基于層次分析法的北川縣環境地質承載力評價

孫金輝, 謝忠勝, 陳 歡, 黃 海, 李金洋

(1.中國地質調查局 地質災害防治技術中心, 四川 成都 610081; 2.中國地質科學院 探礦工藝研究所, 四川 成都 611734)

涪江流域山區城鎮擴張速度受地質環境、生態環境等因素約束和制約影響，出現部分場鎮超荷載運行而引發地質災害、環境污染、社會經濟發展不均等問題嚴重，如何科學評價涪江流域山區城鎮環境地質承載力現狀問題迫在眉睫。目前，對于山區城鎮環境地質承載力的研究多停留在概念描述上，而針對承載力評價的指標體系和評價模型相對較少。國內承載力概念最早出現于1991年中國科研項目《我國沿海經濟技術開發區環境的綜合研究：福建省湄洲灣開發區環境規劃綜合研究總報告》[1]，后續主要研究多集中在環境要素承載力方面，如水環境地質承載力、土地承載力、旅游環境地質承載力[2-4]的研究等。本研究承載力評價以長江流域上游涪江地區的山區城鎮為研究對象，以綿陽市北川縣為環境地質承載力載體，旨在探索開拓出山區城鎮環境地質承載力的評價體系和評價指標，為西南山區城鎮科學、高效的長期規劃提供有力依據。本研究針對上述科學問題，利用層次分析法建立了合理并且完善的環境地質承載力評級指標體系。選取涪江流域典型山區城鎮綿陽市北川縣，通過深入系統的調查及以往資料研究工作，進行系統的環境地質承載力評價，研究方法及評價體系可為西南山區城鎮環境地質承載力科學評價提供參考。

1 數據收集及方法

1.1 北川縣環境地質介紹

北川縣屬四川省綿陽市所轄，位于綿陽市西北部，東接江油，南鄰安縣，西靠茂縣，北抵松潘、平武。在地質構造上位于青藏高原東部邊緣的龍門山構造帶內，由一系列北東向展布、左行雁行斜列的緊密褶皺和3條主干大斷裂及次級斷層系組成，自東向西是龍門山前主邊界斷裂帶、主中央斷裂帶和后龍門山大斷裂構成的復雜褶皺沖斷帶,區內構造復雜，歷經多次構造變動，加之不同時期的外動力地質條件改造作用，形成了地質構造、地層巖性、地貌景觀相對復雜的地質背景條件。北川縣總體處于成德綿經濟圈西北側，其中縣城中心位于西部山前發展軸北部。作為經濟發展區與生態保護區過渡區域，北川縣為成德綿經濟圈發展提供了有利保障，其生態自然保護區又為生態保護提供了廣闊空間。整體上呈現了地形地貌的多級跨度，生態保護與人類活動的接觸漸變，以及地質災害的典型發育等特點。所以對北川縣的環境地質承載力評價既有經濟意義，又有地質防治意義，對北川縣的長期規劃發展提供有力基礎。

1.2 計算方法選取

在現有的所有權重計算方法中，層次分析法被普遍認為是合理有效的定權方法。由于層次分析法結合了專家打分法的定性分析優點，又采用適當的數學模型進行定量分析，彌補了定性與定量的不足之處，比較適合于既具有定性指標又具有定量指標的評價領域。應用層次分析法決策問題時,首先要分析系統中各因素之間的關系,把問題條理化、層次化,構造出一個有層次的結構模型。

層次分析法程序設計如圖1。具體步驟如下:

(1) 構造判斷矩陣。對于X1,X2,…，Xn個評價指標，由專家組運用表兩兩比較得判斷矩陣X，如圖1所示。

圖1 環境地質承載力層次分析法程序

(2) 層次分析法確定權值。假設有一同階正向量A，使得存在XA=λmaxA，則λmax為矩陣X的最大特征值，A為對應于λmax的特征向量。解其特征方程得A，經正規化后，其各分量即為所對應的X1，X2,…，Xn的權值。理論上講，上式是可以解出的，但如果評價指標過多，則其計算方法較為復雜，計算量較大，很難解出。本文中采用求根法來計算特征向量的近似解。

①將判斷矩陣按行求：

(1)

②歸一化：

(2)

③求最大特征值：

(3)

(3) 進行一致性和隨機性檢驗。由于客觀事物的復雜性及對事物認識的片面性，構造的判斷矩陣不一定是一致性矩陣，但當偏離一致性過大時，會導致一些問題的產生。因此得到λmax后，還需進行一致性和隨機性檢驗。

GIS技術作為在環境地質承載力評價中的分析工具，其強大的空間分析功能，可以快速高效的處理環境地質承載力的各個評價因子圖層，并通過多因子評價模型分析，從而得出研究區的環境地質承載力指數。GIS技術多因子綜合評價模型。

1.3 北川縣環境地質承載力評價體系建設

環境地質承載力評價指標體系主要從地質環境、生態環境和社會環境3個方面獲取承載力評價因子。筆者根據北川縣調查資料與區域地質環境特點，建立適合西南山區城鎮的環境地質承載力評價指標體系(表1)。

表1 北川縣環境地質承載力評價指標體系

綿陽市北川縣處于龍門山構造發育地區，地質環境因素直接制約了該縣域的發展，參考以往研究中地質災害評價的標準[10-12]，確立了北川縣環境地質承載力評價體系的一個重要準則層—地質環境，建立地質構造、地層巖性等相關一級指標層，并細化至斷裂帶密度、斷層距離等2級指標，形成完整系統的便于GIS中可量化的指標體系。生態環境作為環境地質的重要因素，也是北川縣環境地質承載力的重要組成部分。主要包含水資源、礦山資源及旅游資源。在評價體系中將生態環境作為體系的一個準則，既是秉承了環境地質承載力的核心概念[4-6]，也是結合了北川縣生態建設及未來發展方向。具體全面衡量區域環境地質承載力[13]，僅通過厘定地質災害易發性及環境資源供給能力并不夠全面，涉及人口及經濟因子、基礎建設因子的社會環境也是環境承載力量化模型的一個關鍵性因素，而人口的密集程度分布及區域經濟發展分布，也作為承載力評價體系中的重要因子。評價體系的建立是基于各項因子相互獨立的前提下，選取與環境地質承載力相關的因素作為評價的二級指標。在理想狀態中各因素保持獨立，但是各指標具有一定相關性。根據各因素指標相關性分析(表2)，對于相關系數在0.3以內的可以認為相關性較差，則可以選取該評價指標。

表2 北川縣環境地質承載力評價指標相關性分析

2 體系評價結果

根據評價指標對于研究區域環境地質的影響程度，采用專家打分法對評價指標進行打分，再對打分情況進行統計分析，得到各指標重要性分值，獲取各指標的權重值。由評價指標層的權重值可見(表3)，地質環境中地質災害、生態環境中的礦山和社會環境中的人口經濟因子是環境地質承載力的主導因素；其次是地質構造、地層巖性、基礎設施因子；其余指標的影響程度較小。

表3 研究區環境地質評價指標層權重

3 討 論

根據北川縣現狀城市環境地質調查情況以及對北川縣后續建設發展程度的判定，參照《國土資源環境承載力評價標準(試行)》指出環境地質承載能力評價，原則上以自然單元的單要素評價和綜合評價為基礎，以保證評價結果的科學性。北川縣環境地質承載力現狀呈現均衡(臨界超載)、盈余(不超載)兩種狀態，未見超載狀態，附圖3中將均衡狀態細分為承載力高、承載力較高兩種，將盈余狀態細分為承載力較低、承載力低兩種。北川縣環境地質承載力區域共涉及承載力高、較高、較低、低4類。

(1) 環境地質承載力高。該區域面積約占29.1%，位于沿青片河、白草河、都壩河兩岸區域，主要優勢：部分為場鎮聚集區，交通便利，水土資源較豐富，支撐旅游產業的必要條件；劣勢：多處于構造中山地貌，地質災害較發育，場鎮及公路受災害威脅較多，人類活動影響強烈，場鎮可開發面積有限。規劃建議：北川縣的主要場鎮貫穿道路區域，強工程措施與強生態治理措施相結合，生態邊坡治理措施美觀有效。重點場鎮優化設計：充分發揮場鎮地質環境特點，因地制宜，劃分場鎮地質環境分區，優化場鎮建設，限制場鎮不恰當開發。

(2) 環境地質承載力較高。該區域面積約占45.6%，為河谷兩側斜坡地段及人類活動至自然保護區緩沖區，以及部分低山丘陵地貌區域。優勢：礦產資源蘊含量大，人類工程活動擾動較少，交通較便利，區內可開發的旅游產業較多；劣勢：礦山生態恢復形勢嚴峻，局部小型地質災害影響的聚集區治理，潛在地質災害發育及防治。規劃建議：科學合理開采存量礦山，對于廢棄礦山及開發中礦山開展礦山環境恢復治理工程，包含礦山災害治理、礦山復墾等措施；針對小型地質災害點及潛在地質災害區域進行生態地質治理，建設綠色、生態北川。

(3) 環境地質承載力較低。該區域面積約占20.3%，為自然保護區過渡帶與安昌、永安的過渡區。優勢：地質災害危險性低，人口密度較低，其中自然保護區過渡區存在大量可旅游開發區域及現有旅游區擴建空間。劣勢：未開發程度較大，需要投入大量人力物力進行改造。規劃建議：自然保護區過渡帶的旅游區開發及現有旅游區的改擴建，形成北川縣獨有的生態旅游區，創建多個國家5A級旅游景點及羌族特色農家樂。

(4) 環境地質承載力低。該區域面積約占4.9%，為安昌鎮、永安鎮集中區及自然保護區。優勢：地質災害不發育，基礎設施建設已經基本完善，人口經濟發現狀情況較為發達。劣勢：自然保護區屬于不得開發區域，縣城中心區域可供開發區域具有一定局限性。規劃建議：優化中心區域建設，控制區域建設規模，自然保護區域保持生態物種原樣性不得開發改造。

4 結 論

(1) 環境地質承載力評價體系依據地質環境、生態環境和社會環境3個準則層，劃分了地質構造等10個指標層建立北川縣評價體系，對各評價指標進行量化處理，建立了適合西南山區城鎮環境地質承載力評價的體系模型。

(2) 采用層次分析法及GIS空間處理技術針對環境地質承載力評價提供技術支撐，結合專家打分法確定評價因子各自權重值，結果驗證表明該方法效果較好，但由于地質構造作用強烈，該評價體系只適用于西南山區城鎮相似區域。