基于GIS的海城市地质环境质量评价

娄新刚,孙艳荣,邹孔业

(辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院,辽宁鞍山114000)

基于GIS的海城市地质环境质量评价

娄新刚,孙艳荣,邹孔业

(辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院,辽宁鞍山114000)

基于地理信息系统 (GIS)和多级模糊模式识别模型,建立了海城市空间数据库和地质环境质量评价模型;综合考虑地形坡度、工程地质岩组 、岩土体结构类型、地下水位 、植被发育情况、月平均降雨量、人类工程活动强度等因素,用层次分析法确定各指标权值;应用评价模型对海城市地质环境质量进行了综合评价,把海城市地质环境划分为优、良、中、差4个质量级别。

地理信息系统;地质环境;评价模型;多级模糊模式识别模型

海城市位于辽宁省鞍山市西南约50km。由于地质结构复杂,地质环境与自然生态环境脆弱,加之滥砍乱挖的人为作用,使该市地质环境质量严重恶化,滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害问题十分突出,不仅制约了当地经济的发展,而且还严重威胁着人民生命财产的安全。基于地理信息系统 (GIS)对该县进行了地质环境质量综合评价,以期为该市地质灾害防治及生态地质环境保护,提供合理地规划及参考依据。

1 区域地质环境

海城市地质构造属于辽东地块与下辽河断陷东侧上升、西侧阶梯状下降,区内新构造运动强烈,表现为明显的间歇性抬升运动。在此背景下,海城市存在多种构造形迹,地质构造较为复杂,各种断裂和褶皱构造发育,使岩石破碎和构造节理裂隙发育,加强了岩石物理风化作用。

海城市地壳区域稳定性较差,其西北邻近郯庐地震带的北段,东南邻近新釜地震带,而20世纪70年代以来,这两条地震带均多次发生较强地震,波及该市,加强了岩体和山坡稳定性的破坏,对地质灾害的形成和发展起到了促进作用。如1975年2月海城发生7.3级强烈地震,引发了一系列山体滑坡、崩塌、地面塌陷 (岩溶塌陷)、地裂缝等地质灾害。

2 地质环境质量评价

2.1 评价指标体系

在对资料进行分析后 ,通过两两比较法对指标进行筛选优化,选取地形坡度、工程地质岩组、岩土体结构类型、地下水位、植被发育情况、月平均降雨量 、人类工程活动强度等为主要评价指标 。地质环境质量分为优、良、中、差4个等级,相应地将评价指标也用 4级来描述,建立评价指标体系 (表 1)。

表1 地质环境质量评价指标分级标准

计算中,采用层次分析法来确定评价指标的权重,具体步骤如下:

(1)构造判断矩阵。对于z1,z2,…,zn个评价指标,由专家组运用两两比较得判断矩阵 Z。

(2)将判断矩阵按行求

(3)归一化

(4)求最大特征值

(5)进行一致性和随机性检验

式中:C.I为一致性指标;n为矩阵阶数;R.I为平均随机一致性指标;C.R为随机一致性比率。只有当 C.R<0.10时,求出的权值才比较合理。

通过计算 ,得出各指标的权重见表2。

表2 评价指标权重

2.2 评价模型

评价数学模型采用由陈守煜提出的多级模糊模式识别模型,其以相对级别特征值作为判断或识别的依据,克服了最大隶属度原则所不适用的地方,而且以相对隶属度、隶属函数为基础理论,使隶属度、隶属函数的计算更容易。实现步骤为:

(1)规格化处理。设某样本需要对模糊子集A进行识别,样本的m个指标组成的特征向量为

式中:xi为样本指标 i的特征值;i= 1,2,…,m。

如样本依据 m个指标c个级别的已知指标标准特征值进行识别,则有指标标准特征值矩阵

式中:Yih为指标i级别h的标准特征值;h=1,2…,c;i=1,2,…,m。

则递减型指标对A的相对隶属度

h级指标标准特征值对A的相对隶属度

递增型指标对A的相对隶属度

h级指标标准特征值,对A的相对隶属度

(2)求最优相对隶属度向量。样本对A的各个级别相对隶属度矩阵

式中 :uh为样本对A的级别h的相对隶属度,按式 (10)求解

式中:a、b为样本级别区间范围;wi为样本指标i的权重;p为距离参数 ,p=1为海明距离,P=2为欧氏距离;dh为广义权距离。

(3)求级别特征值。相对级别特征值为级别变量h以对应的相对隶属度为权重的总和,即

式中:Hu为相对级别特征值,是描述状态或级别的无量纲数,且1≤Hu≤c。由于其利用了全部相对隶属度信息,其判断结论比最大隶属度原则更符合实际情况。因此,可应用相对级别特征值来判定此样本属于何种级别。

2.3 评价结果分析

用C++Builder 6.0开发的评价模型,对海城市进行了地质环境的质量评价,将评价分为四大区8个亚区。分区结果见海城市地质灾害易发区分区表 (表3)。

表3 海城市地质环境质量分区表

续表3

3 结语

综合考虑地形坡度、工程地质岩组 、岩土体结构类型地下水位 、植被发育的情况、月平均降雨量、人类工程活动强度等指标 ,运用层次分析法确定各权值;采用多级模糊模式识别模型,对海城市进行了地质环境质量评价,把海城市地质环境划分为优 、良、中、差4个级别。评价结果,为海城市地质环境的开发、利用和保护以及地质灾害的预防,提供了一定的参考依据。

[1] 赵 振,谷光裕.海城地震孕育的地球物理环境的讨论[J].东北地震研究,1996,12(4):11-16.

[2] 王景明,王春梅,刘 科.地裂缝及其灾害研究的新进展[J].地球科学进展,2001,16(3):303-313.

[3] 田大佑.地质灾害防治与制度建设 [J].湖北地矿,2000,14(3、4):64-66.

[4] 张开平.滑坡泥石流治理探讨 [J].水土保持研究,2000,7(3):174-176.

[5] 鹿爱莉,曹清华,薛全全.建立地质灾害调查项目社会评价指标体系 [J].资源·产业,2003,5(4):16-18.

[6] 柳 源.建立具有中国特色的地质灾害防灾预警系统 [J].资源·产业,2003,5(2):56-57.

[7] 袁绍武.塌陷防治与可持续发展 [J].中国地质灾害与防治学报.1997,8(增刊):29-33.

[8] 李 毅,李蘅,张静.我国矿山地质灾害主要类型和勘查防治方法 [J].矿产与地质,2004,18(101):62-64.

[9] 杨裕云,杨红刚,吴有才.与地下水作用有关的地质灾害[J].水文地质工程地质,2004(增刊):1-7.

[10] 张 梁,张业成,罗圆华.地质灾害灾情评估理论与实践[M].北京:地质出版社,2004,45-120.

[11] 崔德田,夏宗仁.鞍山国土资源 [M].沈阳:辽宁人民出版社,1992,17-42.

[12] 县 (市)地质灾害调查与区划基本要求实施细则.中国地质环境监测院,2001.

[13] 康志勇.鞍山市“九五”时期地矿成果汇编 (1996-2000)[C].鞍山,辽宁冶金地质勘查局,2001.

[14] Lalliana Mualchin,Ellis L.Krinitzsky.A new and defective regu2 lation in California for protecting critical buildings from earth2 quakes[J].Engineering Geology,69(2003):415-419.

Geoenvironmental quality assessment of H aicheng county based on GIS

LOU Xin2gang,SUN Yan2rong,ZOU Kong2ye
(Liaoning Province Geological Exploration Bureau Metallurgy Research Institute of Geological Exploration,Anshan 114000,China)

Based on GIS and the model of multiclass fuzzy pattern recognition,the spatial database in Haicheng county and geoenvironmental quality assessment model are established.By considering such fac2 tors as terrain slope,engineering geological rock groups,structural type of rock and soil mass,ground water level,vegetation growth conditions,monthly precipitation,intensity of human engineering activi2 ties,the geoenvironmental quality in Haicheng county is assessed comprehensively with the assessment mode1.The geoenvironment quality is classified into four classes:best,good,moderate,and worst.The assessment result can provide rational plan and referenee basis for the prevention and control Of geolog2 ical hazards and the protection of ecological geoenvironment.

geographical information system;geoenvironment;assessment model;model of multi2 class fuzzy pattern recognition

X32

A

1004-4051(2010)02-0082-04

2009-10-25

娄新刚 (1980-),男,助理工程师,专门从事水工环地质专业技术工作,曾参与各类勘查、科研、找水、打井等项目十余个。