王松根,馬海波

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊,安徽 六安 237000)

在地球不斷發(fā)展演化的過程中,由于地質(zhì)作用而產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害事件頻有發(fā)生。雖然總結(jié)過往地質(zhì)災(zāi)害的影響因素及其作用機理的研究中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)的地質(zhì)災(zāi)害與自然環(huán)境息息相關(guān),但是又不可否認許多地質(zhì)災(zāi)害還與人類活動有緊密聯(lián)系,是人類與自然界相互作用的結(jié)果[1]。隨著人類科學技術(shù)的不斷發(fā)展和對地質(zhì)環(huán)境監(jiān)控手段的逐漸增多,現(xiàn)階段對自然環(huán)境的了解程度已經(jīng)有了大幅度提高,并且隨著人們生活習慣的改變和人類社會對大自然索取程度的提高,許多場合都需要結(jié)合自然環(huán)境和人類活動對地質(zhì)環(huán)境承載力進行評價,以避免不必要的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和人民生命財產(chǎn)損失等[2]。雖然目前已有較多的研究對影響地質(zhì)承載力的單項因素進行了分析,但是大多數(shù)的地質(zhì)承載力都是各個不同因素綜合作用的結(jié)果[3-4],而針對這方面的研究還相對較少。在此基礎(chǔ)上,建立了一種基于多因素耦合的地質(zhì)環(huán)境承載力評價方法和模型,研究結(jié)果有助于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力評價分析及對地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作的開展。

1 承載力評價方法和模型

由于不同地質(zhì)環(huán)境作用下的承載力是多因素共同作用的結(jié)果,且還會隨著時空變化而呈現(xiàn)巨大差異,因此,傳統(tǒng)的層次分析法并不能很好地對地質(zhì)環(huán)境承載力進行評價[5]。研究嘗試采用基于知識評價技術(shù)的模糊邏輯方法和層次分析法相結(jié)合的方法來對地質(zhì)環(huán)境承載力進行評價,其主要優(yōu)勢在于可以發(fā)揮2種方法各自的特色,如層次分析法可以計算不同影響因素的權(quán)重,而模糊邏輯法則可以對影響因素進行疊加計算[6]。

模糊邏輯方法對地質(zhì)環(huán)境承載力μ(x)大小的評價可以表述[7]為

μ(x)=[μproduct(x)]1-γ[μsum(x)]γ,

其中:μj(x)表示第j個影響因素的隸屬度函數(shù)(j為地質(zhì)影響因子)。此外,對于特定地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力評價還需要有相應(yīng)的評價指標,具體包括坡度、地質(zhì)形貌、地下水、年降水量、植被覆蓋情況和當?shù)鼐用窠ㄖ飻?shù)量級人口密度等。

為了能夠準確對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力進行評價,結(jié)合單項評價方法和地表變形結(jié)果對上述承載力模型進行了優(yōu)化,并建立了相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境承載力優(yōu)化矩陣(見表1),列出了地表變形速率級別與承載力等級之間的對應(yīng)關(guān)系[8]。根據(jù)不同區(qū)域的地表變形動態(tài)監(jiān)測結(jié)果,可以通過實地考察與模型優(yōu)化結(jié)果進行對比,以驗證模型的可靠性。

表1 地質(zhì)環(huán)境承載力優(yōu)化矩陣

2 城關(guān)鎮(zhèn)承載力綜合評價結(jié)果

圖1為針對城關(guān)鎮(zhèn)地區(qū)建立的地質(zhì)承載力綜合評價模型層次結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)主要包括3級層次,第一級為地質(zhì)環(huán)境承載力系統(tǒng),它是由地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會環(huán)境子系統(tǒng)構(gòu)成(第二級);第三級則為不同子系統(tǒng)對應(yīng)的影響因素,即地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)包括高程、坡度、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地震、底層巖性、地下水和地質(zhì)災(zāi)害風險,生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)包括降水、河網(wǎng)密度、植被覆蓋度、土地利用類型和生態(tài)承載力,社會環(huán)境子系統(tǒng)則包括建筑密度、人口密度和財產(chǎn)價值。這些評價指標中的影響因素對地質(zhì)承載力的影響權(quán)重不同,具體還需要進一步劃分。

圖1 評價模型層次結(jié)構(gòu)

評價指標中各影響因素的分級表述如下[9]:(1)高程:27～89 m、90～350 m、351～580 m、581～904 m 4個級別;(2)坡度:0°～18°、19°～28°、29°～44°和45°～80° 4個等級;(3)地貌:基巖山、滑坡泥石、河谷和階地;(4)地質(zhì)構(gòu)造:按照距斷層距離劃分;(5)地震:根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》劃分;(6)植被覆蓋度:0%～12%、13%～32%、33%～48%、49%～79%;(7)建筑密度:根據(jù)區(qū)域建筑速率與土地面積進行計算和劃分;(8)財產(chǎn)價值:根據(jù)單位面積財產(chǎn)數(shù)量進行分級;(9)人口密度:單位面積人口數(shù)量,其他影響因素的評級也參照相應(yīng)的規(guī)范或者標準,以實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境承載力的綜合、客觀評價。

根據(jù)圖1的地質(zhì)承載力綜合評價模型層次結(jié)構(gòu),將影響地質(zhì)承載力的第二級層次的三因素(地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境)的判斷矩陣和權(quán)重列于表2。從權(quán)重指標上來看,地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境的權(quán)重分別為0.754 7、0.150 9和0.094 3。

表2 影響因素判斷矩陣和權(quán)重

進一步對第三級層次中各因素的判斷矩陣和權(quán)重進行列表分析,結(jié)果見表3～表5,分別列出了地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境中16因素的各自權(quán)重,其中λmax、CI、C.R和RI分別表示矩陣的最大特征根、一致性指標、一致性比率和平均隨機一致性指標。從地質(zhì)環(huán)境判斷矩陣和權(quán)重可以看出,高程、坡度、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地震、底層巖性、地下水和地質(zhì)災(zāi)害的權(quán)重分別為0.038 5、0.038 5、0.072 4、0.161、0.105、0.227 5、0.029 8和0.327 4;生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中降水、河網(wǎng)密度、植被覆蓋度和土地利用類型的權(quán)重分別為0.222 8、0.172 8、0.264 1和0.340 4;社會環(huán)境子系統(tǒng)中建筑密度、人口密度和財產(chǎn)價值的權(quán)重分別為0.142 9、0.285 7和0.571 4。

分別將不同層級的評價指標及影響因素進行權(quán)重總排序,結(jié)果見表6。通過對比分析可知,地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境中對評價因子權(quán)重影響從大至小順序為地質(zhì)環(huán)境>生態(tài)環(huán)境>社會環(huán)境,權(quán)重因子分別為0.754 7、0.150 9和0.094 3。在地質(zhì)環(huán)境中,地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性和地質(zhì)災(zāi)害對地質(zhì)環(huán)境承載力影響的權(quán)重較大,分別為0.121 7、0.171 6和0.247 0;在生態(tài)環(huán)境中,對地質(zhì)環(huán)境承載力影響較大的因素包括土地利用類型和植被覆蓋度,權(quán)重分別為0.051 4和0.039 9;在社會環(huán)境中,建筑密度、財產(chǎn)價值和人口密度的總排序權(quán)重分別為0.013 4、0.026 9和0.053 9。通過層次總排序可以對影響地質(zhì)環(huán)境承載力的16個因素進行權(quán)重分析,以更好地對地質(zhì)環(huán)境承載力進行評估,并有利于更好地防災(zāi)減災(zāi)。

表3 地質(zhì)環(huán)境判斷矩陣和權(quán)重

表4 生態(tài)環(huán)境判斷矩陣和權(quán)重

表5 社會環(huán)境判斷矩陣和權(quán)重

3 地質(zhì)環(huán)境承載力綜合評價驗證與優(yōu)化

根據(jù)表6并結(jié)合地區(qū)的地表變形數(shù)據(jù)[10-11],得到了基于地質(zhì)環(huán)境承載力的評價結(jié)果,見圖2。從圖2中可見,不同區(qū)域的地質(zhì)承載力劃分為優(yōu)、良、中和差,承載力優(yōu)的區(qū)域主要有3個、承載力良的區(qū)域主要有5個、承載力中的區(qū)域主要有13個,而承載力差的區(qū)域主要有7個,如圖2中紅色區(qū)域所示,地質(zhì)承載力優(yōu)、良、中和差的區(qū)域分別占中評價單元總數(shù)的10.7%、17.9%、46.4%和25%。對比分析可知,在各個不同級別的地質(zhì)承載力劃分中,級別為優(yōu)的區(qū)域占比面積最小,其次為級別為良的區(qū)域,而級別為中的區(qū)域占比最大。這種評價方法是一種基于多因素耦合的創(chuàng)新性和切實可靠的評價手段,根據(jù)圖2的地質(zhì)環(huán)境承載力的評價結(jié)果,可以對地質(zhì)承載力區(qū)域進行分級并對不同承載力區(qū)域的級別所占的面積和分布進行統(tǒng)計分析,做到對地區(qū)地質(zhì)承載力進行良好評價,從而為區(qū)域地質(zhì)環(huán)境保護、人口遷移和城鎮(zhèn)化發(fā)展做出參考依據(jù),有助于現(xiàn)階段城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃。

表6 層次總排序

圖2 地質(zhì)環(huán)境承載力評價分區(qū)

4 結(jié)論

地質(zhì)環(huán)境承載力在本質(zhì)上可以較好地反應(yīng)人類生活與地質(zhì)環(huán)境的辯證關(guān)系,是調(diào)節(jié)人與自然矛盾的重要紐帶。在人類居住環(huán)境不斷惡化、人們生活居住品質(zhì)要求不斷提高和綠色環(huán)保意識逐漸增強的當今社會,對地質(zhì)環(huán)境承載力進行評價是一項極具創(chuàng)新性和具有重大意義的工作。研究通過3個層次、16個影響因素對地質(zhì)環(huán)境承載力的影響權(quán)重進行分析,得出了地質(zhì)環(huán)境承載力評價分區(qū)圖,結(jié)果有助于地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的評估和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等。這種基于地質(zhì)環(huán)境承載力的綜合評價模型可以推廣至全國不同地區(qū),為區(qū)域地質(zhì)環(huán)境保護、城鎮(zhèn)化建設(shè)和經(jīng)濟建設(shè)提供參考依據(jù),并減少由于過度開發(fā)、施工建設(shè)等帶來的地質(zhì)災(zāi)害和對人民生活財產(chǎn)研究造成的損失。