青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環(huán)境地質(zhì)評價(jià)

范基姣 譚立渭 佟元清

(1．中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051;2．青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧810008)

青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環(huán)境地質(zhì)評價(jià)

范基姣1譚立渭2佟元清1

(1．中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051;2．青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧810008)

通過對青藏鐵路沿線格爾木－南山口段環(huán)境地質(zhì)背景及環(huán)境地質(zhì)問題的調(diào)查，環(huán)境地質(zhì)背景因子選擇為巖土結(jié)構(gòu)、斷裂發(fā)育程度、水質(zhì)水量;環(huán)境地質(zhì)問題因子選擇為沙漠化、土壤鹽漬化、污染源;評價(jià)集選擇優(yōu)、良、中、差;利用二級層次分析－模糊綜合評價(jià)法得出了青藏鐵路沿線格爾木－南山口段的環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量評價(jià)等級圖，不同環(huán)境地質(zhì)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(huán)境地質(zhì);層次分析－模糊綜合評價(jià)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(huán)境地質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。

1 評價(jià)因子各論

1．1 巖土體結(jié)構(gòu)類型及分布范圍

1．1．1 海拔3 200－4 200m的中高山、低中山區(qū)

巖石類型以堅(jiān)硬及半堅(jiān)硬的塊狀侵入巖、層狀變質(zhì)巖組和層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖組為主。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制，區(qū)域北西西向、北東向斷裂發(fā)育。巖石經(jīng)受了復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)，受風(fēng)化破碎，但表層風(fēng)化厚度不大，故巖體穩(wěn)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(zhì)砂礫石土組?，F(xiàn)代外營力表現(xiàn)為強(qiáng)烈的風(fēng)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(zhì)巖組以砂土及細(xì)粉砂組為主。在本區(qū)南部，出露有小片流塑性軟土組?，F(xiàn)代營力表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的風(fēng)蝕作用和風(fēng)力堆積作用，南部地帶分布有活動(dòng)性、半固定砂丘。這里土質(zhì)肥沃，地形平坦，為農(nóng)業(yè)種植區(qū)和居定點(diǎn)分布地帶。本區(qū)分布有多層結(jié)構(gòu)承壓自流水，水量豐富，水質(zhì)優(yōu)良，開采也很方便，適宜民用建筑。必須十分注意巖土季節(jié)性凍結(jié)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(xù)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(zhì)粉砂等軟土。該區(qū)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，處于含水巖組結(jié)構(gòu)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(fēng)積砂區(qū)

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(dòng)性砂丘。砂丘由細(xì)砂、粉砂組成，半固定砂丘則加雜有植物根、莖。風(fēng)積砂在定向風(fēng)驅(qū)動(dòng)下緩緩向前移動(dòng)，局部可威脅道路和農(nóng)田，更不宜工程建筑。給定特征值4。

1．2 斷裂發(fā)育程度及分布

工作區(qū)在“中國地震烈度區(qū)劃圖(1∶300萬)”上，基本烈度6—7級。南部昆侖山區(qū)烈度大于7級。屬于地震活動(dòng)頻繁地區(qū)。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造斷裂主要分布在基巖山區(qū)，共有斷層14條，其中研究區(qū)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(zhì)砂巖與下古生界凝灰質(zhì)砂巖、大理巖之間。在斷裂緩沖區(qū)100m范圍內(nèi)，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(jīng)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(guī)模巨大的山前隱伏斷裂，長達(dá)400多公里。經(jīng)物探及鉆探資料證實(shí)，具有長期發(fā)展的歷史和多期活動(dòng)的特點(diǎn)，沿此斷裂帶有弱震分布，說明它近期仍有活動(dòng)。根據(jù)當(dāng)?shù)卦撎幗ㄖ?，距離市區(qū)較遠(yuǎn)的情況，劃定斷裂緩沖區(qū)5公里范圍內(nèi)，給定特征值為4。

1．3 水質(zhì)水量

高山區(qū)氣候寒冷，降水充沛，蒸發(fā)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(zhì)巖、地下水礦化度0．2－0．5g/L，水化學(xué)類型為重碳酸氯化物鈣鈉型。給定特征值為1。

中山區(qū)降水稀少，現(xiàn)代干燥風(fēng)化作用和風(fēng)力作用盛行，坡頂堆積含鹽較高的風(fēng)積粉土、大氣降水使土中鹽分淋濾，水質(zhì)變差，礦化度1．0－3．0g/L，水化學(xué)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(bǔ)給，且含水介質(zhì)粗大，徑流條件好，水文地球化學(xué)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(yōu)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(xì)，徑流條件差，地下水礦化度1．0－3．0g/L，水化學(xué)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(cè)及昆侖山前分布有活動(dòng)性沙丘。沙丘形態(tài)以新月形丘、沙丘鏈、沙堆為主;沙丘高度一般在5－20m最高達(dá)40m。沙丘連接成帶，自西北向東南延伸。在區(qū)域定向風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下，大約以每年3m的速度向前移動(dòng)。該地段活動(dòng)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(guī)則的橢圓形，坡度比較平緩，背風(fēng)面形成大小不等月牙形斜坡，坡度較陡，最大的傾角可達(dá)60度。

研究區(qū)圖幅內(nèi)的109路約6km路面由此穿過，有斷斷續(xù)續(xù)的防沙措施，但仍難以抵擋風(fēng)沙襲擊。屬于嚴(yán)重沙漠化區(qū)。給定特征值為4。

山前到東西農(nóng)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(jìn)一步沙化的區(qū)域。給定特征值3。

固定半固定沙丘主要分布在東西農(nóng)場周邊附近以及格爾木市區(qū)的東側(cè)。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(qū)氣候?qū)儆诘湫透珊禈O干旱型，蒸降比高達(dá)40∶1，在歷史時(shí)期，嚴(yán)酷的荒漠氣候及強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，使研究區(qū)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(nóng)業(yè)，在地下水水位埋深較淺的農(nóng)業(yè)區(qū)，發(fā)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(fā)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(biāo)、權(quán)重的確定

2．1 各層次指標(biāo)的選取

環(huán)境地質(zhì)各因子間具有相互影響、相互激勵(lì)及彼此消長的互動(dòng)關(guān)系，因此根據(jù)層次分析法結(jié)構(gòu)，制訂研究區(qū)遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)圖

2．2 構(gòu)建判斷矩陣

對同一層次各元素對上層次的相對重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。

每次取兩個(gè)因素xi和xj，以aij表示xi和xj對X的影響之比。然后根據(jù)建立的層次結(jié)構(gòu)模型，分別構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣A=(aij)k*k，該矩陣應(yīng)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(gè)因子(aij)的大小根據(jù)Saaty提出的1－9及其倒數(shù)作為衡量尺度的標(biāo)度，如表 1 所示方法［1－5］。

選擇3個(gè)主要的研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)背景因子和2個(gè)主要環(huán)境地質(zhì)問題因子，分別構(gòu)建集合X={X1，X2，X3}和Y={Y1，Y2}。

表1 判斷矩陣中各因子標(biāo)度含義

2．3 求解權(quán)重及其一致性檢驗(yàn)

在MATLAB中輸入判斷矩陣以后通過以下計(jì)算過程即可得到相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值Wi。表中判斷矩陣右邊的三列用于計(jì)算權(quán)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(quán)重向量 W=(W，W，…，W)。由該方法

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

當(dāng)CR＜0．1時(shí)，判斷矩陣A具有滿意的一致性，否則需對矩陣進(jìn)行重新調(diào)整。

求得各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重有效，如表3所示。

準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的權(quán)重直接通過專家擬定。

表2 RI的取值一覽表

2．4 評價(jià)指標(biāo)體系的量化

環(huán)境地質(zhì)評價(jià)是建立在指標(biāo)因子的量化分級基礎(chǔ)上的，為了便于評價(jià)對比，對各指標(biāo)因子進(jìn)行相同等級劃分并賦值(標(biāo)準(zhǔn)特征值)，等級劃分為優(yōu)、良、中、差。數(shù)值型指標(biāo)可以用數(shù)值直接量化統(tǒng)計(jì)分級，而描述型指標(biāo)則根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概化，統(tǒng)一用數(shù)據(jù)(特征值)表示。評價(jià)指標(biāo)的量化應(yīng)建立在充分分析取得的資料基礎(chǔ)之上，結(jié)合評價(jià)區(qū)實(shí)際情況，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和概化，見表4。

2．5 指標(biāo)因子隸屬度的確定

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

表3 評價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)及其權(quán)重表

表4 青藏鐵路沿線環(huán)境地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)體系一覽表

則評價(jià)單元指標(biāo)特征值xij對相應(yīng)指標(biāo)最高級別標(biāo)準(zhǔn)特征值的隸屬函數(shù)公式為:

式中:xij為單元j指標(biāo)i的特征值;yi，1為指標(biāo)i的優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)特征值;yi，4為指標(biāo)i的差級標(biāo)準(zhǔn)特征值。

利用(2)式計(jì)算各評價(jià)單元指標(biāo)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(zhuǎn)化為指標(biāo)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(jià)單元j指標(biāo)i的特征值對最高級別的相對隸屬度。［13］

2．6 評價(jià)集的確定

評價(jià)集是對評價(jià)結(jié)果的直接描述和表征形式，本文中評價(jià)結(jié)構(gòu)為四個(gè)等級。

建立評價(jià)集V:

式中:v1，v2，v3，4代表評價(jià)等級優(yōu)，良，中，差。

環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量是評價(jià)因子共同作用的體現(xiàn)，二級模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)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(jià)單元的相對模糊指數(shù)，即評價(jià)指數(shù)。評價(jià)指數(shù)越大，越接近于最高等級，其環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量越差。

2．7 綜合評價(jià)

格爾木－南山口評價(jià)底圖統(tǒng)一采用1:10萬地形圖。依據(jù)所取得的資料，同時(shí)參考指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)特征值，對評價(jià)區(qū)進(jìn)行單指標(biāo)分區(qū)，完成單指標(biāo)分區(qū)圖及其各區(qū)模糊指數(shù)屬性的錄入工作。利用MAPGIS的空間分析功能，將單指標(biāo)分區(qū)圖進(jìn)行疊加，生成新的評價(jià)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(gè)單元的各個(gè)因子的模糊指數(shù)相加，得到各個(gè)單元的綜合模糊指數(shù)值，最后得出研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)等級評價(jià)圖。

(編輯:劉照勝)

［1］陸雍森 ，張爽，馬仲文．環(huán)境評價(jià)［M］．上海 :同濟(jì)大學(xué)出版社，1990:168－182．

［2］竇世卿，蔣福興，張曉宇．基于GIS的區(qū)域城市地質(zhì)環(huán)境綜合性評價(jià)［J］．勘察科學(xué)技術(shù)，2005，(2):39．

［3］劉松基 ．系統(tǒng)工程與數(shù)學(xué)方法［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1988:32－45．

［4］蔡鶴生，周愛國，唐朝暉．地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的專家-層次分析定權(quán)法［J］．地球科學(xué)，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?yàn)樗牡刭|(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價(jià)及應(yīng)用。

青藏鐵路沿線水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價(jià)(編號:1212010818080)。