薛懷友,郭炳躍,劉建東,戴盛啟

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,江蘇 南京 210018)

物元 -層次模型在鹽城市地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價中的應(yīng)用

薛懷友,郭炳躍,劉建東,戴盛啟

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,江蘇 南京 210018)

地質(zhì)環(huán)境脆弱性制約著區(qū)域的規(guī)劃和發(fā)展,因此,進行地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價,可以為區(qū)域的發(fā)展提出專業(yè)建議,減少不必要的投資。從地質(zhì)環(huán)境出發(fā),建立了地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價指標體系,運用物元改進的層次分析評價模型,極大地提高了評價精度。

地質(zhì)環(huán)境脆弱性;物元模型;層次分析;江蘇鹽城

0 引言

地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)是比較復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),影響地質(zhì)環(huán)境脆弱性的參數(shù)很多,且參數(shù)與環(huán)境之間的某些機理尚不十分清楚。人們在制定地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的等級標準,現(xiàn)狀分級及脆弱性評價等客觀上又存在著模糊性和不相容性,故在地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價時難免遺漏了一些因素,有些可能是很重要的因素。物元 -層次模型可以解決不相容問題,適用于多因子評價問題。傳統(tǒng)的模糊綜合評判權(quán)值分配,常常由專家來確定,往往帶有較大的主觀性,采用美國匹斯堡大學(xué) TL Saaty教授提出的層次方法,通過兩兩比較的特征根法,利用了盡可能多的信息,提高了評價結(jié)果的精度。運用 ArcGIS的疊加分析、地學(xué)統(tǒng)計功能,使地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價更加方便、精確。

1 物元 -層次模型

1.1 基本概念

物元是一種賦予屬性和屬性值的評價單元,且每一個屬性值都是唯一的 (即屬性中只含有一個等級,不能和其他等級相容)。物元的屬性是指在進行脆弱性評價時選取的脆弱性評價因子,因此,物元的周邊由評價因子等級分界線組成。

層次分析法 Analytic Hierarchy Process(AHP),是美國運籌學(xué)家 T L Saaty等人 20世紀 70年代提出的,是一種定量與定性相結(jié)合的方法,適用于較為復(fù)雜、較為模糊的問題,難以完全用定量分析方法時問題的求解。所謂層次分析就是將研究的問題按各因素之間的關(guān)系,建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu),根據(jù)層次結(jié)構(gòu)分析各層次之間及層次中的各個元素的相對重要性,進行兩兩比較,確定各因素權(quán)重。

所謂物元 -層次模型是利用層次分析法確定物元屬性權(quán)重的評價模型。采用物元 -層次模型評價地質(zhì)環(huán)境脆弱性,可以提高評價精度,但需要大量繁瑣的單元劃分工作。利用 ArcGIS的疊加分析分功能,可以非常快捷的劃分單元,實現(xiàn)評價區(qū)“物元化”。ArcGIS還具有地學(xué)統(tǒng)計功能,使地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價更加方便、精確。

1.2 劃分單元

對于傳統(tǒng)的柵格單元劃分方法,如果柵格劃分不夠小,往往造成在同一單元內(nèi),同一指標的兩個等級并存,或把均一性較好的區(qū)域割開,與評價單元劃分的目的背道而馳。否則柵格單元數(shù)目巨大,增加大量的計算工作,降低工作效率。因此,本次單元劃分采用不規(guī)則多邊形網(wǎng)椿劃分法,即以各種評價指標突變的界限為單元邊界,同時對于單元的大小不予限制 (圖 2)。

本次單元劃分是利用ArcGIS的疊加分析功能,實現(xiàn)不規(guī)則多邊形網(wǎng)椿劃分 (物元化)。

圖2 單元劃分示意圖

1.3 計算脆弱度

式 (1)中,G為物元的脆弱度;Vi為物元第 i個屬性值;Wi為物元第 i個屬性的權(quán)重值。

物元 -層次脆弱性評價模型建模流程見圖 3。

2 應(yīng)用舉例

以鹽城市為例,說明物元 -層次模型在地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價中的應(yīng)用 (資料來源于江蘇省地質(zhì)環(huán)境脆弱性調(diào)查項目)。

2.1 鹽城市地質(zhì)環(huán)境條件

2.1.1 地形地貌 鹽城市區(qū)為中國東部大平原的一部分,地勢低洼而平坦。因處海濱河口地帶,河道縱橫、溝渠網(wǎng)布,地形由西北、東南向中部緩傾,地面高程(以廢黃河零點計)大部分在 2.0m～2.5m,小于 2.5m區(qū)段面積占總面積的 60%,海拔高程除鹽城—阜寧一線斷續(xù)分布的古砂堤及廢黃河高漫灘標高大于 4m外,一般均在 1.6m～2.4m。

依據(jù)全新世以來的海侵、海退、河湖變遷及其相關(guān)的松散沉積特征,將本區(qū)分為四大地貌區(qū),即濱海沖海積平原、里下河瀉湖平原、濱海輻射沙洲和廢黃河三角洲。

2.1.2 區(qū)域穩(wěn)定性 本區(qū)位于蘇魯隆起東南側(cè)的蘇北凹陷內(nèi),尤其在燕山構(gòu)造運動改造下,區(qū)內(nèi)基巖次級隆起與凹陷較為發(fā)育。

隨著隆起與凹陷的形成,斷裂構(gòu)造相伴而生,據(jù)部分鉆孔揭露資料,得知本區(qū)隱伏斷裂以北東向為主,次為北西向,主要斷裂有淮陰—響水口斷裂、穆莊—新星斷裂、鹽城斷裂帶、古河—漁業(yè)斷裂、劉家埝—龍王廟斷裂和陳家堡—小海斷裂,這些斷裂活動時期均為新第三紀前,新第三紀以后乃至第四紀活動跡象少見,可見區(qū)域穩(wěn)定性較好。

2.1.3 工程地質(zhì)條件 鹽城市屬于松散沉積平原區(qū),針對這一特點,以“不同沉積單元的巖土組合特征”為劃分原則,分為四大工程地質(zhì)區(qū),即濱海沖海積平原工程地質(zhì)區(qū)、里下河瀉湖平原、濱海輻射沙洲工程地質(zhì)區(qū)、廢黃海三角洲工程地質(zhì)區(qū)。鹽城市工程地質(zhì)條件的物理力學(xué)性能見表 1。

2.1.4 水文地質(zhì)條件 鹽城市為廣闊平原,出露巖性均為松散沉積的粘性土、砂性土,由此決定了地下水類型為松散層孔隙潛水。據(jù)巖性及部分抽水試驗資料得知：射陽河口及新洋港河口間河間地塊、河濱帶以及少量古貝殼砂堤帶水量最富,標準井型單井出水量 ＞1 000m3/d,局部地段含水層缺失,水量＜100m3/d,其他區(qū)段均為 100m3/d～1 000m3/d。水位受降水量影響,豐水期水位升高 1m左右,枯水期水位下降至 1.5m～3.0m間,由于古砂堤及河堤的微地貌影響,水位局部變化,流向多由砂堤、河堤向外側(cè)低洼平原匯集,總體流向由南向北、由南西向北東,最終排泄于黃海。

表1 巖土物理力學(xué)性質(zhì)

2.1.5 地質(zhì)災(zāi)害 鹽城市地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)環(huán)境問題主要類型有地面沉降、海岸崩塌和水質(zhì)咸化等。它們的分布規(guī)律見圖 4。

圖4 鹽城市地質(zhì)災(zāi)害評價因子圖

2.2 評價指標體系

評價指標并不是隨便取得的,必須在對地質(zhì)環(huán)境狀況進行充分分析的基礎(chǔ)上,依據(jù)以下原則進行選取。

科學(xué)性。選取的指標能夠真實、客觀反映工作區(qū)的脆弱性,把指標體系建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上。

系統(tǒng)性。選取的指標應(yīng)作為一個有機整體,充分反映工作區(qū)的脆弱性。

可操作性。一是指標數(shù)據(jù)的獲取要可行,二是得到指標數(shù)據(jù)要符合評價方法的要求。

獨立性。選取的指標應(yīng)相互獨立,不能交叉或重疊,重復(fù)反映同一個方面。

非均衡性。不同的指標其權(quán)重不同,能反映出對脆弱性的貢獻大小,即對地質(zhì)環(huán)境脆弱性有重要影響的給予較大的權(quán)重,否則給予較小的權(quán)重。

根據(jù)鹽城市地質(zhì)環(huán)境特點選取評價指標(圖 5)。輕度 (＜1g/L),三級。

圖5 鹽城市脆弱性評價指標體系

水土體污染強度。按包氣帶巖性分為極易污染、易污染、不易污染 ,三級 ,取值分別為 10、6、1。

地下水開采強度。根據(jù)地下水富水性與地下水開采量之比,分超采、基本平衡、具有較大的開采潛力 ,取值分別為 10、5、0。

灘涂圍匡速度。按灘涂圍匡速度與淤積速度之比,分為過量、平衡、有潛力,三級,取值分別為 10、5、0。

工程建設(shè)密度。按人口密度分大于 1 000人/km2、800人 /km2～1 000人 /km2、600人 /km2～800人 /km2、400人 /km2～600人 /km2、小于 400人 /km2,五級 ,取值為 10、7、5、3、1。

2.3 評價結(jié)果

利用物元 -層次模型對鹽城市地質(zhì)環(huán)境脆弱性進行評價分析,將全區(qū)分為重度脆弱區(qū)、中度脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)和非脆弱區(qū) 4類 (圖 6)。

①重度脆弱區(qū)約占鹽城市面積的 14.92%,主要分布在鹽城市區(qū)、大豐縣城、阜寧縣以及濱海海岸帶。

②中度脆弱區(qū)約占鹽城市面積的 44.78%,主要分布在響水縣東北部,在鹽城行政轄區(qū)的中心地帶及鹽城海岸帶。

③輕度脆弱區(qū)約占鹽城市面積的 37.31%,在響水—濱?！潢?、阜寧和建湖西部、東臺西部以及東臺海岸帶以西的部分地區(qū)。

④非脆弱區(qū)約占鹽城市面積的 2.99%,主要在濱海和響水縣成零星分布。

各評價指標劃分級別不一,具體劃分如下。

地形地貌。分低山丘陵、崗臺地、平原,三級,取值為 10、4、1;平原區(qū)按地面高程分小于 1m、1m～2.5m、2.5m～5.0m、5.0m～7.5m、大于 7.5m,五級 ,取值為 10、7、5、3、1。

軟土。根據(jù) 30m以淺軟土累積厚度分大于10m、7m～10 m、3m～7m、小于 3、無 ,五級 ,取值為10、8、7、3、0。

液化砂土。根據(jù)液化砂土分布情況分有、無,兩級 ,取值為 10、0。

鹽漬土。根據(jù)鹽漬土分布情況分有、無,兩級,取值為 10、0。

斷裂構(gòu)造。根據(jù)工程建設(shè)規(guī)范、本次評價劃定的斷裂影響距離為 500m,距離超過 500m的區(qū)域為無斷裂分布區(qū)。因此,斷裂構(gòu)造分有、無,兩級,取值分別為 10、0。

地震。按抗震設(shè)防烈度分分大于等于 8度、7度、6度 ,三級 ,取值分別為 10、6、2。

地面沉降。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險評估規(guī)范,按累計沉降量分大于 800mm、800mm～300mm、小于300mm,三級 ,取值為 10、6、1。

海岸蝕淤強度。根據(jù)海岸線變化速率分強侵蝕和強淤積、弱侵蝕和弱淤積、穩(wěn)定、無,四級,分值為10、6、3、0。

風(fēng)暴潮。風(fēng)暴潮按累計發(fā)生次數(shù)分 8次、6次、5次 ,三級 ,取值為 10、4、1。

水質(zhì)咸化。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價規(guī)范,按地下水礦化度分嚴重 (＞3g/L)、一般 (1～3g/L)、

圖6 鹽城市地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價成果圖

3 結(jié) 語

地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)是指地質(zhì)、地貌條件復(fù)雜,巖性、巖相變化多樣,抗人類活動干攏能力弱,易引起區(qū)域性地質(zhì)環(huán)境惡化或產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)。因而,在進行區(qū)域開發(fā)和重大工程建設(shè)中,必須對地質(zhì)環(huán)境脆弱性作出正確的評價、對地質(zhì)環(huán)境演變作出可靠的預(yù)測,提出合理的對策意見。通過對鹽城市地質(zhì)環(huán)境脆弱性評價可知,采用物元 -層次模型,不但可以正確評價地質(zhì)環(huán)境脆弱性,而且提高了評價精度。

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Application ofmatter-element and AHP model in evaluation of geo-environment vulnerability in Yancheng City

XUE Hua i-you,GUO Bing-yue,L IU Jian-dong,DA I Sheng-qi

(Jiangsu Institute of Geology andMinerals Investigation,Nanjing 210018,China)

Regional planning and developmentwere restricted by geo-environment vulnerability,so the evaluation on geo-environment vulnerabilitywas essential.Based on geo-environment,the authors established an evaluation index system on geo-environment vulnerability,used analytical hierarchy process evaluation of improved matter-element model,greatly improved the precision of geo-environment vulnerability evaluation.

Geo-environment vulnerability;Matter-elementmodel;Analytical hierarchy process(AHP);Yancheng,Jiangsu

TU984;X141

A

1674-3636(2010)02-0149-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.149

2010-01-12;

2010-03-04;編輯：侯鵬飛

薛懷友 (1962—),男,工程師,主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作.