內江市生態地質環境質量綜合評價

陳朝亮 林 玲 李 強 周文濤

(西南科技大學環境與資源學院 四川綿陽 621010)

生態地質環境作為人類生存的重要基礎環境，對人類社會發展影響深遠[1-2]。隨著人類經濟化進程的加快，地質災害、生態破壞、環境污染等問題日益突出[3-5]。因此，科學評價生態地質環境，有利于客觀掌握區域地質環境條件和可能出現的地質環境問題，便于決策者制定合理的生態地質環境保護方針，以促進人類社會可持續發展[6-7]。

生態地質環境評價作為環境質量評價體系中的重要組成部分，自20世紀以來其理論方法和應用實踐都得到了廣泛的拓展創新[8]。1990年代末，周愛國等就生態地質環境評價中的基本原理和評價方法展開探討，將生態地質環境提升至定量化研究的層次[9]。近年來，隨著“3S”技術的發展，遙感和GIS被廣泛應用到生態地質環境評價中，并取得了豐碩的研究成果[10-12]。如：周惠康等利用層次分析法對寧夏沿黃河經濟區的生態地質環境質量進行評價，并建立寧夏沿黃河經濟區環境地質信息數據庫[13]；汪宙峰等借助于GIS技術對都汶公路沿線生態地質環境脆弱性變化的影響因素、機制和規律展開研究，總結了一套適合于山區地質生態環境的評價體系和方法[14]；魯守剛利用GIS對黑龍江生態地質環境和資源承載力進行評價，客觀反映了研究區的生態地質環境質量水平等[15]。

近年來，內江市經濟發展迅猛，伴隨著人們開挖邊坡、拓修道路、房產開發等一系列工程活動，內江市生態地質環境發生重大變化。同時由于內江市位于四川沉降帶中部、威遠背斜北翼，區內受新構造運動影響，間歇性抬升的地殼在外營力作用下形成眾多溝谷，對地層有擠壓、切割作用，使得巖體破碎，這也為滑坡及崩塌的發育提供了條件。本文以四川省內江市為研究區，利用層次分析法與線性加權組合法相結合的數學模型對內江市生態地質環境質量進行評價，研究結果可為該地區城鎮土地利用規劃提供科學依據，亦可為決策者制定平衡生態地質環境與經濟發展的方針提供數據支持。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

內江市位于四川省中南部，沱江上游中段，地跨東經104°14′～105°26′，北緯29°5′～30°2′，東西長約121.5 km，南北寬約94.7 km，海拔211～894 m。內江市屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫15～28 ℃，多年平均降雨量為906.8～1 044.5 mm，區域性年降水總量差異較大，由東北向西南逐漸增多。在地質構造上，內江市位于揚子準地臺四川臺坳川中臺拱的自貢臺凹北部，威遠背斜北東傾末端與自流井背斜北東傾末端間的向斜部位，區內發育的地質構造主要有位于威遠縣的威遠背斜、新店子向斜和位于內江市隆昌縣的螺觀山背斜、圣燈山背斜及背斜之間開闊平緩的向斜。區內出露地層主要為灰巖和沉積巖。研究區區位圖見圖1。

圖1 內江區位圖Fig.1 Location map of Neijiang City

1.2 數據來源

本次研究所用到的數據有：(1)內江市數字高程模型(DEM)數據，精度30 m，來源于地理國情監測云平臺(http://www.dsac.cn/)，據此提取出內江市的坡度、坡向和坡高；(2)2017年Landsat-8遙感影像，成像時間9月，來源于美國航空航天局(https://landsat.gsfc.nasa.gov/data/)；(3)內江市河流及市、縣、鄉行政邊界等基礎地理信息數據，來源于研究區1∶5萬數字化矢量圖；(4)降水量數據來源于內江市氣象局，對68個氣象觀測站的多年平均降水量數據進行克里金插值，得到內江市多年平均降雨量分布數據；(5)地下水資源量來源于水利部門提供的4級套縣水資源統計資料。

2 指標體系及評價方法

2.1 構建評價指標體系

評價指標的合理與否對評價結果的精確性起著至關重要的作用。本文根據評價指標的普適性和可比較性等原則[16]，依據內江市的地質環境特點，在綜合考慮自然地理、基礎地質、生態條件等基礎上，最終選定3大類11個指標作為內江市生態地質環境評價指標：即地形地貌(坡度、坡向、高程)、地下水蘊藏量、距河流距離、年均降水量、植被指數、土地利用類型、地災易發程度、距構造距離、地層巖性。評價指標體系如圖2所示。

在參考前人研究的基礎上，并根據內江市的實際情況，將11個指標對生態地質環境質量的影響程度進行量化，確立各指標的分類標準，按照不同的范圍劃分為優、良、中、差4個等級。評價指標體系和分級標準見表1。

2.2 評價方法

層次分析法(AHP，Analytical Hierarchy Process)是針對多目標的、定性與定量化分析相結合的決策分析方法。自20世紀70年代美國運籌學家Saaty提出層次分析法以來，該方法以其嚴密的數學邏輯性、可信性及系統性的特點被廣泛應用于環境評價研究中，能夠在人為主觀經驗的基礎上結合數學分析法得到定性與定量分析相結合的決策結果[17]。

圖2 生態地質環境評價指標體系Fig.2 Evaluation index system of ecological geological environment

項目優良中差坡度<15°15°～25°25°～35°>35°坡向平地陽坡半陽坡半陰坡陰坡高程<200 m200～400 m400～600 m>600 m地下水量<100萬m3100～200萬m3 200～300萬m3>300萬m3距河流距離>1 000 m500～1 000 m200-500 m<200 m年降水量<850 mm850～920 mm920～1 000 mm>1 000 mm植被指數>0.250.07～0.25-0.19～0.07-0.64～-0.19用地類型林地水體、農田裸地建筑用地距構造距離>8 000 m5 000～8 000 m3 000～5 000 m<3 000 m地災易發性不易發低易發中易發高易發地層巖性堅巖次堅巖軟巖第四系

依據建好的評價指標體系，對同層次指標進行兩兩比較，并對各個指標間的重要性賦值，得到次級指標相對于上一級指標的比較矩陣。指標權重的計算實際上是計算最大特征根與最大特征向量的過程，本文采用方根法進行計算，并對判斷矩陣進行一致性檢驗，要求檢驗結果判斷矩陣的隨機一致性比率CR均小于0.1。本文根據層次分析法的計算原理，請國內地質環境研究者和相關專家根據自己的經驗，填寫生態地質環境重要性比較矩陣。兩兩比較重要度矩陣見表2。

最終，通過層次間的運算，得到指標層各指標的層次總權重A=[0.08,0.01,0.02, 0.02,0.03,0.05,0.16,0.09,0.29,0.16,0.09]。

同時考慮到生態地質環境系統中多指標的復雜性，本文采用層次分析法與線性加權組合法相結合的綜合評價模型對內江市生態地質環境質量進行系統分析評價[18]。其整體思想就是將各個準則及其權重進行線性相加，繼而得到連續型的圖像，計算公式為：

式中，β為綜合評價得分，γ為某準則的模糊得分，δ為某準則的權重，i為第i項因子。

表2 生態地質環境評價指標權重Table 2 Evaluation index weight of ecological geological environment

2.3 評價單元

常用的評價單元主要有三角形剖分法、正方形網格法和不規則多邊形網格劃分法3種[19]。由于正方形網格根據實際情況確定大小，適合大范圍區域的評價，因此本文采用正方形網格法，以內江市1∶5萬的地形地質圖為基礎，以1 km×1 km的間距劃分格網，將內江市劃分為4 608個單元。

3 生態地質環境綜合評價

首先，對收集的內江市相關指標體系的資料進行整理編輯，制作相應圖件。然后利用ArcGIS平臺，將相關圖件配準到同一個坐標系統下，并基于DEM提取高程、坡度、坡向數據；對收集的地質資料矢量化，得到地層巖性、地災易發程度和地質構造線等基礎地質數據；在ArcGIS中對氣象站的觀測數據和水資源統計資料進行插值計算，得到內江市多年平均降雨量和地下水資源數據；同時對sentinel-2數據進行遙感解譯，得到土地利用類型和NDVI數據。最后，運用前面所述的生態地質環境評價方法，對各項評價指標數據圖層做空間疊加分析，根據計算出的綜合評價得分M，將內江市生態地質環境劃分為優(7

圖3 內江市基礎地質條件評價圖Fig.3 Basic geological condition evaluation map of Neijiang City

圖4 內江市自然地理條件評價圖Fig.4 Physical and geographical condition evaluation map of Neijiang City

圖5 內江市生態條件評價圖Fig.5 Ecological condition evaluation map of Neijiang City

圖6 內江市生態地質環境評價圖Fig.6 Ecological Geological environment evaluation map of Neijiang City

(1)生態地質環境較差區域主要分布在威遠縣北部山區，穹隆構造東側及隆昌縣西南部分地區。面積為716 km2，占全區面積的13.3%，該區主要為低山區，在高陡邊坡、斷裂帶、軟弱巖組等不良地質條件作用下，區內巖石破碎，極易形成滑坡、崩塌等地質災害。

(2)生態地質環境中等區域主要分布于威遠、資中、隆昌縣等低山-丘陵過渡區域。面積為770 km2，占全區面積的14.3%，受構造的抬升作用和區內水流的沖刷作用，使得區內小型地質災害點零星分布。

(3)生態地質環境良好區域主要分布于境內淺丘區域。面積為2 610.7 km2，占全區面積的48.5%，主要受人類不合理工程開挖和過渡擴張人工表面所致，植被覆蓋度降低，地表裸露面積較大，導致區內人為地質災害易發。

(4)生態地質環境較好區域僅分布于東興區的田家鎮、柳橋鄉及平坦鄉等地。面積為1 289.3 km2，占全區面積的23.9%，該區域地貌以平壩為主，地表植被覆蓋度高，且離構造線距離較遠，受內外營力作用較小，無大型地質災害發生。

4 結論

本文在深入分析影響內江市生態地質環境質量因子的基礎上，借助于遙感和GIS技術對獲取的數據進行加工處理，利用層次分析法構建適于內江市的評價模型，再利用GIS對各指標進行線性加權運算，得到內江市生態地質環境質量評價結果，結合現有的資料對其分析，得到以下結論：(1)利用層次分析法建立的該套評價指標體系，考慮了西南地區地質構造活動強烈、植被覆蓋度高等特點，適合于在該地區開展生態地質環境評價，同時與GIS相結合的生態地質環境評價系統在對生態地質環境質量進行綜合評價的同時，可對自然地理、生態條件、基礎地質等指標展開單獨評價分析。(2)綜合評價結果顯示，生態地質環境較好區域僅占內江市總面積的23.9%，除了田家鎮、柳橋鄉及平坦鄉等地生態地質環境質量較好外，其他地方均存在不同程度的危險性。特別在西部的低山、深丘區和隆昌縣東南部中丘區，受生態地質條件和人類工程活動的雙重影響，該地生態地質環境較差，地質災害易發。

結合內江市生態地質環境評價結果和地質災害易發原因，提出以下防治措施：(1)加大地質環境調查評價工作。近年來，內江市經濟發展迅猛，人類工程活動不斷加劇，加上周邊地震活動頻繁，區內生態地質環境條件也出現了不同程度的變化。受現有的科技水平和社會經濟能力限制，野外調查結合遙感解譯是最有效的發現地質災害的方法。(2)繼續開展防災治理工作。對于生態地質環境較差、地質災害易發且人口基礎設施相對集中的區域，及時開展應急排險工作，同時對一些災害隱患點實施工程治理。對地質災害危害程度高，治理難度大的區域實施搬遷。(3)建立良好的監測預警機制。對于生態地質環境較差、地質災害常發的區域，研究地質災害發生、發展規律，同時采用位移傳感器和現代無線傳輸技術對該區進行專業監測預警。