劉治政，朱恒華，王晶晶，孟盼盼，王瑋，尚浩，劉柏含，李雙

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014;2.煙臺市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，山東 煙臺 264000)

0 引言

地質(zhì)環(huán)境保障能力是指地質(zhì)環(huán)境條件對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的支撐能力，包括水土資源環(huán)境、礦產(chǎn)資源環(huán)境、海洋環(huán)境、基本環(huán)境地質(zhì)條件以及人類活動影響等的支撐力。地質(zhì)環(huán)境保障能力評價是涉及多層次、多因素作用的空間綜合評價，評價結(jié)果將對重大工程建設(shè)、城市規(guī)劃、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用等的決策提供重要的依據(jù)。

山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)要以系統(tǒng)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料為依據(jù)，重大工程建設(shè)需進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境研究，經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展還需土地、水、礦產(chǎn)等各種資源作保障，開發(fā)建設(shè)過程中需要統(tǒng)籌考慮海岸帶資源的利用與保護(hù)(1)山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境保障調(diào)查報(bào)告，2015年。，因此，需要對山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境保障能力的綜合評價。

1 GIS層次分析法

GIS層次分析法是基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的層次分析，首先將可能影響分析目標(biāo)結(jié)果的相關(guān)指標(biāo)按隸屬關(guān)系劃分為若干層次，利用專家打分的方法，對各層次指標(biāo)的相對重要性給出定量指標(biāo)，綜合不同專家的意見計(jì)算出不同層次不同指標(biāo)的重要性權(quán)值[1-3]，作為綜合分析的基礎(chǔ)，然后利用GIS的空間分析功能，遵循一定的規(guī)則進(jìn)行單指標(biāo)的空間疊加運(yùn)算，最終生成分析目標(biāo)的評價結(jié)果(圖1)。

圖1 GIS層次分析法流程圖

1.1 評價指標(biāo)選取

評價指標(biāo)的選取是對評價對象進(jìn)行理論分析、事實(shí)概括的過程，通過抽象化的方法，對有顯著區(qū)別的事實(shí)資料進(jìn)行綜合，在特殊性標(biāo)識的基礎(chǔ)上形成評價指標(biāo)，是一個從表面到內(nèi)部、從現(xiàn)象到本質(zhì)、從個別到一般、從偶然到必然的轉(zhuǎn)變[4-7]。

首先對事實(shí)資料進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定評價體系的層次，并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，初步構(gòu)建評價指標(biāo)體系，然后運(yùn)用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)篩選，使建立的評價體系既科學(xué)又易于操作。另外，指標(biāo)選取過程中還要確定各指標(biāo)量化方法和權(quán)重計(jì)算方法。

1.2 評價指標(biāo)權(quán)重確定

1.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

構(gòu)建判斷矩陣目的在于分析下層指標(biāo)對上層相對重要性影響程度的大小。采用1～9標(biāo)度法[8-9]使判斷定量化，根據(jù)評比給出權(quán)值，然后根據(jù)分層結(jié)構(gòu)和上下層間的指標(biāo)隸屬關(guān)系，構(gòu)建判斷矩陣(式1)：

(式1)

式中：R—判斷矩陣，滿足bij=1/bji；bij—對目標(biāo)而言，bi對bj的相對重要程度，專家打分得到，取1，2，3……9及它們的倒數(shù)。

1.2.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

采用和積法計(jì)算各層指標(biāo)對系統(tǒng)目標(biāo)的合成權(quán)重，進(jìn)行總排序，以確定最底分層要素的重要程度。

1.2.3 一致性檢驗(yàn)

為保證判斷矩陣的精確度，減少人為判斷帶來的偏差，引入一致性判斷矩陣指標(biāo)C.I.(矩陣R的最大特征根λmax與階數(shù)n差值除以階數(shù)減1)及一致性判斷系數(shù)C.R.[10](C.I.與R.I.的比值，R.I.為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，通過表1查取[11])，當(dāng)C.R.<0.1時，通過一致性檢驗(yàn)，否則，需要調(diào)整指標(biāo)權(quán)值。

表1 判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.

1.3 圖形的空間處理

GIS能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工或分析，完成與地理相關(guān)的分析、評價、預(yù)測和輔助決策的任務(wù)[12]。地質(zhì)環(huán)境保障能力評價中涉及的GIS空間分析有：空間疊合分析、空間緩沖區(qū)分析等[13-14]。

空間疊合分析指將2個地理對象的圖層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對象特征的不同，分為點(diǎn)與多邊形疊合、線與多邊形疊合和多邊形與多邊形疊合3種類型。

空間緩沖區(qū)分析是根據(jù)分析對象的點(diǎn)、線、面實(shí)體自動建立與之周圍有一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實(shí)體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響程度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。

1.4 地質(zhì)環(huán)境保障能力分區(qū)

在評價指標(biāo)權(quán)重確定和圖形空間處理基礎(chǔ)上，對各指標(biāo)進(jìn)行判別、提取，再以綜合指數(shù)法進(jìn)行信息的空間疊加得出地質(zhì)環(huán)境保障能力狀況[15](式2)，最后按照分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境保障能力分區(qū)。

(式2)

式中：x—綜合指數(shù)；xi—指標(biāo)性狀取值；ai—指標(biāo)權(quán)重；m—評價指標(biāo)個數(shù)。

2 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)基本概況

山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)南起日照市，北至濱州市，包括青島、煙臺、威海、濰坊、日照和東營6市以及濱州的無棣、沾化2縣的行政范圍，陸域面積6.4萬km2。

地層可分為魯東地層(Ⅰ區(qū))、魯西地層(Ⅱ區(qū))、華北地層分區(qū)(Ⅲ)3個地層分區(qū)，Ⅰ、Ⅱ地層分區(qū)以昌邑-大店斷裂為界，Ⅱ、Ⅲ地層分區(qū)以齊河-廣饒斷裂為界。Ⅰ區(qū)發(fā)育前寒武紀(jì)和中、新生代地層，缺失古生代沉積。Ⅱ區(qū)地層發(fā)育最全，主要缺失奧陶紀(jì)上統(tǒng)至石炭紀(jì)下統(tǒng)。Ⅲ區(qū)全區(qū)第四系覆蓋，下伏新太古代、古生代、中生代、新生代地層，缺失奧陶紀(jì)上統(tǒng)至石炭紀(jì)下統(tǒng)。

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存條件與分布規(guī)律不同，水文地質(zhì)分區(qū)有魯西北平原松散巖類水文地質(zhì)區(qū)、魯西南中低山丘陵碳酸鹽巖類為主水文地質(zhì)區(qū)、魯東低山丘陵松散巖、碎屑巖、變質(zhì)巖類水文地質(zhì)區(qū)，各分區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)、徑、排因受地形、構(gòu)造、人類活動等多種因素的共同影響而呈現(xiàn)不同的特征。

3 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境保障能力評價

3.1 評價指標(biāo)的選取

選取資源環(huán)境承載力和地質(zhì)環(huán)境適宜性為一級評價指標(biāo)。資源環(huán)境承載力是可持續(xù)發(fā)展的范疇，以地質(zhì)環(huán)境與自然資源為基礎(chǔ)，同環(huán)境承載能力相協(xié)調(diào)，與地質(zhì)環(huán)境保障能力息息相關(guān)，包括8個二級評價指標(biāo)[16-18]；地質(zhì)環(huán)境適宜性是指在一個具體的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境內(nèi)，環(huán)境中的地質(zhì)要素為環(huán)境中的人、動物等生物群落所提供的生存空間的大小及對其正向演替的適宜程度，是地質(zhì)環(huán)境保障能力優(yōu)劣程度的一種體現(xiàn)，包括3個二級評價指標(biāo)。地質(zhì)環(huán)境保障能力評價涉及到經(jīng)濟(jì)、社會、地質(zhì)條件及生態(tài)環(huán)境等多種要素，是典型的結(jié)構(gòu)化、多層次、多目標(biāo)的評價問題。采用層次分析方法，最終確定了選取指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系(圖2)。

D1—耕地保障;D2—生存空間;D3—經(jīng)濟(jì)承載;D4—生態(tài)承載;D5—人口數(shù)量;D6—國民生產(chǎn)總值;D7—水資源量;D8—降水量;D9—海洋漁業(yè)資源;D10—岸線資源;D11—礦產(chǎn)資源量;D12—國內(nèi)生產(chǎn)總值;D13—土地資源適宜性;D14—土地利用程度;D15—土地開發(fā)問題;D16—水環(huán)境生態(tài)承載;D17—水環(huán)境人口承載;D18—水環(huán)境經(jīng)濟(jì)承載;D19—近海水質(zhì)等級;D20—地理?xiàng)l件;D21—工程地質(zhì);D22—水文地質(zhì);D23—環(huán)境地質(zhì);D24—地形;D25—水文地質(zhì);D26—工程地質(zhì);D27—環(huán)境地質(zhì);D28—可利用資源;D29—地形地貌;D30—水文地質(zhì);D31—工程地質(zhì);D32—環(huán)境地質(zhì);D33—可利用資源;D34—地形地貌;D35—水文地質(zhì);D36—環(huán)境地質(zhì);D37—可利用資源

3.2 評價因子量化分級

根據(jù)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)及相關(guān)評價因子的評價結(jié)果，并充分考慮地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀對藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的保障能力，對各個二級評價因子進(jìn)行量化分級(表2)。

3.3 指標(biāo)權(quán)數(shù)的確定

通過對數(shù)最小二乘法、最優(yōu)傳遞矩陣法進(jìn)行一致性調(diào)整，使其一致性比率<0.1，滿足一致性要求后，求取各評價因子權(quán)重。求得每層各因子權(quán)重后進(jìn)行檢驗(yàn)，均滿足歸一性檢驗(yàn)的要求(表2)。

表2 評價因子的量化分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重值

3.4 評價單元劃分

評價中先采用1km2×1km2正方形網(wǎng)格法進(jìn)行評價單元劃分，然后對評價因子狀態(tài)有突變的單元按不規(guī)則多邊形法進(jìn)行細(xì)分，以確保單個評價單元內(nèi)的各評價因子狀態(tài)是具有相同特性的最小地域單元。

3.5 圖形空間處理

首先利用MapGIS對二級評價因子矢量化之后的區(qū)文件進(jìn)行拓?fù)溴e誤檢查，屬性賦值，將檢查后的評價因子轉(zhuǎn)化為GMAP可識別的SHAPE文件，然后利用GMAP對轉(zhuǎn)化后二級評價因子進(jìn)行測試檢驗(yàn)。

3.6 地質(zhì)環(huán)境保障能力綜合指數(shù)計(jì)算

以綜合指數(shù)法為基礎(chǔ)進(jìn)行各類信息的空間疊加，得出各評價單元的綜合指數(shù)，疊加完成之后生成MapGIS可以識別的GS ASCII(*grd)GRD數(shù)據(jù)。

3.7 地質(zhì)環(huán)境保障能力分區(qū)

經(jīng)過因子量化和分值比較，將地質(zhì)環(huán)境保障能力評價結(jié)果按綜合分值分為5級，即強(qiáng)、較強(qiáng)、中等、較弱、弱(表3)。

表3 地質(zhì)環(huán)境保障能力評價分級標(biāo)準(zhǔn)

利用MapGIS-空間分析-dtm分析模塊將GRD數(shù)據(jù)按照評價分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，將自動生成的分區(qū)結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行人工修編，形成最終的綜合分區(qū)(圖3)。

1—保障能力強(qiáng)區(qū)；2—保障能力較強(qiáng)區(qū)；3—保障能力中等區(qū)；4—保障能力較弱區(qū)；5—保障能力弱區(qū)；6—保障能力分區(qū)界線

3.8 地質(zhì)環(huán)境保障能力評價

根據(jù)綜合分區(qū)結(jié)果，結(jié)合山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境保障能力評價，結(jié)果顯示(表4)，地質(zhì)環(huán)境具有保障藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)和發(fā)展的能力，但保障能力中等以上區(qū)域面積占比較小，多數(shù)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、適宜性、承載力等客觀形勢嚴(yán)峻，建設(shè)過程中需要有針對性的采取工程保障措施。

表4 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境保障能力分區(qū)結(jié)果

3.8.1 地質(zhì)環(huán)境保障能力強(qiáng)區(qū)

分布在東營市東營區(qū)西南部(Ⅰ-1)及煙臺海陽市與萊陽市的交界區(qū)域(Ⅰ-2)，約占總面積的0.5%。

Ⅰ-1區(qū)土地資源豐富，水資源開發(fā)優(yōu)勢明顯，區(qū)內(nèi)及周邊石油資源豐富，土地環(huán)境綜合條件較好，水環(huán)境沒有受到嚴(yán)重污染，水文地質(zhì)條件相對差，屬于地質(zhì)環(huán)境承載力強(qiáng)區(qū)，地質(zhì)環(huán)境適宜性化工業(yè)適宜性良好；Ⅰ-2區(qū)土地資源供給充足，地下水開發(fā)利用條件較差，水土環(huán)境總體較好，水文地質(zhì)條件一般，屬于地質(zhì)環(huán)境承載力強(qiáng)區(qū)，地質(zhì)環(huán)境適宜性為工程建設(shè)適宜性良好。

3.8.2 地質(zhì)環(huán)境保障能力較強(qiáng)區(qū)

分布在無棣縣中南部、東北部及沾化北部地區(qū)(Ⅱ-1)，東營市黃河故道流域至廣饒縣駐地一線(Ⅱ-2)，煙臺萊陽市與海陽市大部分地區(qū)(Ⅱ-3)，占總面積的12.0%。

Ⅱ-1及Ⅱ-2區(qū)土地開發(fā)潛力巨大，海洋資源比較豐富，水環(huán)境容易受到污染，大部分地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量較好，存在土壤鹽漬化等地質(zhì)環(huán)境問題，水文地質(zhì)條件相對較差，分別屬于地質(zhì)環(huán)境承載力一般區(qū)和強(qiáng)區(qū)，Ⅱ-1區(qū)適宜布局一般產(chǎn)業(yè)基地，Ⅱ-2區(qū)適宜布局石油與化工業(yè)；Ⅱ-3區(qū)土地資源供給充足，水資源是發(fā)展短板，無土壤污染區(qū)分布，近海環(huán)境條件較好，地質(zhì)環(huán)境問題較少，水文地質(zhì)條件一般，屬于地質(zhì)環(huán)境承載力強(qiáng)區(qū)，適宜布局石油與化工業(yè)。

3.8.3 地質(zhì)環(huán)境保障能力中等區(qū)

連片狀分布在煙臺市北部及威海市中部地區(qū)(Ⅲ)，占總面積的20.8%。

Ⅲ區(qū)土地資源相對貧乏，地表水資源可提供一定保障，礦產(chǎn)資源和海洋資源比較豐富，地下水質(zhì)量相對較差，土壤環(huán)境質(zhì)量較好，近海環(huán)境條件相對較好。存在崩、滑、流等環(huán)境地質(zhì)問題，水文地質(zhì)條件一般，大部分地區(qū)屬于地質(zhì)環(huán)境承載力較強(qiáng)區(qū)，一般產(chǎn)業(yè)基地布局適宜性以較好和中等為主，化工業(yè)適宜區(qū)分布在龍口至萊州沿海一線等地。

3.8.4 地質(zhì)環(huán)境保障能力較弱區(qū)

集中分布在濰坊市中部、青島市南部、日照市五蓮縣之外大部分地區(qū)(Ⅳ)，占總面積的38.8%。

Ⅳ區(qū)土地資源比較集中，地表水供給能力較強(qiáng)，地下水富水性整體較差，有礦產(chǎn)資源分布但開采規(guī)模相對較小，地下水環(huán)境和海洋環(huán)境條件較差，大量存在有崩、滑、流等地質(zhì)環(huán)境問題，屬于地質(zhì)環(huán)境承載力較弱區(qū)，化工業(yè)適宜性以較差和中等為主，一般產(chǎn)業(yè)基地適宜性以較好和中等為主。

3.8.5 地質(zhì)環(huán)境保障能力弱區(qū)

分布在濰坊市北部沿海至平度市一線(Ⅴ-1)、濰坊市西部地區(qū)(Ⅴ-2)、五蓮縣(Ⅴ-3)、嶗山地區(qū)(Ⅴ-4)及昆崳山附近地區(qū)(Ⅴ-5)等，分布范圍較廣，占總面積的27.9%。

Ⅴ-1區(qū)土地資源比較集中，水資源條件差，海洋資源薄弱，土壤重度鹽漬化，地下水環(huán)境條件極差，海水入侵覆蓋全區(qū)，屬于地質(zhì)環(huán)境承載力弱區(qū)，一般產(chǎn)業(yè)基地適宜性差，石油與化工業(yè)適宜性以較好和中等為主；Ⅴ-2—Ⅴ-5區(qū)人均土地面積較少，水資源條件差，礦產(chǎn)資源貧乏，水環(huán)境和土壤環(huán)境條件差，崩、滑、流等地質(zhì)環(huán)境問題分布密集，地質(zhì)環(huán)境條件中等—弱，地質(zhì)環(huán)境承載力以中等區(qū)為主，一般產(chǎn)業(yè)基地適宜性以中等—較強(qiáng)為主，化工業(yè)適宜性以差和較差為主。

4 結(jié)論

(1)地質(zhì)環(huán)境保障能力的評價涉及到可能影響該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)、社會、地質(zhì)條件及生態(tài)環(huán)境等多種影響因素，屬于多層次、多因素作用的空間綜合評價，是典型的結(jié)構(gòu)化、多目標(biāo)評價問題。

(2)研究區(qū)范圍廣闊，資源、環(huán)境條件復(fù)雜，人類活動特征具有明顯的地域性，地質(zhì)環(huán)境保障能力評價指標(biāo)選取過程中，以資源與環(huán)境為基礎(chǔ)，綜合考慮了產(chǎn)業(yè)布局、發(fā)展規(guī)劃等因素。利用層次分析法確定的該區(qū)域評價指標(biāo)體系為2個領(lǐng)域?qū)又笜?biāo)、11個準(zhǔn)則層指標(biāo)、37個指標(biāo)層指標(biāo)，既科學(xué)又易于操作，指標(biāo)權(quán)重的選取也更具代表性。

(3)評價結(jié)果表明研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境具有保障藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)和發(fā)展的能力，但保障能力中等以上區(qū)域面積，占比較小，多數(shù)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、適宜性、承載力等客觀形勢嚴(yán)峻，建設(shè)過程中需要有針對性的采取工程保障措施，與實(shí)際相符，證明利用GIS層次分析法進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境保障能力評價是可靠的。