基于層次分析法的奉節(jié)縣城地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

楊 樂，彭海游，周莫林，謝洪斌，羅真富，譚 亮

(1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶研究中心，重慶 400042；3.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045)

奉節(jié)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，工程地質(zhì)條件惡劣。奉節(jié)新城是三峽工程遷建城市中選址爭(zhēng)議最大的縣城，前后歷時(shí)13 a，其間三易其址，最終定在三馬山半山腰上。該區(qū)域的巴東組松散巖體破碎，覆蓋層較厚，部分地區(qū)甚至高達(dá)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(fù)合部位，構(gòu)造形式以褶皺為主，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)比較復(fù)雜?，F(xiàn)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(dá)24余 km。主城區(qū)地處于長江三峽之瞿塘峽口上游與一級(jí)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(xiàng)目建設(shè)難、投資大、布局過于分散等問題屢見不鮮。

筆者利用GIS技術(shù)，采用層次分析法構(gòu)建了較為完整且易于操作的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將其應(yīng)用于奉節(jié)新城的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)，為今后的規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，還可為類似庫區(qū)遷建城市以及丘陵山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)、地質(zhì)環(huán)境問題治理等提供參考。

1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方法

地質(zhì)環(huán)境承載力(Geological Environment Carrying Capacity, GECC)是指一定條件下地質(zhì)環(huán)境所能承受人類活動(dòng)的影響與改變的最大支持能力。其大小與地質(zhì)環(huán)境容量、質(zhì)量密切相關(guān)，能體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)人地間的關(guān)系。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)學(xué)者[1-4]開始了以區(qū)域資源環(huán)境諸要素綜合體為對(duì)象的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力研究。之后，研究對(duì)象由面向點(diǎn)縮聚，開展了對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法的相關(guān)研究[5-8]。目前，對(duì)地質(zhì)環(huán)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(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)量模型研究相對(duì)較少。

通常將地質(zhì)環(huán)境承載能力的評(píng)價(jià)分為定性、半定量和定量評(píng)價(jià)等3大類。其中，半定量評(píng)價(jià)方法就是綜合指數(shù)法最常用的。它能將經(jīng)驗(yàn)定性與科學(xué)定量兩者結(jié)合起來，具有一定的優(yōu)越性。

1.1 基于GIS技術(shù)的多因子綜合評(píng)價(jià)模型

GIS(Geographic Information System)技術(shù)作為地質(zhì)環(huán)境承載力分析的工具，具有海量信息儲(chǔ)存、圖像顯示快捷的特點(diǎn)和強(qiáng)大的空間分析功能，能夠高效地提取和處理地質(zhì)承載力的各個(gè)評(píng)價(jià)因子圖層，并通過多因子綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)圖層進(jìn)行疊置分析，從而得出研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力指數(shù)?；贕IS技術(shù)的多因子綜合評(píng)價(jià)模型如式(1)：

(1)

式中：St為地質(zhì)環(huán)境承載力指數(shù)；Wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；Fi為指標(biāo)圖層；n為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。

1.2 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重的確定方法有統(tǒng)計(jì)法、專家評(píng)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(jí)評(píng)價(jià)的模型，又能充分利用專家的經(jīng)驗(yàn)，將經(jīng)驗(yàn)判斷給予數(shù)量化，運(yùn)用效果好，具體步驟如下。

1.2.1 層次結(jié)構(gòu)建立

將復(fù)雜問題分解為各元素，按屬性分組，形成不同層次。地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系采用了目標(biāo)層-準(zhǔn)則層-指標(biāo)層的3級(jí)體系框架。目標(biāo)層反映總體地質(zhì)環(huán)境狀況；準(zhǔn)則層進(jìn)一步從資源、環(huán)境、調(diào)節(jié)等方面刻畫地質(zhì)環(huán)境承載狀況；指標(biāo)層是評(píng)價(jià)指標(biāo)因子。

1.2.2 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力的重要程度進(jìn)行兩兩對(duì)比評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力的重要程度常用1～9的比例標(biāo)度：1表示指標(biāo)對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力影響最小，9則表示最大。評(píng)價(jià)指標(biāo)A對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力的重要性與評(píng)價(jià)指標(biāo)B的比值構(gòu)成兩兩判斷矩陣元素的值。

1.2.3 計(jì)算權(quán)重

“根法”是常用方法之一，其計(jì)算過程如下：

以上過程常借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS(Statistical Product and Service Solutions)快捷地計(jì)算出結(jié)果，即指標(biāo)權(quán)重。

2 奉節(jié)新城地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究中常從地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境3個(gè)方面選取地質(zhì)承載力評(píng)價(jià)因子[6-7]。筆者結(jié)合奉節(jié)縣城實(shí)際調(diào)查資料和地質(zhì)環(huán)境特征，重點(diǎn)考慮與地質(zhì)環(huán)境具有直接關(guān)系的變量，以地形地貌、地層巖性、環(huán)境和人等4個(gè)方面建立地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)體系。主要考慮選取有代表性、易于提取與處理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖1。

圖1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Assessment index system of geological environment carrying capacity

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的影響程度，采取專家打分法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性程度進(jìn)行打分。筆者采用了國內(nèi)數(shù)10名專家(涵蓋地質(zhì)、規(guī)劃、環(huán)境、社會(huì)、管理等)對(duì)指標(biāo)重要性分別打分，再對(duì)打分情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到各指標(biāo)重要性分值。然后通過指標(biāo)兩兩比較，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的兩兩判斷矩陣(表1)，并利用SPSS計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重(表2)。

表1 兩兩判斷矩陣

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

由表2評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重可見，含水性、抗壓強(qiáng)度、地質(zhì)災(zāi)害是影響奉節(jié)新城周邊地區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的主導(dǎo)因素；其次為人類活動(dòng)強(qiáng)度、人口密度、以及土壤侵蝕；其余指標(biāo)影響程度較小。

3 奉節(jié)新城地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

根據(jù)奉節(jié)縣城現(xiàn)狀城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查情況以及對(duì)奉節(jié)縣城后續(xù)建設(shè)發(fā)展程度的判定，標(biāo)準(zhǔn)差能很客觀準(zhǔn)確地反映地質(zhì)環(huán)境承載力數(shù)據(jù)的離散程度。因此，筆者按照一倍標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)和地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行分級(jí)。地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)分為4個(gè)等級(jí)，如表3。

表3 地質(zhì)環(huán)境承載力指數(shù)分值

根據(jù)構(gòu)建的奉節(jié)新城的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，借助ArcGIS軟件對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子進(jìn)行圖層疊置分析，得到研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力指數(shù)St范圍為1.536 2～9.768 6。根據(jù)一倍標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)可知： 1.536 2～3，地質(zhì)環(huán)境承載力差；3～6，地質(zhì)環(huán)境承載力中等；6～8，地質(zhì)環(huán)境承載力良；>8，地質(zhì)環(huán)境承載力優(yōu)。

通過分析，最終得到研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)分區(qū)，如圖2。

圖2 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)分區(qū)Fig.2 The zone map of geological environment bearing capacity

圖2中，虛線區(qū)域?yàn)楣P者研究區(qū)，由圖2可以得到：

1)奉節(jié)縣新城座落于三馬山小區(qū)和頭道河小區(qū)，該區(qū)域是一個(gè)古滑坡，其穩(wěn)定性問題一直有爭(zhēng)議，坡度大，地質(zhì)災(zāi)害較多，加之現(xiàn)在人類活動(dòng)增強(qiáng)、人口密度的加大，顯示該地區(qū)現(xiàn)有的地質(zhì)環(huán)境承載力差，并不再適宜更多的建設(shè)開發(fā)。

2)奉節(jié)縣老城，地勢(shì)較低，由于受庫區(qū)水位影響，地質(zhì)環(huán)境承載能力也較弱。隨著近年來人類活動(dòng)強(qiáng)度的減弱，其地質(zhì)環(huán)境承載力相對(duì)穩(wěn)定，然而已不適合進(jìn)一步的工程建設(shè)。

3)朱衣鎮(zhèn)小區(qū)和南岸小區(qū)，由于地勢(shì)平坦，土壤侵蝕薄弱，較少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，巖體穩(wěn)定，地質(zhì)承載力條件優(yōu)，適合工程建設(shè)開發(fā)。

4)金盆小區(qū)和寶塔坪小區(qū)的地質(zhì)環(huán)境承載力中等。白馬小區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力總體較差。

從圖3(a)奉節(jié)縣城現(xiàn)狀圖可以看出：奉節(jié)老城、奉節(jié)新城、以及老城與新城之間一帶，現(xiàn)狀建設(shè)強(qiáng)度較大，而該地段地質(zhì)環(huán)境承載力低，現(xiàn)已不適合進(jìn)一步規(guī)劃建設(shè)。而西部朱鎮(zhèn)地區(qū)建設(shè)強(qiáng)度小，地質(zhì)環(huán)境承載力較好，適合工程建設(shè)。奉節(jié)縣城2020年總體規(guī)劃〔圖3(b)〕向西擴(kuò)展是較合理、科學(xué)的選擇。

圖3 奉節(jié)縣城2012年現(xiàn)狀與2020年規(guī)劃Fig.3 2012 current situations and 2020 plan of Fengjie

4 結(jié) 語

奉節(jié)一帶地處中低山丘陵，位于長江及多條一級(jí)支流的交匯處，松散覆蓋層較厚，地質(zhì)環(huán)境情況復(fù)雜；又受庫區(qū)水位漲落影響，是丘陵山區(qū)及庫區(qū)遷建城市城鎮(zhèn)的典型代表。通過筆者研究成果可為奉節(jié)縣城的今后規(guī)劃建設(shè)提供參考和依據(jù)。進(jìn)一步深化評(píng)價(jià)因子研究，結(jié)合GIS技術(shù)作出大比例尺區(qū)域評(píng)價(jià)圖，將對(duì)此類城鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)劃做出更明確地指導(dǎo)。

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