因而可由这些因素来评价对象。 (2)建立评判集 V=
22、v1,v2,vn。如工业产品的评价，评判集是等级的集 合；农作物种植区域适应性的评价，评判集是适应程度的集合。 (3)建立单因素评判，即建立一个从 U 到 F(V)的模糊映射 f UF VuU i :( ), 0rij1,1in,1jm 由 f 可以诱导出模糊关系，得到模糊矩阵 称 R 为单因素评判矩阵，于是(U,V,R)构成了一个综合评判模型。 (4)综合评判。由于对 U 中各个因素有不同的侧重，需要对每个因素赋予 不同的权重，它可表示为 U 上的一个模糊子集 A=(a1,a2,an)，且规定 . 在 R 与 A 求出之后，则综合评判模型为 B=AR。记 B=(b1,b2,bm)，它 是 V
23、 上的一个模糊子集，其中 bj=(airij) (j=1,2,m)。 如果评判结果， ，就对其结果进行归一化处理。 3.3.23.3.2 用模糊综合评判法进行优化用模糊综合评判法进行优化 (1)确立评判对象的因素集 判断一个土地复垦规划方案的优劣， 须从环境、 社会、 经济各方面综合考虑， 但是由于以上三个方案对环境和社会的影响差别不大， 并且对环境和社会的影响 数据如果由试验和统计方法来获取需要花费很多资金和精力。 如果凭主观判断又 bj j m 1 1 R rrr rrr rrr m m nnnm 11121 21222 12 缺少必要的经验。本文仅从总投资、年收益、投资回收期、净现值（假
24、设使用期 为 30 年）和出地率等五个方面进行评价。所以评判因素集 U=总投资年收益投资回收期净现值出地率 总投资的大小直接决定着风险的大小，总投资越大风险就越大，另外投资的 越大还要求投资者的融资能力越强，总投资是评价投资方案必须考虑的一个因 素。 年收益反映了投资方案的每年的获利能力，投资者都希望获得较多的利益， 年收益反映了这一能力，可以用作评价方案的又一指标。 净现值是指未来期内各年净现金流量的现值。 表示项目达到折现水平外剩余 的资金的现值价值。净现值指标反映了项目投资是赢是亏的基本情况，可以衡量 出投资者对项目在经济上的满意度。 回收期是指项目原始投资回收所需要的时间，在此时间内可
25、以回收全部投 资， 在此以后的净现金流量都是投资方案的盈利。由于未来净现金流量的不确定 性使项目存在风险，回收越短，则该项投资在未来时间内所冒的风险越小，回收 期越长，项目所冒的风险也就越大。 出地率是指复垦出的耕地占复垦面积的比率， 作为土地复垦方案的一个评价 指标，反映土地对农民对国家的重要性。 (2)确定权重 本文采用层次分析法确定各因素权重， 层次分析法是系统工程中对非定量事 件做定量分析的一种简便方法， 也是对人们的主观判断作客观描述的一种有效的 方法。它对于解决大系统中的多层次、多目标决策问题行之有效，具有高度的逻 辑性、灵活性和简介性的特点。其原理如下： 层次分析法通过对复杂问题
26、的分析判断将影响系统的各因素分成条理化的 有序层次，在对每一层次各因素的相对重要性进行比较排序，依次作为决策者的 依据。 设 b1bn个因素的权重分别为 w1wn A= A 即为反映 n 个元素之间相对重要性的比较矩阵，显然有： nij)n n n 2 n 1 n n 2 2 2 1 2 n 1 2 1 1 1 a ( w w w w w w w w w w w w w w w w w w WnWA 式中W=（w1,w2,wn）T，所以 n 是 A 的一个特征根，因素的权重向量W 是 A 对应于特征根 n 的特征向量。根据矩阵理论可知，n 是唯一非零的最大特征 根。 在解决问题时，W无法预先确
27、知，但可以通过比较得到比较矩阵 A。在矩 阵具有满意一致性的条件下求解：得到W和max，从而确定每层元素的排序问 题，max为矩阵的最大特征值。A 必须具有满意一致性，否则得到的结论将是 不合理的。 其主要步骤如下： 1确定目标和评价因素集；2构造判断矩阵；3计算重要性排序；4检验 本文用层次分析确定权重,就是确定以上各因素对土地复垦规划设计方案评 估的影响程度，由于所用指标较少，把它们分在同一层次上。五个指标分别用 B1-B5表示，它们的相对重要性如表 3 所示。 表 3 各个指标相对重要性比较表 B B1 B2 B3 B4 B5 B1 1 1/3 1 1/3 1/5 B2 3 1 3 1
28、1/3 B3 1 1/3 1 1/3 1/5 B4 3 1 3 1 1/3 B5 5 3 5 3 1 根据判断矩阵 A 求得 WB=0.10280.19520.10280.19520.404T，CR=0.020.1， 满足一致性检验。 （3）建立评判集 评判集的等级划分,视实际情况而定。本次根据实际情况将评判因素统一设 为可行、基本可行和不可行。即评判集 V=可行基本可行不可行 （4）建立最低层函数的隶属度 隶属度函数是模糊集合应用于实际问题的基础，其确定方法不是唯一的。关 键在于是否正确地反映了元素隶属集合到不属于集合的这一变化过程的整体性。 表 3 列出了五个评价因素隶属各个评价等级的阀值
29、， 表 4 三个方案各因素的指标 值。 表 4 各因素隶属各评价等级的阀值表 投资投资 受益受益 投资回收期投资回收期 净现值净现值 出地率出地率 可行 120 40 5 1000 0.9 基本可行 160 30 10 800 0.7 不可行 180 20 15 600 0.5 表 5 各因素的指标值表 投资投资 收益收益 投资回收期投资回收期 净现值净现值 出地率出地率 方案一 136.3 37.1 4.8 1098.1 0.63 方案二 170.3 21.7 14.4 88.3 0.94 方案三 112.3 29.1 5.2 828.4 0.71 表 6 列出了五个指标因子关于每个评判等级
30、的白化函数， 表 6 为白化函数的 计算结果。 表 5 白化函数表 决策决策 因子因子 白化函数白化函数 决策决策 因子因子 白化函数白化函数 投资 收益 投 资 回 收 期 净产 值 )160,120x )160, x0 40 120x 1 )1200 x 1 f11 ， )160, x 0 )180,160 x 40 160-x -1 )160120 x 40 120-x )1200 x 0 f12 ， ， )081 , 061 x )180, x1 40 160x )1600 x 0 f13 ， )30,20x 0,20) x1 10 20x 1 )30 x 0 f23 ， 0,20)
31、x 0 )30,20 x 10 20-x )4030 x 10 30-x 1 )40 x 1 f22 ， ， )40,30x 0,30) x0 10 30x )40 x 1 f23 ， )10, 5x )10, x0 5 5x 1 )50 x 1 f31 ， )51 ,10x )15, x1 5 10x )100 x 0 f33 ， )15, x 0 )15,10 x 5 10-x -1 )105 x 5 5-x )50 x 0 f32 ， ， )800,600x 0,600) x1 200 600x 1 )800 x 0 f43 ， 0,600) x 0 )800,600 x 200 600
32、-x )1000800 x 200 800-x 1 )1000 x 0 f42 ， ， )1000,800x 0,800) x0 200 800x )1000 x 1 f41 ， 出 地 率 表 7 白化函数值表 方案方案 F1 F2 F3 F4 F5 等级等级 方案一 0.5925 0.71 1 1 0 可行 0.4075 0.29 0. 0 0.65 基本可行 0 0 0 0 0.35 不可行 方案二 0 0 0 0 1 可行 0.7425 0.17 0.12 0 0 基本可行 0.2575 0.83 0.88 1. 0 不可行 方案三 1 0 0.96 0.142 0 可行 0.91 0
33、.04 0.858 0.05 0 基本可行 0 0.09 0 0 0.95 不可行 结合权重分配，求得各方案在各个等级上的隶属度，取其最大隶属度所在的 等级为决策结果。 表 8 各方案的隶属度和决策结果表 可行可行 基本可行基本可行 不可行不可行 决策结果决策结果 )7 . 0 , 5 . 0x 0,0.5) x1 0.2 5 . 0x 1 ) 10.7 x 0 f53 ， 0,0.5) x 0 )7 . 0 , 5 . 0 x 0.2 0.5-x )9 . 00.7 x 0.2 0.7-x 1 ) 10.9 x 0 f52 ， ， )9 . 0 , 7 . 0x 0,0.7) x0 0.2
34、7 . 0x ) 10.9 x 1 f51 ， 方案一 0.4975 0.8706 0.1414 基本可行 方案二 0.404 0.1218 0.4742 不可行 方案三 0.2292 0.3694 0.4014 不可行 3.3.3 结果分析 由上表可知， 方案一基本可行， 其余两种方案不可行。 由于方案一收益较高， 投资回收期较短，三十年后的地净现值最高，所以从计算结果来看为三个方案中 的最优方案。由于本地区土地破坏严重，人均不到 0.5 亩耕地，土地问题制约着 经济的方展，所以出地率得高低在评价土地复垦方案是具有举足轻重的作用。出 地率相对较低，而出地率的权重较大，影响了该方案的评价结果。
35、方案二由于投 资大，投资回收期长，所以尽管出地率较高，该方案仍不可行。方案三尽管投资 比方案一少，但是其收益也少，回收期比方案一也长，计算结果不可行，如果把 复垦出的土地用来种植经济作物，提高预期收益，有可能方案二，方案三变不可 行为基本可行，甚至是可行。只要调整好鱼塘和耕地的比例，经济作物和粮食作 物的比例，就可以得到最佳方案。 另外，权重的分配影响到决策结果，不同的权重可以得到不同的最佳方案， 权重的确定， 与我们复垦的目的紧密联系在一起， 如果我们复垦是为了增加耕地， 不可能把经济目标的权重定的很大。 3.4 用灰关联决策的方法对方案进行优化 3. .4. .1 灰模式关联决策的概念灰模
36、式关联决策的概念 （1）灰模式关联决策的含义 灰色关联分析法是一种直接的综合评价方法,这种方法是基于“关联度”最 大来分析问题,这种方法的优点是在进行指标处理时,将指标直接量化处理,保护 已有的信息,从而大大减少误差;并且这种方法简单实用,便于计算和理解。灰色 关联分析法研究的对象是无量纲化后的序列,分为母序列和子序列。通常称母序 列为参考序列,子序列为比较序列。参考序列是灰色关联分析法中的标准序列, 比较序列研究的是对象序列,灰关联度决策主要是评价各方案与最优方案(或称 理想最优方案)的关联度,即各方案的比较序与参考序列的关联度。 灰模式关联决策的核心是灰模式。灰模式决策的内容是模式的评估与
37、辨识。 灰模式关联决策的目的是确定优化模式，即优化方案。 （2）灰模式关联决策基础 灰模式关联决策的基础是：灰关联分析；灰模式的构造变换与辨识。 3. .4. .2 灰优化模型灰优化模型 令 xi为第 i 个决策方案，xi（k）为 xi中第 k 个数据，也就是第 k 个指标的 值，kK，K=1，2，n，则称 xi（或 xi=xi（ （k） ）=（xi（1） ，xi（2） ， xi（n） ） ）为第 i 个模式指标序列，简称第 i 个模式。 令 Xi 为第 i 个模式，iI=1,2,，m,有模式群 x1=x1（ （k） ）=（x1（1） ，x1（2） ，x1（n） ） ， x2=x2（ （k）
38、）=（x2（1） ，x2（2） ，x2（n） ） ， xm=xm（ （k） ）=（xm（1） ，xm（2） ，xm（n） ） ， 从上述模式群众可以构造出 x（k） （或 x（i）（k） ） x（k）=x（i）（k）=（x（1）（k） ，x（2）（k） ，x（m）（k） ） ， kK，K=1，2，n， 称 x（k）为第 k 个指标模式列，简称 k 指标。 令 POLx(k)为 k 指标极性。又令 POL（max）为极大值极性，POL（min）为极 小值极性，POL（men）为适中值极性，则其全体为极性基，计为 POL（base） POL（base）=POL（max） ，POL（min） ，PO
39、L（men）， POLx(k)POL（base） ， 极性属于 POL（base）的指标为通常指标。 通过变换具有极大值极性 POL（max）的指标为一致性指标。由一致性指标 构成的模式为变换模式。变换模式的全体为变换模式集，记为 X x=xi（ （k） ）iI=1,2,，m，kK=1，2，n， xi（ （k） ）=（xi（1） ，xi（2） ，xi（n） ）, x（k）=（x（1）（k） ，x（2）（k） ，x（m）（k） ）, POLx(k)=POL（max）,k 令 X 为变换模式集。令 x0（即 x0（ （k） ） ）为 X 中数据构成的序列 x0（ （k） ）=（x0（1） ，x0（
40、2） ，x0（n） ）, 若 x0（k）满足下述条件 x0（k）=maxx（i）（k） ，kK xi（k）=（xi（1） ，xi（2） ，xi（n） ） kK，K=1，2，n， 则称 x0 为标准模式。 令 x 为变换模式集，xix 为模式，x0为标准模式，则称 xi对 x0的灰关联度 的模式优化度（满意度） ，记为 goopm（i） goopm（i）=r（x0，xi） r（x0，xi）= 令 gshd为门槛值，Xopm为变换模式集 X 的子集，XopmX。若 Xopm=xiiII=1、2、，m， gopm（i）=r（x0，xi）gshd， 称 Xopm 为满意模式子集，称 xi*为优化模式
41、xi*maxr（x0，xi） 。 3. .4. .3 灰模式关联决策步骤灰模式关联决策步骤 步骤一：给出模式指标序列 xi及指标极性 步骤二：构造指标模式列 x（k） ，并作极性变换。 步骤三：构造变换模式 步骤四：构造标准模式 步骤五：计算模式优化度 步骤六：寻找满意模式子集及优化模式 3.4.43.4.4 具体优化过程具体优化过程 （1）指标及极性 指标 1（投资） 三个规划方案中，投资分别为 136.3、170.3 和 112.3，对同一投资项目， 投资越小，风险越小，取其小者为优，所以投资为极小值目标。 指标 2（收益） 三个方案的年预期收益分别为 37.1、21.7 和 29.1，对
42、同一投资项目，收益 越多越好，所以收益为极大值目标。 指标 3（投资回收期） 三个方案的指标值分别为 4.8、 14.4 和 5.2 同一项目投资回收期越长，风险 越大，所以投资回收期越短越好，为极小值目标。 指标 4（净现值） 投资项目的现金流全部折现到 30 年的同一时间点上，当然越大越好，为极 大值目标。 指标 5（出地率） 这主要从社会效益的角度去考虑，复垦出的耕地越多，就能更好的解决当地 的粮食问题，缓解人地矛盾。我们取其为最大值目标。 （2）模式（指标）序列 根据塌陷状况和水文地质条件我们制定了三种方案 X1=（136.3 37.1 4.8 1098.1 0.63） X2=（170
43、.3 21.7 14.4 88.3 0.94） X3=（112.3 29.1 5.2 828.4 0.71） （3）构造变换模式 指标一（极小值极性） 指标序列 Xi（1）=（136.3170.3112.3） minXi（1）=112.3 变换值 (1)X (1)Xmin ) 1 (x i i i=（0.82390.65941） 指标 2（极大值目标） 指标序列 Xi（2）=（37.121.729.1） maxXi（2）=37.1 变换值 (2)maxX (2)X )2(x i i i=（10.58490.7844） 同理 (3)X (3)Xmin )3(x i i i=（10.33330.9
44、231） (4)maxX (4)X )4(x i i i=（10.08040.7544） (5)maxX (5)X )5(x i i i=（0.670210.7553） 变换值汇总 x1（1）=0.8239，x2（1）=0.6594，x3（1）=1,maxxi(1)=1x0(1)=1 x1（2）=1，x2（2）=0.5849，x3（2）=0.7844,maxxi(2)=1x0(2)=1 x1（3）=1，x2（3）=0.3333，x3（3）=0.9231,maxxi(3)=1x0(3)=1 x1（4）=1，x2（4）=0.0804，x3（4）=0.7544,maxxi(4)=1x0(4)=1 x
45、1（5）=0.6702，x2（5）=1，x3（5）=0.7553,maxxi(5)=1x0(5)=1 (4)标准模式 x0 根据变换的最大值原则，可构造标准模式 x0 x0=x0(1)x0(2)x0(3)x0(4)x0(5) (5)优化度 以 x0位参考序列 xi为比较序列，可算出 xi对 x0的灰关联度 r（x0，xi） ，从而 有 xi模式的优化度go opm(i)为： go opm(i)=r（x0，xi） go )1opm( =r（x0，x1）=0.8327；go )2opm( =r（x0，x2）=0.4382；go )3opm( =r（x0，x3） （6）满意子集与优化模式 满意模式子
46、集：给定 gshd=0.8，则满意模式子集 Xopm=X1 X3 优化模式 Xi*：Xi*maxr（x0，xi）=0.8327；由于 i*=1 表明方案一为优化 方案。 3. .4. .5 结果分析结果分析 由计算结果可知， 方案一同最佳模式的灰关联度最大， 为最佳方案。 方案三， 基本可行。灰关联度的计算方法可能影响的决策结果，特别在两方案同标准模式 关联度相差不大的情况下。我们可以分辨系数来调节相关系数的大小，也可以根 据我们的决策目的，利用权重对相关系数进行修正。比如从环境，社会，经济多 方面考虑可以构造不同的指标序列，不同的标准序列，计算不同的相关系数，乘 以不同的权重得到一个总的相关系数，可以作为方案选择的依据。 小结 土地复垦方案优化说到底就是从几个方案中挑选最佳方案的决策过程， 最终 希望有所改进使之变得更加完美。优化的方法，多种多样，其共同点就是使定性 的数据定量化，使不可以运算比较的数据变成可以运算比较的数据，定性向定量 转换其本身带有很大的模糊性，数据转换的质量直接影响到决策的质量。模糊综 合评判与灰关联决策都是处理不确定的和非定量数据的很好的方法
