基于層次分析法的奉節縣城地質環境承載力評價

楊 樂，彭海游，周莫林，謝洪斌，羅真富，譚 亮

(1.重慶地質礦產研究院 外生成礦與礦山環境重慶市重點實驗室，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042；3.重慶大學 土木工程學院，重慶 400045)

奉節地區地質環境復雜，工程地質條件惡劣。奉節新城是三峽工程遷建城市中選址爭議最大的縣城，前后歷時13 a，其間三易其址，最終定在三馬山半山腰上。該區域的巴東組松散巖體破碎，覆蓋層較厚，部分地區甚至高達100多m，且處于大巴山弧形褶斷帶，川東弧形凹褶帶和川鄂湘黔隆褶帶之交接復合部位，構造形式以褶皺為主，構造應力場比較復雜。現在的新城格局呈罕見的長龍狀，長江、朱衣河、梅溪河、草堂河將其分為3片，東西長達24余 km。主城區地處于長江三峽之瞿塘峽口上游與一級支流朱衣河、梅溪河交匯處兩岸以及草堂河右岸岸坡。目前，工程項目建設難、投資大、布局過于分散等問題屢見不鮮。

筆者利用GIS技術，采用層次分析法構建了較為完整且易于操作的地質環境承載力評價指標體系，并將其應用于奉節新城的地質環境評價，為今后的規劃建設提供科學依據，還可為類似庫區遷建城市以及丘陵山區城鎮建設、地質環境問題治理等提供參考。

1 地質環境承載力評價方法

地質環境承載力(Geological Environment Carrying Capacity, GECC)是指一定條件下地質環境所能承受人類活動的影響與改變的最大支持能力。其大小與地質環境容量、質量密切相關，能體現區域內人地間的關系。20世紀90年代，國內學者[1-4]開始了以區域資源環境諸要素綜合體為對象的區域地質環境承載力研究。之后，研究對象由面向點縮聚，開展了對城市地質環境承載力評價指標體系及方法的相關研究[5-8]。目前，對地質環境承載力研究多停留在概念描述上，而普遍性的量化研究才剛起步，對評價指標體系和計量模型研究相對較少。

通常將地質環境承載能力的評價分為定性、半定量和定量評價等3大類。其中，半定量評價方法就是綜合指數法最常用的。它能將經驗定性與科學定量兩者結合起來，具有一定的優越性。

1.1 基于GIS技術的多因子綜合評價模型

GIS(Geographic Information System)技術作為地質環境承載力分析的工具，具有海量信息儲存、圖像顯示快捷的特點和強大的空間分析功能，能夠高效地提取和處理地質承載力的各個評價因子圖層，并通過多因子綜合評價模型對圖層進行疊置分析，從而得出研究區地質環境承載力指數。基于GIS技術的多因子綜合評價模型如式(1)：

(1)

式中：St為地質環境承載力指數；Wi為評價指標權重；Fi為指標圖層；n為評價因子個數。

1.2 層次分析法確定指標權重

評價指標因子權重的確定方法有統計法、專家評議法、層次分析法、回歸分析法等。其中層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)既可以建立多級評價的模型，又能充分利用專家的經驗，將經驗判斷給予數量化，運用效果好，具體步驟如下。

1.2.1 層次結構建立

將復雜問題分解為各元素，按屬性分組，形成不同層次。地質環境承載力評價指標體系采用了目標層-準則層-指標層的3級體系框架。目標層反映總體地質環境狀況；準則層進一步從資源、環境、調節等方面刻畫地質環境承載狀況；指標層是評價指標因子。

1.2.2 構造兩兩比較判斷矩陣

根據評價指標對地質環境承載力的重要程度進行兩兩對比評價。評價指標對地質環境承載力的重要程度常用1～9的比例標度：1表示指標對地質環境承載力影響最小，9則表示最大。評價指標A對地質環境承載力的重要性與評價指標B的比值構成兩兩判斷矩陣元素的值。

1.2.3 計算權重

“根法”是常用方法之一，其計算過程如下：

以上過程常借助數據統計分析軟件SPSS(Statistical Product and Service Solutions)快捷地計算出結果，即指標權重。

2 奉節新城地質環境承載力評價指標體系

地質環境承載力評價指標體系研究中常從地質環境、生態環境、社會環境3個方面選取地質承載力評價因子[6-7]。筆者結合奉節縣城實際調查資料和地質環境特征，重點考慮與地質環境具有直接關系的變量，以地形地貌、地層巖性、環境和人等4個方面建立地質環境承載力指標體系。主要考慮選取有代表性、易于提取與處理的評價指標，如圖1。

圖1 地質環境承載力評價指標體系Fig.1 Assessment index system of geological environment carrying capacity

根據評價指標對研究區地質環境承載力的影響程度，采取專家打分法對評價指標的重要性程度進行打分。筆者采用了國內數10名專家(涵蓋地質、規劃、環境、社會、管理等)對指標重要性分別打分，再對打分情況進行統計分析，得到各指標重要性分值。然后通過指標兩兩比較，得到評價指標的兩兩判斷矩陣(表1)，并利用SPSS計算評價指標的相對權重(表2)。

表1 兩兩判斷矩陣

表2 評價指標權重

由表2評價指標權重可見，含水性、抗壓強度、地質災害是影響奉節新城周邊地區地質環境承載力的主導因素；其次為人類活動強度、人口密度、以及土壤侵蝕；其余指標影響程度較小。

3 奉節新城地質環境承載力評價

根據奉節縣城現狀城市地質環境調查情況以及對奉節縣城后續建設發展程度的判定，標準差能很客觀準確地反映地質環境承載力數據的離散程度。因此，筆者按照一倍標準差對地質環境承載力指標和地質環境承載力進行分級。地質環境承載力指標分為4個等級，如表3。

表3 地質環境承載力指數分值

根據構建的奉節新城的地質環境承載力評價指標體系，借助ArcGIS軟件對評價指標因子進行圖層疊置分析，得到研究區地質環境承載力指數St范圍為1.536 2～9.768 6。根據一倍標準差分級可知： 1.536 2～3，地質環境承載力差；3～6，地質環境承載力中等；6～8，地質環境承載力良；>8，地質環境承載力優。

通過分析，最終得到研究區的地質環境承載力評價分區，如圖2。

圖2 地質環境承載力評價分區Fig.2 The zone map of geological environment bearing capacity

圖2中，虛線區域為筆者研究區，由圖2可以得到：

1)奉節縣新城座落于三馬山小區和頭道河小區，該區域是一個古滑坡，其穩定性問題一直有爭議，坡度大，地質災害較多，加之現在人類活動增強、人口密度的加大，顯示該地區現有的地質環境承載力差，并不再適宜更多的建設開發。

2)奉節縣老城，地勢較低，由于受庫區水位影響，地質環境承載能力也較弱。隨著近年來人類活動強度的減弱，其地質環境承載力相對穩定，然而已不適合進一步的工程建設。

3)朱衣鎮小區和南岸小區，由于地勢平坦，土壤侵蝕薄弱，較少地質災害發生，巖體穩定，地質承載力條件優，適合工程建設開發。

4)金盆小區和寶塔坪小區的地質環境承載力中等。白馬小區地質環境承載力總體較差。

從圖3(a)奉節縣城現狀圖可以看出：奉節老城、奉節新城、以及老城與新城之間一帶，現狀建設強度較大，而該地段地質環境承載力低，現已不適合進一步規劃建設。而西部朱鎮地區建設強度小，地質環境承載力較好，適合工程建設。奉節縣城2020年總體規劃〔圖3(b)〕向西擴展是較合理、科學的選擇。

圖3 奉節縣城2012年現狀與2020年規劃Fig.3 2012 current situations and 2020 plan of Fengjie

4 結 語

奉節一帶地處中低山丘陵，位于長江及多條一級支流的交匯處，松散覆蓋層較厚，地質環境情況復雜；又受庫區水位漲落影響，是丘陵山區及庫區遷建城市城鎮的典型代表。通過筆者研究成果可為奉節縣城的今后規劃建設提供參考和依據。進一步深化評價因子研究，結合GIS技術作出大比例尺區域評價圖，將對此類城鎮的建設規劃做出更明確地指導。

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