基于資源利用和災害風險的京津冀地區環境地質敏感性區劃

趙銀兵,陳利頂,孫然好,*,倪忠云,蒲夢馨,周國李,羅宇豪

1 成都理工大學旅游與城鄉規劃學院,成都 610059

2 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085

3 河北省濕地生態與保護重點實驗室(籌),衡水 053000

4 成都理工大學地球科學學院,成都 610059

環境地質學是應用地質科學的理論與方法研究地質環境基本特征、功能和演變規律的學科,其重要特征是將人類活動作為一種地質作用營力[1]。環境地質學研究起源于20世紀60、70年代,是歐美等國為應對環境問題和滿足人類發展需要而逐步發展起來的一門學科,國內的相關研究興起于20世紀80年代前后的環境地質調查。環境地質學有廣義和狹義兩類之分[2]:廣義的環境地質學屬于環境科學的范疇,包括環境水文地質學、環境工程地質學、環境地球化學和生態環境地質學等[3]；狹義的環境地質學主要涵蓋與人類活動密切相關的地下水、地質災害、礦山環境地質和水土環境等研究。環境地質敏感性表征環境地質的要素、子系統和系統對自然與人為作用的響應程度,敏感性越高越容易產生環境地質問題。

在各種環境地質敏感性研究之中,相關學者對地質災害[4—5]、礦山環境地質問題[6—7]和城市環境地質問題[8—9]研究較多。京津冀地區因其受復雜地質環境和大規模人類活動的交互作用影響,環境地質研究歷來受到重視,研究空間尺度涉及線路工程、礦山、城市(鎮)、縣域和市域及全區,研究主要聚焦山區重力型地質災害[10]、平原區地面沉降[11—15]和地下水污染[16—18]等環境地質問題,評價方法包括層次分析法、信息量法、敏感性系數法、人工神經網絡模型和隨機森林模型等[19]。京津冀地區綜合性環境地質研究主要應用調查監測、綜合分析、模擬預測和集成編圖等技術手段,重點揭示環境地質要素、子系統和系統之間的作用機制[21—23]。其中,《京津冀地區國土資源與環境地質圖集》完成了多項資源與環境調查、評價和區劃,較為全面地評價和分析了京津冀地區活動斷裂與地震、地質災害和地下水污染等主要環境地質問題,并提出了國土資源開發的地學建議[22—23]。然而,京津冀地區已有環境地質敏感性研究成果多聚焦單項環境地質要素或者環境地質子系統,空間尺度多以縣域及更小尺度為主,面向資源利用和災害風險的全域綜合性環境地質敏感性評價和區劃成果相對不足,難以滿足京津冀地區環境地質協同治理和國土空間聯動開發與保護的需求。開展京津冀地區環境地質敏感性評價和區劃研究,有利于進一步認識區域尺度的環境地質格局,掌握人類活動與地質環境之間的互饋機制,為優化環境地質安全格局和實現資源與環境可持續承載提供參考,為生態安全格局構建和生態保護與修復提供支撐。

1 研究區概況

京津冀地區跨越華北平原、華北山區和內蒙古高原三個一級地質地貌單元(圖1)[22],屬溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區。全區從太古界變質巖系到第四系均有出露,中生代地層分布最廣；侵入巖以中酸性巖為主,噴出巖以安山巖和流紋巖為主(圖2)[22,24]。研究區包含兩個一級構造單元,在康保-圍場深斷裂以北,為具有活動帶性質的內蒙古-大興安嶺地槽褶皺系,其變質主旋回發生在華力西期；南部屬于相對穩定的中朝準地臺,在中生代和新生代的活動較為劇烈[25]。區內地質環境復雜,人類工程活動頻繁,能源和礦產資源開發活躍,自然因素與人為因素共同作用導致的環境地質問題突出,對京津冀地區的生態安全格局構建和社會經濟可持續發展造成重大影響。

圖1 研究區位置圖

圖2 地質圖[22]

2 數據來源與處理

數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)數據來自地理空間數據云(http://www.gscloud.cn),由DEM生成起伏度、坡度、坡位、平面曲率、剖面曲率和地形濕度等數據[19],應用地貌界線刻畫華北平原地區的二級地貌界線的環境效應[22]。河流數據來自國家基礎地理信息中心(http://www.ngcc.cn/ngcc),應用歐氏距離刻畫其影響。降水和土壤砂粒含量數據來自中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn),采用多年平均降水代表氣候影響。土壤濕度和最大風速數據來自全球陸面數據同化系統(https://disc.gsfc.nasa.gov),土壤砂粒含量、土壤濕度和最大風速用作評價土地沙化敏感性。土地利用類型數據(2015)來源于中國科學院生態環境研究中心(http://www.rcees.ac.cn)；植被覆蓋度由歸一化植被指數(Normalized Differential Vegetation Index,NDVI)表征,數據來自美國地質勘探局(https://lpdaac.usgs.gov),由2000—2019年中分辨率成像光譜儀(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)逐月數據產品合成。人類活動采用夜間燈光數據表示,數據來自美國國家海洋和大氣管理局(https://www.noaa.gov),由2019年月數據采用最大值法合成。礦產資源開發導致塌陷和地裂縫等地質災害,采用礦山歐氏距離刻畫其影響[22]。

地質構造運動采用主要斷裂歐氏距離和地質構造分區刻畫其影響[25],研究區地跨內蒙古-大興安嶺皺褶帶和中朝準地臺2個一級地質構造分區,包括5個二級地質構造分區和18個三級地質構造分區(圖3)。地震是突發性及次生性環境地質問題的重要控制因素,應用中國地震動參數區劃圖(GB18306—2015)中的地震動峰值加速度表征。工程地質數據由基礎地質圖和《河北省水文地質工程地質志》[26]綜合整理而成,應用9類工程巖組表征(圖4)。水文地質數據由京津冀三地的水文地質圖綜合整理,采用巖組與含水性組合表示(圖5)。地質災害數據由多個圖集綜合整理而成[22,27—28],將其作為環境地質特征描述指標和各個地質災害敏感性評價模型變量[20]。在研究華北平原水資源和水環境狀況的基礎上,選擇地下水地質環境功能、淺層地下水水質、地下水調蓄和地下水可持續利用4類指標刻畫地下水環境特征[21]。

圖3 地質構造分區圖[25]

圖4 工程地質分區圖[26]

圖5 水文地質分區圖

3 評價方法與指標體系構建

3.1 評價目標與原則

環境地質評價堅持關鍵問題導向和因地制宜的原則,按照一級地質地貌分區及區內環境地質問題類型和形成機制,將研究區劃分為兩個片區,內蒙古高原-華北山區片區主要考慮重力型地質災害和土地沙化敏感性,華北平原片區主要考慮地裂縫、地面沉降、土地沙化、土壤鹽漬化及地下水環境等敏感性。采取地表與地下要素評價相結合的原則,除了考慮地表的環境地質敏感性,還兼顧地下水的環境地質敏感性,納入地下水環境子系統及其涉及的四個單項環境地質要素。采用“狀態-壓力-響應”模型指導指標遴選,納入地下水地質環境功能等環境本底狀態指標,選擇地面沉降等環境地質災害壓力指標,考慮地下水可持續利用等響應指標。根據數據可獲取性和時空精度,采取有限評價和有效綜合的原則。區域尺度的土壤和地下水等相關地球化學數據收集有限,未納入評價體系；深層地下水相關情況在地面沉降評價中考慮,未將其單列評價；因山洪、水土流失與泥石流敏感性評價存在指標選取重復和空間分布相似等特點,兩者未納入評價；崩塌和滑坡在空間分布上存在較強相似性,將兩者的敏感性評價歸為一類,稱之為崩塌-滑坡敏感性評價。

3.2 評價方法

環境地質敏感性評價主要使用層次分析法和敏感性系數法[19]。層次分析法用于計算單項土地沙化敏感性和綜合環境地質敏感性,構建評價指標間的判斷矩陣,確定評價指標間的重要性關系,在判斷矩陣通過一致性檢驗的基礎之上,獲得準則層和指標層的權重,通過加權求和的方式計算總敏感性。敏感性系數法中的敏感性系數用作定量表達不同因子對環境地質災害(問題)的敏感程度[29—30]:

(1)

式中,Ni為第i類影響因素下的災害點個數,Ai為第i類影響因素下的面積,N為災害總數,A為研究區總面積。Sci為敏感性系數,值越大則敏感性程度越高；值越小或為負,則敏感性越低,不易導致環境地質災害(問題)的發生。先計算各類影響因素的各個分級敏感性系數,再將各個指標求和得到總敏感性系數。敏感性系數法用于計算崩塌-滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫4類單項環境地質敏感性。

為了將計算獲得的總敏感性結果與地下水環境和土壤鹽漬化等成果統一刻畫尺度,對計算結果均做歸一化處理,將其定義為環境地質敏感性指數(Environmental Geological Sensitivity Index,EGSI),EGSI數值介于0—1之間,值越高者敏感性程度越高。

3.3 評價指標體系構建

借鑒已有環境地質評價成果[19—22],將評價指標體系構建劃分為單項環境地質敏感性評價和綜合環境地質敏感性評價兩個層次。單項環境地質敏感性評價中的崩塌-滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和土地沙化,通過指標遴選分別構建各自的評價指標體系(圖6)。地面沉降敏感性評價借鑒監測成果[22]和相關研究成果[31],將地面沉降值做歸一化處理,用于刻畫地面沉降的敏感性水平。根據地質資源-地質環境-人類活動三者之間的作用關系,將地下水環境的4個單項環境地質敏感性(地下水地質環境功能、淺層地下水水質、地下水調蓄和地下水可持續利用)和土壤鹽漬化的敏感性劃分為低、較低、中等、較高和高共計5級。

圖6 評價指標體系構成圖

綜合環境地質敏感性評價建立在單項環境地質敏感性評價的基礎之上,將土地沙化敏感性和土壤鹽漬化敏感性2個單項環境地質敏感性歸并為土地環境敏感性,將崩塌-滑坡敏感性、泥石流敏感性、地面塌陷敏感性、地裂縫敏感性和地面沉降敏感性5個單項環境地質敏感性歸并為地質災害敏感性,將地下水地質環境功能敏感性、淺層地下水質量敏感性、地下水調蓄敏感性和地下水可持續利用敏感性4個單項環境地質敏感性歸并為地下水環境敏感性,根據收集資料和區內已有研究成果,判別土地環境敏感性、地質災害敏感性、地下水環境敏感性的權重,進一步擬定各個單項環境地質敏感性的權重(圖7)。

圖7 環境地質綜合敏感性評價指標體系及其權重

4 結果與分析

4.1 單項環境地質敏感性特征

4.1.1地質災害敏感性特征

11個單項環境地質敏感性結果如圖8所示。崩塌-滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫4類單項環境地質敏感性應用敏感性系數法計算獲得。崩塌-滑坡中、高敏感性區域主要分布在華北山區,其中山地-燕山段和太行段敏感性水平最高。評價指標中對敏感性影響較高的要素主要有人類活動、水系、道路、斷層、地震、工程地質和坡度等；崩塌、滑坡主要對山區道路、廠礦、居民地和耕地產生直接威脅,同時威脅山區生態廊道的連通性和穩定性。泥石流中、高敏感區主要位于丘陵與山地過渡區,其中在降水相對較多的懷柔-灤平-興隆-寬城-青龍一線敏感性最高,地形地貌、降水、斷裂、工程巖組和土地利用類型的影響較大；泥石流災害主要對山區道路和耕地產生直接威脅,對河谷及河床地貌的穩定性造成影響,危及山區生態廊道的連通性和穩定性。地面塌陷的中、高敏感區主要位于地貌過渡帶、斷裂帶和山間盆地等區域,并與唐山、承德、保定、邢臺和邯鄲等采礦活動較為聚集的區域存在較強的空間重合；地面塌陷造成地貌、地表水-地下水系統破壞,影響礦山、耕地和建設用地的安全,干擾生態源地穩定性。地裂縫敏感性指數由西南向東北遞減,與平原的地貌梯度、新構造運動、地下水開采與礦產開發等自然和人為因素影響聯系密切,在涿州-文安-青縣一線的西南形成中高敏感區；地裂縫災害容易破壞地表水和地下水的水文過程,引起系列巖土體地質問題,導致植被破壞和土地利用效率降低,影響線路布局和城市建設等人類工程活動。

圖8 單項環境地質敏感性圖

地面沉降受地質構造、新構造活動、地層壓密和氣候等自然因素以及開采地下流體、固體礦產和施加各類地表荷載等人為因素的影響[11,32],而地面沉降又加劇了河湖生態問題[33]。地面沉降敏感性與降水梯度、地質構造分區、人口密度和經濟活動分布表現出復雜的空間關聯,尤其是與農業采用地下水區和傳統低產田區關系較為密切[34],總體形成西部低、中部高、東部較高的空間格局。在昌平-通州、北辰-文安-津南、高陽、東光、南宮-雞澤等地形成中、高敏感性集中分布區,這些區域靠近滄州-大名深斷裂和固安-昌黎大斷裂,地跨冀中臺陷、滄縣臺拱、黃驊臺陷和臨清臺拱4個三級地質構造區,工程地質類型主要是以松軟巖層為地基的沖積湖積低平原工程地質亞區,屬富水強和較強的松散巖類孔隙水區,地質環境影響顯著。

4.1.2土地環境敏感性特征

土地沙化敏感性總體表現為內蒙古高原→華北平原→華北山區的遞減趨勢。區內土地沙化類型主要為草原風蝕沙地和黃土丘陵風蝕沙地,主要分布在內蒙古高原,其中懷安-赤城-豐寧-圍場以北的沙化敏感性最高；其他地區的沙化主要分布在環渤海區域以及河灘和濕地周邊排水區。土壤鹽漬化表現出與海相環境及沉積環境的高度相關性,高敏感區分布在渤海灣唐山-天津-滄州一線的濱海地區,中等敏感區主要分布于平原中河流泛濫沖積形成的河道和河間洼地,沖洪積扇及古河道的高地鹽漬化較輕[35]。

4.1.3地下水環境敏感性

地下水地質環境功能敏感性格局受沖洪積扇及衍生工程地質和水文地質條件影響,形成西高東低的格局。淺層地下水質量敏感性宏觀空間格局與沖洪積扇的邊緣大體一致,在華北平原二級地貌單元表現出東高西低的特征,與環渤海地形地貌特征格局吻合度較高。華北平原的地下水調蓄敏感性呈現東高西低的分布特征,宏觀上與沖洪積扇東側邊界存在空間上的重合；具有理想儲水空間的調蓄區依次為山前沖洪積扇卵礫石帶、沖積扇中粗砂含礫石帶和平原古河道帶[36]。地下水可持續利用在平原西部區具有較強的穩定性,敏感性較低,而平原東部區則相反；區內咸水、微咸水大量分布、地下水水位持續下降、地面沉降、地裂縫、極端干旱氣候和地下水污染均影響地下水可持續開發[37],除石家莊、邢臺、滄州、廊坊和衡水等超采和嚴重超采區外,平原淺層地下水開采潛力整體一般[38]。

4.2 綜合環境地質敏感性特征

4.2.1綜合環境地質敏感性空間格局

在單項環境地質敏感性評價的基礎上,按照加權求和的方式獲取全區的綜合環境地質敏感性指數,參照自然間斷法[39]進行歸一化后的綜合EGSI五級劃分:強(>0.75)、較強[0.60—0.75]、中等[0.45—0.60)、較弱[0.38—0.45)和弱(<0.38)(圖9)。綜合ESGI呈現出西北低、東南高的空間分異格局,華北平原環境地質敏感性最高,環渤海及平原東南部的環境地質問題較為突出。內蒙古高原區平均EGSI為0.33,主要呈現出弱敏感區聚集,局部呈現散點狀中等敏感區分布；華北山區平均EGSI為0.40,在上黃旗-烏龍溝深斷裂和密云-喜峰大斷裂等地質構造復雜區及丘陵與山地過渡帶形成中等敏感區聚集；華北平原平均EGSI為0.64,在泛濫平原和黃泛平原以東形成高敏感區聚集,地質構造分區屬于滄縣臺拱、黃驊臺陷和臨清臺拱,在平原西部形成中等敏感區聚集。土地利用等人類活動與環境地質敏感性存在較強的相關性。華北平原的濕地、耕地和人工表面三種地類的EGSI分別為0.71、0.65和0.61,靠近滏陽河、清涼江和滏東排河等地的傳統低產田區環境地質問題尤為突出。華北山區人工表面和林地的EGSI較之其他地類高。內蒙古高原僅林地EGSI略高于其他地類,草地EGSI最低,其他四個地類的EGSI幾乎處于相同水平。

圖9 環境地質綜合敏感性分級與生態安全格局要素疊加

4.2.2環境地質的生態安全格局影響

借鑒區內已構建的生態網絡[40],分析環境地質敏感性與生態安全格局要素的空間關系(圖9)。統計的67個自然保護區中有12個平原區的自然保護區屬于環境地質強或較強敏感區,6個華北山區的自然保護區屬中等敏感區。華北山區的生態源地EGSI處于較弱水平,華北平原生態源地的平均EGSI為0.67,屬較強水平。在華北山區及內蒙古高原,接近一半的重要廊道地處中等、較強、強三級環境地質敏感區。在華北平原,超過90%的重要廊道位于強、較強和中等三級環境地質敏感區,其中滄州、衡水和邢臺等地的主要生態廊道貫通性受到較大影響。

4.3 綜合環境地質敏感性區劃

華北平原區的單項敏感性和綜合敏感性均反映出較強的東西經向差異和南北緯向差異,地質地貌及邊界效應、地質構造及分區、工程地質和水文地質的影響顯著[34]。以地質地貌分區作為環境地質區劃的主要依據,參照綜合EGSI空間統計特征,結合自然因素與人為因素的空間梯度,劃定3個一級環境地質敏感區和16個環境地質敏感亞區(圖10)。在各個分區的環境地質特征分析中考慮生態功能區劃、生態源地和重要生態廊道的影響,探討環境地質與生態環境的防治對策。

圖10 京津冀地區環境地質敏感性區劃圖

4.3.1華北平原環境地質敏感區

華北平原環境地質敏感區主體受北東-南西向深大斷裂控制,地跨華北斷拗,西部山前平原部分區域屬燕山臺褶帶和山西斷隆。區內主要出露全新世海相堆積和陸相流水堆積,從西向東地跨3個松軟巖層工程地質亞區,水文地質類型為松散巖類孔隙水,由富水性極強降至富水性弱。區內耕地面積占68%、人工表面22%、林地3%、草地1%、濕地5%和其他1%,主要涉及油氣、非金屬礦產和地熱等地質礦產和能源開發。該區共劃分10個環境地質敏感性亞區,單項和綜合環境敏感性指數總體呈現東高西低的格局(表1)。該區主體生態功能為農產品提供和人居保障,其中大都市群功能極其突出,淺層和深層地下水開發及其誘發的系列環境地質問題與生態環境產生復雜的交互作用關系。

表1 華北平原各環境地質亞區的環境地質敏感性指數均值

唐海-海興海積平原環境地質較強敏感亞區(Ⅰ1):深層地下水超采和嚴重超采面積約2700 km2,嚴重沉降區面積約400 km2。土壤鹽漬化、淺層地下水質量和地下水調蓄的3類敏感性指數為華北平原區最高,地下水可持續敏感性較強。該區需要控制土壤鹽漬化,做好淺層地下水污染治理,重點做好津南區和寧河等地的地下水治理；優化海岸帶陸海一體統籌開發格局,重點加強唐海、北大港、南大港和海興等濕地和鳥類自然保護區的建設和保護,有序開展受損濱海濕地的修復工作。

樂亭-鹽山沖海積平原環境地質較強敏感亞區(Ⅰ2):淺層地下水超采區面積約900 km2,深層地下水嚴重超采區面積約1400 km2。淺層地下水質量和地下水調蓄敏感性強、地下水可持續利用敏感性較強,鹽漬化敏感性中等。需要控制地勢低洼處的土壤鹽漬化,做好淺層地下水污染防治,加強北辰區、西青區、靜海、文安和倉縣等地的地面沉降和地裂縫治理；推進七里海水庫、大黃堡濕地自然保護區和團泊鳥類自然保護區等生態源地的環境保護,加強海河與永定河等重要生態廊道的保護與重點區段的生態修復。

吳橋-大名黃泛平原環境地質較強敏感亞區(Ⅰ3):淺層地下水超采區面積約336 km2,深層地下水超采區面積約3045 km2,嚴重沉降區面積約1038 km2,地裂縫高發區面積約為31.61%。地下水地質環境功能和地下水可持續利用敏感性中等,地下水調蓄敏感性較強,淺層地下水質量敏感性強。需要加強吳橋和東光等地的地面沉降監測與治理,防治清河和大名等地的地裂縫,加強淺層地下水污染防治；加強漳河、漳衛新河和京杭運河及沿線等生態廊道保護。

高陽-威縣泛濫平原環境地質強敏感亞區(Ⅰ4):淺層地下水超采面積占比約36.37%,深層地下水超采和嚴重超采面積約占71.26%,嚴重沉降區面積約4200 km2,地面沉降敏感性為全區最高,同時伴生地表溫度和溫度植被干旱指數偏高等生態問題,反映出地質背景對生態環境的重要影響；該區分布地裂縫200多處,地裂縫高發區面積占比約34.01%。淺層地下水質量和地下水調蓄敏感性強,地下水地質環境功能和地下水可持續利用敏感性中等。該區需要積極發展生態節水農業,重點加強高陽、武強、東光、南宮和平鄉等地的地面沉降治理,防治蠡縣和饒陽等地的地裂縫災害,加強淺層地下水污染防治；加強衡水湖和白洋淀等重要生態源地的建設與保護,提升滏陽新河、子牙河和清涼江等主要河流及沿線生態廊道保護。

沖洪積扇的5個環境地質敏感性亞區主要環境地質問題為地裂縫、地面沉降和局部土壤鹽漬化,土地沙化和地下水環境敏感性相對較弱。洪積扇環境地質中等敏感亞區(Ⅰ51)需要加強地震活躍及活動斷裂發育區的地質環境變化監測,加強玉田等地的地面沉降治理,加強唐山市及周邊的地裂縫災害防治。通縣-寶興沖洪積扇環境地質較強敏感亞區(Ⅰ52)需要控制土壤鹽漬化,監測和治理地面沉降,加強保定和霸州等地的地裂縫防治；加強白洋淀濕地等重要生態源地的生態保護和修復工作,做好雄安重點生態安全保障地區生態建設工作,提升永定河、潮白河和大清河等重要生態廊道的生態功能。懷柔-定興沖洪積扇環境地質較弱敏感亞區(Ⅰ53)需要重點疏解北京非首都功能,優化區域人類活動空間格局；積極推進和深化城市地質環境調查、監測和治理工作,加強地震及活動斷裂監測；加強順義、通州和固安等地的地面沉降防治,強化涿州市及周邊的地裂縫治理；積極提升城市及近郊生態源地保護和生態服務功能,發揮南水北調工程的補水效應,加強潮白河、永定河和拒馬河等重要水系的生態修復。望都-無極沖洪積扇環境地質較弱敏感亞區(Ⅰ54)需要加強望都、安國和新樂等地的地裂縫防治,做好滹沱河、沙河和南水北調工程等重要廊道及其沿線的生態保護和治理。安平-魏縣沖洪積扇環境地質較強敏感亞區(Ⅰ55)需關注地震及活動斷裂的環境地質影響,加強曲周等地的地面沉降治理,做好深州、隆堯、任縣和肥鄉等地的地裂縫防治；提升沙河與滏陽河等水系的生態廊道功能,在新河以北等區域發展生態節水農業。趙縣-臨漳沖洪積扇環境地質中等敏感亞區(Ⅰ56)需要加強柏鄉、邢臺和永年等地的地裂縫災害防治,做好滏陽河、沙河和南水北調工程及沿線的生態保護。此外,上述區域還需要加強局部土地沙化和土壤鹽漬化的防治。

華北平原區需要圍繞濕地生態系統恢復,實施多種措施以增強環境地質韌性:通過優化域外調水模式,調整工農業和城市產業發展結構,結合工程、管理和技術手段提高用水效率,逐步緩解華北平原的缺水問題[41]；借助南水北調工程和河流灘地治沙工程,修復河流生態,重點恢復河流的自然連通性,消除河流的過度人工化和渠道化的影響,還原河流自然形態,積極實施河道生態護岸形式[42]；修復洼地區域的湖泊洼淀生態,加強不同濕地之間的水資源交換,改善水質；持續推進地下水位恢復工作,實施限采,結合人工和自然回灌的方式恢復地下水系統,逐步實現地下水對地表生態穩定的支撐作用；從流域層面統籌考慮河流防洪、水利和生態等不同需求,在保障防洪和供水安全的同時,兼顧下游河道的生態需水量,控制水庫等設施對河道生態的影響[43]；加強城市及其周圍環境地質問題治理,推進環境地質協同治理。

4.3.2華北山區環境地質敏感區

本區受近東西向和北東向的深大斷裂控制,地跨燕山臺褶帶和山西斷隆兩個二級地質構造分區；太古宙、中新元古代、中生代和新生代地層分布較廣,出露前寒武紀至印支期5個期次的花崗巖,局部出露晚古生代和中生代噴出巖；地跨4個工程地質亞區,涵蓋7種水文地質類型。區內林地面積占59%、耕地22%、草地12%、人工表面5%、濕地1%和其他1%；礦產資源開發較為活躍,分布煤礦30多座、金屬礦山90多座、非金屬礦山200多座。該區作為“三北防護林”的重要組成部分,主體生態功能包括水源涵養和農產品提供,局部的高強度采礦和城鄉建設等活動引起的環境地質問題對生態環境產生點狀和線狀擾動。

丘陵-燕山段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ11)需要重點加強雙灤和雙橋等地的礦山地質環境保護治理,加強密云、薊縣和青龍等地的地質災害防治；有效提升密云、于橋、潘家口、丘莊和洋河等水庫及云峰山、盤山、老嶺和白草洼等生態源地的生態服務功能,強化潮河、灤河和青龍河等主要水系的生態廊道作用。丘陵-太行段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ12)需要重點加強井陘和峰峰等礦山地質環境治理,做好丘陵與山地過渡帶等關鍵區域的地質災害防控,重視易縣-曲陽等供水潛力區的地質環境保護；加強拒馬河和石花洞等重要生態源地的建設工作,提升永定河、拒馬河、漕河、唐河和沙河等重要水系的生態廊道作用,優化王快、唐河、崗南、黃壁莊、朱莊和岳城等水庫的水資源調節和生態服務功能。在丘陵地區需要科學優化耕地和建設用地空間分布格局,通過綠化工程進一步提升山原過渡地帶的生態韌性。

山地-燕山段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ21)需要加強延慶、鷹手營子、灤平、隆化和平原等地的礦山地質環境治理與保護,做好興隆與懷柔等地的地質災害防治。山地-太行蔚縣-阜平段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ22)需要重點加強蔚縣和阜平等地礦山環境恢復治理,做好蔚縣-淶源等地供水潛力區地質環境保護,加強區域地質災害防治。山地-太行井陘-涉縣段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ23)需要重點解決涉縣等地的礦山環境地質問題,關注涉縣等地供水潛力區地質環境保護。山地-陰山東段環境地質較弱敏感亞區(Ⅱ24)需要加強宣化-張北等地礦山環境治理,強化隆化-崇禮等二級地貌界線過渡帶關鍵區域的地質災害防治,綜合運用生態工程防治土地沙化等環境地質問題。山地區域需要進一步強化生態工程建設成果,大力提升自然保護區和優質林地與草地的生態源地功能,強化河流和谷地等生態空間的廊道作用。

根據京津冀生態功能區規劃,華北山區需要統籌做好崩塌、滑坡、泥石流和塌陷等地質災害的防治工作,重點做好水源地、礦區、山間盆地和河谷區重要設施工程及周邊地區的環境地質問題防治；在礦區防治廢渣和尾礦污染,開展采坑、地面塌陷、地面沉降和地裂縫等災害治理,做好地形地貌整治,改善植被覆蓋度,控制水土流失,恢復礦區生態環境[7]；統籌實施全域生態環境規劃,因地制宜地優化土地利用結構,開展流域綜合治理,控制水土流失和泥石流等環境問題。

4.3.3內蒙古環境地質敏感區

內蒙古環境地質敏感區(Ⅲ)受沽源-張北大斷裂和上黃旗-烏龍溝深斷裂控制,地跨張北臺拱、沽源陷斷束、圍場拱斷束和多倫復背斜4個地質構造區。區內主要出露太古代、古元古代、晚古生代、中生代和新生代地層,局部出露中生代噴出巖,另有前寒武紀、華力西期和燕山早期花崗巖分布。區內耕地面積占49%、草地36%、林地占6%、人工表面占5%、濕地2%、其他2%,主要開發非金屬和金屬礦產。該區的主體生態功能為防風固沙和農產品提供,地表環境地質問題與生態環境存在較強的互饋效應。區內崩塌、滑坡、泥石流和塌陷以小型和中型為主,大型泥石流35處。高原丘陵區環境地質敏感性主要受崩塌、滑坡、泥石流災害控制,高平原區環境地質敏感性主要受土地沙化和地面塌陷控制。該區沙化敏感性指數為0.74,屬全區最高；崩塌-滑坡、泥石流和地面塌陷的敏感性指數分別為0.39、0.21和0.12。針對本區的風沙防治等主體功能,需要分區做好環境地質問題防治。在丘陵區做好山洪和泥石流防治,在波狀高原做好濕地恢復、地下水位下降監測和防治,在丘狀高原做好土地沙化防治,同時加強波狀高原的湖淖和河道等區域的土壤鹽漬化治理,在壟狀高原區通過植物工程等手段防治水土流失[44]。

5 結論

(1)集成多源數據有效地挖掘了環境地質空間格局及其環境效應的相關信息。本文集成了京津冀地區不同時期的地理、生態、基礎地質、工程地質、水文地質和環境地質等多源異構數據,有針對性地開展了部分歷史地質數據的收集、校驗和信息加工,分析了地質環境和地質資源對人類活動空間分布的重要影響,解析了地質、地理和生態三類空間的交互作用關系。

(2)環境地質敏感性與地貌梯度存在較好的耦合。綜合環境地質敏感性指數呈現出西北低、東南高的格局,華北平原環境地質敏感性最高,環渤海及東南部環境地質問題最為突出。華北平原地下水超采導致地面沉降和地裂縫并衍生出水環境問題,影響地下水可持續利用,加劇了區域環境地質的敏感性,如高陽-威縣泛濫平原環境地質強敏感亞區和安平-魏縣沖洪積扇環境地質較強敏感亞區等區域；華北山區由于城鄉建設和采礦等活動導致局部重力型地質災害問題突出,區域尺度的地質災害敏感性主要受自然因素影響；內蒙古高原的土地沙化和局部泥石流災害影響較大,需要考慮自然因素作用下的人類活動適應和調整。

(3)京津冀地區環境地質敏感性為區域生態管理提供科學依據。區內單項環境地質敏感性與其伴生的地質和地理空間存在較強的系統關聯,同時表現出顯著的“狀態-壓力-響應”空間分異。考慮到京津冀地區的生態系統協同建設和保護,在研究和實踐中可進一步關注地質、地理和生態的各種要素、子系統和系統在環境地質中的功能及效應；在管理方面,統籌全域國土空間規劃,協調人地關系；在技術方面,加強地貌過渡帶及城鄉關鍵區域的主要環境地質問題治理,全面提升關鍵生態源地、廊道和節點的韌性；在生態與環境地質保護的實施方面,以燕山和太行山為生態源地質量提升的主攻區域,以環繞首都和大中型城市的城鄉交錯帶生態功能強化為突破,以海岸線、重要河流和高等級道路及沿線作為生態廊道建設重點；全面實現城鄉協同、生態協同和環境協同,建設環境地質發展共同體。

(4)本研究還存在可改進的方面。可進一步深化研究環境地質要素、子系統、系統之間的作用關系,挖掘城市及周邊和地貌過渡帶等關鍵區域的環境地質敏感性機理,進一步提高數據時空精度,優化人類活動方面的指標選取,針對環境地質特點改進單項敏感性和綜合敏感性的評價方法。