范基姣 譚立渭 佟元清
(1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定071051;2.青海省地質(zhì)調(diào)查院,青海 西寧810008)
青藏鐵路沿線格爾木-南山口段環(huán)境地質(zhì)評價
范基姣1譚立渭2佟元清1
(1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定071051;2.青海省地質(zhì)調(diào)查院,青海 西寧810008)
通過對青藏鐵路沿線格爾木-南山口段環(huán)境地質(zhì)背景及環(huán)境地質(zhì)問題的調(diào)查,環(huán)境地質(zhì)背景因子選擇為巖土結(jié)構(gòu)、斷裂發(fā)育程度、水質(zhì)水量;環(huán)境地質(zhì)問題因子選擇為沙漠化、土壤鹽漬化、污染源;評價集選擇優(yōu)、良、中、差;利用二級層次分析-模糊綜合評價法得出了青藏鐵路沿線格爾木-南山口段的環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量評價等級圖,不同環(huán)境地質(zhì)等級分布面積分別占總面積的25.2%、53.6%、3.5%、17.5% 。
青藏鐵路沿線;環(huán)境地質(zhì);層次分析-模糊綜合評價法
本文采用層次分析-模糊綜合評判法,定量半定量地對格爾木-南山口青藏鐵路沿線環(huán)境地質(zhì)進行評價。
1.1 巖土體結(jié)構(gòu)類型及分布范圍
1.1.1 海拔3 200-4 200m的中高山、低中山區(qū)
巖石類型以堅硬及半堅硬的塊狀侵入巖、層狀變質(zhì)巖組和層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖組為主。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制,區(qū)域北西西向、北東向斷裂發(fā)育。巖石經(jīng)受了復雜的構(gòu)造變動,受風化破碎,但表層風化厚度不大,故巖體穩(wěn)定性尚好;給定特征值為4。
1.1.2 山前傾斜平原
巖土類型為砂卵礫石、砂礫石、泥質(zhì)砂礫石土組。現(xiàn)代外營力表現(xiàn)為強烈的風力剝蝕。地形寬闊平坦,巖土承載力在4 011t/m2以上,宜于工程建筑。給定特征值為1。
1.1.3 沖洪積微傾斜平原
工程地質(zhì)巖組以砂土及細粉砂組為主。在本區(qū)南部,出露有小片流塑性軟土組?,F(xiàn)代營力表現(xiàn)為較強烈的風蝕作用和風力堆積作用,南部地帶分布有活動性、半固定砂丘。這里土質(zhì)肥沃,地形平坦,為農(nóng)業(yè)種植區(qū)和居定點分布地帶。本區(qū)分布有多層結(jié)構(gòu)承壓自流水,水量豐富,水質(zhì)優(yōu)良,開采也很方便,適宜民用建筑。必須十分注意巖土季節(jié)性凍結(jié)的不良影響,避免建筑物因地基凍脹或融沉而破壞。給定特征值為2。
1.1.4 沼澤、沼澤化平原
分布于沖洪積微傾斜平原南部的地下水溢出地帶,呈不連續(xù)的帶狀。由于地下水埋藏極淺或自然溢出,在地表形成沼澤及濕地。巖土類型為流塑性的淤泥、淤泥質(zhì)粉砂等軟土。該區(qū)水文地質(zhì)條件較為復雜,處于含水巖組結(jié)構(gòu)變化的部位,加之巖土的流變、觸變性問題,允許承載力很小。給定特征值為4。
1.1.5 風積砂區(qū)
在沖洪積傾斜平原北緣主要分布固定、半固定砂丘;而山前地帶則為活動性砂丘。砂丘由細砂、粉砂組成,半固定砂丘則加雜有植物根、莖。風積砂在定向風驅(qū)動下緩緩向前移動,局部可威脅道路和農(nóng)田,更不宜工程建筑。給定特征值4。
1.2 斷裂發(fā)育程度及分布
工作區(qū)在“中國地震烈度區(qū)劃圖(1∶300萬)”上,基本烈度6—7級。南部昆侖山區(qū)烈度大于7級。屬于地震活動頻繁地區(qū)。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造斷裂主要分布在基巖山區(qū),共有斷層14條,其中研究區(qū)西南部存在4條NNE方向近平行斷層,1條近東西向斷層;東南部存在1條NE方向斷裂;1條近東西方向大斷裂。在水文站正東約7km處,斷于石炭系變質(zhì)砂巖與下古生界凝灰質(zhì)砂巖、大理巖之間。在斷裂緩沖區(qū)100m范圍內(nèi),給定特征值為4。
格爾木-諾木洪隱伏斷裂帶距離格爾木市以南15km處,向東經(jīng)諾木洪到香日德附近,向西至烏圖美仁,呈近東西向展布,是一條規(guī)模巨大的山前隱伏斷裂,長達400多公里。經(jīng)物探及鉆探資料證實,具有長期發(fā)展的歷史和多期活動的特點,沿此斷裂帶有弱震分布,說明它近期仍有活動。根據(jù)當?shù)卦撎幗ㄖ?,距離市區(qū)較遠的情況,劃定斷裂緩沖區(qū)5公里范圍內(nèi),給定特征值為4。
1.3 水質(zhì)水量
高山區(qū)氣候寒冷,降水充沛,蒸發(fā)相對微弱,主要分布華力西期、燕山期中酸性侵入巖、元古界變質(zhì)巖、地下水礦化度0.2-0.5g/L,水化學類型為重碳酸氯化物鈣鈉型。給定特征值為1。
中山區(qū)降水稀少,現(xiàn)代干燥風化作用和風力作用盛行,坡頂堆積含鹽較高的風積粉土、大氣降水使土中鹽分淋濾,水質(zhì)變差,礦化度1.0-3.0g/L,水化學類型為氯化物硫酸鈉或氯化鈉水。給定特征值為2。
格爾木河沖洪積扇軸部,地下水直接接受河流補給,且含水介質(zhì)粗大,徑流條件好,水文地球化學作用以溶濾為主,地下水礦化度小于1.0g/L,為重碳酸氯化物鈉鎂型,為較好—優(yōu)良級。給定特征值為1。
分布在沖洪積微傾斜平原的多層含水巖組,含水顆粒變細,徑流條件差,地下水礦化度1.0-3.0g/L,水化學類型為氯化物硫酸鈉鎂型,屬較差級。給定特征值為3。
1.4 沙漠化類型與分布
東部青新公路南側(cè)及昆侖山前分布有活動性沙丘。沙丘形態(tài)以新月形丘、沙丘鏈、沙堆為主;沙丘高度一般在5-20m最高達40m。沙丘連接成帶,自西北向東南延伸。在區(qū)域定向風的驅(qū)動下,大約以每年3m的速度向前移動。該地段活動砂丘、砂垅帶寬3-10km,呈北西—南東向展布。沙丘邊緣基本為不規(guī)則的橢圓形,坡度比較平緩,背風面形成大小不等月牙形斜坡,坡度較陡,最大的傾角可達60度。
研究區(qū)圖幅內(nèi)的109路約6km路面由此穿過,有斷斷續(xù)續(xù)的防沙措施,但仍難以抵擋風沙襲擊。屬于嚴重沙漠化區(qū)。給定特征值為4。
山前到東西農(nóng)場和格爾木城市南緣為戈壁沙地,亦可稱為礫漠,表面覆蓋有1-6cm的礫石,在一定程度上削弱了沙化危害,但也是進一步沙化的區(qū)域。給定特征值3。
固定半固定沙丘主要分布在東西農(nóng)場周邊附近以及格爾木市區(qū)的東側(cè)。固定沙丘表面主要生長有紅柳等植物,半固定沙丘表面主要生長有蘆葦。沙丘表面的植被起到了固定沙丘的作用。給定特征值2。
1.5 土壤鹽漬化類型與分布
研究區(qū)氣候?qū)儆诘湫透珊禈O干旱型,蒸降比高達40∶1,在歷史時期,嚴酷的荒漠氣候及強烈的蒸發(fā)作用,使研究區(qū)地下水淺埋帶鹽分在近地表大量積累,形成大面積的原生鹽漬化。給定特征值4。
因降水稀少,無灌溉就無農(nóng)業(yè),在地下水水位埋深較淺的農(nóng)業(yè)區(qū),發(fā)展自流渠灌后,因采用大水漫灌、只灌不排等不合理的灌溉方式,致使地下水位上升到小于蒸發(fā)臨界值,日積月累鹽漬化程度逐年加劇,土壤含鹽量不斷增加,形成次生鹽漬化土地。給定特征值3。
2.1 各層次指標的選取
環(huán)境地質(zhì)各因子間具有相互影響、相互激勵及彼此消長的互動關(guān)系,因此根據(jù)層次分析法結(jié)構(gòu),制訂研究區(qū)遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)圖
2.2 構(gòu)建判斷矩陣
對同一層次各元素對上層次的相對重要性進行兩兩比較,構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。
每次取兩個因素xi和xj,以aij表示xi和xj對X的影響之比。然后根據(jù)建立的層次結(jié)構(gòu)模型,分別構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣A=(aij)k*k,該矩陣應滿足條件aij>0,aij=1/aji(i≠j)。aij=1(i=j=1,2………k),判斷矩陣中每個因子(aij)的大小根據(jù)Saaty提出的1-9及其倒數(shù)作為衡量尺度的標度,如表 1 所示方法[1-5]。
選擇3個主要的研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)背景因子和2個主要環(huán)境地質(zhì)問題因子,分別構(gòu)建集合X={X1,X2,X3}和Y={Y1,Y2}。
表1 判斷矩陣中各因子標度含義
2.3 求解權(quán)重及其一致性檢驗
在MATLAB中輸入判斷矩陣以后通過以下計算過程即可得到相應評價指標的權(quán)重值Wi。表中判斷矩陣右邊的三列用于計算權(quán)重向量,Mi為每一行的連乘積,wi為Mi的k次方根,將wi=(w1,w2,…,wk)歸一化,即令=Wi,則得權(quán)重向量 W=(W,W,…,W)。由該方法
i12k獲得的權(quán)重分配的合理性需進行平均隨機一致性檢驗。檢驗方法是:計算判斷矩陣的最大特征值λ,然后計算一致性指標CI=,在表2中查得平均隨機一致性指標RI,然后求取一致性比率CR=CI/RI;當CR<0.1時,表明權(quán)數(shù)分配符合一致性要求,所得到的權(quán)重是可接受的[1,3]。
當CR<0.1時,判斷矩陣A具有滿意的一致性,否則需對矩陣進行重新調(diào)整。
求得各個指標的權(quán)重有效,如表3所示。
準則層相對于目標層的權(quán)重直接通過專家擬定。
表2 RI的取值一覽表
2.4 評價指標體系的量化
環(huán)境地質(zhì)評價是建立在指標因子的量化分級基礎(chǔ)上的,為了便于評價對比,對各指標因子進行相同等級劃分并賦值(標準特征值),等級劃分為優(yōu)、良、中、差。數(shù)值型指標可以用數(shù)值直接量化統(tǒng)計分級,而描述型指標則根據(jù)一定的標準進行概化,統(tǒng)一用數(shù)據(jù)(特征值)表示。評價指標的量化應建立在充分分析取得的資料基礎(chǔ)之上,結(jié)合評價區(qū)實際情況,對評價指標進行統(tǒng)計和概化,見表4。
2.5 指標因子隸屬度的確定
由于特征值矩陣X是一個模糊向量,不能直接用于被評判對象間的排序評優(yōu),因此應按照最大隸屬度原則來處理,這種方法實質(zhì)上是對評判結(jié)果向量做出某種截割,強制性地使得到的模糊信息清晰化。
表3 評價指標體系結(jié)構(gòu)及其權(quán)重表
表4 青藏鐵路沿線環(huán)境地質(zhì)評價指標體系一覽表
則評價單元指標特征值xij對相應指標最高級別標準特征值的隸屬函數(shù)公式為:
式中:xij為單元j指標i的特征值;yi,1為指標i的優(yōu)級標準特征值;yi,4為指標i的差級標準特征值。
利用(2)式計算各評價單元指標特征值對最高級別相對隸屬度,將單元集特征值矩陣:X=?xij」m×n,轉(zhuǎn)化為指標特征值對最高級別的相對隸屬度矩陣:
R=?rij」m×n
式中:rij為評價單元j指標i的特征值對最高級別的相對隸屬度。[13]
2.6 評價集的確定
評價集是對評價結(jié)果的直接描述和表征形式,本文中評價結(jié)構(gòu)為四個等級。
建立評價集V:
式中:v1,v2,v3,4代表評價等級優(yōu),良,中,差。
環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量是評價因子共同作用的體現(xiàn),二級模糊矩陣的復合運算均采用I型綜合評判公式,即(·,+)模型[13]:B=W·R
最終生成各評價單元的相對模糊指數(shù),即評價指數(shù)。評價指數(shù)越大,越接近于最高等級,其環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量越差。
2.7 綜合評價
格爾木-南山口評價底圖統(tǒng)一采用1:10萬地形圖。依據(jù)所取得的資料,同時參考指標分級標準特征值,對評價區(qū)進行單指標分區(qū),完成單指標分區(qū)圖及其各區(qū)模糊指數(shù)屬性的錄入工作。利用MAPGIS的空間分析功能,將單指標分區(qū)圖進行疊加,生成新的評價單元。按相近性原則,將面積小于2km2的碎塊并入鄰近的單元。把每一個單元的各個因子的模糊指數(shù)相加,得到各個單元的綜合模糊指數(shù)值,最后得出研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)等級評價圖。
(編輯:劉照勝)
[1]陸雍森 ,張爽,馬仲文.環(huán)境評價[M].上海 :同濟大學出版社,1990:168-182.
[2]竇世卿,蔣福興,張曉宇.基于GIS的區(qū)域城市地質(zhì)環(huán)境綜合性評價[J].勘察科學技術(shù),2005,(2):39.
[3]劉松基 .系統(tǒng)工程與數(shù)學方法[M].北京:機械工業(yè)出版社,1988:32-45.
[4]蔡鶴生,周愛國,唐朝暉.地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價中的專家-層次分析定權(quán)法[J].地球科學,1998,23(3).
[5]Saaty T L.The Analytical Hierarchy Process:Planning,Priority Setting,Resource Allocation[M].New York:McGraw - Hill,1980.
Environmental Geology Assessment of Qinghai-Tibet Railway from Golmud to South Mountains Pass Using AHP-FUZZY Method
FAN Ji-jiao1TAN Li-wei2TONG Yuan-qing1
(1.Center for Hydrogeological and Environmental Geological Survey of CGS,Baoding Hebei 071051,China;2.Qinghai Insititute of Geological Survey,Xining Qinghai 810008,China)
Through investigating the background and problems of environment geology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass,the indexs of environment geological background are:structure of rock and soil,fault development and distribution,water quality and quantity;the indexs of environment geology problem are:desertification,soil salinization and pollution.Choosing good,average,fair and poor for the evaluation set,evaluating the quality of environment algeology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass by two-stage AHP-FUZZY comprehensive evaluation method,and get an assessment layout,each taking up 25.2%,53.6%,3.5%,17.5%of the total area.
Qinghai-Tibet railway;environmental Geology;AHP-FUZZY method
P641.6;P546
A
1002-2104(2011)03專-0288-04
2010-12-19
范基姣,工程師,主要研究方向為水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價及應用。
青藏鐵路沿線水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價(編號:1212010818080)。