王德富，唐偉，文學(xué)虎

?

生態(tài)環(huán)境評價中的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性分析——以龍門山地質(zhì)斷裂帶中段為例

王德富1，2，唐偉1，文學(xué)虎1

（1.國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，成都610100；2.成都理工大學(xué)，成都610100）

生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境評價已成為當(dāng)今國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的工作之一。為此，國家環(huán)境保護(hù)部專門出臺了《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（HJ192-2015）》以指導(dǎo)我國生態(tài)環(huán)境評價工作。然而，地質(zhì)環(huán)境工作雖經(jīng)過大量的調(diào)查與研究，并取得了一定成效，但至今沒有形成一套成熟的、簡易通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。尤其是在涉及地質(zhì)環(huán)境對生態(tài)環(huán)境的影響作用等方面尚沒有形成統(tǒng)一認(rèn)識。鑒于此，筆者提出一種適用于生態(tài)環(huán)境評價工作的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性快速評價方法，以分析地質(zhì)環(huán)境對地表生態(tài)環(huán)境的影響作用。

生態(tài)環(huán)境；地質(zhì)環(huán)境；評價指標(biāo)；模型構(gòu)建

當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境日益破壞，已成為當(dāng)前國內(nèi)外地球科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而在生態(tài)環(huán)境方面，已有大量學(xué)者開展了生態(tài)環(huán)境評價工作，并形成了一套評價生態(tài)環(huán)境狀況的指標(biāo)體系和評價方法[1]。在地質(zhì)環(huán)境方面，大量工作集中在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。然而，地球表層的巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈相互滲透、交織、聯(lián)系，共同形成了統(tǒng)一的地球表生最大的生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)成了一個具有恢復(fù)和調(diào)節(jié)功能的開放—復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)[2,3]。顯然，地表生態(tài)環(huán)境評價僅僅能客觀反映當(dāng)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，不能深刻揭示導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的地質(zhì)環(huán)境的本質(zhì)屬性和自然特征。因此，對地球表生生態(tài)系統(tǒng)的研究，尤其是生態(tài)環(huán)境評價離不開對地質(zhì)環(huán)境的分析評價。然而，通過查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，生態(tài)環(huán)境評價過程中涉及地質(zhì)環(huán)境的評價相對較少?，F(xiàn)有的研究成果大量集中在地質(zhì)災(zāi)害等方面[4-6]，且方法各異，適用地區(qū)不同，尚沒有形成統(tǒng)一的體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[7]。

1 評價方法基本流程

1）全面收集研究區(qū)自然地理情況、地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)構(gòu)造及地貌與第四紀(jì)的基本研究資料，包括地質(zhì)測繪資料、氣象雨量資料、地形地貌條件、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域地層巖性、地殼運(yùn)動史、地質(zhì)災(zāi)害以及地震活動等成果，基本查清研究區(qū)地質(zhì)演化歷史。

2）根據(jù)野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果，利用遙感和地理信息技術(shù)，依據(jù)最新地質(zhì)理論，將各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下建立地質(zhì)環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫，并對各要素進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析。

3）充分分析前人研究成果及實(shí)際地質(zhì)調(diào)查資料，探討影響地質(zhì)環(huán)境各因素之間的相互聯(lián)系與作用，重點(diǎn)剖析對地質(zhì)環(huán)境具有突變或?yàn)?zāi)變效應(yīng)的主要因素，構(gòu)建適宜分析該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性的指標(biāo)體系與評價模型。

圖1 示范區(qū)地形地貌簡圖

4）基于構(gòu)建的地質(zhì)環(huán)境評價模型，得出評價結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 示范區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

研究以汶川縣、都江堰市及綿竹市三個行政區(qū)為示范區(qū)，隸屬四川省綿陽市、德陽市，四川阿壩藏族羌族自治州，跨級成都市的部分地區(qū)。地理位置橫跨四川盆地邊緣地區(qū)及川西北高原區(qū)，處于中低山區(qū)向高山高原地區(qū)的過渡區(qū)。海拔最高達(dá)6 231m，最低處為501m，平均相對高差達(dá)3 000m左右。同時，該區(qū)位于龍門山地質(zhì)斷裂帶中段，是“5·12”汶川大地震的極重地震地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，其地質(zhì)構(gòu)造活躍、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境敏感使其成為長江經(jīng)濟(jì)帶重要的生態(tài)修復(fù)及地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)區(qū)。據(jù)汶川地震震后地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查顯示，震后地質(zhì)災(zāi)害比震前明顯增多，其中以泥石流災(zāi)害最為活躍[8]。

表1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與海拔高程、地形坡度之間的關(guān)系

3 評價指標(biāo)選取及模型構(gòu)建

3.1 指標(biāo)選取原則

評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性必須客觀科學(xué)地反映區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況，為保證評價指標(biāo)及模型的合理性，必須遵循以下基本原則。

1）綜合性原則：地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性以及各要素間是相互作用的綜合結(jié)果，評價需全面分析其綜合作用。

2）主導(dǎo)性原則：地質(zhì)環(huán)境的演變是眾多地質(zhì)因子相互作用的結(jié)果，各種因子的作用方式和過程是不同的，必須分析決定著地質(zhì)環(huán)境的演變趨勢和方向的主導(dǎo)因子，以及各因子之間的變化規(guī)律及相互因果關(guān)系、主次關(guān)系，才能更準(zhǔn)確的反映地質(zhì)環(huán)境的基本特征。

3）科學(xué)性與區(qū)域性原則：科學(xué)性要求選取指標(biāo)應(yīng)該科學(xué)、全面、系統(tǒng)；區(qū)域性要求選取評價指標(biāo)具有研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和變化的特征，因地制宜地在層次、類型、空間尺度不同的地質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行評價。

表2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與地形起伏度、工程地質(zhì)巖組之間的關(guān)系

4）先進(jìn)性原則：要求獲取、選取指標(biāo)采用先進(jìn)的技術(shù)方法和理論。采用衛(wèi)星遙感及野外地質(zhì)調(diào)查等技術(shù)獲取地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和變化數(shù)據(jù)，增強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境綜合評價的準(zhǔn)確性和時效性；并選取合理、具有代表性的地質(zhì)環(huán)境要素。

5）定性和定量相結(jié)合的原則：根據(jù)數(shù)據(jù)的來源、處理方式，按照易量化程度進(jìn)行界定，不易給出準(zhǔn)確界線的需采用語義化方式進(jìn)行定性衡量。

3.2 評價指標(biāo)構(gòu)建

表3 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與斷層距離、斷裂密度之間的關(guān)系

前人在地質(zhì)環(huán)境分析評價中，主要集中對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性及危險(xiǎn)性等工作，并從各個角度對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生程度、頻次、類型、規(guī)模等進(jìn)行了研究[4-9]，但對在生態(tài)環(huán)境的影響評價較少。而生態(tài)環(huán)境的評價離不開地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)。研究認(rèn)為，對地質(zhì)環(huán)境具有最大影響能力的不僅僅只有地質(zhì)災(zāi)害突變或?yàn)?zāi)變事件本身，還有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，由于地質(zhì)環(huán)境的破壞，該地區(qū)地形地貌、水文、生態(tài)等多方面的系統(tǒng)性影響。因此，生態(tài)環(huán)境評價中的地質(zhì)環(huán)境不僅僅是對地質(zhì)災(zāi)害的評價，而應(yīng)是通過地質(zhì)災(zāi)害的特征、規(guī)模、密度等表征或評價其生態(tài)所處的地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣程度，尤其強(qiáng)調(diào)由于地質(zhì)環(huán)境的重大破壞所造成或引起的生態(tài)環(huán)境影響。基于此，根據(jù)大量研究成果認(rèn)為，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育與地區(qū)地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、人類活動等密切相關(guān)[4-9]。而地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境破環(huán)的最為直接且顯現(xiàn)的地質(zhì)因素。由此，生態(tài)環(huán)境評價工作中的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性也從以上幾個方面進(jìn)行分析。

經(jīng)分析判斷，示范區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)為2 135個，且該區(qū)地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性與各個影響因素之間具有緊密聯(lián)系，具體表現(xiàn)在：

1）海拔高程：在1 000~1 500m的高程范圍內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的密度更大，其次為小于1 000m的范圍內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度稍大；而在大于1 500m的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害明顯減少（表1）。

2）地形坡度：地質(zhì)災(zāi)害明顯集中分布在地形坡度小于30°以下地區(qū)（表1）。

表4 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與水系距離、道路距離之間的關(guān)系

表5 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與居民點(diǎn)距離、年均降雨量之間的關(guān)系

3）地形起伏度：地質(zhì)災(zāi)害主要集中在地形起伏度小于108m的地區(qū)（表2）。

4）坡向：在地形坡向西北、北及西南方向，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育。

5）工程地質(zhì)巖組：地質(zhì)災(zāi)害主要集中在軟弱巖組與較軟弱巖組地層中（表2）。

6）距斷層距離：基本特點(diǎn)是距離斷層越近的地方，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育（表3）。

7）斷裂密度：斷裂密度越大，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育（表3）。

8）距水系距離：距離水系距離越近的地方，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育（表4）。

9）距道路距離：在距交通道路距離越近的地方，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育（表4）。

10）距居民距離：在距人類活動區(qū)域越頻繁的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育（表5）。

11）年均降雨量：在降雨量越多的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害更發(fā)育（表5）。

12）地震峰值加速度：示范區(qū)地震峰值加速度有0.15g和0.2g，而在0.2g的地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害更發(fā)育。

表6 地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價關(guān)鍵指標(biāo)

基于以上地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境要素之間的關(guān)系分析，構(gòu)建地質(zhì)斷裂帶地質(zhì)環(huán)境評價指標(biāo)（圖2）。并采用層次分析法，構(gòu)建各評價指標(biāo)的判斷矩陣，最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到隨機(jī)一致性比率，具有滿意的一致性。

圖2 地質(zhì)斷裂帶地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價指標(biāo)權(quán)重

需要注意的是，在進(jìn)行的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價中，有的指標(biāo)存在不同程度的相關(guān)性，具有相互重疊的的意義，不能進(jìn)行簡單的疊加分析，否則將會是評價結(jié)果被不合理地放大，導(dǎo)致結(jié)果失真[8]。必須結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況進(jìn)行指標(biāo)“提純”，將意義相對重復(fù)的指標(biāo)剔除，得出最具有代表性的關(guān)系指標(biāo)（表6）。

經(jīng)大量分析前人研究成果[11-14]，認(rèn)為表6中的關(guān)鍵指標(biāo)可作為整個龍門山地質(zhì)斷裂帶地區(qū)生態(tài)環(huán)境評價工作中快速分析地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性的指標(biāo)體系。

3.3 模型構(gòu)建

評價之前必須確定合理的評價單元與評價模型。根據(jù)前人的研究成果，地質(zhì)環(huán)境的分析評價工作具有以下幾個特點(diǎn)。從評價的區(qū)域單元角度，主要方法有基于流域單元、行政區(qū)劃單元、網(wǎng)格單元及斜坡單元等[10]；從評價的類型角度，主要有基于某一類災(zāi)種的類別討論或者是基于區(qū)域的災(zāi)害模糊統(tǒng)計(jì)分析評價；從評價的模型計(jì)算方法角度，主要有層次分析模型（AHP）、模糊綜合評價模型（FUZZY）、信息量分析模型、Logistic回歸模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價模型（ANN）、支持向量機(jī)模型（SVM）等[11-14]。

因此，為了與生態(tài)環(huán)境的評價單元保持一致性，地質(zhì)環(huán)境亦采用100×100m的網(wǎng)格劃分。同時，由于地質(zhì)環(huán)境各影響要素之間又相互影響，關(guān)系復(fù)雜，故采用模糊綜合評價模型評價該區(qū)地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性。

評價指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均為定量描述的數(shù)據(jù)，須采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、均勻化，或?qū)?shù)、平方根等數(shù)值變換方法統(tǒng)一量綱，方可代入評價模型。

4 評價結(jié)果

4.1 評價結(jié)果

根據(jù)以上指標(biāo)選擇及模型構(gòu)建，通過數(shù)據(jù)歸一化處理，利用ArcGis空間疊加分析功能，得出地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價結(jié)果（圖3）。

圖3 地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價分區(qū)圖

圖4 地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布圖

由圖3可知，研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性較差，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度較高，主要集中在都江堰北部、都汶高速沿線以及綿竹是西北部山區(qū)。通過與實(shí)際地質(zhì)資料對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性明顯受地質(zhì)斷裂構(gòu)造、水系分布及人類活動影響等作用影響。其中，最主要還是受主要受到斷裂帶和地震活動的控制作用，其次為地形起伏度等其他因素。將該評價結(jié)果與區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)密度空間分布圖（圖4）對比分析看，該評價結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高，可信度強(qiáng)。

4.2 結(jié)果驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評價及分級結(jié)果的合理性，根據(jù)野外地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的結(jié)果（圖4），將已查明的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與評價結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，并統(tǒng)計(jì)各評價分區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的發(fā)育情況（圖5）。

由圖5可知，地質(zhì)環(huán)境極差地區(qū)面積為649.69km2，該區(qū)內(nèi)已查明的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)密度高達(dá)1.2個/km2；地質(zhì)環(huán)境差地區(qū)面積為1 361.69km2，但區(qū)內(nèi)已查明的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)密度驟減，為0.7個/km2；地質(zhì)環(huán)境差地區(qū)面積為1 361.69km2，區(qū)內(nèi)已查明的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)密度相較前兩者更少，僅0.17個/km2；而在地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性一般的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害分散發(fā)育，密度較低，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度顯著降低。因此，從地質(zhì)環(huán)境極差、差、較差到一般地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度看，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與地質(zhì)環(huán)境的好壞具有很好的線性相關(guān)擬合，綜上所有結(jié)果認(rèn)為，評價結(jié)果具有較高的可信度，同時也論證了本研究的評價方法的合理性和可靠性。

圖5 地質(zhì)環(huán)境評價結(jié)果與以查明地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)之間的關(guān)系

5 結(jié)論與建議

1）在前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過分析評價區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境關(guān)系，根據(jù)層次分析法和模糊綜合評價法快速得出地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性，結(jié)果合理，可靠；評價方法簡易、通俗易懂，易于理解。

2）在龍門山地質(zhì)環(huán)境研究相對成熟的地區(qū)，克服常規(guī)地質(zhì)環(huán)境評價中需要大量的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)與區(qū)域環(huán)境因素的分析方法，提出較為簡易的分析方法與評價模型，達(dá)到了在可用于生態(tài)環(huán)境評價過程中地質(zhì)環(huán)境快速分析評價的目的。

3）通過以上分析，筆者認(rèn)為亟需加強(qiáng)龍門山地質(zhì)斷裂帶地區(qū)地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性分析方法的統(tǒng)一規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并推廣應(yīng)用。

[1] 國家環(huán)境保護(hù)部.生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（HJ 192-2015）[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2015.

[2] 胡寶清，劉順生，張洪恩等.長江流域地質(zhì)-生態(tài)環(huán)境的演化機(jī)制及綜合自然災(zāi)害區(qū)劃[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào).2001，10（3）.

[3] 何政偉，黃潤秋，孫傳敏等.淺議生態(tài)地質(zhì)學(xué)[J].地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，2003.

[4] 黃潤秋，許強(qiáng)，沈芳等.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域評價與危險(xiǎn)性區(qū)劃系統(tǒng)研究[C].第三屆海峽兩岸三地環(huán)境災(zāi)害研討會論文集.臺北，2001，177-182.

[5] 劉傳正.區(qū)域滑坡泥石流災(zāi)害預(yù)警理論與方法研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2004，31（3）:1-6.

[6] 唐川，朱靜.基于GIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].地理學(xué)報(bào)，2005，60（1）:57-94.

[7] 牛全福.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究[C].蘭州大學(xué)，2011.

[8] 崔鵬，何思明，姚令侃等.汶川地震山地災(zāi)害形成機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)控制[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[9] 黃潤秋，唐川，李勇等.汶川地震地質(zhì)災(zāi)害研究[J].北京：科學(xué)出版社，2009.

[10] 霍艾迪，張駿，盧玉東等.地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價單元劃分方法—以陜西省黃陵縣為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2011，41，（2）.

[11] 黃潤秋，向喜瓊，巨能攀.我國區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評價的現(xiàn)狀及問題[J].地質(zhì)通報(bào).2004，23(11):1078-1082.

[12] 向喜瓊.區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價與風(fēng)險(xiǎn)管理[C].成都理工大學(xué)，2005.

[13] 童立強(qiáng)，祈生文，安國英等.喜馬拉雅山地區(qū)重大地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查研究[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[14] 許強(qiáng)，張一凡，陳偉.西南山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性評價方法—以四川省丹巴縣城為例.地質(zhì)通報(bào)，2010，29(5):729-735.

Problem of Geological Environment Stability of Ecological Environment Assessment——by the Example of the Longmenshan Fracture Zone

WANG De-fu1,2TANG Wei1WEN Xue-hu1

(1-The Third Geoinformation Mapping Institute, National Administration of Surveying, Mapping And Geoinformation, Chengdu 610100; 2-Chengdu University of Technology, Chengdu 610100)

The evaluation of ecological environment and geological environment has become one of the indispensable work in the national economic construction. A rapid evaluation method of geological environment stability and ecological environment is suggested.

ecological environment; geological environment; stability; assessment

[P69]

A

1006-0995（2017）03-0454-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.023

2016-12-12

四川省測繪地理信息局科技項(xiàng)目（2016ZC01）

王德富（1990-），男，四川達(dá)州人，碩士研究生，從事生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、測繪地理信息等方面的工作。