孫金輝, 謝忠勝, 陳 歡, 黃 海, 李金洋

(1.中國地質調查局 地質災害防治技術中心, 四川 成都 610081; 2.中國地質科學院 探礦工藝研究所, 四川 成都 611734)

涪江流域山區(qū)城鎮(zhèn)擴張速度受地質環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等因素約束和制約影響，出現(xiàn)部分場鎮(zhèn)超荷載運行而引發(fā)地質災害、環(huán)境污染、社會經(jīng)濟發(fā)展不均等問題嚴重，如何科學評價涪江流域山區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境地質承載力現(xiàn)狀問題迫在眉睫。目前，對于山區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境地質承載力的研究多停留在概念描述上，而針對承載力評價的指標體系和評價模型相對較少。國內承載力概念最早出現(xiàn)于1991年中國科研項目《我國沿海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)環(huán)境的綜合研究：福建省湄洲灣開發(fā)區(qū)環(huán)境規(guī)劃綜合研究總報告》[1]，后續(xù)主要研究多集中在環(huán)境要素承載力方面，如水環(huán)境地質承載力、土地承載力、旅游環(huán)境地質承載力[2-4]的研究等。本研究承載力評價以長江流域上游涪江地區(qū)的山區(qū)城鎮(zhèn)為研究對象，以綿陽市北川縣為環(huán)境地質承載力載體，旨在探索開拓出山區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境地質承載力的評價體系和評價指標，為西南山區(qū)城鎮(zhèn)科學、高效的長期規(guī)劃提供有力依據(jù)。本研究針對上述科學問題，利用層次分析法建立了合理并且完善的環(huán)境地質承載力評級指標體系。選取涪江流域典型山區(qū)城鎮(zhèn)綿陽市北川縣，通過深入系統(tǒng)的調查及以往資料研究工作，進行系統(tǒng)的環(huán)境地質承載力評價，研究方法及評價體系可為西南山區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境地質承載力科學評價提供參考。

1 數(shù)據(jù)收集及方法

1.1 北川縣環(huán)境地質介紹

北川縣屬四川省綿陽市所轄，位于綿陽市西北部，東接江油，南鄰安縣，西靠茂縣，北抵松潘、平武。在地質構造上位于青藏高原東部邊緣的龍門山構造帶內，由一系列北東向展布、左行雁行斜列的緊密褶皺和3條主干大斷裂及次級斷層系組成，自東向西是龍門山前主邊界斷裂帶、主中央斷裂帶和后龍門山大斷裂構成的復雜褶皺沖斷帶,區(qū)內構造復雜，歷經(jīng)多次構造變動，加之不同時期的外動力地質條件改造作用，形成了地質構造、地層巖性、地貌景觀相對復雜的地質背景條件。北川縣總體處于成德綿經(jīng)濟圈西北側，其中縣城中心位于西部山前發(fā)展軸北部。作為經(jīng)濟發(fā)展區(qū)與生態(tài)保護區(qū)過渡區(qū)域，北川縣為成德綿經(jīng)濟圈發(fā)展提供了有利保障，其生態(tài)自然保護區(qū)又為生態(tài)保護提供了廣闊空間。整體上呈現(xiàn)了地形地貌的多級跨度，生態(tài)保護與人類活動的接觸漸變，以及地質災害的典型發(fā)育等特點。所以對北川縣的環(huán)境地質承載力評價既有經(jīng)濟意義，又有地質防治意義，對北川縣的長期規(guī)劃發(fā)展提供有力基礎。

1.2 計算方法選取

在現(xiàn)有的所有權重計算方法中，層次分析法被普遍認為是合理有效的定權方法。由于層次分析法結合了專家打分法的定性分析優(yōu)點，又采用適當?shù)臄?shù)學模型進行定量分析，彌補了定性與定量的不足之處，比較適合于既具有定性指標又具有定量指標的評價領域。應用層次分析法決策問題時,首先要分析系統(tǒng)中各因素之間的關系,把問題條理化、層次化,構造出一個有層次的結構模型。

層次分析法程序設計如圖1。具體步驟如下:

(1) 構造判斷矩陣。對于X1,X2,…，Xn個評價指標，由專家組運用表兩兩比較得判斷矩陣X，如圖1所示。

圖1 環(huán)境地質承載力層次分析法程序

(2) 層次分析法確定權值。假設有一同階正向量A，使得存在XA=λmaxA，則λmax為矩陣X的最大特征值，A為對應于λmax的特征向量。解其特征方程得A，經(jīng)正規(guī)化后，其各分量即為所對應的X1，X2,…，Xn的權值。理論上講，上式是可以解出的，但如果評價指標過多，則其計算方法較為復雜，計算量較大，很難解出。本文中采用求根法來計算特征向量的近似解。

①將判斷矩陣按行求：

(1)

②歸一化：

(2)

③求最大特征值：

(3)

(3) 進行一致性和隨機性檢驗。由于客觀事物的復雜性及對事物認識的片面性，構造的判斷矩陣不一定是一致性矩陣，但當偏離一致性過大時，會導致一些問題的產(chǎn)生。因此得到λmax后，還需進行一致性和隨機性檢驗。

GIS技術作為在環(huán)境地質承載力評價中的分析工具，其強大的空間分析功能，可以快速高效的處理環(huán)境地質承載力的各個評價因子圖層，并通過多因子評價模型分析，從而得出研究區(qū)的環(huán)境地質承載力指數(shù)。GIS技術多因子綜合評價模型。

1.3 北川縣環(huán)境地質承載力評價體系建設

環(huán)境地質承載力評價指標體系主要從地質環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境3個方面獲取承載力評價因子。筆者根據(jù)北川縣調查資料與區(qū)域地質環(huán)境特點，建立適合西南山區(qū)城鎮(zhèn)的環(huán)境地質承載力評價指標體系(表1)。

表1 北川縣環(huán)境地質承載力評價指標體系

綿陽市北川縣處于龍門山構造發(fā)育地區(qū)，地質環(huán)境因素直接制約了該縣域的發(fā)展，參考以往研究中地質災害評價的標準[10-12]，確立了北川縣環(huán)境地質承載力評價體系的一個重要準則層—地質環(huán)境，建立地質構造、地層巖性等相關一級指標層，并細化至斷裂帶密度、斷層距離等2級指標，形成完整系統(tǒng)的便于GIS中可量化的指標體系。生態(tài)環(huán)境作為環(huán)境地質的重要因素，也是北川縣環(huán)境地質承載力的重要組成部分。主要包含水資源、礦山資源及旅游資源。在評價體系中將生態(tài)環(huán)境作為體系的一個準則，既是秉承了環(huán)境地質承載力的核心概念[4-6]，也是結合了北川縣生態(tài)建設及未來發(fā)展方向。具體全面衡量區(qū)域環(huán)境地質承載力[13]，僅通過厘定地質災害易發(fā)性及環(huán)境資源供給能力并不夠全面，涉及人口及經(jīng)濟因子、基礎建設因子的社會環(huán)境也是環(huán)境承載力量化模型的一個關鍵性因素，而人口的密集程度分布及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展分布，也作為承載力評價體系中的重要因子。評價體系的建立是基于各項因子相互獨立的前提下，選取與環(huán)境地質承載力相關的因素作為評價的二級指標。在理想狀態(tài)中各因素保持獨立，但是各指標具有一定相關性。根據(jù)各因素指標相關性分析(表2)，對于相關系數(shù)在0.3以內的可以認為相關性較差，則可以選取該評價指標。

表2 北川縣環(huán)境地質承載力評價指標相關性分析

2 體系評價結果

根據(jù)評價指標對于研究區(qū)域環(huán)境地質的影響程度，采用專家打分法對評價指標進行打分，再對打分情況進行統(tǒng)計分析，得到各指標重要性分值，獲取各指標的權重值。由評價指標層的權重值可見(表3)，地質環(huán)境中地質災害、生態(tài)環(huán)境中的礦山和社會環(huán)境中的人口經(jīng)濟因子是環(huán)境地質承載力的主導因素；其次是地質構造、地層巖性、基礎設施因子；其余指標的影響程度較小。

表3 研究區(qū)環(huán)境地質評價指標層權重

3 討 論

根據(jù)北川縣現(xiàn)狀城市環(huán)境地質調查情況以及對北川縣后續(xù)建設發(fā)展程度的判定，參照《國土資源環(huán)境承載力評價標準(試行)》指出環(huán)境地質承載能力評價，原則上以自然單元的單要素評價和綜合評價為基礎，以保證評價結果的科學性。北川縣環(huán)境地質承載力現(xiàn)狀呈現(xiàn)均衡(臨界超載)、盈余(不超載)兩種狀態(tài)，未見超載狀態(tài)，附圖3中將均衡狀態(tài)細分為承載力高、承載力較高兩種，將盈余狀態(tài)細分為承載力較低、承載力低兩種。北川縣環(huán)境地質承載力區(qū)域共涉及承載力高、較高、較低、低4類。

(1) 環(huán)境地質承載力高。該區(qū)域面積約占29.1%，位于沿青片河、白草河、都壩河兩岸區(qū)域，主要優(yōu)勢：部分為場鎮(zhèn)聚集區(qū)，交通便利，水土資源較豐富，支撐旅游產(chǎn)業(yè)的必要條件；劣勢：多處于構造中山地貌，地質災害較發(fā)育，場鎮(zhèn)及公路受災害威脅較多，人類活動影響強烈，場鎮(zhèn)可開發(fā)面積有限。規(guī)劃建議：北川縣的主要場鎮(zhèn)貫穿道路區(qū)域，強工程措施與強生態(tài)治理措施相結合，生態(tài)邊坡治理措施美觀有效。重點場鎮(zhèn)優(yōu)化設計：充分發(fā)揮場鎮(zhèn)地質環(huán)境特點，因地制宜，劃分場鎮(zhèn)地質環(huán)境分區(qū)，優(yōu)化場鎮(zhèn)建設，限制場鎮(zhèn)不恰當開發(fā)。

(2) 環(huán)境地質承載力較高。該區(qū)域面積約占45.6%，為河谷兩側斜坡地段及人類活動至自然保護區(qū)緩沖區(qū)，以及部分低山丘陵地貌區(qū)域。優(yōu)勢：礦產(chǎn)資源蘊含量大，人類工程活動擾動較少，交通較便利，區(qū)內可開發(fā)的旅游產(chǎn)業(yè)較多；劣勢：礦山生態(tài)恢復形勢嚴峻，局部小型地質災害影響的聚集區(qū)治理，潛在地質災害發(fā)育及防治。規(guī)劃建議：科學合理開采存量礦山，對于廢棄礦山及開發(fā)中礦山開展礦山環(huán)境恢復治理工程，包含礦山災害治理、礦山復墾等措施；針對小型地質災害點及潛在地質災害區(qū)域進行生態(tài)地質治理，建設綠色、生態(tài)北川。

(3) 環(huán)境地質承載力較低。該區(qū)域面積約占20.3%，為自然保護區(qū)過渡帶與安昌、永安的過渡區(qū)。優(yōu)勢：地質災害危險性低，人口密度較低，其中自然保護區(qū)過渡區(qū)存在大量可旅游開發(fā)區(qū)域及現(xiàn)有旅游區(qū)擴建空間。劣勢：未開發(fā)程度較大，需要投入大量人力物力進行改造。規(guī)劃建議：自然保護區(qū)過渡帶的旅游區(qū)開發(fā)及現(xiàn)有旅游區(qū)的改擴建，形成北川縣獨有的生態(tài)旅游區(qū)，創(chuàng)建多個國家5A級旅游景點及羌族特色農(nóng)家樂。

(4) 環(huán)境地質承載力低。該區(qū)域面積約占4.9%，為安昌鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)集中區(qū)及自然保護區(qū)。優(yōu)勢：地質災害不發(fā)育，基礎設施建設已經(jīng)基本完善，人口經(jīng)濟發(fā)現(xiàn)狀情況較為發(fā)達。劣勢：自然保護區(qū)屬于不得開發(fā)區(qū)域，縣城中心區(qū)域可供開發(fā)區(qū)域具有一定局限性。規(guī)劃建議：優(yōu)化中心區(qū)域建設，控制區(qū)域建設規(guī)模，自然保護區(qū)域保持生態(tài)物種原樣性不得開發(fā)改造。

4 結 論

(1) 環(huán)境地質承載力評價體系依據(jù)地質環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境3個準則層，劃分了地質構造等10個指標層建立北川縣評價體系，對各評價指標進行量化處理，建立了適合西南山區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境地質承載力評價的體系模型。

(2) 采用層次分析法及GIS空間處理技術針對環(huán)境地質承載力評價提供技術支撐，結合專家打分法確定評價因子各自權重值，結果驗證表明該方法效果較好，但由于地質構造作用強烈，該評價體系只適用于西南山區(qū)城鎮(zhèn)相似區(qū)域。