覃茂剛, 曾維特, 龍根元, 陳 波, 汪貴鋒,楊朝云, 張匡華, 鄧思迪

(1. 海南省海洋地質(zhì)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海南 ?？?570206;2. 海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院, 海南 海口 570206)

0 引言

崖州灣位于海南省三亞市,是我國古代海上絲綢之路出發(fā)和補(bǔ)給的重要港灣,也是海南的一處重要古文化遺址[圖1(a)中紅色標(biāo)記處]。作為海南自貿(mào)港高科技發(fā)展先行區(qū),崖州灣科技城瀕臨崖州灣,將著力打造南山港、南繁科技城、深?？萍汲?、科教城和全球動植物種質(zhì)資源引進(jìn)中轉(zhuǎn)基地。崖州灣海域作為城區(qū)運(yùn)輸、旅游和開發(fā)的潛力區(qū),地理位置極為重要,然而近岸海域是典型的生態(tài)交錯帶和脆弱區(qū),受自然因素和人為因素的影響較大[1]。崖州灣海域地質(zhì)環(huán)境變化較大,主要原因是人類過度開發(fā)海岸帶資源、用海工程規(guī)劃設(shè)計不合理、缺乏環(huán)境保護(hù)意識等[2]。近年來,隨著發(fā)展與環(huán)境沖突持續(xù)發(fā)生,地質(zhì)環(huán)境問題逐漸引起大家的重視和關(guān)注。

前人對崖州灣及其近海海域地質(zhì)環(huán)境研究做了大量工作:張從偉等[3]通過表層樣進(jìn)行分析,結(jié)果表明區(qū)內(nèi)沉積物常量元素組分以SiO2、Al2O3、CaO為主;李強(qiáng)華等[4]采用DPSIR模型分析,認(rèn)為2014—2018年三亞市海岸帶生態(tài)安全情況總體向好;王世俊[5]開展崖州灣岸線變化過程模擬研究,認(rèn)為近岸工程建設(shè)對整個崖州灣岸線產(chǎn)生了明顯影響;瞿洪寶等[6]分析了崖州灣表層沉積物空間分布特征,并將其劃分為3個沉積環(huán)境,其物源主要來自近岸侵蝕物質(zhì)、寧遠(yuǎn)河輸運(yùn)物質(zhì)及外海流輸運(yùn)物質(zhì);侯新文[7]采用專家聚類法對膠州灣海域建設(shè)工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行適宜性評價,將其劃分為良好、較好、較差和差區(qū),并分析了各區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件;Germain Boussarie[8]研究了海上風(fēng)電開發(fā)和海洋生物保護(hù)之間的相互制約關(guān)系。

前人對三亞崖州灣海域的地質(zhì)環(huán)境條件及開發(fā)建設(shè)有一定的研究,但鮮有基于崖州灣海域地質(zhì)環(huán)境開展的評價。伴隨著崖州灣科技城園區(qū)的建成、人口的增加和濱海旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,由陸向海開發(fā)的勢頭越來越強(qiáng)烈,而良好的生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障,因此對崖州灣海域開展以地質(zhì)環(huán)境為基礎(chǔ)的開發(fā)利用評價已刻不容緩。本文采用崖州灣海域前期的調(diào)查數(shù)據(jù),從水深、坡度、沉積物環(huán)境質(zhì)量、古河道或古湖泊面積、沙波面積、沙脊面積、軟土面積和軟土厚度8個方面,運(yùn)用K-means聚類法、熵權(quán)法和層次分析法構(gòu)建評價體系,并對結(jié)果作出分析和評價。此項研究可為崖州灣近海海域地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和開發(fā)利用規(guī)劃提供對策建議,也可為類似區(qū)域開展評價提供方法和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

崖州灣面朝南海,水域開闊,陸域地形兩翼高、中間低,東南側(cè)和西側(cè)分別是向海凸出的南山角和角頭鼻基巖岬角,海蝕地貌發(fā)育。灣頂有寧遠(yuǎn)河匯入,在入海口處形成沙壩—瀉湖—潮汐的通道體系。受兩側(cè)凸起基巖岬角的限制,崖州灣與沿岸海灣泥沙交換較少,因此海域沉積物多來源于寧遠(yuǎn)河。崖州灣海岸線由兩個次一級典型弧形海岸組成[6],灣區(qū)水深介于0～25 m,由岸線向海海水逐漸變深,南山角處坡度較大,海水急劇變深,其余地方坡度較緩[圖1(b)]。

崖州灣陸域主要分布九所—南好構(gòu)造帶、崖城—萬寧斷裂帶和馬嶺斷裂,構(gòu)造運(yùn)動在印支期、燕山期和喜馬拉雅期活動比較強(qiáng)烈,隨后逐漸減弱。新構(gòu)造運(yùn)動較弱,主要是地?zé)峄顒?有溫泉出露。兩翼主要發(fā)育侏羅世花崗巖和白堊統(tǒng)流紋巖、安山巖,中間則發(fā)育第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)礫砂、砂、黏土等松散巖層[圖1(c)]。

根據(jù)Folk三角形沉積物分類法,結(jié)合表層樣分析結(jié)果和研究區(qū)海底地形特征,繪制出崖州灣海域底質(zhì)類型分布圖[圖1(c)]。崖州灣海域表層沉積物總體上由岸向海顆粒逐漸變細(xì),其中粉砂質(zhì)砂(zS)沿岸線呈帶狀分布;礫質(zhì)泥質(zhì)砂(gmS)分布于崖州灣海域中部,自寧遠(yuǎn)河入海口向西南呈條帶狀展布,形成一條較粗的顆粒沉積帶;砂質(zhì)粉砂(sZ)分布范圍最大,位于海域的東南和西北側(cè);粉砂(Z)分布于海域的東南部,被含礫泥質(zhì)砂[(g)mS]分成兩半;含礫泥質(zhì)砂[(g)mS]分布范圍最小,僅位于海域的西北角。崖州灣海域中西部為沉積物匯聚中心,寧遠(yuǎn)河入海物質(zhì)、外海潮流輸運(yùn)物質(zhì)及近岸侵蝕物質(zhì)均向該處運(yùn)移[6]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文的實(shí)測數(shù)據(jù)來源于2015—2017年海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院承擔(dān)的《海南島海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查與評價》項目。該項目調(diào)查比例尺為1∶50 000,物探測線按1×2 km布設(shè),表層樣站位按2×2 km布設(shè);單道地震采用荷蘭GeoSpark-2000J單道地震系統(tǒng),電纜和電火花震源沉放深度0.5 m左右,電火花震源與水聽器偏移距10 m,距船尾約30 m;采樣頻率1 000 Hz,記錄長度800 ms,采集軟件為GeoSuite Acquisition,海底表層取樣使用箱式取樣器或抓斗取樣器;采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測試銅、鉛、鋅、鉻和鎘,采用雙道原子熒光法測定砷和汞,采用南方SDE-28S單波束測深儀測量水深,采用EdgeTech4200MP進(jìn)行側(cè)掃聲吶測量;采用1984年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)(World Geodetic System-1984,WGS-84)完成野外工作,利用SPSS和ArcGIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖。各工作手段和測試方法均按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行,符合質(zhì)量要求。

2 研究方法

2.1 評價原則

(1) K-means聚類

K-means聚類方法是把相似的物體聚在一起,屬于無監(jiān)督學(xué)習(xí),其算法簡單、易懂,在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時效率較高。K-means聚類步驟是一個循環(huán)迭代的過程,用歐氏距離作為衡量數(shù)據(jù)對象間相似度的指標(biāo),相似度與數(shù)據(jù)對象間的距離成反比,即相似度越大,距離越小。它將多個樣本分在多個類別中,通過多次迭代分析,逐次更新各聚類中心的值,直到每個數(shù)據(jù)到對應(yīng)聚類中心的距離最小,沒有任何變化,說明聚類函數(shù)已經(jīng)收斂。具體計算過程見周天倫等[9]提供的計算方法,這里不再詳述。

(2) 層次分析法

層次分析法是把復(fù)雜的問題分解為不同的層次,把人類的判斷轉(zhuǎn)化到若干因素兩兩之間重要度的比較上,從而把難于量化的定性判斷轉(zhuǎn)化為可操作的比較上面。它把評價因子按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu),并造兩兩比較的判斷矩陣,然后計算各層因子的權(quán)重,整個過程體現(xiàn)了人類決策思維的基本特征,即主觀權(quán)重[10]。具體計算過程見徐建華[11]提供的計算方法,這里不再詳述。本研究以發(fā)放調(diào)查問卷的形式,邀請海洋地質(zhì)、水工環(huán)地質(zhì)和地球化學(xué)等專業(yè)的專家對評價因子進(jìn)行打分,然后計算各個評價因子的主觀權(quán)重。

(3) 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種常見的客觀權(quán)重計算方法,它完全依靠評價因子的數(shù)據(jù)關(guān)系,構(gòu)成判斷矩陣計算各因子的權(quán)重。具體計算過程見李強(qiáng)華等[4]提供的計算方法,這里不再詳述。

(4) 組合賦權(quán)

由于地質(zhì)數(shù)據(jù)量大,難有規(guī)律可尋,本文先采用K-means聚類對數(shù)據(jù)分類,再采用層次分析法和熵權(quán)法依次計算各評價因子的主客觀權(quán)重。由于層次分析法過于依賴專家經(jīng)驗(yàn),熵權(quán)法又只從實(shí)測數(shù)據(jù)出發(fā),因此可通過式(1)對上述兩種方法求得的權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化擬合,從而最大限度地避免層次分析法主觀認(rèn)知與熵權(quán)法純客觀計算的缺點(diǎn),形成一種主客觀結(jié)合的科學(xué)評價方法[12]。

(1)

式中:Wj為組合權(quán)重;Woj為客觀權(quán)重;Wsj為主觀權(quán)重。

通過構(gòu)建評價因子?xùn)鸥駡D,將權(quán)重值賦值到柵格圖中,利用ArcGIS空間分析中的柵格計算器對各評價指標(biāo)進(jìn)行疊加,最后構(gòu)建研究區(qū)建設(shè)開發(fā)適宜性分區(qū)圖。在疊加前需要統(tǒng)一單元格的大小,每個單元格存儲權(quán)重值,單元格越小圖層劃分越精確,但單元格過小,數(shù)據(jù)量變大,會導(dǎo)致計算機(jī)卡頓,所以本研究采用李軍等[13]提供的柵格大小計算公式[式(2)]。通過計算,確定單元格的大小為33 m×33 m,在研究區(qū)共劃分出1 347 840個評價單元格。

Gs=7.49+0.000 6S-2.0×10-9S2+2.9×10-15S3

(2)

式中:Gs為柵格大小;S為底圖比例尺分母,本文為50 000。

(5) 自然斷點(diǎn)法

自然斷點(diǎn)法是一種常見的地圖分級算法。該方法參考了聚類的思想,通過尋找最大方差擬合優(yōu)度來確定最優(yōu)劃分類別,使得組內(nèi)盡量相似,組間盡量相異。該方法不僅能保證各類別樣本數(shù)盡量相近,又不存在特定類別樣本數(shù)過少所引起的過度分類,因此其在確定適宜性分區(qū)范圍方面應(yīng)用效果非常好[9]。

2.2 影響因素的選取

影響濱海建設(shè)開發(fā)的因素很多:李強(qiáng)華等[4]從驅(qū)動力系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)等方面評價三亞市海岸帶生態(tài)安全;黃健文[14]從歷史災(zāi)害點(diǎn)密度、地形地貌、場地類別、斷層分類、滑坡崩塌、液化土層、軟土和工程活動8個方面評價鄉(xiāng)村抗震防災(zāi)適宜性;耿文倩等[15]根據(jù)4個海洋物理化學(xué)環(huán)境指標(biāo)(水深、流速、底質(zhì)類型和水質(zhì)、沉積物質(zhì)量)評價海洋牧場的選址;侯新文[7]選取地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水深、水動力條件、潛在地質(zhì)災(zāi)害、巖土物理力學(xué)參數(shù)等7類影響因素,針對具體的開發(fā)用途,將評價結(jié)果應(yīng)用于膠州灣海域填海工程、護(hù)岸工程、通訊電纜和排海管道等的選址?；谇叭说某晒?本次研究的適宜性是指適宜燈塔、海上風(fēng)電場、測風(fēng)塔及潮位站等樁基礎(chǔ)工程和海底管線工程的建設(shè)項目。本文以研究問題為導(dǎo)向,結(jié)合研究區(qū)的海岸帶調(diào)查實(shí)測數(shù)據(jù),采用自上而下、逐層分解的方法,選取水深、坡度、沉積物環(huán)境質(zhì)量、沙波面積、沙脊面積、古河道或古湖泊面積、軟土面積和軟土厚度作為本次研究區(qū)建設(shè)開發(fā)適宜性的影響因素(圖2)。

(1) 水深影響分析

研究區(qū)水深6.15～24.7 m,呈條帶狀平行分布:中北部及東鑼?shí)u附近水深較淺,僅為6.15～10 m;兩翼及研究區(qū)南部水深較深,為15～24.7 m。水深對工程建設(shè)影響較大,一般來說,水越深,工程前期勘察、設(shè)備安裝及施工的難度越大,對建筑物穩(wěn)定性的要求就越高,特別是工程的投入也越大。

(2) 坡度影響分析

研究區(qū)坡度0°～1.49°,總體地勢較平緩。研究區(qū)兩翼陸域發(fā)育流紋巖、花崗巖等基巖海岸,受地質(zhì)條件的影響,較大的坡度位于研究區(qū)兩側(cè)。坡度越大,對建筑物基礎(chǔ)的選型及施工的要求就越高。

(3) 沉積物環(huán)境質(zhì)量影響分析

本文以尼梅羅綜合指數(shù)作為沉積物環(huán)境質(zhì)量影響的具體分析方法。尼梅羅綜合指數(shù)是一種多因子綜合評價方法,能較全面地反映沉積物環(huán)境的總體質(zhì)量[16]。選取銅、鉛、鋅、鉻、砷、汞和鎘共7項重金屬元素計算其尼梅羅綜合指數(shù),計算值介于0.24～1.22,高值位于研究區(qū)中北部,屬于輕度污染。這片海域靠近港門港,有寧遠(yuǎn)河匯入,港口分布村鎮(zhèn)、漁船、水產(chǎn)養(yǎng)殖等,這些人類活動為重金屬提供了相應(yīng)的物質(zhì)來源。再加上地形影響,近岸侵蝕物質(zhì)、寧遠(yuǎn)河輸運(yùn)物質(zhì)及外海潮流物質(zhì)均向該處運(yùn)移匯集沉積下來[6],重金屬對生態(tài)環(huán)境及常駐人員的健康有一定威脅。

(4)古河道或古湖泊影響分析

古河道或古湖泊主要發(fā)育在研究區(qū)東西兩側(cè),中間零散分布,呈橢圓型或T型,面積0.16～30.36 km2,埋藏深度12～102 m,不對稱U或V狀,并呈多期發(fā)育,在古河道或古湖泊陡岸側(cè)壁局部還存在重力滑塌現(xiàn)象(圖3)。受水動力的影響,河道湖泊內(nèi)的沉積物具有多變性,即粒度組分、分選程度、密度和承載力等物理力學(xué)性質(zhì)都會發(fā)生很大變化[17],主要呈現(xiàn)較松散、孔隙大和承載力低等土質(zhì)特征,在上覆荷載作用下容易造成沉降不均勻,從而引起建筑物局部開裂甚至倒塌。工程設(shè)計時需對古河道湖泊進(jìn)行避讓或采取地基加固等措施。

圖3 SYZ6測線單道地震剖面圖Fig.3 Single-channel seismic profile of line SYZ6

(5) 沙波影響分析

沙波發(fā)育于東鑼?shí)u南北兩側(cè),面積16.93 km2,其形成和發(fā)育主要受潮流場控制。由于沙波具有活動性,其形態(tài)隨水動力條件的變化而改變,沙波波壁越陡,其活動性越強(qiáng),遷移速度越快[18]。在最大波高或50年一遇的波浪下,水深小于40 m的海底泥沙將發(fā)生較強(qiáng)烈運(yùn)動[17]。因此,沙波不僅導(dǎo)致海底坎坷不平,給施工帶來困難,還會導(dǎo)致管道和光纜移位,其礫砂運(yùn)移會長期磨損輸油管壁和建筑物基礎(chǔ),造成管道漏油和基礎(chǔ)加快破損。

(6) 沙脊影響分析

沙脊主要發(fā)育于研究區(qū)的西側(cè),水深15～20 m處,近東西向排列,與潮流的方向平行。沙脊形態(tài)狹長,大小不一,長1～6 km,寬150～450 m,面積0.12～1.19 km2。沙脊常與侵蝕沖溝相間發(fā)育,形態(tài)可分為對稱和不對稱兩種,二者形成凹凸強(qiáng)烈的對照地形。沙脊活動帶來的海底沖刷和淤積會對工程施工造成影響,給海底管道和構(gòu)筑物的穩(wěn)定性帶來極大威脅。

(7) 軟土影響分析

軟土主要分布在研究區(qū)的東西兩側(cè),呈橢圓性,面積0.12～11.71 km2,厚度0～11 m。南山角附近海域軟土分布面積最大,同時厚度也最大,其次是角頭鼻附近海域。研究區(qū)軟土呈深灰、灰黑色,流塑狀,以淤泥為主,含貝殼碎屑,局部地段夾粉細(xì)砂、礫砂、粉土;其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)(N63.5)小于4擊,承載力特征值50～80 kPa,土工程性質(zhì)差,承載力偏低。海底軟土一般富含有機(jī)質(zhì),經(jīng)生物分解為沼氣或淺層氣,藏匿于土體中且容易揮發(fā),從而降低土體抗剪強(qiáng)度,給海洋工程造成危害。本次評價將軟土影響因素具體量化為軟土面積和軟土厚度來分析,研究其空間分布特征及對工程穩(wěn)定性的影響。一般來說,軟土的面積和厚度越大,該區(qū)域的工程穩(wěn)定性就越差,軟土面積大但厚度小或軟土面積小但厚度大,該區(qū)域工程穩(wěn)定性相對好一點(diǎn)。

2.3 K-means聚類法分級

將水深、坡度和尼梅羅綜合指數(shù)均轉(zhuǎn)為柵格圖,選擇古河道或古湖泊、沙波、沙脊和軟土面積,再將各個數(shù)值導(dǎo)入SPSS軟件中,采用K-means聚類法進(jìn)行分級;由于軟土厚度具有連續(xù)性,選擇單數(shù)進(jìn)行分級。結(jié)果如下:

(1) 水深分級

水深共分為4級[圖4(a)],呈長條狀水平排列。其中,水深6.15～9.99 m為最淺區(qū),分布在研究區(qū)中北部,靠近港門港及東鑼?shí)u附近,面積36.97 km2,主要為砂質(zhì)粉砂、礫質(zhì)泥質(zhì)砂和粉砂質(zhì)砂沉積;水深10.00～12.79 m則分布在最淺區(qū)的南側(cè)和角頭鼻一帶,面積40.98 km2,主要為砂質(zhì)粉砂和礫質(zhì)泥質(zhì)砂沉積;水深12.80～17.28 m主要分布在研究區(qū)的中間,小部分位于角頭鼻一帶,整體呈東窄西寬,面積37.87 km2,主要為砂質(zhì)粉砂和礫質(zhì)泥質(zhì)砂沉積;水深17.29～24.78 m分布在研究區(qū)最南部,屬研究區(qū)深水區(qū)域,面積102.84 km2,主要為砂質(zhì)粉砂、粉砂和礫質(zhì)泥質(zhì)砂沉積。

(2) 坡度分級

研究區(qū)坡度共分為5級[圖4(b)],總體坡度不大。其中,0°～0.07°主要分布于研究區(qū)中部,占有面積最大;0.08°～0.13°主要分布在研究區(qū)中間,零散分布在研究區(qū)兩側(cè);0.14°～0.23°主要位于研究區(qū)兩側(cè),零散分布在中間;0.24°～0.44°主要位于研究區(qū)兩側(cè);0.45°～1.49°分布面積最小,僅分布于東鑼?shí)u附近。

(3) 沉積物環(huán)境質(zhì)量分級

沉積物環(huán)境質(zhì)量共分為5級[圖4(c)]。其中,尼梅羅綜合指數(shù)0.24～0.45分布的面積最大,主要位于研究區(qū)東南側(cè),該區(qū)的沉積物環(huán)境質(zhì)量最好;其次是0.46～0.62,主要位于研究區(qū)西側(cè);0.63～0.85主要分布在研究區(qū)西南和中北部;0.86～1.22僅分布在研究區(qū)中北部,呈橢圓狀,沉積物環(huán)境質(zhì)量較差。

(4) 古河道或古湖泊面積分級

根據(jù)古河道湖泊的分布面積,共分為3級[圖4(d)])。面積0.16～2.42 km2總共有6處,零散分布在研究區(qū)中部,呈橢圓形;6.68～11.73 km2呈長條狀分布于研究區(qū)東南部;30.36 km2在研究區(qū)分布面積最大,呈T型分布在研究區(qū)西部。

(5) 沙波面積分級

研究區(qū)只有兩處沙波[圖4(e)],面積差別較大,分別為0.82 km2和16.12 km2,分為兩級,分別位于東鑼?shí)u南北兩側(cè)。

(6) 沙脊面積分級

研究區(qū)沙脊共分為3級[圖4(f)],面積分別為0.12～0.38 km2、0.45～0.70 km2和1.08～1.19 km2,分布區(qū)域大部分與沙波重疊。

(7) 軟土分級

以研究區(qū)軟土面積和厚度形成立體空間來評價軟土的影響,一般來說軟土的面積越大,厚度也越大。研究區(qū)軟土面積總共分3級,分別是0.12～1.00 km2、2.69～2.80 km2和9.33～11.71 km2[圖4(g)]);厚度則以1 m、3 m、5 m、7 m、9 m和11 m來分級[圖4(h)]。

2.4 評價因子權(quán)重的確定

本文首先選取水深、坡度、沉積物環(huán)境質(zhì)量、古河道或古湖泊面積、沙波面積、沙脊面積、軟土面積和軟土厚度共8個影響因素,采用K-means對其進(jìn)行分級,前7個影響因素共劃分了28個評價因子,軟土厚度則用單數(shù)分了7級,總共劃分了35個評價因子,并構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣。然后,采用層次分析法,通過專家打分計算各評價因子的主觀權(quán)重,并采用熵權(quán)法計算各評價因子之間的相互關(guān)系,計算其客觀權(quán)重。最后,根據(jù)式(1)計算各評價因子的組合權(quán)重(表1)。

表1 各影響因素權(quán)重

3 評價結(jié)果

選用ArcGIS軟件中的柵格計算器對各評價因子進(jìn)行疊加,接著用自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)分成五個區(qū),分別是適宜性好、 較好、中等、較差和差區(qū)(表2、圖5)。結(jié)果表明適宜性最好區(qū)位于研究區(qū)中北部,其次是中南部,兩翼地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量最差,中等區(qū)鑲嵌分布于崖州灣的外緣。這五個區(qū)可為海上燈塔、測風(fēng)塔、風(fēng)電場及海底管線等工程用海建設(shè)和規(guī)劃提供依據(jù)[19]。

適宜性好區(qū)面積71.39 km2,占研究區(qū)面積的33.04%,主要分布在研究區(qū)的中北部。該區(qū)水深6～20 m,坡度0°～1.41°,以礫質(zhì)泥質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂沉積為主,局部地方有輕度污染,無沙波、沙脊、軟土、古河道和古湖泊等地質(zhì)災(zāi)害。該區(qū)離岸較近,周邊有寧遠(yuǎn)河匯入,陸域地勢平緩,為海積平原和沖積海積平原,主要發(fā)育第四系砂礫、砂和黏土等。該區(qū)地質(zhì)環(huán)境較好,水深較淺,海底較平坦,后續(xù)開發(fā)選址時建議優(yōu)先考慮。

適宜性較好區(qū)面積91.78 km2,占研究區(qū)面積的42.48%,主要分布在研究區(qū)的中南部和東鑼?shí)u附近。該區(qū)水深6～24 m,坡度0°～1.45°,以粉砂和砂質(zhì)粉砂沉積為主,無污染、沙脊和沙波,僅局部有軟土、古河道和古湖泊分布。整體水深較大,地質(zhì)環(huán)境整體上較適宜性好區(qū)略差,可作為開發(fā)選址規(guī)劃的備選區(qū)。

適宜性中等區(qū)面積16.50 km2,占研究區(qū)面積的7.63%,鑲嵌分布于研究區(qū)兩翼,又以西部居多。該區(qū)水深7～24 m,坡度0°～1.49°,以礫質(zhì)泥質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂沉積為主,無污染,局部有沙波、沙脊、軟土、古河道或古湖泊等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。地質(zhì)環(huán)境較差,地質(zhì)災(zāi)害的類型眾多,不建議在此進(jìn)行開發(fā)選址,如有開發(fā),應(yīng)重點(diǎn)考慮基礎(chǔ)設(shè)施的選型。

適宜性較差區(qū)面積18.41 km2,占研究區(qū)面積的8.52%,主要分布在研究區(qū)的東西兩側(cè)。該區(qū)水深10～24 m,坡度0°～1.49°,沉積類型為礫質(zhì)泥質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂,無污染,局部有沙波、沙脊、軟土、古河道或古湖泊等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育,又以古河道和古湖泊的面積最大。地質(zhì)環(huán)境差,地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育,不建議在此進(jìn)行開發(fā)活動。

適宜性差區(qū)面積17.98 km2,占研究區(qū)面積的8.33%,主要分布在研究區(qū)的東西兩側(cè)。該區(qū)水深12～24 m,坡度0.2°～1.49°,沉積類型主要為礫質(zhì)泥質(zhì)砂,無污染,是沙波、沙脊、軟土、古河道和古湖泊等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)地。水深較深,整體坡度較大,是地質(zhì)環(huán)境最差區(qū),不適宜在此進(jìn)行開發(fā)活動。

4 討論

(1) 影響三亞崖州灣海域建設(shè)開發(fā)適宜性的因素有很多,本文根據(jù)實(shí)際情況選取水深、坡度、沉積物環(huán)境質(zhì)量、沙波面積、沙脊面積、古河道或古湖泊面積、軟土面積和軟土厚度為影響因素,再細(xì)分各評價因子。在實(shí)際評價過程中應(yīng)根據(jù)工作條件、海洋環(huán)境因素和開發(fā)需求等,充分考慮現(xiàn)有工作條件下的地質(zhì)環(huán)境因素,選取合適的因子開展研究,如漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)適宜性評價時應(yīng)重點(diǎn)考慮海水水質(zhì)質(zhì)量、沉積物質(zhì)量和生物質(zhì)量等。

(2) 因子權(quán)重是衡量各影響因素對適宜性評價的重要指標(biāo),權(quán)重越大則影響越大。從權(quán)重分配結(jié)果來看,水深和無沙波沙脊、無古河道古湖泊區(qū)域所占比重較大(表1)。主觀權(quán)重和客觀權(quán)重也有所差異(圖6):主觀權(quán)重根據(jù)專家的認(rèn)識判別所得,適宜范圍較廣,但存在考慮不全面的問題;客觀權(quán)重根據(jù)因子間的相互關(guān)系所得,難以滿足目標(biāo)需求。例如,主觀判別水深越小越好,得出權(quán)重具有一致性,但水淺的地方可能存在不良的地質(zhì)條件,水深的地方也可能有很好的地質(zhì)條件,無沙波、沙脊、古河道、古湖泊區(qū)域也存在同樣的問題,客觀權(quán)重就正好解決了這方面的矛盾。組合權(quán)重結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)主客觀權(quán)重趨向一致時,組合權(quán)重靠近兩者的最大值或最小值,表明該因子很重要或很不重要;當(dāng)主客觀權(quán)重相反或差距較大時,組合權(quán)重則靠近兩者的中間值。

圖6 各影響因素權(quán)重折線圖Fig.6 Line chart of weight of each influencing factor

(3) 研究區(qū)地震動峰值加速度為0.05g,地震動加速度反應(yīng)譜特征周期0.35 s,方圓50 km范圍內(nèi)歷史記錄的地震除1982年崖縣4.0級地震外,其余震級均小于4.0級,且該區(qū)地球物理資料表明無斷層發(fā)育。綜合分析認(rèn)為研究區(qū)受地震影響較小,構(gòu)造運(yùn)動較弱,區(qū)域穩(wěn)定性較好,因此未將此影響因素納入評價體系。

(4) 外動力因素方面,海流、波浪、風(fēng)暴潮等會給開發(fā)建設(shè)帶來重要影響,其中波浪是崖州灣南山港航道航槽區(qū)域床沙輸運(yùn)的控制動力[20]。人類活動方面,近岸工程、偷采海砂、海底管線鋪設(shè)等不合理的人類活動改變了海灣水動力條件,加劇了地質(zhì)環(huán)境惡化。以上兩方面均對海灣開發(fā)建設(shè)選址評價有重要影響,但受到資料與評價方法的限制,僅作為分析評價的定性因素,無法參與定量評價。

5 結(jié)論與建議

(1) 本文首先選取水深、坡度、沉積物環(huán)境質(zhì)量、古河道或古湖泊面積、沙波面積、沙脊面積、軟土面積和軟土厚度共8個影響因素,并將其細(xì)分為35個評價因子;然后使用層次分析法和熵權(quán)法計算評價因子的主客觀權(quán)重;最后用自然斷點(diǎn)法劃分了適宜性好、較好、中等、較差和差5個區(qū),并分析了5個區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征。

(2) 整體上適宜性好區(qū)位于研究區(qū)中北部,其次是中南部,兩翼地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量最差,中等區(qū)鑲嵌分布于崖州灣的外緣。建議優(yōu)先考慮適宜性好區(qū)進(jìn)行規(guī)劃開發(fā),其次是適宜性較好區(qū),進(jìn)行適宜性中等區(qū)規(guī)劃開發(fā)時應(yīng)重點(diǎn)考慮基礎(chǔ)設(shè)施的選型,適宜性較差區(qū)和差區(qū)不建議進(jìn)行規(guī)劃開發(fā)活動。

(3) 采用層次分析法計算評價因子的主觀權(quán)重,熵權(quán)法則用來計算其客觀權(quán)重,兩者的結(jié)合能最大限度地避免模型的缺陷,形成一種主客觀結(jié)合的海灣開發(fā)建設(shè)適宜性的科學(xué)評價方法。

(4) 崖州灣科技城規(guī)劃打造“一港、三城、一基地”,致力于建設(shè)成為陸海統(tǒng)籌、開放創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)繁榮的先導(dǎo)科技新城,而本研究受資料限制,僅評價了崖州灣大于5 m水深海域的適宜性。為服務(wù)科技城規(guī)劃定位和海陸統(tǒng)籌需要,建議加強(qiáng)5 m水深以淺海域的綜合地質(zhì)調(diào)查,收集陸域最新水工環(huán)地質(zhì)資料,進(jìn)行海陸地形、地質(zhì)災(zāi)害資料融合分析研究,最終實(shí)現(xiàn)海陸全域開發(fā)建設(shè)的適宜性評價,服務(wù)于崖州科技城的規(guī)劃建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)工作。