李亞民，楊 楠，李瑞敏，付小林，孟 暉

(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081)

承載能力研究從早期的地基對建筑物的承載、牧場對牲畜的承載，到資源對經(jīng)濟社會的承載、環(huán)境對經(jīng)濟社會的承載、資源環(huán)境對經(jīng)濟社會的承載，承載能力的主體和客體都有了很大的延伸和擴展，但均可概括為自然系統(tǒng)的某些要素對社會經(jīng)濟系統(tǒng)某個方面的承載。承載能力的研究空間可以小到一個地塊、一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大到省市、流域、國家等。承載能力的評價方法也從早期利用Logistic方程的簡單評價，發(fā)展到了引入系統(tǒng)動力學(xué)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)的復(fù)雜評價。值得注意的是，承載能力評價自從引入了RS和GIS技術(shù)，其結(jié)果的表達(dá)形式也就從單純的總量(規(guī)模)承載發(fā)展到了總量(規(guī)模)承載與布局(空間)協(xié)調(diào)并重[1～4]。

本文以三峽庫區(qū)的奉節(jié)、巫山縣生態(tài)屏障區(qū)為研究區(qū)，以地質(zhì)環(huán)境為承載能力主體、社會經(jīng)濟系統(tǒng)為承載能力客體，從地質(zhì)環(huán)境的空間差異性與社會經(jīng)濟系統(tǒng)的空間布局入手，引入復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的概念，利用地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的空間協(xié)調(diào)度、整體協(xié)調(diào)度的評價，探索小空間尺度大比例尺的地質(zhì)環(huán)境承載能力評價成果的表達(dá)方式及成果應(yīng)用方向。

1 地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價

地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價可單獨反映地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)本身的承載本底的空間分布情況。本研究綜合奉節(jié)、巫山縣生態(tài)屏障區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征和資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，選取了區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、斜坡穩(wěn)定性、地質(zhì)遺跡和地質(zhì)公園保護(hù)重要性等因子，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價。

1.1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價

評價要求：明確區(qū)域內(nèi)距今12萬至1萬年以來活動的或未來仍有可能活動的斷裂分布情況；依據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，查詢評價區(qū)地震動峰值加速度的具體數(shù)值。

評價內(nèi)容：主要以活動斷裂的活動時代表征評價斷裂的活動性，以地震動峰值加速度表征評價地震作用強弱程度。

評價方法：根據(jù)調(diào)查資料，標(biāo)注距今12萬至1萬年以來的活動斷裂，編制評價區(qū)活動斷裂分布圖；以距活動斷裂距離[5～7]和地震動峰值加速度的大小[8]進(jìn)行區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價，穩(wěn)定性分為極不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、次穩(wěn)定、穩(wěn)定5個等級。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價

評價要求：明確區(qū)域可能發(fā)生的主要地質(zhì)災(zāi)害類型與可能性大小。根據(jù)主要地質(zhì)災(zāi)害的孕育機制分析地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的區(qū)域分異規(guī)律，明確特定地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的地區(qū)范圍與可能程度。首先針對特定地質(zhì)災(zāi)害類型進(jìn)行評價，然后對多種地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度進(jìn)行綜合分析，明確區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的分布特征。

評價內(nèi)容：在現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、編目的基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)災(zāi)害形成條件或形成地質(zhì)災(zāi)害條件組合的分析評價，預(yù)測區(qū)域?qū)懋a(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，圈定出可能產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的空間范圍及活動強度。核心內(nèi)容包括地質(zhì)災(zāi)害特征、空間密度、易發(fā)條件和潛在易發(fā)區(qū)預(yù)測評價。一般包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂縫等災(zāi)害的易發(fā)程度。本次研究主要評價崩塌、滑坡、泥石流3種地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度。

評價方法：依據(jù)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程巖土性質(zhì)、斜坡結(jié)構(gòu)和斜坡水文地質(zhì)條件等主要評價指標(biāo)，分別評價崩塌滑坡易發(fā)程度、泥石流易發(fā)程度；按就高原則，將各易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果疊加，形成崩塌滑坡泥石流易發(fā)程度分區(qū)評價結(jié)果，編制易發(fā)程度分區(qū)圖；易發(fā)程度分為極高易發(fā)、高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)5個等級。請當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害專家，參考地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測資料，對易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果進(jìn)行驗證并修改完善。

1.3 斜坡穩(wěn)定性評價

評價要求：掌握區(qū)域斜坡穩(wěn)定性的空間分異規(guī)律；斜坡穩(wěn)定性評價結(jié)果能夠?qū)θ丝诤蜕a(chǎn)力布局、斜坡治理工程等提供決策基礎(chǔ)。

評價內(nèi)容：主要考慮工程地質(zhì)巖組、斜坡結(jié)構(gòu)類型、斜坡坡度與高度等，進(jìn)行斜坡穩(wěn)定性初步評價；然后結(jié)合斜坡治理工程、人類工程活動等，完成斜坡穩(wěn)定性區(qū)劃。

評價方法：把影響斜坡穩(wěn)定性的主要因子(工程地質(zhì)巖組、斜坡結(jié)構(gòu)類型、斜坡坡度、斜坡高度)進(jìn)行單因子評價(表1)，再通過ArcGIS軟件進(jìn)行空間加權(quán)疊加分析(表2)，采用Quantile分類法進(jìn)行穩(wěn)定性等級劃分；利用斜坡治理工程、人類工程活動等資料，對初步評價結(jié)果進(jìn)行修正，完成斜坡穩(wěn)定性區(qū)劃。穩(wěn)定性分為極不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、次穩(wěn)定、穩(wěn)定5個等級。

表1 研究區(qū)斜坡穩(wěn)定性評價因子等級評價表

表2 研究區(qū)斜坡穩(wěn)定性評價因子權(quán)重表

1.4 地質(zhì)遺跡和地質(zhì)公園保護(hù)重要性評價

評價要求：明確評價區(qū)內(nèi)地質(zhì)遺跡空間位置、類型、級別；明確評價區(qū)內(nèi)地質(zhì)公園空間分布范圍和級別。

評價內(nèi)容：主要包括單個地質(zhì)遺跡點、地質(zhì)公園保護(hù)區(qū)范圍。地質(zhì)遺跡是指在地球演化的漫長地質(zhì)歷史時期，由于各種內(nèi)外地質(zhì)作用形成、發(fā)展并遺留下來的珍貴的、不可再生的自然地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)公園是由多個相同或不同類型地質(zhì)遺跡點構(gòu)成、相對集中分布的其規(guī)模可滿足建立保護(hù)區(qū)或地質(zhì)公園的區(qū)域。

評價方法：地質(zhì)遺跡可以分為基礎(chǔ)地質(zhì)類地質(zhì)遺跡、地貌景觀類地質(zhì)遺跡、地質(zhì)災(zāi)害類地質(zhì)遺跡三大類。不同類型的地質(zhì)遺跡按評價標(biāo)準(zhǔn)分為世界級、國家級、省級。地質(zhì)遺跡是較為特殊的地質(zhì)環(huán)境因子，依據(jù)國土資源部印發(fā)的《國家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求》(國土資發(fā)〔2016〕83號)，劃出地質(zhì)遺跡以及地質(zhì)公園的各級保護(hù)區(qū)范圍。

1.5 綜合評價

依據(jù)區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、斜坡穩(wěn)定性、地質(zhì)遺跡和地質(zhì)公園保護(hù)重要性等單因子評價結(jié)果，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價(表3)。利用ArcGIS的Quantile方法，對地質(zhì)環(huán)境限制性進(jìn)行4級分區(qū)，即：強限制區(qū)、較強限制區(qū)、一般限制區(qū)和不限制區(qū)，編制地質(zhì)環(huán)境限制性區(qū)劃圖。

2 地質(zhì)環(huán)境與社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評價

復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度可度量子系統(tǒng)之間在發(fā)展過程中彼此和諧一致的程度，體現(xiàn)了復(fù)合系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢，是協(xié)調(diào)狀況好壞程度的定量指標(biāo)。本文在上述地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)本底評價的基礎(chǔ)上結(jié)合社會經(jīng)濟子系統(tǒng)，從空間協(xié)調(diào)度、整體協(xié)調(diào)度兩個角度評價了復(fù)合系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。其中社會經(jīng)濟子系統(tǒng)選取人口和GDP空間分布密度兩個指標(biāo)。

表3 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價表

注：評價因子、限制性賦值及權(quán)重均為專家打分法得出的結(jié)果。

在理想狀態(tài)下，社會經(jīng)濟系統(tǒng)的空間布局理應(yīng)受到地質(zhì)環(huán)境空間差異特征的影響和限制，比如，在地質(zhì)環(huán)境強限制區(qū)內(nèi)人口或GDP分布密度大，或者在地質(zhì)環(huán)境低限制區(qū)甚至是不限制區(qū)內(nèi)人口或GDP分布密度很低，這是極不合理的，也可以說系統(tǒng)協(xié)調(diào)度很低(相反則協(xié)調(diào)度很高)?；谏鲜鏊伎?，本研究構(gòu)建了地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)空間協(xié)調(diào)度評價模型，通過編制相關(guān)圖件反映研究區(qū)的空間協(xié)調(diào)程度。

為了對比不同研究區(qū)的協(xié)調(diào)程度，或者同一地區(qū)不同時段(過去、現(xiàn)狀、規(guī)劃期)的協(xié)調(diào)程度變化，本研究在空間協(xié)調(diào)度評價模型基礎(chǔ)上建立了整體協(xié)調(diào)度評價模型，利用該模型可以進(jìn)行研究區(qū)宏觀的承載狀態(tài)分析。協(xié)調(diào)度的概念體系如圖1所示。

圖1 地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度概念體系圖Fig. 1 Conceptual system diagram of the coordination degree of the geological environment-social and economic complex system

2.1 空間協(xié)調(diào)度

某一地區(qū)人口(GDP)分布與地質(zhì)環(huán)境特征的空間協(xié)調(diào)度，可以反映人口(GDP)布局的地質(zhì)環(huán)境條件合理性。利用ArcGIS的Quantile方法，進(jìn)行4級分類(極大、大、中、小)，編制人口(GDP)空間分布密度圖。利用ArcGIS軟件的空間分析功能，把地質(zhì)環(huán)境限制性區(qū)劃圖與人口(GDP)空間分布密度圖進(jìn)行疊加分析，編制地質(zhì)環(huán)境-人口(GDP)復(fù)合子系統(tǒng)空間協(xié)調(diào)度評價圖。空間協(xié)調(diào)度從高到低分為5級：很高、高、中、低、很低(表4)。

表4 地質(zhì)環(huán)境-人口(GDP)復(fù)合子系統(tǒng)空間協(xié)調(diào)度評價分級

2.2 整體協(xié)調(diào)度

(1)地質(zhì)環(huán)境-人口復(fù)合子系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度(CI(地質(zhì))人口)采用式(1)計算：

(1)

式中：A1、A2、A3、A4、A5——分別表示表4中地質(zhì)環(huán)境-人口復(fù)合子系統(tǒng)空間協(xié)調(diào)度評價結(jié)果中很高(Ⅰ)、高(Ⅱ)、中(Ⅲ)、低(Ⅳ)、很低(Ⅴ)區(qū)的面積；

A——評價總面積，A=A1+A2+A3+A4+A5；

β1、β2、β3、β4、β5——協(xié)調(diào)系數(shù)，建議取值1，0.8，0.6，0.3，0。

(2)地質(zhì)環(huán)境-GDP復(fù)合子系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度(CI(地質(zhì))經(jīng)濟)采用式(2)計算：

(2)

式中：B1、B2、B3、B4、B5——表4中地質(zhì)環(huán)境-GDP復(fù)合子系統(tǒng)空間協(xié)調(diào)度評價結(jié)果中很高(Ⅰ)、高(Ⅱ)、中(Ⅲ)、低(Ⅳ)、很低(Ⅴ)區(qū)的面積；

B——評價總面積，B=B1+B2+B3+B4+B5；

λ1、λ2、λ3、λ4、λ5——協(xié)調(diào)系數(shù)，建議取值1，0.8，0.6，0.3，0。

(3)地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)度(CI(地質(zhì)))采用公式(3)進(jìn)行計算：

CI(地質(zhì))=α1·CI(地質(zhì))人口+α2·CI(地質(zhì))經(jīng)濟

(3)

式中：α1、α2——權(quán)重系數(shù)，建議取值0.5，0.5。

3 協(xié)調(diào)度評價成果的服務(wù)應(yīng)用方向

通過地質(zhì)環(huán)境-人口(GDP)復(fù)合子系統(tǒng)現(xiàn)狀(規(guī)劃)空間協(xié)調(diào)度，可以明確人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)搬遷或地質(zhì)環(huán)境整治工作的必要性以及這些應(yīng)對措施的時間和空間安排(明確各類空間規(guī)劃修編的必要性和修編的具體內(nèi)容)。

通過同一地區(qū)、不同時間的地質(zhì)環(huán)境-人口(GDP)復(fù)合子系統(tǒng)現(xiàn)狀(規(guī)劃)整體協(xié)調(diào)度的對比情況，反映該地區(qū)以往人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)搬遷或工程活動影響地質(zhì)環(huán)境(包括地質(zhì)環(huán)境整治)等方面工作的效果(預(yù)測該地區(qū)各類空間規(guī)劃實施在人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)搬遷或工程活動影響地質(zhì)環(huán)境包括地質(zhì)環(huán)境整治等方面工作的效果)。

通過同一時間、不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境-人口(GDP)復(fù)合子系統(tǒng)現(xiàn)狀(規(guī)劃)整體協(xié)調(diào)度的變化情況，對比不同地區(qū)人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)搬遷或工程活動影響地質(zhì)環(huán)境包括地質(zhì)環(huán)境整治等方面工作的現(xiàn)實效果，亦可服務(wù)于上級政府對兩個以上的下級政府的績效考核(對比預(yù)測不同地區(qū)各類空間規(guī)劃實施在人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)搬遷或工程活動影響地質(zhì)環(huán)境包括地質(zhì)環(huán)境整治等方面工作的效果)。

4 實例研究

研究區(qū)位于三峽庫區(qū)奉節(jié)縣與巫山縣的生態(tài)屏障區(qū)范圍內(nèi)，即奉節(jié)縣與巫山縣內(nèi)三峽大壩前175 m淹沒線至第一道山脊線的區(qū)域，面積約為844.06 km2，其中奉節(jié)生態(tài)屏障區(qū)面積 356.70 km2，巫山生態(tài)屏障區(qū)面積487.36 km2。

研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境限制性評價的結(jié)果統(tǒng)計如表5所示，其中強限制區(qū)面積92.3 km2，占10.9%，主要受到地質(zhì)環(huán)境保護(hù)因素的影響，分布在巫山神女風(fēng)景區(qū)、巫山小三峽景區(qū)和白帝城景區(qū)，如巫山縣的抱龍、巫峽、大昌等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，奉節(jié)縣的白帝、永安等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；較強限制區(qū)面積119.4 km2，占14.1%，主要是受斜坡穩(wěn)定性影響，分布在斜坡穩(wěn)定性為欠穩(wěn)定區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)，如地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地層且順向坡區(qū)(如安坪鎮(zhèn))，或者坡度陡(坡度45°以上)以及高程大于800 m區(qū)域；一般限制區(qū)面積349.34 km2，占41.4%，主要分布在斜坡穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定至欠穩(wěn)定區(qū)域，或地形坡度較陡(坡度20°以上)以及高程在450 m以上區(qū)域，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害比較發(fā)育，如抱龍、巫峽、康樂、鶴峰等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分區(qū)域；不限制區(qū)面積283.02 km2，占33.5%，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件較好，大部分分布在臨江高程450 m以下、坡度在20°以內(nèi)的斜坡穩(wěn)定性較好(穩(wěn)定至基本穩(wěn)定)的區(qū)域，如大昌、培石、曲尺、巫峽、安坪、白帝、康樂、永安、朱衣等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分區(qū)域。

生態(tài)屏障區(qū)地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)度評價結(jié)果表明：(1)2000年地質(zhì)環(huán)境-人口復(fù)合子系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度為0.495，說明2000年研究區(qū)人口的空間分布格局基本合理但仍然處于偏低的水平，有部分居住區(qū)處于地質(zhì)環(huán)境安全風(fēng)險之中；2000年的地質(zhì)環(huán)境-GDP復(fù)合子系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度為0.318，處于較低水平，說明2000年研究區(qū)經(jīng)濟的空間分布在某些區(qū)域與地質(zhì)環(huán)境本身限制性存在較大沖突，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的空間布局應(yīng)該注意地質(zhì)環(huán)境的影響。(2)2000年到2014年，地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)度發(fā)生了較大變化，由2000年的0.41提升為2014年的0.53。究其原因，主要是得益于這段時期內(nèi)三峽庫區(qū)崩塌滑坡、塌岸和高切坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患點的規(guī)模性集中防治，以及人口分布、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和空間布局的逐步優(yōu)化。

表5 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境限制性分區(qū)統(tǒng)計表

對比研究巫山和奉節(jié)縣城城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)區(qū)的地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度，2000—2014年期間，巫山縣城和奉節(jié)縣城的城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)區(qū)的整體協(xié)調(diào)度分別由0.48和0.39提升到0.56和0.55，說明奉節(jié)縣在地質(zhì)災(zāi)害防治、土地整治、人口搬遷以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局調(diào)整方面投入的工作力度更大，取得了更為明顯的效果。

5 結(jié)論及建議

(1)本文首次提出的地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的空間協(xié)調(diào)度、整體協(xié)調(diào)度的概念以及定量化評價模型，探索了從實用角度表達(dá)地質(zhì)環(huán)境承載能力的方法。本次研究不僅評價了奉節(jié)和巫山地質(zhì)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度，還評價了生態(tài)環(huán)境-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)、土地資源-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度，對比了生態(tài)屏障區(qū)3個復(fù)合系統(tǒng)2000—2014年的變化情況，并系統(tǒng)分析了變化的原因，評價的結(jié)果與當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況十分一致。

(2)在地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價過程中，強制型評價因子不限于本文表3中所列；強限制區(qū)可以直接劃定為地質(zhì)環(huán)境開發(fā)利用與保護(hù)紅線區(qū)。其他地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境限制性綜合評價時，要根據(jù)研究區(qū)自身的地質(zhì)環(huán)境特征與資源稟賦條件及開發(fā)利用情況，對地質(zhì)環(huán)境限制性評價因子進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p(比如可以增加地下水易污性評價因子等)，并通過專家打分、德爾斐、層次分析等方法確定相應(yīng)評價因子的權(quán)重。

(3)資源(環(huán)境)-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)的空間協(xié)調(diào)度評價結(jié)果可以為區(qū)域國土空間布局優(yōu)化、紅線體系劃定、自然資源資產(chǎn)管理、各類空間規(guī)劃的編制和修編提供地塊級的技術(shù)支撐建議。整體協(xié)調(diào)度的評價結(jié)果既可以在不同研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，也可以在相同地區(qū)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?；既可以評價各類相關(guān)工作的成效，也可以作為生態(tài)文明建設(shè)績效考核的評價依據(jù)。

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