地质环境质量综合评价中的敏感因子模型_蔡鹤生

第17卷　第2期1998年 6月地质科技情报Geolog ical Science and Technolog y Information Vol.17　No.2J un.　1998地质环境质量综合评价中的敏感因子模型蔡鹤生　唐朝晖　周爱国(中国地质大学环境科学与工程学院,武汉,430074)摘　要　以系统分析理论为指导,在讨论环境因子与人类活动相互作用的差异性、评价单元的不均一性的基础上,提出了地质环境质量综合评价敏感因子模型。

该模型突出了对人类活动具有决定性制约作用或者受人类活动影响极大的环境因子(或状态)——敏感因子的作用。

并应用于三峡工程库区巫山县城新址地质环境质量综合评价中,结果表明应用该评价模型所得结论更符合实际。

关键词　地质环境　地质环境质量　综合评价　敏感因子模型分类号　P 6281　敏感因子评价模型建立的基本思路模型是实际的概化,一个切合实际的模型只有对所研究系统的构成、结构等有了深刻认识,占有了大量实际资料、数据,掌握了实际问题的变化规律后,才可能从实际系统中抽象出反映实际变化过程的概念模型〔1～3〕。

因此,必须对所研究的地质环境进行深入、全面、系统的分析,即定性分析,在此基础上建立概念模型,进而抽象出数学模型,但不能迷信数学模型。

从另一个方面讲,只有给数学模型输入高质量反映环境因子性状的参数,才能获得令人信服的结果。

为此,也必须对所研究的地质环境进行系统的调查、监测和全面的分析研究。

此外,由于地质环境的复杂性与不确定性,以及人们对其本质认识的局限性,使得人们在对某一具体的地质环境进行质量综合评价时,往往还需依靠专家的职业性经验判断来评价某一环境因子的贡献大小〔1,4〕。

综上所述,地质环境质量综合评价应以定性分析为基础,尽力实现定量化。

鉴此,笔者提出敏感因子模型,来解决那些对环境质量起决定作用的环境因子的贡献大小问题。

2　敏感因子模型的建立2.1　环境因子分类建立地质环境质量评价模型,必须对其构成要素依据其在与人类活动相互作用关系中的地位进行分类。

这种相互作用的关系具体体现在两个方面。

・71・ 国家计划项目“三峡工程库区移民新址地质论证”部分成果第一作者简介:蔡鹤生,男,1943年11月生,副教授,主要从事水文地质、工程地质、环境地质及环境遥感教学与科研工作收稿日期:1997-08-25 修改稿收到日期:1997-11-02 编辑:曲梅兰一方面,地质环境因子因自身质量状况的差异而表现出对人类活动的影响或制约的程度不同,我们将这些环境因子据其质量状况分为两类:第一类,环境因子的质量对人类活动的正常进行或完全适宜,或会产生不同程度的不利影响,但在当今技术经济条件下,通过一定的技术措施即可改善,我们称其为一般环境因子;第二类,环境因子的质量完全不能适应人类活动,在当今的技术经济条件下,人类活动无法进行或者需要太大的经费投入才能改善,则称之为对人类活动影响极大的环境因子。

另一方面,同一人类活动对不同的环境因子又可产生不同程度的影响,也就是说不同的环境因子抵抗人类活动干扰的能力是不同的。

据此可将环境因子分为:第Ⅰ类,环境因子受某特定人类活动的干扰较小,或虽受到该人类活动较大程度的影响,其质量明显变差并反作用于该人类活动,使其进行遇到较大的阻力,但这种环境因子的质量变化尚未超出其环境容量,该人类活动只需进行适当调整,称这类环境因子为一般环境因子;第Ⅱ类,环境因子受某项人类活动的影响极为强烈,该人类活动一旦出现,此类环境因子的质量迟早会发生变异,超出其环境容量,同时又反作用于人类活动,使之不能进行,我们称其为受人类活动影响极大的因子。

由上面分析可见,就某特定的人类活动或评价目标而言,各环境因子因质量不同,其对人类活动影响的差异是很大的,此外它们受到人类活动干扰程度的差别也很大。

其中第一类与第Ⅰ类环境因子即一般因子可通过给予它们不同的权值以反映其差别;而上述第二类与第Ⅱ类环境因子(或状态)尽管其与人类活动相互作用的方式不同,前者无论有无人类活动,都客观存在于地质环境中,其质量已差到足以制约人类活动进行,后者则因人类活动的干扰而产生质量变异,反作用于人类活动,这类环境因子作用的最终结果都是使人类活动不能正常进行。

我们将这些对人类活动极为敏感或者具有决定性制约作用的环境因子(或状态)称为敏感因子,只要该环境因子存在,人们所确定的目标在其所在区域则绝对或极难实现,通俗地讲,即具“一票否决”权。

2.2　评价单元分析地质环境系统是一种地质空间,这一空间里各处的特征显然具有差异,其质量也会不同,这样就需将其划分为更小的单元来作为评价单元。

那么,是否将划分出来的评价单元同等对图1敏感因子模型框图Fig.1Chart of the s ensitive factor model N Y 质量差区评价结果数学模型具可比性评价单元存在敏感因子(状态)敏感因子评价敏感因子一般因子地质环境系统分析待,显然,不同的地质环境单元自身的环境特征可能比较均一,但也可能相差甚远,将那些均一性太差的单元放在一起评价肯定不合理。

例如,在三峡工程库区巫山县城新址的地质环境质量评价中,将新址区西坪中学南侧的某个地质环境单元与其北侧的某个单元相比较,两者的地质条件差别不大,但前者因为处于库岸再造带,其质量已差到不能有任何人类活动进行,后者则位于非库岸再造带,可允许人类活动进行,可见两者存在本质的差别,在这种情况下再来比较两者的岩土性质、地形、地质构造、地下水等环境因子的质量既无必要也无意义,这就说明两者因环境条件差异(前者存在敏感因子——库岸不稳定,后者则无)而已经不具有可比性,此时必须先从敏感因子的角度去处理。

因此,在建立评价模型时应该充分考虑到评价单元之间的可比性,尤其不应该用同一数学模型对不・72・具可比性的单元进行质量评价,即只有在定性分析的基础上,将所有的评价单元加以本质的区别,再对具有同一本质的可比性的评价单元运用统一的数学模型进行评价才合适,这也是前面讨论过的应用数学模型进行定量评价的前提条件与适用范围。

2.3　敏感因子评价模型的建立根据前述分析,可以建立如图1所示地质环境质量评价模型,称之为敏感因子综合评价模型,其基本步骤如下。

(1)通过地质环境系统分析〔3〕,对其构成环境因子进行定性描述,将它们分为敏感因子、一般因子。

(2)选择敏感因子参与敏感因子评价。

对评价区就所有的敏感因子逐个进行检验评价,凡是地质环境单元中有一个敏感因子(状态)存在,其检验评价就不予以通过,这样的区域(单元)即列出,其质量评价为差级,不存在敏感因子(状态)的单元则参与下一步评价。

(3)上一步评价后,剩余的地质环境单元因不存在敏感因子(状态)而具有可比性,则可选择一般因子作为评价因子,并选取较合适的数学模型进行定量评价。

3　应用实例3.1　评价目的这里我们以三峡水利枢纽库区巫山县城新址地质环境质量综合评价为例。

综合评价的目的是为新城合理规划和建设提供有关地质环境方面的科学依据,以避免出现新的地质环境问题,从而保证新城建设和运营中社会、经济、环境的可持续协调发展,其中主要是针对场地的建筑适宜性。

3.2　评价因子选取环境因子的合理选取,评价指标体系的科学建立,是对地质环境质量进行客观评价的前提。

逐一分析各构成要素,将众环境因子进行分类,选择地形坡度、库岸稳定性、场地稳定性为敏感因子,其状态分别为:坡度≥30°区(4区)、不稳定区(库岸再造带内)、场地不稳定区(D区)和地质环境问题区(E区);选择一般因子中的地形坡度(<30°,即1,2,3区)、微地貌形态、地基土承载力、场地稳态作为评价因子参与具有可比性单元的环境质量评价,其中场地稳定性包括场地稳定区(A区)、基本稳定区(B区)、潜在不稳定区(C区)。

3.3　敏感因子评价敏感因子(状态)对地质环境质量极为重要,通俗地讲即具“一票否决”权,有它们存在的单元,其地质环境质量制约着新城建设,定为差区。

对地质环境内所有组成单元,就每一敏感因子进行评价,状态与标准划分见图2所示。

在上述3项敏感因子评价中,只要某一项存在,该区域(单元)质量则为差区,即取差原则。

通过此评价,即可确定新址地质环境质量为差或较差的区域,这些区域不适宜城市建设;其它区域内各地质环境单元则具有可比性。

3.4　模糊综合评价对前节敏感因子评价后的具可比性的地质环境单元选择模糊综合评判法进行评价。

(1)对具可比性的区域按自然边界不规则多边形网络单元划分法划分评价单元。

在划分过程中,以地形坡度分区图为基础,将场地稳定性分区界线叠加上去,然后再将岩土体分区界线进一步叠加,这样能使每一个评价单元中基本上不存在较重要的自然边界,保证单元内环境条件的均一性。

本区共分为174个评价单元。

・・73图2敏感因子评价流程示意图Fig.2Flow chart of the sensitive factors evaluation N N Y Y YN 具可比性区域场地稳定性库岸稳定性地形坡度库岸再造带,质量划分为Ⅳ区稳态分区为D 区、E 区,质量划分为Ⅳ区坡度分区为≥30°质量划分为Ⅳ区评价区(2)选用专家—层次分析法〔5〕确定参与模糊综合评价的地形坡度(<30°)、微地貌形态、地基土承载力、场地稳态(A ,B ,C 区)诸评价因子的权重:w 为0.316,0.172,0.087,0.425。

(3)应用模糊综合评价模型对各评价单元进行综合质量评价: 针对各评价因子对城市建筑物的适宜性,建立评价因子状态指标等级。

具可比性的评价单元已不存在差或较差单元,其质量为好、较好或一般,相应状态分为三级,据城市建筑物的要求与新址地质环境特点建立表1所示评价因子状态等级; 用线性隶属函数方法确定各隶属函数值; 根据多种合成方法比较,选用加权平均模型(即b j = 4i =1a i r ij )进行合成运算,主因子决定模型b j =V 3j =1{a i r ij }作为对比参考,所有计算可编制程序由计算机完成; 根据综合评价结果,将相同等级单元合并,可以编绘新址地质环境质量评价图。

表1　评价因子状态等级划分表T able 1　Cr ade div ide of ev aluation factor s评价因子状态Ⅰ(好)状态Ⅱ(较好)状态Ⅲ(一般)地形坡度<10°(1区)10°～25°(2区)25°～30°(3区)微地貌形态阶地、岩质斜坡、舒宽山脊土质斜坡、尖窄山脊沟谷谷底、临谷底斜坡、洼地场地稳定性稳定区(A 区)基本稳定区(B 区)潜在不稳定区(C 区)地基土承载力(f k ) 土基f k ≥180kPa ,岩基f k ≥400k Pa,地基相对均一,适宜布置工民建筑土基f k ≥180kPa ,岩基f k ≥400kPa,局部地基需处理,基本满足工民建筑要求覆盖层厚,风化深度大,场地整平或地基开挖工程量大,基础砌置深度较大,岩土地基经处理后可满足工民建筑要求表2　评价成果统计表T able 2　Sta tistics of ev aluat ion r esult 质量等级好(I)较好(II)一般(III)差(IV)合　计建筑适宜程度最佳建筑场地良好建筑场地一般建筑场地不宜建筑场地面积/km 201.51501.3380.37301.760　4.986所占比例/%30.4　26.8　7.5　35.3　100.03.5　评价结果分析新址地质环境质量评价的可信度是建立在对所评价的地质环境深入系统的分析、评价模型的科学建立、评价因子的合理选取等基础上的。