威海市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

袁星芳

(山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

0 引言

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是指在考慮區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景條件的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)人類工程活動(dòng)對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件的破壞程度，進(jìn)而評(píng)估其對(duì)工程建設(shè)的適宜性[1-3]。地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的目的是通過(guò)了解城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況，合理地開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境優(yōu)勢(shì)，控制地質(zhì)環(huán)境劣勢(shì)，進(jìn)而為國(guó)土空間規(guī)劃和城市建設(shè)提供地學(xué)支撐[4-5]。研究區(qū)為威海市，地處山東半島最東端，北、東、南三面瀕臨黃海，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，交通便利。近年來(lái)，從“山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)”規(guī)劃，到“智慧城市”起步，再到“精致城市·幸福威?！苯ㄔO(shè)，大規(guī)模建設(shè)工程此起彼伏，在造福人類的同時(shí)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了一定影響。因此開(kāi)展研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，反映區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和演化態(tài)勢(shì)，對(duì)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)具有重要決策意義[6-11]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為威海市，地處山東半島的最東端，北、南、東三面瀕臨黃海，北與遼東半島相對(duì)，西與煙臺(tái)市接壤，東與朝鮮半島相望，總面積5797km2，轄環(huán)翠區(qū)、文登區(qū)、榮成市和乳山市[12]。

1.1 自然地理?xiàng)l件

1.1.1 氣象水文

研究區(qū)屬北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比，雨水充沛、空氣宜人，表現(xiàn)出春冷、夏涼、秋暖、冬溫的氣候特點(diǎn)。1991—2020年平均降雨量為731.58mm，與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比偏多[12-15]。

1.1.2 地形地貌

研究區(qū)地處沿海低山丘陵區(qū)，地形起伏緩和、谷寬坡緩，地勢(shì)總體西北高、東南低。地貌類型主要有低山、丘陵和平原。低山區(qū)主要分布于昆崳山。丘陵區(qū)主要分布于榮成市崖頭、文登城區(qū)以北、乳山市北部等地。平原區(qū)主要分布在乳山河、黃壘河、母豬河、沽河等比較大的河流兩岸及沿海地帶，呈樹(shù)枝狀或不規(guī)則形狀展布[16-17]。

1.2 基礎(chǔ)地質(zhì)條件

研究區(qū)位于秦嶺-大別-蘇魯造山帶，膠南-威海隆起區(qū)，其西鄰華北板塊受中生代造山帶作用影響，區(qū)域隆升強(qiáng)烈[18-19]。

1.2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層從老到新為古元古代的荊山群、中生代的萊陽(yáng)群和青山群以及第四系。古元古代荊山群主要分布在午極鎮(zhèn)、張村鎮(zhèn)、初村鎮(zhèn)等地；中生界萊陽(yáng)群大面積分布在崖子鎮(zhèn)、馬家店鎮(zhèn)、乳山口鎮(zhèn)等地，青山群大面積分布在俚島盆地一帶；第四系主要沿現(xiàn)代河床沖積和沿海發(fā)育，明顯受地形、地貌控制[20]。

1.2.2 構(gòu)造

研究區(qū)斷裂構(gòu)造主要為NE向，其次為NW向，少量為近SN向。NE向斷裂主要有橫口-楊格莊斷裂、海陽(yáng)斷裂和朱吳斷裂；NW向斷裂主要有俚島斷裂、神道口斷裂、城南河斷裂；近SN向斷裂主要有米山斷裂[21-22]。

1.2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖極為發(fā)育，占全區(qū)總面積的80%，主要包括新元古代榮成序列的花崗質(zhì)片麻巖、中生代文登序列、玲玲序列、偉德山序列和嶗山序列的二長(zhǎng)花崗巖[21-22]。

1.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，主要受氣象水文、地形地貌、地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造等因素控制和影響。根據(jù)地下水的埋藏條件和含水層的水力特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為孔隙水、裂隙水和巖溶水3大類?？紫端饕植荚诘谒南惮F(xiàn)代河床兩側(cè)和沿海地帶，富水性較好；裂隙水在區(qū)內(nèi)廣泛分布，富水性較差，局部地段受斷裂構(gòu)造影響，裂隙比較發(fā)育，富水性較好；巖溶水小面積分布在乳山市西北部，富水性一般[23]。

1.4 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地震動(dòng)峰值加速度《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306—2015)》[24]，將威海市劃分為2大類大區(qū)，即較穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定區(qū)(圖1)。

較穩(wěn)定區(qū)：地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，主要分布在威海市北部地區(qū)。

穩(wěn)定區(qū)：地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，主要分布在威海市南部地區(qū)。

1—穩(wěn)定區(qū)；2—較穩(wěn)定區(qū)；3—分區(qū)界線圖1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖

1.5 環(huán)境地質(zhì)條件

1.5.1 地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件，將區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害劃分為4個(gè)等級(jí)[25-26]。高易發(fā)區(qū)主要分布在俚島村、皂埠、九家疃等地；中等易發(fā)區(qū)主要分布在偉德山、產(chǎn)里、北虎口等地；低易發(fā)區(qū)主要分布在榮成西南山區(qū)、槎山沿海山區(qū)、大水泊東北山區(qū)等地；不易發(fā)區(qū)主要分布在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的外圍(圖2)。

1—不易發(fā)區(qū)；2—低易發(fā)區(qū)；3—中等易發(fā)區(qū)；4—高易發(fā)區(qū)圖2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)圖

1.5.2 地下水污染

依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—2017)》[27]，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為5類，Ⅰ類水，分布面積較小，主要位于乳山市馮家鎮(zhèn)周圍。Ⅱ類水，區(qū)內(nèi)零星分布，主要位于乳山市馮家鎮(zhèn)、榮成市俚島鎮(zhèn)等地。Ⅲ類水，分布范圍較廣，主要位于乳山市大部分區(qū)域、榮成市中部、環(huán)翠區(qū)東南部等地。Ⅳ類水，位于文登區(qū)中部、榮成市南部、威海市城區(qū)等地。Ⅴ類水，小面積分布，位于環(huán)翠區(qū)張村鎮(zhèn)和榮成市上莊鎮(zhèn)附近(圖3)。

1—Ⅰ類水；2—Ⅱ類水；3—Ⅲ類水；4—Ⅳ類水；5—Ⅴ類水；6—分區(qū)界線圖3 地下水質(zhì)量分區(qū)圖

1.5.3 海水入侵

根據(jù)氯離子含量高低，海水入侵劃分為3類。其中，嚴(yán)重侵染區(qū)共3處，位于榮成市成山鎮(zhèn)大崗村、文登區(qū)宋村鎮(zhèn)麥島鹽場(chǎng)、文登區(qū)小觀鎮(zhèn)二王家附近；較嚴(yán)重侵染區(qū)共7處，位于榮成市成山鎮(zhèn)水產(chǎn)公司、俚島鎮(zhèn)顏家屯以東、文登區(qū)侯家鎮(zhèn)南廒以南等地；輕度侵染區(qū)共9處，位于榮成市嶗山街道桑溝灣、斥山街道鳳凰港、乳山市南黃鎮(zhèn)沿海等地(圖4)。

1—輕度侵染區(qū)；2—較嚴(yán)重侵染區(qū)；3—嚴(yán)重侵染區(qū)；4—分區(qū)界線圖4 海水入侵分區(qū)圖

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)方法

選擇層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法作為本次評(píng)價(jià)的主要方法[28]。

(1)層次分析法。用于確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，該方法是美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)專家匹茲堡大學(xué)教授T.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的，其原理比較簡(jiǎn)單，但是有較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)依據(jù)，因此，可以廣泛應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的分析和決策。

(2)模糊數(shù)學(xué)法計(jì)算公式如下：

式中：F—綜合評(píng)價(jià)值；Wi—評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Xi—評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性賦值；n—評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

2.2 指標(biāo)選取依據(jù)及合理性分析

本次評(píng)價(jià)是進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)人類生存與發(fā)展的適應(yīng)性。一般而言，全面評(píng)價(jià)影響人類生存與發(fā)展的地質(zhì)環(huán)境條件好壞，既包括有利條件也包括不利條件。有利的地質(zhì)資源，包括水資源、土地資源、礦產(chǎn)資源等，不利的條件則是因不適宜地開(kāi)發(fā)利用各種地質(zhì)資源而引發(fā)的各種地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，包括地質(zhì)災(zāi)害、地下水污染和海水入侵等[9](圖5)。由前文分析得知，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的發(fā)育與地質(zhì)環(huán)境條件和人類工程活動(dòng)密切相關(guān)，比如人類開(kāi)挖邊坡、開(kāi)采金屬礦產(chǎn)等導(dǎo)致崩塌、滑坡、采空塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；大量開(kāi)采地下水導(dǎo)致海水倒灌，發(fā)生海水入侵；無(wú)序投放垃圾、使用農(nóng)藥和化肥等導(dǎo)致地下水質(zhì)量變差。因此，本次評(píng)價(jià)主要選取地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、人類工程活動(dòng)作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)；地形地貌、地下水資源、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害、地下水污染、海水入侵、人口密度、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、礦業(yè)活動(dòng)作為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖5 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子層次結(jié)構(gòu)圖

2.3 指標(biāo)量化

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分級(jí)是在地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境影響因素的統(tǒng)計(jì)分析，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)和最差2個(gè)極限，按照各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響程度，以極限值或遞減規(guī)律的取值來(lái)實(shí)現(xiàn)量化分級(jí)[9](表1、表2)。

表1 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化方法及量化分級(jí)

2.4 權(quán)重確定

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是涉及多因素、多因子的綜合性問(wèn)題[9]。由于各因素、因子對(duì)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量貢獻(xiàn)大小不同，因此求權(quán)重的過(guò)程就是對(duì)不同因子間“重要性”程度分析過(guò)程，本次采用層次分析法確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

通過(guò)比較各評(píng)價(jià)因子的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)估打分，打分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3，得到如表4—表7的打分表。

表3 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

表4 一級(jí)評(píng)價(jià)因子打分表

表5 地質(zhì)環(huán)境條件二級(jí)評(píng)價(jià)因子打分表

表6 地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題二級(jí)評(píng)價(jià)因子打分表

表7 人類工程活動(dòng)二級(jí)評(píng)價(jià)因子打分表

2.5 等級(jí)劃分

將研究區(qū)按照5km×5km網(wǎng)格進(jìn)行剖分，剖分后共計(jì)292個(gè)單元格，分析各單元格中的影響因素對(duì)單元格進(jìn)行系統(tǒng)打分，通過(guò)Surfer和MapGIS軟件的輔助分析功能，獲得研究區(qū)全部的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果(表8)。

表8 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2.6 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法，得出研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，劃分為3個(gè)等級(jí)，即優(yōu)等區(qū)、良好區(qū)和中等區(qū)(圖6)。

1—優(yōu)等區(qū)；2—良好區(qū)；3—中等區(qū)；4—分區(qū)界線圖6 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果圖

優(yōu)等區(qū)：分布在研究區(qū)的大部分地段，面積3278.97km2，約占研究區(qū)總面積的56.66%。區(qū)內(nèi)地形起伏變化較小，地貌類型以平原和丘陵為主；地下水富水性較好，人類工程活動(dòng)一般，地下水水質(zhì)類型以Ⅲ類水為主；無(wú)活動(dòng)斷裂通過(guò)，工程地質(zhì)條件良好；無(wú)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，處于地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)；無(wú)海水入侵現(xiàn)象。該區(qū)域總體地質(zhì)環(huán)境條件良好，無(wú)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題發(fā)生。

良好區(qū)：分布在環(huán)翠區(qū)北部、文登區(qū)西部、乳山市北部及榮成市東部地區(qū)，面積2493.09km2，約占研究區(qū)總面積的43.01%。區(qū)內(nèi)地形起伏變化一般，地貌類型以低山和丘陵為主；地下水富水性一般，人類工程活動(dòng)一般，地下水水質(zhì)以Ⅳ類水或者Ⅴ類水為主，超標(biāo)離子主要為硝酸根或者亞硝酸根；無(wú)活動(dòng)斷裂及大型斷裂構(gòu)造通過(guò)，工程地質(zhì)條件較好；局部地區(qū)已發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，處于地質(zhì)災(zāi)害中等易發(fā)區(qū)；局部地區(qū)已出現(xiàn)海水入侵現(xiàn)象。該區(qū)域總體地質(zhì)環(huán)境條件一般，局部地區(qū)已發(fā)生地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。

中等區(qū)：小面積分布威海市市中心一帶，面積24.94km2，約占研究區(qū)總面積的0.43%。區(qū)內(nèi)地形起伏變化較小，地貌類型以平原和丘陵為主；地下水富水性較差，區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)比較頻繁，地下水水質(zhì)以Ⅳ類水為主，超標(biāo)離子主要為硝酸根；有神道口活動(dòng)斷裂通過(guò)，工程地質(zhì)條件較差；局部地區(qū)已發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，處于地質(zhì)災(zāi)害高等易發(fā)區(qū)；西部孫家疃以及東部市區(qū)一帶存在海水入侵現(xiàn)象。該區(qū)域總體地質(zhì)環(huán)境條件較差，已發(fā)生地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，工程建設(shè)時(shí)應(yīng)采取必要的防護(hù)措施或者避讓該區(qū)域。

3 結(jié)論

(1)本次評(píng)價(jià)選取地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、人類工程活動(dòng)3個(gè)指標(biāo)作為一級(jí)評(píng)價(jià)因子，地形地貌、地下水資源、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害、地下水污染、海水入侵、人口密度、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、礦業(yè)活動(dòng)9個(gè)指標(biāo)作為二級(jí)評(píng)價(jià)因子，采用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)綜合指數(shù)法對(duì)威海市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

(2)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量劃分為優(yōu)等區(qū)、良好區(qū)和中等區(qū)3個(gè)級(jí)別。總體來(lái)說(shuō)，研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好，其中優(yōu)等區(qū)面積3278.97km2，約占研究區(qū)總面積的56.66%，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件較好，未發(fā)生地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題；良好區(qū)面積2493.09km2，約占研究區(qū)總面積的43.01%，區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)以Ⅳ類水或者Ⅴ類水為主，超標(biāo)離子主要為硝酸根或者亞硝酸根，局部地區(qū)已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，且存在海水入侵現(xiàn)象，地質(zhì)環(huán)境條件一般；中等區(qū)僅小面積分布威海市市中心一帶，面積24.94km2，約占研究區(qū)總面積的0.43%，區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)比較頻繁，地下水水質(zhì)以Ⅳ類水為主，超標(biāo)離子主要為硝酸根，已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，存在海水入侵現(xiàn)象，且有神道口活動(dòng)斷裂通過(guò)，地質(zhì)環(huán)境條件較差，工程建設(shè)時(shí)應(yīng)予以重視，采取必要的防護(hù)措施或者避讓該區(qū)域。

(3)該評(píng)價(jià)結(jié)果可為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供專業(yè)的、可利用的、準(zhǔn)確的地學(xué)支撐，為國(guó)土空間規(guī)劃提供優(yōu)質(zhì)的特色地質(zhì)服務(wù)。