基于AHP的海峽沿岸地區生態地質環境質量評價

摘要：生態地質環境質量顯示一個區域地質作用與生態空間分布的整體情況。為了給馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區的生態保護修復及“一帶一路”投資建設提供依據，將地理信息系統技術與層次分析法相結合，以馬來西亞基礎地質、地質災害遙感地質專題應用及編圖項目成果數據集為基礎數據，構建了該區的生態地質環境質量評價指標體系并進行綜合評價。通過分析結果將研究區的生態地質環境質量劃分為優等、良好、中等、較差4個等級，其中：優等區和良好區面積較大，分別為2 753.31 km2和2 960.33 km2，占研究區總面積的34.19%和36.76%，主要分布在北部平原地區及沿海地區；中等區和較差區面積分別為1 702.72 km2和618.57 km2，占研究區總面積的21.37%和7.68%，主要分布在雪蘭莪州中部、森美蘭州南部及馬六甲州北部地區。從評價結果上看，該地區總體上生態地質環境質量較好，優等區和良好區總和占研究區總面積的70.00%以上，中等區和較差區主要受地層構造和生態條件的限制，需要針對具體問題進行環境保護及生態修復。

關鍵詞：層次分析法；生態地質環境；地理信息系統；質量評價；海峽地區

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220170

中圖分類號：TP79

文獻標志碼：A

0引言

隨著當今社會經濟的快速發展和人口的持續增加，加上長期以來人類對于生態環境保護的認識不足，重開發輕保護，導致生態環境帶來的壓力越來越大，隨之而來的是日益凸顯的森林破壞、土地過度開發、地質災害、水源污染等問題，這些生態地質環境問題嚴重制約和威脅著人類的生存和發展4]；因此如何使得經濟發展與環境保護齊頭并進，實現區域經濟的可持續發展，是當今社會急需解決的問題。這種情況下需要人類選擇科學的評價指標，建立合理的評價體系，對區域生態地質環境進行系統、科學、客觀的評價。

生態地質環境評價是生態環境保護及可持續利用的基礎工作，是在調查清楚區域內基礎地質、水文地質、工程地質以及諸多生態要素的條件下，對區域內各要素進行綜合性評價，并判定區域生態地質環境的質量狀況。根據綜合評價結果可制定與該區域環境承載能力相匹配的經濟發展模式，也可為區域內生產開發、資源利用、環境保護、生態建設等提供合理的技術保障和科學依據。但目前的生態地質環境質量評價主要停留在宏觀定性研究階段，定量研究較少。

而且生態地質環境評價主要針對礦山地區、地質災害多發地區以及城市區域，對于海峽沿岸地區的研究較少，導致該區缺乏科學合理的生態地質環境質量評價體系。

海峽沿岸地區大多地處板塊交界前沿地帶，具有地質構造復雜、斷裂構造較多、地質災害頻發、環境影響敏感度較高等特點，而且由于海峽沿岸地區地理位置特殊，區域人類社會經濟活動十分頻繁，導致海峽沿岸地區的生態地質環境較為復雜。隨著經濟全球化的不斷發展，海峽沿岸地區的開發建設活動越來越多，對海峽沿岸地區進行生態地質環境質量評價，不僅能為當前區域生態地質環境質量提供評估，而且能為未來區域的開發建設及環境保護提供科學性建議。

近年來，隨著我國“一帶一路”倡議的推行，馬來西亞的經濟發展迅速，伴隨著一系列的工程開發和基礎設施建設，馬來西亞的生態地質環境發生了重大的變化。自2015年開始，秉承“一帶一路”倡議提出的可持續發展和合作共贏理念，我國科研工作者在科技部指導下對“一帶一路”沿線區域開展了生態環境遙感監測工作，并取得了一定的成果。但目前現有的生態地質環境評價對于境外地區，特別是海峽沿岸地區的研究較少，因其屬于生態地質環境較為復雜的區域，較難進行實地考察驗證和獲取相應的實測數據，故缺乏科學穩定的評價體系。本文通過對該地區進行生態地質環境質量評價，在已有研究的基礎上構建一套具有可推廣性的境外地區生態地質環境質量評價體系，并選擇馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區進行研究，對該地區的生態地質環境質量進行具體分析；以期為分析研究該地區生態地質環境存在的問題及相應的防治策略提供理論基礎和決策依據。

1研究區概況及數據源

1.1研究區概況

1.1.1自然地理

研究區位于馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區，地理位置為100°42′27″E—102°40′01″E，2°07′46″N—4°00′19″N（圖1），研究區總面積約為0.8萬km2。該區域地形崎嶇，河流短促，地勢自西北向東南降低。

1.1.2地質概況

研究區位于歐亞板塊、太平洋板塊、印度洋板塊三大地殼板塊結合部位，所屬大地構造位置較為復雜。該地區為熱帶氣候，形成了巖體風化嚴重、風化帶多、山地較多且地形復雜的地貌特征，易發生滑坡、泥石流等次生地質災害。

1.1.3生態環境

研究區靠近赤道，屬于熱帶雨林氣候，終年高溫多雨，年均氣溫在30 ℃左右，年均降水量在2 000～2 500 mm之間。水系分布較多，植被覆蓋率較高，原生態環境質量較好。但隨著近年來經濟開發等因素影響，人為條件對生態系統破壞較大。

1.2數據源

本研究以“馬來西亞基礎地質、地質災害遙感地質專題應用編圖”項目（編號DD20191011）①所獲取的解譯數據作為基礎數據（表1），結合補充使用的遙感數據（包括高分辨率遙感數據、多光譜遙感數據和雷達數據），分析得到了2018—2019年研究區的工程地質、水文地質、斷裂構造分布和植被指數等生態地質環境影響指標。

①付長亮，楊怡.海絲路：重要海峽通道遙感地質調查.北京：中國自然資源航空物探遙感中心，2020.

2研究方法

2.1生態地質環境質量評價體系

近年來，系統評價體系已經被各界學者接受，逐漸成為解決綜合生態問題的主流方法。區域生態地質環境十分復雜，對其形成原理進行分析，找出合適的方法和評價因子進行生態地質環境質量評價，可為生態環境的開發和保護提供科學依據。要實現對區域生態地質資源的了解、管理以及可持續開發的目的，需要對區域生態地質環境進行科學客觀的評價。所以，選取合理的評價因子以及建立科學的評價體系是進行區域生態地質環境質量評價的基礎和前提。

目前國內進行的生態地質環境評價研究主要針對國內一些礦山區域和地質災害易發區域14]，對于境外地區尤其是海峽周邊區域研究較少。在方法方面較多采用定性分析，定量分析較少，而且在采用的評價因子選擇上標準不一，具有一定的局限性，導致建立的評價體系科學性、客觀性、實用性和可推廣度不高。

法相結合的方法進行評價因子的選擇和評價體系的建立，選取的評價網格大小為100 m×100 m，對馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區進行生態地質環境質量評價。

德爾菲法又名專家調查法，是1946年由美國蘭德公司創立的一種評價方法，其本質上是一種反饋匿名函詢法。該方法先將要研究的問題向相關領域專家問詢，之后將每個人的意見進行整理匯總，按照專家綜合意見對評價因子依據重要程度進行篩選排序，最后建立評價因子體系。

層次分析法（analytic hierarchy process）簡稱AHP法，是由美國匹茲堡大學教授、運籌學家Saaty于20世紀70年代初提出的一種多層次多準則決策分析方法。這種方法是先將與決策任務相關的各類因子拆分成目標層、準則層和方案層等部分，然后以此對問題進行定性或者定量的分析。此方法適用性較為廣泛，能夠較好地解決評價因子錯綜復雜、評價目標難以定量描述的決策問題。

2.2AHP法的設計與實現

1）構建層次結構模型。將生態地質環境質量評價層次化，按照評價目標層、評價要素層和評價因子層來劃分層次，并且結合研究區實地情況，從三個方面選取生態地質環境質量評價的評價因子，構建生態地質環境質量評價指標體系。

2）通過對評價因子進行兩兩比較，按照Satty給出的1—9標度法來構建判斷矩陣，分析各層次各因子的權重，并且利用隨機一致性比率（consistency ratio，RC）來對矩陣結果進行檢驗，其計算公式為：

評價時先根據計算生態地質環境質量評價指數的綜合閾值建立生態地質環境質量綜合評價等級，將計算所得的等級值進行劃分，再確定各個等級的區間范圍值。

3評價指標體系的建立

3.1評價因子的選擇與分級

本研究根據馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區的環境特征，結合前人研究3]，選擇地質條件、地形條件、生態條件作為一級評價因子，其中：地質條件包括工程地質、斷裂構造密度、地質災害密度和地下水類型，地形條件包括高程、坡度、坡向和地形起伏度，生態條件包括河網密度、植被指數以及土地利用類型，共計11個評價因子作為二級評價因子。評價指標體系見圖2，指標分級標準見表2，各指標圖示見圖3—5。

3.1.1工程地質

工程地質是決定區域內地質環境穩定和斷裂發育程度的重要條件。其能夠反映巖體的質量和性能，區域巖體越穩定、地質災害越少，說明該區域生態地質質量較好。根據遙感提取結果將研究區工程地質劃分為4級：堅硬巖C、D（良好），較堅硬巖A、B（較好），較軟巖A、B，軟巖A（中等）和含粗粒的細粒土、細粒土、礫類土（較差）（圖3a）。

3.1.2斷裂構造密度

斷裂構造密度是一定區域內斷裂構造的個數，反映了區域斷裂構造發育程度和區域地殼的穩定性。本文根據自然間斷點法將斷裂構造密度分為4級：無斷裂構造（良好），斷裂構造密度極低（較好），斷裂構造密度較低（中等），斷裂構造密度高（較差）（圖3b）。

3.1.3地質災害密度

地質災害密度反映一定范圍內地質災害發育的程度，顯著影響地區生態地質環境質量[24]。將地質災害密度分為4級：無地質災害（良好），地質災害密度極低（較好），地質災害密度較低（中等），地質災害密度高（較差）（圖3c）。

3.1.4地下水類型

地下水類型主要取決于巖類富水性，根據前人研究成果將地下水類型劃分4級：碳酸鹽巖類巖溶水（良好），松散巖類孔隙水（較好），新近系—白堊系碎屑巖類孔隙裂隙水（中等），碎屑巖類、變質巖類、巖漿巖類裂隙水（較差）（圖3d）。

3.1.5高程

高程反映地殼運動的結果，對區域內各生態地質要素具有很大的影響作用，是生態環境評價體系的重要評價指標。根據區域提取的高程結果將高程因子分為4級：lt;50 m（良好），50～200 m（較好），200～400 m（中等），gt;400 m（較差）（圖4a）。

3.1.6坡度

坡度是重要的自然地理要素，體現了地區地面的傾斜程度，坡度增加會影響植被發育，增加地質災害發生的可能性。按照自然間斷點法劃分為4級：

lt;5°（良好），5°～15°（較好），15°～25°（中等），gt;25°（較差）（圖4b）。

3.1.7坡向

坡向體現了坡面方向對太陽熱資源的分布。本文根據坡向分級標準并結合區域實際情況將坡向因子劃分為4級：陽坡、平地（良好），半陽坡（較好），半陰坡（中等），陰坡（較差）（圖4c）。

3.1.8地形起伏度

地形起伏度是區域內最高海拔點與最低海拔點的差值，反映了區域地表的起伏情況，起伏度增加影響水土流失、滑坡等地質災害的易發程度。按照自然間斷點法將地形起伏度分為4級：lt;10 °（良好），10°～21°（較好），21°～39 °（中等），gt;39°（較差）（圖4d）。

3.1.9河網密度

河網密度反映了區域內水系的發育情況，按照自然間斷點法將河網密度因子劃分為4級：河網密度高（良好），河網密度較高（較好），河網密度低（中等），河網密度極低（較差）（圖5a）。

3.1.10植被指數

植被指數是直接表示區域生態地質環境質量的標志之一，可以敏感地反映區域的生態環境變化。植被指數高，則該地區生態系統復雜，生態地質環境穩定性高。本文采用歸一化植被指數（normalized difference vegetation index，NDVI）作為標準，將該區域植被指數劃分為4級：植被指數高（良好），植被指數較高（較好），植被指數較低（中等），植被指數低（較差）（圖5b）。

3.1.11土地利用類型

土地利用類型反映了區域自然生態環境與人類社會經濟活動的相互作用，在一定程度上顯示了人類對土地利用方式和強度。本文按照前人研究結果，根據利用類型中各類型的生態條件的好壞劃分為4級：林地、水體、濕地（良好），耕地、人造地表（較好），草地（中等），裸地（較差）（圖5c）。

評價因子包括工程地質、斷裂構造密度、地質災害密度、地下水類型、高程、坡度、坡向、地形起伏度、河網密度、植被指數和土地利用類型。

3.2評價單元

較為常見的評價單元主要有三角形剖分法、正方形網格法和不規則多邊形網格法3種。由于本研究區范圍較大，而且正方形網格法可以根據區域實際條件來調整大小，所以本研究選擇正方形網格法作為評價單元劃分方式， 采用100 m×100 m的間距劃分網格。

4生態地質環境質量評價結果

4.1構建判斷矩陣及一致性檢驗

按照Saaty提出的1—9標度法，將生態地質環境質量評價因子相互之間進行重要性比較，將得到的結果按照標度值1—9或者其倒數來表示，即可獲得判斷矩陣。對判斷矩陣進行一致性檢驗，可進一步分析判斷矩陣賦予的權重是否合理。

本研究判斷矩陣計算結果表明，11個評價因子經過一致性檢驗后隨機一致性比率RC均小于0.1，說明判斷矩陣構建合理，具有比較好的一致性，詳見表3—6。

4.2各評價因子權重及排序

通過各要素層和各因子層分別相互對比，計算出各個評價因子的總權重，并進行排序，結果見表7。

由表7可見，植被指數權重值最高，斷裂構造密度、坡度、地質災害密度等因子依次降低，說明該地區生態地質環境受地表植被影響最大，同時受斷裂構造發育、地表坡度、各類地質災害等地質和地形條件影響也較大，本文排序結果與前人研究結果4]基本一致。

4.3分區結果

先將各評價因子的數據圖層進行空間疊加分析，并且結合各評價因子及其分類的權重和評分，通過ArcGIS軟件疊加計算獲得研究區各一級因子的評價結果（圖6—8）；再利用式（4）計算出研究區生態地質環境質量評價指數，并進行自然間斷法的4級切割，按照其分值高低進行排序，分級結果和對應分值區間見表8；最后獲得生態地質環境質量評價結果（圖9）。

4.4分區結果分析

根據研究區生態地質環境質量評價分區評價結果（圖9）總結了該地區的生態地質環境問題及成因，并提出了相應的保護開發建議（表9）。具體分析如下。

生態地質環境較差區面積較少，主要分布在研究區東南部一帶，即雪蘭莪州中部、森美蘭州南部和馬六甲州北部，面積約為618.57 km2，占總面積的7.68%。此區域主要地形地貌為山地，高程、坡度和地形起伏度較大，水土流失較為嚴重；斷裂構造發育密集，地質災害點分布較多，地層穩定性較差，發生地質環境問題的可能性較大；且河網和植被分布一般，地下水質量較差，評價為生態地質環境較差區域。

生態地質環境中等區主要分布在雪蘭莪州中部、森美蘭州南部及馬六甲州北部地區，面積約為1 702.72 km2，占總面積的21.37%。此區域主要為平原地區，但也有少量地質災害點分布，受斷裂構造發育和地質災害影響；工程地質環境較差，主要分布粗粒土、礫類土等土類；植被覆蓋度低，受植被分布影響較大，為生態地質環境中等區域。

生態地質環境良好區面積較大，主要在北部平原地區，面積約為2 960.33 km2，占總面積的36.76%。此區域主要地形為平原和丘陵，地形環境較好，主要分布軟巖及較軟巖，受斷裂構造和地質災害影響較小；河網分布和地下水質量一般；植被覆蓋度較高，為生態地質環境良好區域。

生態地質環境優等區面積較大，主要分布于研究區的北部平原地區及沿海地區，面積約為2 753.31 km2，占總面積的34.19%。此區域主要為平原地區，地形條件好；主要分布堅硬巖及較堅硬巖，工程地質環境良好，地下水質量較好，無斷裂構造及地質災害點，地質災害不易發，地質條件好；土地覆被類型主要為林地和耕地，河網密度高，植被覆蓋度高，生態條件好，為生態地質環境優等區域。

5結論與建議

1）本文采取AHP法與地理信息系統相結合的方法，選擇了地質條件、地形條件和生態條件作為一級評價因子，并確定工程地質、地形起伏度、植被指數等11個評價因子作為二級評價因子，進行生態地質環境質量評價體系的構建，開展了對于馬六甲海峽北岸馬來西亞西南沿海地區的生態地質環境質量的評價。

2）研究區生態地質環境質量較差區和中等區分別占研究區總面積的7.68%和21.37%，主要分布在森美蘭州南部、馬六甲州北部及雪蘭莪州中部地區，主要表現為斷裂構造和地質災害較多，地形條件較差，植被覆蓋度低，生態環境危險性較大；生態地質環境良好區和優等區面積較大，分別占研究區總面積的36.76%和34.19%，主要為平原地區，地形條件好，地質災害不易發，植被覆蓋度高，生態環境安全性高。

3）本文基于前人對生態地質環境質量評價體系研究和研究區資料分析的基礎上，利用相關地質、地形和生態數據，結合當地實際生態地質環境條件，改進了評價因子的選擇及分級，構建了適應當地特點的生態環境質量評價體系，進行了生態地質環境質量綜合評價。

3）本次研究采用德爾菲法來確定評價因子的權重，其實用性和普遍適用性仍然需要進行深入探索，確保評價因子權重的科學性和客觀性。而且生態地質環境質量評價是一個極其復雜的研究過程，具有很強的綜合性，受限于現實情況，研究主要基于理論進行，還需要對評價的結果進行野外實地考察，評判評價結果的精度和準確性。

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