陳朝亮 林 玲 李 強(qiáng) 周文濤

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010)

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境作為人類生存的重要基礎(chǔ)環(huán)境，對(duì)人類社會(huì)發(fā)展影響深遠(yuǎn)[1-2]。隨著人類經(jīng)濟(jì)化進(jìn)程的加快，地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)破壞、環(huán)境污染等問題日益突出[3-5]。因此，科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境，有利于客觀掌握區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件和可能出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境問題，便于決策者制定合理的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)方針，以促進(jìn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[6-7]。

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)作為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中的重要組成部分，自20世紀(jì)以來其理論方法和應(yīng)用實(shí)踐都得到了廣泛的拓展創(chuàng)新[8]。1990年代末，周愛國(guó)等就生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中的基本原理和評(píng)價(jià)方法展開探討，將生態(tài)地質(zhì)環(huán)境提升至定量化研究的層次[9]。近年來，隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展，遙感和GIS被廣泛應(yīng)用到生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中，并取得了豐碩的研究成果[10-12]。如：周惠康等利用層次分析法對(duì)寧夏沿黃河經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并建立寧夏沿黃河經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)[13]；汪宙峰等借助于GIS技術(shù)對(duì)都汶公路沿線生態(tài)地質(zhì)環(huán)境脆弱性變化的影響因素、機(jī)制和規(guī)律展開研究，總結(jié)了一套適合于山區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)體系和方法[14]；魯守剛利用GIS對(duì)黑龍江生態(tài)地質(zhì)環(huán)境和資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，客觀反映了研究區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量水平等[15]。

近年來，內(nèi)江市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，伴隨著人們開挖邊坡、拓修道路、房產(chǎn)開發(fā)等一系列工程活動(dòng)，內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境發(fā)生重大變化。同時(shí)由于內(nèi)江市位于四川沉降帶中部、威遠(yuǎn)背斜北翼，區(qū)內(nèi)受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，間歇性抬升的地殼在外營(yíng)力作用下形成眾多溝谷，對(duì)地層有擠壓、切割作用，使得巖體破碎，這也為滑坡及崩塌的發(fā)育提供了條件。本文以四川省內(nèi)江市為研究區(qū)，利用層次分析法與線性加權(quán)組合法相結(jié)合的數(shù)學(xué)模型對(duì)內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究結(jié)果可為該地區(qū)城鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，亦可為決策者制定平衡生態(tài)地質(zhì)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方針提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)江市位于四川省中南部，沱江上游中段，地跨東經(jīng)104°14′～105°26′，北緯29°5′～30°2′，東西長(zhǎng)約121.5 km，南北寬約94.7 km，海拔211～894 m。內(nèi)江市屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫15～28 ℃，多年平均降雨量為906.8～1 044.5 mm，區(qū)域性年降水總量差異較大，由東北向西南逐漸增多。在地質(zhì)構(gòu)造上，內(nèi)江市位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳川中臺(tái)拱的自貢臺(tái)凹北部，威遠(yuǎn)背斜北東傾末端與自流井背斜北東傾末端間的向斜部位，區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造主要有位于威遠(yuǎn)縣的威遠(yuǎn)背斜、新店子向斜和位于內(nèi)江市隆昌縣的螺觀山背斜、圣燈山背斜及背斜之間開闊平緩的向斜。區(qū)內(nèi)出露地層主要為灰?guī)r和沉積巖。研究區(qū)區(qū)位圖見圖1。

圖1 內(nèi)江區(qū)位圖Fig.1 Location map of Neijiang City

1.2 數(shù)據(jù)來源

本次研究所用到的數(shù)據(jù)有：(1)內(nèi)江市數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，精度30 m，來源于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)(http://www.dsac.cn/)，據(jù)此提取出內(nèi)江市的坡度、坡向和坡高；(2)2017年Landsat-8遙感影像，成像時(shí)間9月，來源于美國(guó)航空航天局(https://landsat.gsfc.nasa.gov/data/)；(3)內(nèi)江市河流及市、縣、鄉(xiāng)行政邊界等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，來源于研究區(qū)1∶5萬(wàn)數(shù)字化矢量圖；(4)降水量數(shù)據(jù)來源于內(nèi)江市氣象局，對(duì)68個(gè)氣象觀測(cè)站的多年平均降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行克里金插值，得到內(nèi)江市多年平均降雨量分布數(shù)據(jù)；(5)地下水資源量來源于水利部門提供的4級(jí)套縣水資源統(tǒng)計(jì)資料。

2 指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法

2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理與否對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性起著至關(guān)重要的作用。本文根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的普適性和可比較性等原則[16]，依據(jù)內(nèi)江市的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，在綜合考慮自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、生態(tài)條件等基礎(chǔ)上，最終選定3大類11個(gè)指標(biāo)作為內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)：即地形地貌(坡度、坡向、高程)、地下水蘊(yùn)藏量、距河流距離、年均降水量、植被指數(shù)、土地利用類型、地災(zāi)易發(fā)程度、距構(gòu)造距離、地層巖性。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。

在參考前人研究的基礎(chǔ)上，并根據(jù)內(nèi)江市的實(shí)際情況，將11個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的影響程度進(jìn)行量化，確立各指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)，按照不同的范圍劃分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.2 評(píng)價(jià)方法

層次分析法(AHP，Analytical Hierarchy Process)是針對(duì)多目標(biāo)的、定性與定量化分析相結(jié)合的決策分析方法。自20世紀(jì)70年代美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty提出層次分析法以來，該方法以其嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯性、可信性及系統(tǒng)性的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)研究中，能夠在人為主觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)學(xué)分析法得到定性與定量分析相結(jié)合的決策結(jié)果[17]。

圖2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system of ecological geological environment

項(xiàng)目?jī)?yōu)良中差坡度<15°15°～25°25°～35°>35°坡向平地陽(yáng)坡半陽(yáng)坡半陰坡陰坡高程<200 m200～400 m400～600 m>600 m地下水量<100萬(wàn)m3100～200萬(wàn)m3 200～300萬(wàn)m3>300萬(wàn)m3距河流距離>1 000 m500～1 000 m200-500 m<200 m年降水量<850 mm850～920 mm920～1 000 mm>1 000 mm植被指數(shù)>0.250.07～0.25-0.19～0.07-0.64～-0.19用地類型林地水體、農(nóng)田裸地建筑用地距構(gòu)造距離>8 000 m5 000～8 000 m3 000～5 000 m<3 000 m地災(zāi)易發(fā)性不易發(fā)低易發(fā)中易發(fā)高易發(fā)地層巖性堅(jiān)巖次堅(jiān)巖軟巖第四系

依據(jù)建好的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)同層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，并對(duì)各個(gè)指標(biāo)間的重要性賦值，得到次級(jí)指標(biāo)相對(duì)于上一級(jí)指標(biāo)的比較矩陣。指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算實(shí)際上是計(jì)算最大特征根與最大特征向量的過程，本文采用方根法進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，要求檢驗(yàn)結(jié)果判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率CR均小于0.1。本文根據(jù)層次分析法的計(jì)算原理，請(qǐng)國(guó)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境研究者和相關(guān)專家根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，填寫生態(tài)地質(zhì)環(huán)境重要性比較矩陣。兩兩比較重要度矩陣見表2。

最終，通過層次間的運(yùn)算，得到指標(biāo)層各指標(biāo)的層次總權(quán)重A=[0.08,0.01,0.02, 0.02,0.03,0.05,0.16,0.09,0.29,0.16,0.09]。

同時(shí)考慮到生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中多指標(biāo)的復(fù)雜性，本文采用層次分析法與線性加權(quán)組合法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)[18]。其整體思想就是將各個(gè)準(zhǔn)則及其權(quán)重進(jìn)行線性相加，繼而得到連續(xù)型的圖像，計(jì)算公式為：

式中，β為綜合評(píng)價(jià)得分，γ為某準(zhǔn)則的模糊得分，δ為某準(zhǔn)則的權(quán)重，i為第i項(xiàng)因子。

表2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 2 Evaluation index weight of ecological geological environment

2.3 評(píng)價(jià)單元

常用的評(píng)價(jià)單元主要有三角形剖分法、正方形網(wǎng)格法和不規(guī)則多邊形網(wǎng)格劃分法3種[19]。由于正方形網(wǎng)格根據(jù)實(shí)際情況確定大小，適合大范圍區(qū)域的評(píng)價(jià)，因此本文采用正方形網(wǎng)格法，以內(nèi)江市1∶5萬(wàn)的地形地質(zhì)圖為基礎(chǔ)，以1 km×1 km的間距劃分格網(wǎng)，將內(nèi)江市劃分為4 608個(gè)單元。

3 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

首先，對(duì)收集的內(nèi)江市相關(guān)指標(biāo)體系的資料進(jìn)行整理編輯，制作相應(yīng)圖件。然后利用ArcGIS平臺(tái)，將相關(guān)圖件配準(zhǔn)到同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)下，并基于DEM提取高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)；對(duì)收集的地質(zhì)資料矢量化，得到地層巖性、地災(zāi)易發(fā)程度和地質(zhì)構(gòu)造線等基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)；在ArcGIS中對(duì)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)和水資源統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行插值計(jì)算，得到內(nèi)江市多年平均降雨量和地下水資源數(shù)據(jù)；同時(shí)對(duì)sentinel-2數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感解譯，得到土地利用類型和NDVI數(shù)據(jù)。最后，運(yùn)用前面所述的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)方法，對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)圖層做空間疊加分析，根據(jù)計(jì)算出的綜合評(píng)價(jià)得分M，將內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境劃分為優(yōu)(7

圖3 內(nèi)江市基礎(chǔ)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)圖Fig.3 Basic geological condition evaluation map of Neijiang City

圖4 內(nèi)江市自然地理?xiàng)l件評(píng)價(jià)圖Fig.4 Physical and geographical condition evaluation map of Neijiang City

圖5 內(nèi)江市生態(tài)條件評(píng)價(jià)圖Fig.5 Ecological condition evaluation map of Neijiang City

圖6 內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)圖Fig.6 Ecological Geological environment evaluation map of Neijiang City

(1)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較差區(qū)域主要分布在威遠(yuǎn)縣北部山區(qū)，穹隆構(gòu)造東側(cè)及隆昌縣西南部分地區(qū)。面積為716 km2，占全區(qū)面積的13.3%，該區(qū)主要為低山區(qū)，在高陡邊坡、斷裂帶、軟弱巖組等不良地質(zhì)條件作用下，區(qū)內(nèi)巖石破碎，極易形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

(2)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境中等區(qū)域主要分布于威遠(yuǎn)、資中、隆昌縣等低山-丘陵過渡區(qū)域。面積為770 km2，占全區(qū)面積的14.3%，受構(gòu)造的抬升作用和區(qū)內(nèi)水流的沖刷作用，使得區(qū)內(nèi)小型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)零星分布。

(3)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境良好區(qū)域主要分布于境內(nèi)淺丘區(qū)域。面積為2 610.7 km2，占全區(qū)面積的48.5%，主要受人類不合理工程開挖和過渡擴(kuò)張人工表面所致，植被覆蓋度降低，地表裸露面積較大，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)人為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)。

(4)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較好區(qū)域僅分布于東興區(qū)的田家鎮(zhèn)、柳橋鄉(xiāng)及平坦鄉(xiāng)等地。面積為1 289.3 km2，占全區(qū)面積的23.9%，該區(qū)域地貌以平壩為主，地表植被覆蓋度高，且離構(gòu)造線距離較遠(yuǎn)，受內(nèi)外營(yíng)力作用較小，無大型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

4 結(jié)論

本文在深入分析影響內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量因子的基礎(chǔ)上，借助于遙感和GIS技術(shù)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，利用層次分析法構(gòu)建適于內(nèi)江市的評(píng)價(jià)模型，再利用GIS對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行線性加權(quán)運(yùn)算，得到內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)有的資料對(duì)其分析，得到以下結(jié)論：(1)利用層次分析法建立的該套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，考慮了西南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、植被覆蓋度高等特點(diǎn)，適合于在該地區(qū)開展生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)，同時(shí)與GIS相結(jié)合的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)在對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的同時(shí)，可對(duì)自然地理、生態(tài)條件、基礎(chǔ)地質(zhì)等指標(biāo)展開單獨(dú)評(píng)價(jià)分析。(2)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較好區(qū)域僅占內(nèi)江市總面積的23.9%，除了田家鎮(zhèn)、柳橋鄉(xiāng)及平坦鄉(xiāng)等地生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好外，其他地方均存在不同程度的危險(xiǎn)性。特別在西部的低山、深丘區(qū)和隆昌縣東南部中丘區(qū)，受生態(tài)地質(zhì)條件和人類工程活動(dòng)的雙重影響，該地生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較差，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)。

結(jié)合內(nèi)江市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)原因，提出以下防治措施：(1)加大地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)工作。近年來，內(nèi)江市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，人類工程活動(dòng)不斷加劇，加上周邊地震活動(dòng)頻繁，區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境條件也出現(xiàn)了不同程度的變化。受現(xiàn)有的科技水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)能力限制，野外調(diào)查結(jié)合遙感解譯是最有效的發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的方法。(2)繼續(xù)開展防災(zāi)治理工作。對(duì)于生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較差、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)且人口基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)集中的區(qū)域，及時(shí)開展應(yīng)急排險(xiǎn)工作，同時(shí)對(duì)一些災(zāi)害隱患點(diǎn)實(shí)施工程治理。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危害程度高，治理難度大的區(qū)域?qū)嵤┌徇w。(3)建立良好的監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制。對(duì)于生態(tài)地質(zhì)環(huán)境較差、地質(zhì)災(zāi)害常發(fā)的區(qū)域，研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，同時(shí)采用位移傳感器和現(xiàn)代無線傳輸技術(shù)對(duì)該區(qū)進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警。