青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環境地質評價

范基姣 譚立渭 佟元清

(1．中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北保定071051;2．青海省地質調查院，青海 西寧810008)

青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環境地質評價

范基姣1譚立渭2佟元清1

(1．中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北保定071051;2．青海省地質調查院，青海 西寧810008)

通過對青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環境地質背景及環境地質問題的調查，環境地質背景因子選擇為巖土結構、斷裂發育程度、水質水量;環境地質問題因子選擇為沙漠化、土壤鹽漬化、污染源;評價集選擇優、良、中、差;利用二級層次分析－模糊綜合評價法得出了青藏鐵路沿線格爾木－南山口段的環境地質質量評價等級圖，不同環境地質等級分布面積分別占總面積的25．2%、53．6%、3．5%、17．5% 。

青藏鐵路沿線;環境地質;層次分析－模糊綜合評價法

本文采用層次分析－模糊綜合評判法，定量半定量地對格爾木－南山口青藏鐵路沿線環境地質進行評價。

1 評價因子各論

1．1 巖土體結構類型及分布范圍

1．1．1 海拔3 200－4 200m的中高山、低中山區

巖石類型以堅硬及半堅硬的塊狀侵入巖、層狀變質巖組和層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖組為主。受區域地質構造的控制，區域北西西向、北東向斷裂發育。巖石經受了復雜的構造變動，受風化破碎，但表層風化厚度不大，故巖體穩定性尚好;給定特征值為4。

1．1．2 山前傾斜平原

巖土類型為砂卵礫石、砂礫石、泥質砂礫石土組。現代外營力表現為強烈的風力剝蝕。地形寬闊平坦，巖土承載力在4 011t/m2以上，宜于工程建筑。給定特征值為1。

1．1．3 沖洪積微傾斜平原

工程地質巖組以砂土及細粉砂組為主。在本區南部，出露有小片流塑性軟土組。現代營力表現為較強烈的風蝕作用和風力堆積作用，南部地帶分布有活動性、半固定砂丘。這里土質肥沃，地形平坦，為農業種植區和居定點分布地帶。本區分布有多層結構承壓自流水，水量豐富，水質優良，開采也很方便，適宜民用建筑。必須十分注意巖土季節性凍結的不良影響，避免建筑物因地基凍脹或融沉而破壞。給定特征值為2。

1．1．4 沼澤、沼澤化平原

分布于沖洪積微傾斜平原南部的地下水溢出地帶，呈不連續的帶狀。由于地下水埋藏極淺或自然溢出，在地表形成沼澤及濕地。巖土類型為流塑性的淤泥、淤泥質粉砂等軟土。該區水文地質條件較為復雜，處于含水巖組結構變化的部位，加之巖土的流變、觸變性問題，允許承載力很小。給定特征值為4。

1．1．5 風積砂區

在沖洪積傾斜平原北緣主要分布固定、半固定砂丘;而山前地帶則為活動性砂丘。砂丘由細砂、粉砂組成，半固定砂丘則加雜有植物根、莖。風積砂在定向風驅動下緩緩向前移動，局部可威脅道路和農田，更不宜工程建筑。給定特征值4。

1．2 斷裂發育程度及分布

工作區在“中國地震烈度區劃圖(1∶300萬)”上，基本烈度6—7級。南部昆侖山區烈度大于7級。屬于地震活動頻繁地區。研究區內構造斷裂主要分布在基巖山區，共有斷層14條，其中研究區西南部存在4條NNE方向近平行斷層，1條近東西向斷層;東南部存在1條NE方向斷裂;1條近東西方向大斷裂。在水文站正東約7km處，斷于石炭系變質砂巖與下古生界凝灰質砂巖、大理巖之間。在斷裂緩沖區100m范圍內，給定特征值為4。

格爾木－諾木洪隱伏斷裂帶距離格爾木市以南15km處，向東經諾木洪到香日德附近，向西至烏圖美仁，呈近東西向展布，是一條規模巨大的山前隱伏斷裂，長達400多公里。經物探及鉆探資料證實，具有長期發展的歷史和多期活動的特點，沿此斷裂帶有弱震分布，說明它近期仍有活動。根據當地該處建筑少，距離市區較遠的情況，劃定斷裂緩沖區5公里范圍內，給定特征值為4。

1．3 水質水量

高山區氣候寒冷，降水充沛，蒸發相對微弱，主要分布華力西期、燕山期中酸性侵入巖、元古界變質巖、地下水礦化度0．2－0．5g/L，水化學類型為重碳酸氯化物鈣鈉型。給定特征值為1。

中山區降水稀少，現代干燥風化作用和風力作用盛行，坡頂堆積含鹽較高的風積粉土、大氣降水使土中鹽分淋濾，水質變差，礦化度1．0－3．0g/L，水化學類型為氯化物硫酸鈉或氯化鈉水。給定特征值為2。

格爾木河沖洪積扇軸部，地下水直接接受河流補給，且含水介質粗大，徑流條件好，水文地球化學作用以溶濾為主，地下水礦化度小于1．0g/L，為重碳酸氯化物鈉鎂型，為較好—優良級。給定特征值為1。

分布在沖洪積微傾斜平原的多層含水巖組，含水顆粒變細，徑流條件差，地下水礦化度1．0－3．0g/L，水化學類型為氯化物硫酸鈉鎂型，屬較差級。給定特征值為3。

1．4 沙漠化類型與分布

東部青新公路南側及昆侖山前分布有活動性沙丘。沙丘形態以新月形丘、沙丘鏈、沙堆為主;沙丘高度一般在5－20m最高達40m。沙丘連接成帶，自西北向東南延伸。在區域定向風的驅動下，大約以每年3m的速度向前移動。該地段活動砂丘、砂垅帶寬3－10km，呈北西—南東向展布。沙丘邊緣基本為不規則的橢圓形，坡度比較平緩，背風面形成大小不等月牙形斜坡，坡度較陡，最大的傾角可達60度。

研究區圖幅內的109路約6km路面由此穿過，有斷斷續續的防沙措施，但仍難以抵擋風沙襲擊。屬于嚴重沙漠化區。給定特征值為4。

山前到東西農場和格爾木城市南緣為戈壁沙地，亦可稱為礫漠，表面覆蓋有1－6cm的礫石，在一定程度上削弱了沙化危害，但也是進一步沙化的區域。給定特征值3。

固定半固定沙丘主要分布在東西農場周邊附近以及格爾木市區的東側。固定沙丘表面主要生長有紅柳等植物，半固定沙丘表面主要生長有蘆葦。沙丘表面的植被起到了固定沙丘的作用。給定特征值2。

1．5 土壤鹽漬化類型與分布

研究區氣候屬于典型干旱極干旱型，蒸降比高達40∶1，在歷史時期，嚴酷的荒漠氣候及強烈的蒸發作用，使研究區地下水淺埋帶鹽分在近地表大量積累，形成大面積的原生鹽漬化。給定特征值4。

因降水稀少，無灌溉就無農業，在地下水水位埋深較淺的農業區，發展自流渠灌后，因采用大水漫灌、只灌不排等不合理的灌溉方式，致使地下水位上升到小于蒸發臨界值，日積月累鹽漬化程度逐年加劇，土壤含鹽量不斷增加，形成次生鹽漬化土地。給定特征值3。

2 基于層次分析法的指標、權重的確定

2．1 各層次指標的選取

環境地質各因子間具有相互影響、相互激勵及彼此消長的互動關系，因此根據層次分析法結構，制訂研究區遞階層次結構如圖1所示。

圖1 遞階層次結構圖

2．2 構建判斷矩陣

對同一層次各元素對上層次的相對重要性進行兩兩比較，構造兩兩比較判斷矩陣。

每次取兩個因素xi和xj，以aij表示xi和xj對X的影響之比。然后根據建立的層次結構模型，分別構造兩兩比較判斷矩陣A=(aij)k*k，該矩陣應滿足條件aij＞0，aij=1/aji(i≠j)。aij=1(i=j=1，2………k)，判斷矩陣中每個因子(aij)的大小根據Saaty提出的1－9及其倒數作為衡量尺度的標度，如表 1 所示方法［1－5］。

選擇3個主要的研究區環境地質背景因子和2個主要環境地質問題因子，分別構建集合X={X1，X2，X3}和Y={Y1，Y2}。

表1 判斷矩陣中各因子標度含義

2．3 求解權重及其一致性檢驗

在MATLAB中輸入判斷矩陣以后通過以下計算過程即可得到相應評價指標的權重值Wi。表中判斷矩陣右邊的三列用于計算權重向量，Mi為每一行的連乘積，wi為Mi的k次方根，將wi=(w1，w2，…，wk)歸一化，即令=Wi，則得權重向量 W=(W，W，…，W)。由該方法

i12k獲得的權重分配的合理性需進行平均隨機一致性檢驗。檢驗方法是:計算判斷矩陣的最大特征值λ，然后計算一致性指標CI=，在表2中查得平均隨機一致性指標RI，然后求取一致性比率CR=CI/RI;當CR＜0．1時，表明權數分配符合一致性要求，所得到的權重是可接受的［1，3］。

當CR＜0．1時，判斷矩陣A具有滿意的一致性，否則需對矩陣進行重新調整。

求得各個指標的權重有效，如表3所示。

準則層相對于目標層的權重直接通過專家擬定。

表2 RI的取值一覽表

2．4 評價指標體系的量化

環境地質評價是建立在指標因子的量化分級基礎上的，為了便于評價對比，對各指標因子進行相同等級劃分并賦值(標準特征值)，等級劃分為優、良、中、差。數值型指標可以用數值直接量化統計分級，而描述型指標則根據一定的標準進行概化，統一用數據(特征值)表示。評價指標的量化應建立在充分分析取得的資料基礎之上，結合評價區實際情況，對評價指標進行統計和概化，見表4。

2．5 指標因子隸屬度的確定

由于特征值矩陣X是一個模糊向量，不能直接用于被評判對象間的排序評優，因此應按照最大隸屬度原則來處理，這種方法實質上是對評判結果向量做出某種截割，強制性地使得到的模糊信息清晰化。

表3 評價指標體系結構及其權重表

表4 青藏鐵路沿線環境地質評價指標體系一覽表

則評價單元指標特征值xij對相應指標最高級別標準特征值的隸屬函數公式為:

式中:xij為單元j指標i的特征值;yi，1為指標i的優級標準特征值;yi，4為指標i的差級標準特征值。

利用(2)式計算各評價單元指標特征值對最高級別相對隸屬度，將單元集特征值矩陣:X=?xij」m×n，轉化為指標特征值對最高級別的相對隸屬度矩陣:

R=?rij」m×n

式中:rij為評價單元j指標i的特征值對最高級別的相對隸屬度。［13］

2．6 評價集的確定

評價集是對評價結果的直接描述和表征形式，本文中評價結構為四個等級。

建立評價集V:

式中:v1，v2，v3，4代表評價等級優，良，中，差。

環境地質質量是評價因子共同作用的體現，二級模糊矩陣的復合運算均采用I型綜合評判公式，即(·，+)模型［13］:B=W·R

最終生成各評價單元的相對模糊指數，即評價指數。評價指數越大，越接近于最高等級，其環境地質質量越差。

2．7 綜合評價

格爾木－南山口評價底圖統一采用1:10萬地形圖。依據所取得的資料，同時參考指標分級標準特征值，對評價區進行單指標分區，完成單指標分區圖及其各區模糊指數屬性的錄入工作。利用MAPGIS的空間分析功能，將單指標分區圖進行疊加，生成新的評價單元。按相近性原則，將面積小于2km2的碎塊并入鄰近的單元。把每一個單元的各個因子的模糊指數相加，得到各個單元的綜合模糊指數值，最后得出研究區環境地質等級評價圖。

(編輯:劉照勝)

［1］陸雍森 ，張爽，馬仲文．環境評價［M］．上海 :同濟大學出版社，1990:168－182．

［2］竇世卿，蔣福興，張曉宇．基于GIS的區域城市地質環境綜合性評價［J］．勘察科學技術，2005，(2):39．

［3］劉松基 ．系統工程與數學方法［M］．北京:機械工業出版社，1988:32－45．

［4］蔡鶴生，周愛國，唐朝暉．地質環境質量評價中的專家-層次分析定權法［J］．地球科學，1998，23(3)．

［5］Saaty T L．The Analytical Hierarchy Process:Planning，Priority Setting，Resource Allocation［M］．New York:McGraw － Hill，1980．

Environmental Geology Assessment of Qinghai-Tibet Railway from Golmud to South Mountains Pass Using AHP-FUZZY Method

FAN Ji-jiao1TAN Li-wei2TONG Yuan-qing1
(1．Center for Hydrogeological and Environmental Geological Survey of CGS，Baoding Hebei 071051，China;2．Qinghai Insititute of Geological Survey，Xining Qinghai 810008，China)

Through investigating the background and problems of environment geology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass，the indexs of environment geological background are:structure of rock and soil，fault development and distribution，water quality and quantity;the indexs of environment geology problem are:desertification，soil salinization and pollution．Choosing good，average，fair and poor for the evaluation set，evaluating the quality of environment algeology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass by two-stage AHP-FUZZY comprehensive evaluation method，and get an assessment layout，each taking up 25．2%，53．6%，3．5%，17．5%of the total area．

Qinghai-Tibet railway;environmental Geology;AHP-FUZZY method

P641．6;P546

A

1002－2104(2011)03專－0288－04

2010-12-19

范基姣，工程師，主要研究方向為水文地質、環境地質調查評價及應用。

青藏鐵路沿線水文地質環境地質調查評價(編號:1212010818080)。