基于GIS的海城市地質環(huán)境質量評價

婁新剛,孫艷榮,鄒孔業(yè)

(遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院,遼寧鞍山114000)

基于GIS的海城市地質環(huán)境質量評價

婁新剛,孫艷榮,鄒孔業(yè)

(遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院,遼寧鞍山114000)

基于地理信息系統(tǒng) (GIS)和多級模糊模式識別模型,建立了海城市空間數(shù)據(jù)庫和地質環(huán)境質量評價模型;綜合考慮地形坡度、工程地質巖組 、巖土體結構類型、地下水位 、植被發(fā)育情況、月平均降雨量、人類工程活動強度等因素,用層次分析法確定各指標權值;應用評價模型對海城市地質環(huán)境質量進行了綜合評價,把海城市地質環(huán)境劃分為優(yōu)、良、中、差4個質量級別。

地理信息系統(tǒng);地質環(huán)境;評價模型;多級模糊模式識別模型

海城市位于遼寧省鞍山市西南約50km。由于地質結構復雜,地質環(huán)境與自然生態(tài)環(huán)境脆弱,加之濫砍亂挖的人為作用,使該市地質環(huán)境質量嚴重惡化,滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質災害問題十分突出,不僅制約了當?shù)亟洕陌l(fā)展,而且還嚴重威脅著人民生命財產的安全。基于地理信息系統(tǒng) (GIS)對該縣進行了地質環(huán)境質量綜合評價,以期為該市地質災害防治及生態(tài)地質環(huán)境保護,提供合理地規(guī)劃及參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質環(huán)境

海城市地質構造屬于遼東地塊與下遼河斷陷東側上升、西側階梯狀下降,區(qū)內新構造運動強烈,表現(xiàn)為明顯的間歇性抬升運動。在此背景下,海城市存在多種構造形跡,地質構造較為復雜,各種斷裂和褶皺構造發(fā)育,使巖石破碎和構造節(jié)理裂隙發(fā)育,加強了巖石物理風化作用。

海城市地殼區(qū)域穩(wěn)定性較差,其西北鄰近郯廬地震帶的北段,東南鄰近新釜地震帶,而20世紀70年代以來,這兩條地震帶均多次發(fā)生較強地震,波及該市,加強了巖體和山坡穩(wěn)定性的破壞,對地質災害的形成和發(fā)展起到了促進作用。如1975年2月海城發(fā)生7.3級強烈地震,引發(fā)了一系列山體滑坡、崩塌、地面塌陷 (巖溶塌陷)、地裂縫等地質災害。

2 地質環(huán)境質量評價

2.1 評價指標體系

在對資料進行分析后 ,通過兩兩比較法對指標進行篩選優(yōu)化,選取地形坡度、工程地質巖組、巖土體結構類型、地下水位、植被發(fā)育情況、月平均降雨量 、人類工程活動強度等為主要評價指標 。地質環(huán)境質量分為優(yōu)、良、中、差4個等級,相應地將評價指標也用 4級來描述,建立評價指標體系 (表 1)。

表1 地質環(huán)境質量評價指標分級標準

計算中,采用層次分析法來確定評價指標的權重,具體步驟如下:

(1)構造判斷矩陣。對于z1,z2,…,zn個評價指標,由專家組運用兩兩比較得判斷矩陣 Z。

(2)將判斷矩陣按行求

(3)歸一化

(4)求最大特征值

(5)進行一致性和隨機性檢驗

式中:C.I為一致性指標;n為矩陣階數(shù);R.I為平均隨機一致性指標;C.R為隨機一致性比率。只有當 C.R<0.10時,求出的權值才比較合理。

通過計算 ,得出各指標的權重見表2。

表2 評價指標權重

2.2 評價模型

評價數(shù)學模型采用由陳守煜提出的多級模糊模式識別模型,其以相對級別特征值作為判斷或識別的依據(jù),克服了最大隸屬度原則所不適用的地方,而且以相對隸屬度、隸屬函數(shù)為基礎理論,使隸屬度、隸屬函數(shù)的計算更容易。實現(xiàn)步驟為:

(1)規(guī)格化處理。設某樣本需要對模糊子集A進行識別,樣本的m個指標組成的特征向量為

式中:xi為樣本指標 i的特征值;i= 1,2,…,m。

如樣本依據(jù) m個指標c個級別的已知指標標準特征值進行識別,則有指標標準特征值矩陣

式中:Yih為指標i級別h的標準特征值;h=1,2…,c;i=1,2,…,m。

則遞減型指標對A的相對隸屬度

h級指標標準特征值對A的相對隸屬度

遞增型指標對A的相對隸屬度

h級指標標準特征值,對A的相對隸屬度

(2)求最優(yōu)相對隸屬度向量。樣本對A的各個級別相對隸屬度矩陣

式中 :uh為樣本對A的級別h的相對隸屬度,按式 (10)求解

式中:a、b為樣本級別區(qū)間范圍;wi為樣本指標i的權重;p為距離參數(shù) ,p=1為海明距離,P=2為歐氏距離;dh為廣義權距離。

(3)求級別特征值。相對級別特征值為級別變量h以對應的相對隸屬度為權重的總和,即

式中:Hu為相對級別特征值,是描述狀態(tài)或級別的無量綱數(shù),且1≤Hu≤c。由于其利用了全部相對隸屬度信息,其判斷結論比最大隸屬度原則更符合實際情況。因此,可應用相對級別特征值來判定此樣本屬于何種級別。

2.3 評價結果分析

用C++Builder 6.0開發(fā)的評價模型,對海城市進行了地質環(huán)境的質量評價,將評價分為四大區(qū)8個亞區(qū)。分區(qū)結果見海城市地質災害易發(fā)區(qū)分區(qū)表 (表3)。

表3 海城市地質環(huán)境質量分區(qū)表

續(xù)表3

3 結語

綜合考慮地形坡度、工程地質巖組 、巖土體結構類型地下水位 、植被發(fā)育的情況、月平均降雨量、人類工程活動強度等指標 ,運用層次分析法確定各權值;采用多級模糊模式識別模型,對海城市進行了地質環(huán)境質量評價,把海城市地質環(huán)境劃分為優(yōu) 、良、中、差4個級別。評價結果,為海城市地質環(huán)境的開發(fā)、利用和保護以及地質災害的預防,提供了一定的參考依據(jù)。

[1] 趙 振,谷光裕.海城地震孕育的地球物理環(huán)境的討論[J].東北地震研究,1996,12(4):11-16.

[2] 王景明,王春梅,劉 科.地裂縫及其災害研究的新進展[J].地球科學進展,2001,16(3):303-313.

[3] 田大佑.地質災害防治與制度建設 [J].湖北地礦,2000,14(3、4):64-66.

[4] 張開平.滑坡泥石流治理探討 [J].水土保持研究,2000,7(3):174-176.

[5] 鹿愛莉,曹清華,薛全全.建立地質災害調查項目社會評價指標體系 [J].資源·產業(yè),2003,5(4):16-18.

[6] 柳 源.建立具有中國特色的地質災害防災預警系統(tǒng) [J].資源·產業(yè),2003,5(2):56-57.

[7] 袁紹武.塌陷防治與可持續(xù)發(fā)展 [J].中國地質災害與防治學報.1997,8(增刊):29-33.

[8] 李 毅,李蘅,張靜.我國礦山地質災害主要類型和勘查防治方法 [J].礦產與地質,2004,18(101):62-64.

[9] 楊裕云,楊紅剛,吳有才.與地下水作用有關的地質災害[J].水文地質工程地質,2004(增刊):1-7.

[10] 張 梁,張業(yè)成,羅圓華.地質災害災情評估理論與實踐[M].北京:地質出版社,2004,45-120.

[11] 崔德田,夏宗仁.鞍山國土資源 [M].沈陽:遼寧人民出版社,1992,17-42.

[12] 縣 (市)地質災害調查與區(qū)劃基本要求實施細則.中國地質環(huán)境監(jiān)測院,2001.

[13] 康志勇.鞍山市“九五”時期地礦成果匯編 (1996-2000)[C].鞍山,遼寧冶金地質勘查局,2001.

[14] Lalliana Mualchin,Ellis L.Krinitzsky.A new and defective regu2 lation in California for protecting critical buildings from earth2 quakes[J].Engineering Geology,69(2003):415-419.

Geoenvironmental quality assessment of H aicheng county based on GIS

LOU Xin2gang,SUN Yan2rong,ZOU Kong2ye
(Liaoning Province Geological Exploration Bureau Metallurgy Research Institute of Geological Exploration,Anshan 114000,China)

Based on GIS and the model of multiclass fuzzy pattern recognition,the spatial database in Haicheng county and geoenvironmental quality assessment model are established.By considering such fac2 tors as terrain slope,engineering geological rock groups,structural type of rock and soil mass,ground water level,vegetation growth conditions,monthly precipitation,intensity of human engineering activi2 ties,the geoenvironmental quality in Haicheng county is assessed comprehensively with the assessment mode1.The geoenvironment quality is classified into four classes:best,good,moderate,and worst.The assessment result can provide rational plan and referenee basis for the prevention and control Of geolog2 ical hazards and the protection of ecological geoenvironment.

geographical information system;geoenvironment;assessment model;model of multi2 class fuzzy pattern recognition

X32

A

1004-4051(2010)02-0082-04

2009-10-25

婁新剛 (1980-),男,助理工程師,專門從事水工環(huán)地質專業(yè)技術工作,曾參與各類勘查、科研、找水、打井等項目十余個。