生態環境評價中的地質環境穩定性分析——以龍門山地質斷裂帶中段為例

王德富，唐偉，文學虎

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生態環境評價中的地質環境穩定性分析——以龍門山地質斷裂帶中段為例

王德富1，2，唐偉1，文學虎1

（1.國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，成都610100；2.成都理工大學，成都610100）

生態環境與地質環境評價已成為當今國家經濟建設中不可缺少的工作之一。為此，國家環境保護部專門出臺了《生態環境狀況評價技術規范（HJ192-2015）》以指導我國生態環境評價工作。然而，地質環境工作雖經過大量的調查與研究，并取得了一定成效，但至今沒有形成一套成熟的、簡易通用的標準規范。尤其是在涉及地質環境對生態環境的影響作用等方面尚沒有形成統一認識。鑒于此，筆者提出一種適用于生態環境評價工作的地質環境穩定性快速評價方法，以分析地質環境對地表生態環境的影響作用。

生態環境；地質環境；評價指標；模型構建

當前，生態環境與地質環境日益破壞，已成為當前國內外地球科學領域的研究熱點。而在生態環境方面，已有大量學者開展了生態環境評價工作，并形成了一套評價生態環境狀況的指標體系和評價方法[1]。在地質環境方面，大量工作集中在地質災害危險性評價及風險區劃。然而，地球表層的巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈相互滲透、交織、聯系，共同形成了統一的地球表生最大的生態系統，構成了一個具有恢復和調節功能的開放—復雜的動態系統[2,3]。顯然，地表生態環境評價僅僅能客觀反映當期生態環境質量，不能深刻揭示導致生態環境質量優劣的地質環境的本質屬性和自然特征。因此，對地球表生生態系統的研究，尤其是生態環境評價離不開對地質環境的分析評價。然而，通過查閱相關資料文獻，生態環境評價過程中涉及地質環境的評價相對較少。現有的研究成果大量集中在地質災害等方面[4-6]，且方法各異，適用地區不同，尚沒有形成統一的體系和標準規范[7]。

1 評價方法基本流程

1）全面收集研究區自然地理情況、地質災害、地質構造及地貌與第四紀的基本研究資料，包括地質測繪資料、氣象雨量資料、地形地貌條件、區域地質構造、區域地層巖性、地殼運動史、地質災害以及地震活動等成果，基本查清研究區地質演化歷史。

2）根據野外地質災害調查成果，利用遙感和地理信息技術，依據最新地質理論，將各類數據統一到同一坐標系下建立地質環境空間數據庫，并對各要素進行基本統計分析。

3）充分分析前人研究成果及實際地質調查資料，探討影響地質環境各因素之間的相互聯系與作用，重點剖析對地質環境具有突變或災變效應的主要因素，構建適宜分析該地區的地質環境穩定性的指標體系與評價模型。

圖1 示范區地形地貌簡圖

4）基于構建的地質環境評價模型，得出評價結果，并對結果進行驗證。

2 示范區地質環境概況

研究以汶川縣、都江堰市及綿竹市三個行政區為示范區，隸屬四川省綿陽市、德陽市，四川阿壩藏族羌族自治州，跨級成都市的部分地區。地理位置橫跨四川盆地邊緣地區及川西北高原區，處于中低山區向高山高原地區的過渡區。海拔最高達6 231m，最低處為501m，平均相對高差達3 000m左右。同時，該區位于龍門山地質斷裂帶中段，是“5·12”汶川大地震的極重地震地質災害區，其地質構造活躍、地質災害頻發、生態環境敏感使其成為長江經濟帶重要的生態修復及地質災害防治重點區。據汶川地震震后地質災害調查顯示，震后地質災害比震前明顯增多，其中以泥石流災害最為活躍[8]。

表1 研究區地質災害隱患點與海拔高程、地形坡度之間的關系

3 評價指標選取及模型構建

3.1 指標選取原則

評價結果的準確性與可靠性必須客觀科學地反映區域地質環境狀況，為保證評價指標及模型的合理性，必須遵循以下基本原則。

1）綜合性原則：地質環境穩定性以及各要素間是相互作用的綜合結果，評價需全面分析其綜合作用。

2）主導性原則：地質環境的演變是眾多地質因子相互作用的結果，各種因子的作用方式和過程是不同的，必須分析決定著地質環境的演變趨勢和方向的主導因子，以及各因子之間的變化規律及相互因果關系、主次關系，才能更準確的反映地質環境的基本特征。

3）科學性與區域性原則：科學性要求選取指標應該科學、全面、系統；區域性要求選取評價指標具有研究區的地質環境現狀和變化的特征，因地制宜地在層次、類型、空間尺度不同的地質系統進行評價。

表2 研究區地質災害隱患點與地形起伏度、工程地質巖組之間的關系

4）先進性原則：要求獲取、選取指標采用先進的技術方法和理論。采用衛星遙感及野外地質調查等技術獲取地質環境現狀和變化數據，增強地質環境綜合評價的準確性和時效性；并選取合理、具有代表性的地質環境要素。

5）定性和定量相結合的原則：根據數據的來源、處理方式，按照易量化程度進行界定，不易給出準確界線的需采用語義化方式進行定性衡量。

3.2 評價指標構建

表3 研究區地質災害隱患點與斷層距離、斷裂密度之間的關系

前人在地質環境分析評價中，主要集中對地質災害易發性及危險性等工作，并從各個角度對地質災害的發生程度、頻次、類型、規模等進行了研究[4-9]，但對在生態環境的影響評價較少。而生態環境的評價離不開地質環境基礎。研究認為，對地質環境具有最大影響能力的不僅僅只有地質災害突變或災變事件本身，還有地質災害發生后，由于地質環境的破壞，該地區地形地貌、水文、生態等多方面的系統性影響。因此，生態環境評價中的地質環境不僅僅是對地質災害的評價，而應是通過地質災害的特征、規模、密度等表征或評價其生態所處的地質環境的優劣程度，尤其強調由于地質環境的重大破壞所造成或引起的生態環境影響。基于此，根據大量研究成果認為，地質災害的發育與地區地形地貌、氣象水文、地質構造、地層巖性、人類活動等密切相關[4-9]。而地質災害是地質環境破環的最為直接且顯現的地質因素。由此，生態環境評價工作中的地質環境穩定性也從以上幾個方面進行分析。

經分析判斷，示范區地質災害隱患點總數為2 135個，且該區地質環境穩定性與各個影響因素之間具有緊密聯系，具體表現在：

1）海拔高程：在1 000~1 500m的高程范圍內，地質災害點的密度更大，其次為小于1 000m的范圍內，地質災害點密度稍大；而在大于1 500m的地區，地質災害明顯減少（表1）。

2）地形坡度：地質災害明顯集中分布在地形坡度小于30°以下地區（表1）。

表4 研究區地質災害隱患點與水系距離、道路距離之間的關系

表5 研究區地質災害隱患點與居民點距離、年均降雨量之間的關系

3）地形起伏度：地質災害主要集中在地形起伏度小于108m的地區（表2）。

4）坡向：在地形坡向西北、北及西南方向，地質災害越發育。

5）工程地質巖組：地質災害主要集中在軟弱巖組與較軟弱巖組地層中（表2）。

6）距斷層距離：基本特點是距離斷層越近的地方，地質災害越發育（表3）。

7）斷裂密度：斷裂密度越大，地質災害越發育（表3）。

8）距水系距離：距離水系距離越近的地方，地質災害越發育（表4）。

9）距道路距離：在距交通道路距離越近的地方，地質災害越發育（表4）。

10）距居民距離：在距人類活動區域越頻繁的地區，地質災害越發育（表5）。

11）年均降雨量：在降雨量越多的地區，地質災害更發育（表5）。

12）地震峰值加速度：示范區地震峰值加速度有0.15g和0.2g，而在0.2g的地區地質災害更發育。

表6 地質環境穩定性評價關鍵指標

基于以上地質災害與地質環境要素之間的關系分析，構建地質斷裂帶地質環境評價指標（圖2）。并采用層次分析法，構建各評價指標的判斷矩陣，最后進行一致性檢驗，得到隨機一致性比率，具有滿意的一致性。

圖2 地質斷裂帶地質環境穩定性評價指標權重

需要注意的是，在進行的地質環境穩定性評價中，有的指標存在不同程度的相關性，具有相互重疊的的意義，不能進行簡單的疊加分析，否則將會是評價結果被不合理地放大，導致結果失真[8]。必須結合專家經驗及實際情況進行指標“提純”，將意義相對重復的指標剔除，得出最具有代表性的關系指標（表6）。

經大量分析前人研究成果[11-14]，認為表6中的關鍵指標可作為整個龍門山地質斷裂帶地區生態環境評價工作中快速分析地質環境穩定性的指標體系。

3.3 模型構建

評價之前必須確定合理的評價單元與評價模型。根據前人的研究成果，地質環境的分析評價工作具有以下幾個特點。從評價的區域單元角度，主要方法有基于流域單元、行政區劃單元、網格單元及斜坡單元等[10]；從評價的類型角度，主要有基于某一類災種的類別討論或者是基于區域的災害模糊統計分析評價；從評價的模型計算方法角度，主要有層次分析模型（AHP）、模糊綜合評價模型（FUZZY）、信息量分析模型、Logistic回歸模型、神經網絡評價模型（ANN）、支持向量機模型（SVM）等[11-14]。

因此，為了與生態環境的評價單元保持一致性，地質環境亦采用100×100m的網格劃分。同時，由于地質環境各影響要素之間又相互影響，關系復雜，故采用模糊綜合評價模型評價該區地質環境穩定性。

評價指標的基礎數據均為定量描述的數據，須采用標準化、規格化、均勻化，或對數、平方根等數值變換方法統一量綱，方可代入評價模型。

4 評價結果

4.1 評價結果

根據以上指標選擇及模型構建，通過數據歸一化處理，利用ArcGis空間疊加分析功能，得出地質環境穩定性評價結果（圖3）。

圖3 地質環境穩定性評價分區圖

圖4 地質災害隱患點分布圖

由圖3可知，研究區地質環境穩定性較差，地質災害易發程度較高，主要集中在都江堰北部、都汶高速沿線以及綿竹是西北部山區。通過與實際地質資料對比發現，研究區地質環境穩定性明顯受地質斷裂構造、水系分布及人類活動影響等作用影響。其中，最主要還是受主要受到斷裂帶和地震活動的控制作用，其次為地形起伏度等其他因素。將該評價結果與區域地質災害隱患點密度空間分布圖（圖4）對比分析看，該評價結果與實際情況吻合度較高，可信度強。

4.2 結果驗證

為了進一步驗證地質環境穩定性評價及分級結果的合理性，根據野外地質災害詳細調查的結果（圖4），將已查明的地質災害隱患點與評價結果進行相關性分析，并統計各評價分區內地質災害點的發育情況（圖5）。

由圖5可知，地質環境極差地區面積為649.69km2，該區內已查明的地質災害隱患點密度高達1.2個/km2；地質環境差地區面積為1 361.69km2，但區內已查明的地質災害隱患點密度驟減，為0.7個/km2；地質環境差地區面積為1 361.69km2，區內已查明的地質災害隱患點密度相較前兩者更少，僅0.17個/km2；而在地質環境穩定性一般的地區，地質災害分散發育，密度較低，地質災害發育程度顯著降低。因此，從地質環境極差、差、較差到一般地區的地質災害點密度看，地質災害發育與地質環境的好壞具有很好的線性相關擬合，綜上所有結果認為，評價結果具有較高的可信度，同時也論證了本研究的評價方法的合理性和可靠性。

圖5 地質環境評價結果與以查明地質災害隱患點之間的關系

5 結論與建議

1）在前人研究成果的基礎上，通過分析評價區域的地質災害與地質環境關系，根據層次分析法和模糊綜合評價法快速得出地質環境穩定性，結果合理，可靠；評價方法簡易、通俗易懂，易于理解。

2）在龍門山地質環境研究相對成熟的地區，克服常規地質環境評價中需要大量的地質災害隱患點與區域環境因素的分析方法，提出較為簡易的分析方法與評價模型，達到了在可用于生態環境評價過程中地質環境快速分析評價的目的。

3）通過以上分析，筆者認為亟需加強龍門山地質斷裂帶地區地質環境穩定性分析方法的統一規范與技術標準，并推廣應用。

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Problem of Geological Environment Stability of Ecological Environment Assessment——by the Example of the Longmenshan Fracture Zone

WANG De-fu1,2TANG Wei1WEN Xue-hu1

(1-The Third Geoinformation Mapping Institute, National Administration of Surveying, Mapping And Geoinformation, Chengdu 610100; 2-Chengdu University of Technology, Chengdu 610100)

The evaluation of ecological environment and geological environment has become one of the indispensable work in the national economic construction. A rapid evaluation method of geological environment stability and ecological environment is suggested.

ecological environment; geological environment; stability; assessment

[P69]

A

1006-0995（2017）03-0454-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.023

2016-12-12

四川省測繪地理信息局科技項目（2016ZC01）

王德富（1990-），男，四川達州人，碩士研究生，從事生態環境與地質環境保護、測繪地理信息等方面的工作。