物元 -层次模型在盐城市地质环境脆弱性评价中的应用

薛怀友,郭炳跃,刘建东,戴盛启

(江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

物元 -层次模型在盐城市地质环境脆弱性评价中的应用

薛怀友,郭炳跃,刘建东,戴盛启

(江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

地质环境脆弱性制约着区域的规划和发展,因此,进行地质环境脆弱性评价,可以为区域的发展提出专业建议,减少不必要的投资。从地质环境出发,建立了地质环境脆弱性评价指标体系,运用物元改进的层次分析评价模型,极大地提高了评价精度。

地质环境脆弱性;物元模型;层次分析;江苏盐城

0 引言

地质环境系统是比较复杂的动态系统,影响地质环境脆弱性的参数很多,且参数与环境之间的某些机理尚不十分清楚。人们在制定地质环境系统的等级标准,现状分级及脆弱性评价等客观上又存在着模糊性和不相容性,故在地质环境脆弱性评价时难免遗漏了一些因素,有些可能是很重要的因素。物元 -层次模型可以解决不相容问题,适用于多因子评价问题。传统的模糊综合评判权值分配,常常由专家来确定,往往带有较大的主观性,采用美国匹斯堡大学 TL Saaty教授提出的层次方法,通过两两比较的特征根法,利用了尽可能多的信息,提高了评价结果的精度。运用 ArcGIS的叠加分析、地学统计功能,使地质环境脆弱性评价更加方便、精确。

1 物元 -层次模型

1.1 基本概念

物元是一种赋予属性和属性值的评价单元,且每一个属性值都是唯一的 (即属性中只含有一个等级,不能和其他等级相容)。物元的属性是指在进行脆弱性评价时选取的脆弱性评价因子,因此,物元的周边由评价因子等级分界线组成。

层次分析法 Analytic Hierarchy Process(AHP),是美国运筹学家 T L Saaty等人 20世纪 70年代提出的,是一种定量与定性相结合的方法,适用于较为复杂、较为模糊的问题,难以完全用定量分析方法时问题的求解。所谓层次分析就是将研究的问题按各因素之间的关系,建立系统的递阶层次结构,根据层次结构分析各层次之间及层次中的各个元素的相对重要性,进行两两比较,确定各因素权重。

所谓物元 -层次模型是利用层次分析法确定物元属性权重的评价模型。采用物元 -层次模型评价地质环境脆弱性,可以提高评价精度,但需要大量繁琐的单元划分工作。利用 ArcGIS的叠加分析分功能,可以非常快捷的划分单元,实现评价区“物元化”。ArcGIS还具有地学统计功能,使地质环境脆弱性评价更加方便、精确。

1.2 划分单元

对于传统的栅格单元划分方法,如果栅格划分不够小,往往造成在同一单元内,同一指标的两个等级并存,或把均一性较好的区域割开,与评价单元划分的目的背道而驰。否则栅格单元数目巨大,增加大量的计算工作,降低工作效率。因此,本次单元划分采用不规则多边形网椿划分法,即以各种评价指标突变的界限为单元边界,同时对于单元的大小不予限制 (图 2)。

本次单元划分是利用ArcGIS的叠加分析功能,实现不规则多边形网椿划分 (物元化)。

图2 单元划分示意图

1.3 计算脆弱度

式 (1)中,G为物元的脆弱度;Vi为物元第 i个属性值;Wi为物元第 i个属性的权重值。

物元 -层次脆弱性评价模型建模流程见图 3。

2 应用举例

以盐城市为例,说明物元 -层次模型在地质环境脆弱性评价中的应用 (资料来源于江苏省地质环境脆弱性调查项目)。

2.1 盐城市地质环境条件

2.1.1 地形地貌 盐城市区为中国东部大平原的一部分,地势低洼而平坦。因处海滨河口地带,河道纵横、沟渠网布,地形由西北、东南向中部缓倾,地面高程(以废黄河零点计)大部分在 2.0m～2.5m,小于 2.5m区段面积占总面积的 60%,海拔高程除盐城—阜宁一线断续分布的古砂堤及废黄河高漫滩标高大于 4m外,一般均在 1.6m～2.4m。

依据全新世以来的海侵、海退、河湖变迁及其相关的松散沉积特征,将本区分为四大地貌区,即滨海冲海积平原、里下河泻湖平原、滨海辐射沙洲和废黄河三角洲。

2.1.2 区域稳定性 本区位于苏鲁隆起东南侧的苏北凹陷内,尤其在燕山构造运动改造下,区内基岩次级隆起与凹陷较为发育。

随着隆起与凹陷的形成,断裂构造相伴而生,据部分钻孔揭露资料,得知本区隐伏断裂以北东向为主,次为北西向,主要断裂有淮阴—响水口断裂、穆庄—新星断裂、盐城断裂带、古河—渔业断裂、刘家埝—龙王庙断裂和陈家堡—小海断裂,这些断裂活动时期均为新第三纪前,新第三纪以后乃至第四纪活动迹象少见,可见区域稳定性较好。

2.1.3 工程地质条件 盐城市属于松散沉积平原区,针对这一特点,以“不同沉积单元的岩土组合特征”为划分原则,分为四大工程地质区,即滨海冲海积平原工程地质区、里下河泻湖平原、滨海辐射沙洲工程地质区、废黄海三角洲工程地质区。盐城市工程地质条件的物理力学性能见表 1。

2.1.4 水文地质条件 盐城市为广阔平原,出露岩性均为松散沉积的粘性土、砂性土,由此决定了地下水类型为松散层孔隙潜水。据岩性及部分抽水试验资料得知：射阳河口及新洋港河口间河间地块、河滨带以及少量古贝壳砂堤带水量最富,标准井型单井出水量 ＞1 000m3/d,局部地段含水层缺失,水量＜100m3/d,其他区段均为 100m3/d～1 000m3/d。水位受降水量影响,丰水期水位升高 1m左右,枯水期水位下降至 1.5m～3.0m间,由于古砂堤及河堤的微地貌影响,水位局部变化,流向多由砂堤、河堤向外侧低洼平原汇集,总体流向由南向北、由南西向北东,最终排泄于黄海。

表1 岩土物理力学性质

2.1.5 地质灾害 盐城市地质灾害和地质环境问题主要类型有地面沉降、海岸崩塌和水质咸化等。它们的分布规律见图 4。

图4 盐城市地质灾害评价因子图

2.2 评价指标体系

评价指标并不是随便取得的,必须在对地质环境状况进行充分分析的基础上,依据以下原则进行选取。

科学性。选取的指标能够真实、客观反映工作区的脆弱性,把指标体系建立在科学的基础之上。

系统性。选取的指标应作为一个有机整体,充分反映工作区的脆弱性。

可操作性。一是指标数据的获取要可行,二是得到指标数据要符合评价方法的要求。

独立性。选取的指标应相互独立,不能交叉或重叠,重复反映同一个方面。

非均衡性。不同的指标其权重不同,能反映出对脆弱性的贡献大小,即对地质环境脆弱性有重要影响的给予较大的权重,否则给予较小的权重。

根据盐城市地质环境特点选取评价指标(图 5)。轻度 (＜1g/L),三级。

图5 盐城市脆弱性评价指标体系

水土体污染强度。按包气带岩性分为极易污染、易污染、不易污染 ,三级 ,取值分别为 10、6、1。

地下水开采强度。根据地下水富水性与地下水开采量之比,分超采、基本平衡、具有较大的开采潜力 ,取值分别为 10、5、0。

滩涂围匡速度。按滩涂围匡速度与淤积速度之比,分为过量、平衡、有潜力,三级,取值分别为 10、5、0。

工程建设密度。按人口密度分大于 1 000人/km2、800人 /km2～1 000人 /km2、600人 /km2～800人 /km2、400人 /km2～600人 /km2、小于 400人 /km2,五级 ,取值为 10、7、5、3、1。

2.3 评价结果

利用物元 -层次模型对盐城市地质环境脆弱性进行评价分析,将全区分为重度脆弱区、中度脆弱区、轻度脆弱区和非脆弱区 4类 (图 6)。

①重度脆弱区约占盐城市面积的 14.92%,主要分布在盐城市区、大丰县城、阜宁县以及滨海海岸带。

②中度脆弱区约占盐城市面积的 44.78%,主要分布在响水县东北部,在盐城行政辖区的中心地带及盐城海岸带。

③轻度脆弱区约占盐城市面积的 37.31%,在响水—滨海—射阳、阜宁和建湖西部、东台西部以及东台海岸带以西的部分地区。

④非脆弱区约占盐城市面积的 2.99%,主要在滨海和响水县成零星分布。

各评价指标划分级别不一,具体划分如下。

地形地貌。分低山丘陵、岗台地、平原,三级,取值为 10、4、1;平原区按地面高程分小于 1m、1m～2.5m、2.5m～5.0m、5.0m～7.5m、大于 7.5m,五级 ,取值为 10、7、5、3、1。

软土。根据 30m以浅软土累积厚度分大于10m、7m～10 m、3m～7m、小于 3、无 ,五级 ,取值为10、8、7、3、0。

液化砂土。根据液化砂土分布情况分有、无,两级 ,取值为 10、0。

盐渍土。根据盐渍土分布情况分有、无,两级,取值为 10、0。

断裂构造。根据工程建设规范、本次评价划定的断裂影响距离为 500m,距离超过 500m的区域为无断裂分布区。因此,断裂构造分有、无,两级,取值分别为 10、0。

地震。按抗震设防烈度分分大于等于 8度、7度、6度 ,三级 ,取值分别为 10、6、2。

地面沉降。根据地质灾害危险评估规范,按累计沉降量分大于 800mm、800mm～300mm、小于300mm,三级 ,取值为 10、6、1。

海岸蚀淤强度。根据海岸线变化速率分强侵蚀和强淤积、弱侵蚀和弱淤积、稳定、无,四级,分值为10、6、3、0。

风暴潮。风暴潮按累计发生次数分 8次、6次、5次 ,三级 ,取值为 10、4、1。

水质咸化。根据区域地质环境调查评价规范,按地下水矿化度分严重 (＞3g/L)、一般 (1～3g/L)、

图6 盐城市地质环境脆弱性评价成果图

3 结 语

地质环境脆弱区是指地质、地貌条件复杂,岩性、岩相变化多样,抗人类活动干拢能力弱,易引起区域性地质环境恶化或产生地质灾害的地区。因而,在进行区域开发和重大工程建设中,必须对地质环境脆弱性作出正确的评价、对地质环境演变作出可靠的预测,提出合理的对策意见。通过对盐城市地质环境脆弱性评价可知,采用物元 -层次模型,不但可以正确评价地质环境脆弱性,而且提高了评价精度。

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Application ofmatter-element and AHP model in evaluation of geo-environment vulnerability in Yancheng City

XUE Hua i-you,GUO Bing-yue,L IU Jian-dong,DA I Sheng-qi

(Jiangsu Institute of Geology andMinerals Investigation,Nanjing 210018,China)

Regional planning and developmentwere restricted by geo-environment vulnerability,so the evaluation on geo-environment vulnerabilitywas essential.Based on geo-environment,the authors established an evaluation index system on geo-environment vulnerability,used analytical hierarchy process evaluation of improved matter-element model,greatly improved the precision of geo-environment vulnerability evaluation.

Geo-environment vulnerability;Matter-elementmodel;Analytical hierarchy process(AHP);Yancheng,Jiangsu

TU984;X141

A

1674-3636(2010)02-0149-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.149

2010-01-12;

2010-03-04;编辑：侯鹏飞

薛怀友 (1962—),男,工程师,主要从事水工环地质工作.