Оптимизация экологичной и эффективной технологии восстановления зелёных карьеров на основе колеблющегося нечеткого метода TOPSIS

Исцеление израненных ландшафтов

Современное общество зависит от полезных ископаемых, но карьеры открытого типа часто оставляют после себя оголённые, нестабильные откосы, которые раздувают пыль, вымывают почву и плохо удерживают растительность. В этом исследовании показано, как сочетание современных 3D‑карт и интеллектуальной системы принятия решений может превратить такие скальные стены в более зелёные и безопасные ландшафты — быстрее, надёжнее и дешевле, чем традиционные универсальные решения.

Видеть карьер в высоком разрешении

Вместо того чтобы рассматривать откос как единое однородное пространство, авторы начинают с детальной съёмки. С помощью дальнобойного 3D‑лазерного сканера они создают цифровую модель рельефа (DTM) карьера B в провинции Шаньдун, Китай. Эта модель фиксирует точную форму, высоту и крутизну каждой части стенки карьера. В сочетании с полевыми обследованиями типов горных пород, трещиноватости, водных условий и климата это позволяет разделить откос на семь различных зон, каждая из которых имеет свою геологию и степень устойчивости. Эта точная картина служит основой для более целенаправленного плана восстановления.

Учет неопределённости грунта

Выбор способа восстановления откоса сложен, потому что многие важные факторы — например, крепость горной породы или способность растений укореняться — трудно выразить одним числом. Эксперты могут колебаться между оценками, и классические балльные методы часто скрывают эту неопределённость. Чтобы учесть это, авторы используют подход принятия решений, называемый колеблющимся нечетким TOPSIS. Проще говоря, он позволяет экспертам задавать диапазон возможных значений для восьми ключевых индикаторов, включая прочность породы, расстояние между трещинами, подземные воды и повреждения от взрывных работ. Математическая процедура затем взвешивает эти индикаторы, сравнивает каждую зону откоса с идеализированным «лучшим» и «худшим» вариантом и вычисляет, насколько близка каждая зона к желаемому состоянию. Зоны с более высокими оценками характеризуются более крепкими, стабильными породами; с низкими — более слабыми и хрупкими.

Подбор правильного решения к правильному месту

После оценки качества горной породы в каждой зоне откоса следующим шагом является подбор наиболее подходящего метода восстановления. Самые крепкие породы (класс I) в двух зонах получают покрытие толстым слоем субстрата: прочное полотно из почвы, удобрений, связующего и семян, предназначенное для сцепления с твёрдой, почти голой породой и поддержания плотной растительности. Породы среднего качества (класс II) в четырёх зонах обрабатывают трёхмерной растительной сетью — сетчатым материалом, уложенным по откосу, который фиксирует корневую систему растений и противостоит эрозии от осадков. Самая слабая зона (класс III), где порода мягкая и изломанная, восстанавливается при помощи технологий распыления почвы, которые позволяют создать более лёгкое и гибкое почвенное покрытие, лучше подходящее для нестабильного основания. Эта цепочка «зонирование–оценка–решение» заменяет эмпирические подходы чёткой, основанной на данных связью между локальными условиями и методами обработки.

Чище воздух, зелёнее откосы, ниже расходы

Команда затем тестирует, насколько эффективно эта адаптированная стратегия работает на карьере B. В течение 12 месяцев они измеряют покров растительности, пыль у поверхности и эрозию почвы и сравнивают результаты с ранними методами, описанными в литературе. Оптимизированный подход повышает восстановление растительности примерно до 25 процентов, тогда как сравнительные методы остаются ниже 15 процентов. Уровень пыли у земли заметно снижается, улучшая качество воздуха для рабочих и близлежащих сообществ, а потери почвы на экспериментальных участках сокращаются сильнее, чем при конкурирующих техниках, особенно в долгосрочной перспективе. Поскольку самый дорогой метод распыления применяется только для зон, которые в нём действительно нуждаются, общая стоимость восстановления сокращается примерно на 29 процентов по сравнению с применением этого метода повсеместно.

От одного карьера — к многим

Для неспециалиста главный вывод в том, что не все части карьера равнозначны, и отношение к ним как к единому целому ведёт к лишним расходам и худшим результатам. Тщательная съёмка рельефа, честный учет неопределённости в экспертных суждениях и адаптация инструментов восстановления к местным геологическим условиям позволяют превратить повреждённую стенку карьера в более стабильный, зелёный ландшафт при одновременной экономии средств. Хотя исследование пока основано на одном карьере, та же логика может служить ориентиром при восстановлении множества других площадок по мере того, как горная отрасль движется к действительно «зелёным» операциям.

Цитирование: Wang, B., Guo, D., Sun, J. et al. Optimization of ecological and efficient restoration technology for green mines based on hesitant fuzzy TOPSIS. Sci Rep 16, 6586 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37060-6

Ключевые слова: восстановление карьеров, зелёная добыча, стабильность откосов, восстановление растительности, контроль пыли и эрозии