袁春鴻，焦麗香，張慧，岳慶杰，郭加朋

(1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南市國土資源局，山東 濟(jì)南 250014；3.山東省國土資源資料檔案館，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

臨沂市是魯東南地區(qū)的重要城市之一。近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市的大規(guī)模建設(shè)，出現(xiàn)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題，比如水土體污染、地質(zhì)災(zāi)害加劇、生態(tài)環(huán)境惡化等等，不僅嚴(yán)重破壞了自然生態(tài)環(huán)境，而且給人民生產(chǎn)和生活帶來重大損失，制約著國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的進(jìn)一步改善[1]。

根據(jù)《山東省臨沂市城區(qū)生態(tài)建設(shè)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與保護(hù)可行性研究報告》[注]①袁春鴻、李家田、甄學(xué)貞等，山東省臨沂市城區(qū)生態(tài)建設(shè)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與保護(hù)可行性研究報告，2006年。，生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價是多因素的綜合評價，其評價因素較多，而且各因素又無法全部精確確定，既有定量的又有定性的，表現(xiàn)出程度不一的模糊性，如人類工程活動情況、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況等均為模糊概念，其間無明顯界限，致使對因素的狀態(tài)及因素重要程度難以確定，僅僅借助于經(jīng)驗(yàn)方法或現(xiàn)場判斷并不能使問題得到圓滿的解決，為此將歸屬于具有“模糊性”的非確定性問題[2]。由于目前國內(nèi)外尚無生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，而傳統(tǒng)的定量分析法難以描述這一具有“模糊性”的過程，由此可利用模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合評價。

1 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價模糊評判系統(tǒng)

1.1 數(shù)學(xué)模型

A·R=B

式中：A—參加評價因子的權(quán)重歸一化處理后構(gòu)成的1×m階行矩陣；R—模糊變換器，是一個由各單因子評價行矩陣組成的m×n階模糊關(guān)系矩陣；B—綜合評判結(jié)果，是一個1×n階行矩陣。

1.2 評判因素選取

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范、前人成果以及區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境條件，確定出臨沂生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的綜合評價因素為土壤環(huán)境質(zhì)量、地下水環(huán)境質(zhì)量、工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量和植被覆蓋度4類。

1.3 評判集確定

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合評價[3]的模糊評判集主要考慮4種可能出現(xiàn)的結(jié)果，即優(yōu)、良好、一般、較差。若以B1表示優(yōu)、B2表示良好、B3表示一般、B4表示較差，則相應(yīng)評判集為：

B=[B1B2B3B4]

1.4 隸屬度確定

模糊評判的優(yōu)越性在于該法考慮到評判邊界的模糊性這一特性，因此，在確定某因素對應(yīng)于評判集中某等級的隸屬度即構(gòu)造單因素模糊矩陣時，須首先通過某種方法構(gòu)造出該因素的隸屬函數(shù)，通過函數(shù)確定該值。對于定量因素可直接由隸屬函數(shù)求得，而對定性描述的因素，則可對其進(jìn)行適當(dāng)處理，如按分級法從高到低依次取不同數(shù)值，然后再通過構(gòu)造隸屬函數(shù)求其隸屬度(0

式中：ui1，ui2，ui3，ui4分別為某評價因子對于Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ 4個級別的隸屬度；xi為某因子的實(shí)測值；S1，S2，S3，S4為相應(yīng)于評價因子Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級的標(biāo)準(zhǔn)值，有界限值的采用界限值，區(qū)間值的采用中值。

1.5 確定權(quán)重集

權(quán)重的確定方法有多種，該文根據(jù)區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，采用超標(biāo)加權(quán)法確定各評價因子的權(quán)重，建立行矩陣A。

用超標(biāo)加權(quán)法計算各評價因子的權(quán)重，公式為：

式中：Wi—某因子的權(quán)重；Xi—i因子的實(shí)測值；Si—i因子各級標(biāo)準(zhǔn)值的平均值，即：

Wi=1/4(Si1+Si2+Si3+Si4)

由于計算出的權(quán)重可能出現(xiàn)大于1的情況，因此可作歸一化處理，公式為：

最終可得出權(quán)重行矩陣：

1.6 綜合評判

綜合評判是兩個模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算，類似于普通矩陣乘法。

2 臨沂市城區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合評價

2.1 基本概況

2.1.1 構(gòu)造

臨沂市在大地構(gòu)造單元上屬中朝準(zhǔn)地臺的一部分，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有沂沭斷裂帶的安丘-莒縣、沂水-湯頭及鄌郚-葛溝3大主干斷裂和蒙山斷裂、汶泗斷裂、巖坡斷裂等(圖1)，斷裂活動強(qiáng)烈，是歷史上地震強(qiáng)烈活動區(qū)。該區(qū)地震動峰值加速度為0.15～0.20g，對應(yīng)地震基本烈度值為Ⅶ—Ⅷ度，區(qū)域地殼屬于較不穩(wěn)定區(qū)。

圖1 臨沂市城區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖1—工作區(qū)范圍；2—斷裂；3—河流

2.1.2 地貌

圖2 臨沂市城區(qū)地貌圖1—溶蝕—剝蝕丘陵；2—剝蝕—溶蝕丘陵；3—剝蝕平原；4—剝蝕—溶蝕平原；5—沖積—洪積平原；6—分區(qū)界線；7—工作區(qū)位置

臨沂市地處魯中南山區(qū)的南緣，區(qū)內(nèi)地貌類型可分為丘陵和平原兩大類型(圖2)，北部、西部及西南部為丘陵，占研究區(qū)面積的23.4%；其他地區(qū)為沿沂河兩岸分布的山前沖洪積平原，占研究區(qū)面積的76.6%，地勢總的由西北向東南傾斜，地形坡度3°～5°。區(qū)內(nèi)植被覆蓋率超過60%。

2.1.3 土壤

臨沂市土壤類型主要是褐土、潮土、砂姜黑土、水稻土。區(qū)內(nèi)淺層土壤質(zhì)量較好，均達(dá)到了Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，未受污染；深層土壤局部砷、鎳含量較高，受到了輕度污染，達(dá)到了Ⅱ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 水體

臨沂市境內(nèi)水資源豐富，主要有沂河、沭河、祊河、涑河等河流，均屬淮河流域的沂河水系。目前地表水體均已受到不同程度的污染，沂河上游、密家墩北的裂隙泉水和祊河下游污染最輕，為微污染；新陷泥河水污染最重，為重污染；其余均為輕污染。

區(qū)內(nèi)地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水及基巖裂隙水4個類型。區(qū)內(nèi)淺層地下水已受到不同程度的污染，現(xiàn)狀條件下分為良好、較好、較差和極差4個質(zhì)量區(qū)。良好區(qū)主要分布在湯河鄉(xiāng)大程子河—周家官莊—管家?guī)X—三官廟一帶、羅莊鎮(zhèn)孫家岑石附近和河?xùn)|區(qū)桃園附近，是區(qū)內(nèi)良好的地下水源；較好區(qū)：主要分布在蘭山區(qū)和河?xùn)|區(qū)周邊的郊區(qū)，所占面積較大，由于遠(yuǎn)離城區(qū)，又無大的工礦企業(yè)，區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)較好。較差區(qū)主要分布在祊河和沂河之間、祊河西岸，河?xùn)|區(qū)鄭旺鄉(xiāng)—相公鎮(zhèn)一帶和白莊鄉(xiāng)—羅莊鎮(zhèn)一帶，范圍較大，由于距城區(qū)較近，又受工礦企業(yè)排放的污水影響，該區(qū)地下水質(zhì)較差。極差區(qū)主要分布在羅莊礦區(qū)、臨沂城區(qū)西北，在河?xùn)|區(qū)邵八湖—相公鎮(zhèn)西—芝麻墩—梅家埠一帶呈條帶狀分布，其余地段均呈點(diǎn)狀分布。該區(qū)水質(zhì)較差，主要超標(biāo)離子有總硬度、硝酸鹽和亞硝酸鹽等。

2.2 模糊評判

首先，根據(jù)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量等級劃分表(表1)和隸屬函數(shù)公式，構(gòu)造各因素隸屬函數(shù)[5]。有了各因素隸屬函數(shù)后，根據(jù)前述的地質(zhì)條件及所構(gòu)造的隸屬函數(shù)可求出其相應(yīng)與各等級的隸屬度，進(jìn)而得出模糊關(guān)系矩陣R。

然后，根據(jù)前述的超標(biāo)加權(quán)法得出權(quán)重矩陣。

在模糊關(guān)系矩陣R和權(quán)重矩陣A計算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行2個模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算，即A·R=B，計算方法類似于普通矩陣乘法。

表1 四大因素綜合指標(biāo)的等級劃分

最后，根據(jù)以最大隸屬度確定級別的原則[6](即某級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度最大，該因子就定為某級)，即可得出生態(tài)地質(zhì)環(huán)境模糊評判結(jié)果(表2)。并根據(jù)評價結(jié)果把工作區(qū)劃分為優(yōu)區(qū)、良好區(qū)、一般區(qū)和較差區(qū)(圖3)。

優(yōu)區(qū)：在工作區(qū)內(nèi)分布面積不大，主要在城區(qū)附近和河?xùn)|區(qū)后相莊附近，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境未受到污染，地下水環(huán)境質(zhì)量良好，工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量基本穩(wěn)定，是區(qū)內(nèi)良好的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境區(qū)。

良好區(qū)：該區(qū)分布面積較大，主要在蘭山區(qū)和河?xùn)|區(qū)的外圍地區(qū)，由于遠(yuǎn)離城區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量和地下水環(huán)境質(zhì)量均較好，人類工程活動較少，工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量基本穩(wěn)定。

表2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合評價結(jié)果

圖3 綜合評價分區(qū)圖1—優(yōu)區(qū)；2—良好區(qū)；3—一般區(qū)；4—較差區(qū)；5—綜合區(qū)分界線

一般區(qū)：主要分布于湯河鄉(xiāng)大程子河、羅莊鎮(zhèn)西部和沂河右岸，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境和地下水環(huán)境質(zhì)量較好，但是破壞生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動較強(qiáng)烈，使得該區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較不穩(wěn)定。

較差區(qū)：該區(qū)主要分布于工業(yè)發(fā)達(dá)的羅莊區(qū)和沂河右岸的河?xùn)|區(qū)，在臨沂城西和祊河沿岸呈點(diǎn)狀分布，區(qū)內(nèi)人類工程活動強(qiáng)烈、生態(tài)環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)育集中，主要環(huán)境地質(zhì)問題有巖溶塌陷、采煤塌陷、砂土液化、地下水超采漏斗、地下水污染等。

3 結(jié)論

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價是多因素的綜合評價，如果將所有信息進(jìn)行單層次評判，由于評價因素多，其中有的權(quán)重必然很小，各類因素標(biāo)準(zhǔn)不一，必然會造成信息損失和評價結(jié)果失真[6]。該文根據(jù)前人的研究結(jié)果、國家規(guī)范以及研究區(qū)實(shí)際情況，提出了4大類較能反映生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)評判原理建立一套綜合考慮生態(tài)、地質(zhì)、環(huán)境和人類工程活動等因素的評判系統(tǒng)。實(shí)踐證明，這一方法是可行的。雖然研究工作在一定程度上就生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價方法進(jìn)行了研究，但還存在一些有待進(jìn)一步研究和完善的問題。如評價指標(biāo)的進(jìn)一步優(yōu)化，各指標(biāo)對評判集中各種可能出現(xiàn)結(jié)果的隸屬度取值，各因素以及每一類指標(biāo)的權(quán)重分配等等。不過，作為一種生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價方法，確實(shí)能夠獲得比較滿意的結(jié)果，也為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的評價提供了一個評價工具。

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