矿产资源开采过程中,矿尘排放的废弃物通过地表径流和空气悬浮颗粒进入到环境中,对大气环境和地表生态环境造成了严重的影响。本文以污染排放过程为视角,对脆弱性评价与级联传播模型进行问题的融合,旨在揭示矿尘排放源和矿尘迁移的空间分布特征,分析污染关联区域内脆弱化级联传播规律,提出适合矿尘影响下生态环境脆弱性评价的方法和矿尘迁移致脆弱化级联传播模型的分析框架。生态环境脆弱性研究不仅对脆弱生态环境的恢复与重建提供科学依据,是区域可持续发展规划的重要前提,而且对生态环境中污染排放的联防控制和治理都具有重要的意义。本文的主要研究工作如下:首先,将Petri网的各个要素赋予化学意义,通过化学反应及其起因和结果库所的守恒关系,构造了矿井废气致大气复合污染Petri网,挖掘了矿井排风口中起始污染经过系列链式反应生成二次污染的因果关系,定义了二次污染物损害度公式。将Petri网应用于大气环境评价模型中,提出化学反应Petri网的大气复合污染损害度评价模型,并给出相应的算法。其次,在传统对象Petri网中引入函数的概念,定义了一种全新的生态系统脆弱性动态评价模型,综合考虑生态系统脆弱化过程中的促进与抑制作用。用变迁表示脆弱程度的触发条件,对象库所表示生态系统变化过程中所处的状态,对象的属性表示评价的特征值,对象的函数表示更新属性的行为,从而直观地表示生态环境恶化的逻辑因果关系。在对象函数Petri网的基础上,结合模型原理的规则,给出OFPNEM算法。第三,为了解决复杂生态系统边界模糊存在的不确定问题及系统中存在大量相似过程带来的冗余问题,在对象Petri网中引入粗糙集理论,建立一种生态系统脆弱性评价模型。该模型利用粗糙对象Petri中的三个等价关系建立了变迁、库所、节点对象等价类划分空间,在节点对象类空间中通过两个精确的上、下近似网作为边界线来刻画矿尘影响下生态系统不断脆弱化直至崩溃这一过程的不确定性。第四,为了描述矿尘迁移致生态环境脆弱化级联传播问题,在对象函数Petri网中引入GIS技术,提出一种对象函数GeoPetri网模型。考虑单污染物迁移路径和生态环境在地理空间上的关联关系,用对象库所表示脆弱化级联传播路径上子系统,变迁表示子系统间的关联关系,前弧表示托肯的触发条件,从而直观地构造了级联传播生态环境Petri网。在此基础上,定义了基于级联传播的脆弱度和阈值,利用两者的关系进行脆弱性级联传播分析,明确级联传播的三种状态,并以级联传播规模作为衡量脆弱性的全局指标,利用随机搜索算法对最优规模率下的参数进行了寻优。最后,为了描述多源矿尘迁移致生态环境中污染关联网络的级联传播问题,用有色Petri网区别多个不同矿区的污染源,提出了一种全新的对象函数有色GeoPetri网模型。基于HYSPLIT模式的矿尘空间分布规律,定义了三种关联关系,并构建了多源污染关联的生态环境脆弱化级联传播Petri网。在模型中重新定义了多源污染脆弱度、基于土地利用类型的生态阈值和污染关联作用造成的级联传播规模,分析了污染关联网络的级联传播过程、关联关系对脆弱度的影响以及阈值变化对污染关联影响下级联传播规模的影响。目前,现有研究在生态环境系统脆弱性评价方面作出了一定的贡献,但从污染源出发,评价矿尘导致生态系统不断脆弱化,进而考虑矿尘迁移和沉降,污染关联区域内脆弱化级联传播的建模方法和研究尚处于探索阶段。针对以上研究问题的不足,本文揭示了矿尘迁移致关联区域内生态环境脆弱化级联传播特征,提出了基于对象函数GeoPetri污染关联区域内脆弱性级联传播建模方法,构建了矿尘排放致生态环境脆弱化及其级联传播机制的理论分析框架。不仅扩展了生态环境脆弱性评估的理论与方法,而且具有重要的应用价值。