彭州市白水河流域地質(zhì)環(huán)境演化及評(píng)價(jià)

董淑乾，康小兵，許 模，甯 娜，王 越，段 毅

（1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.四川省彭州市風(fēng)景名勝旅游管理辦公室，四川 彭州611900）

白水河流域位于彭州市境內(nèi)北部，處于龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶，受龍門(mén)山斷裂帶影響，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)銀廠溝旅游風(fēng)景區(qū)就位于白水河流域。2008年“5·12”地震過(guò)后，流域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題更是突出，滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害的發(fā)生也越來(lái)越頻繁，地質(zhì)環(huán)境條件也發(fā)生了很大的改變。為加快彭州市白水河流域?yàn)?zāi)后重建和基礎(chǔ)設(shè)施的完善，更加合理地開(kāi)發(fā)、利用資源并且保護(hù)流域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境，確定地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況對(duì)人類生存和發(fā)展的適宜性，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)具有十分重要的社會(huì)意義[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

白水河流域地處于成都平原北部彭州市境內(nèi)西北方向，涉及龍門(mén)山鎮(zhèn)、小魚(yú)洞鎮(zhèn)等，流域面積約100 km2。白水河為湔江上游支流，發(fā)源于光光山，在龍門(mén)山鎮(zhèn)注入湔江。流域處于龍門(mén)山脈的過(guò)渡地帶，由湔江沖積扇平原向西北向的山麓過(guò)渡，地勢(shì)逐漸由平坦變陡峭[2]。

白水河流域處在北川－映秀大斷裂南東盤(pán)，江油－灌縣大斷裂北西盤(pán)，屬于前山?jīng)_斷－推覆構(gòu)造帶。龍門(mén)山推覆斷裂構(gòu)造帶自北西向南東主要發(fā)育茂汶斷裂（后山斷裂）、映秀－北川斷裂（中央斷裂）、灌縣斷裂（前山斷裂）3條大斷裂帶，研究區(qū)位于映秀－北川斷裂帶南側(cè)且極為接近，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，斷裂構(gòu)造及飛來(lái)峰構(gòu)造發(fā)育（圖1）。出露地層有第四系（Q4、Q2－3）、三疊系須家河組（T3xj）、三疊系飛仙關(guān)組（T1f）、二疊系吳家坪組（P2w）、二疊系龍?zhí)督M（P1t）、二疊系陽(yáng)新組（Py）和泥盆系沙窩子組（Ds）[3－6]。

流域內(nèi)總體的地貌形勢(shì)是西北高東南低，西部地形陡峭，溝谷深切，多懸崖峭壁，不利于地下水的富集和儲(chǔ)存。東部地形平坦，基巖由于構(gòu)造、風(fēng)化、溶蝕等作用裂隙發(fā)育，地表殘坡積、崩坡積等松散堆積層分布廣泛，利于接受地表水補(bǔ)給和地下水的富集。

2 地質(zhì)環(huán)境演化

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic geological map of study area

白水河流域更接近于龍門(mén)山中央斷裂，歷來(lái)該斷裂帶上發(fā)育的地震對(duì)于區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境的改變和演化都起著重要的作用。2008年5月12日14時(shí)28分發(fā)生的汶川8.0級(jí)強(qiáng)烈地震（“5·12”地震）是該區(qū)有記錄以來(lái)的最強(qiáng)地震之一?！?·12”地震強(qiáng)度大，波及范圍廣，災(zāi)情慘重，特別是對(duì)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境演化有著重要的影響。由于地震是斷裂帶長(zhǎng)時(shí)間的能量聚集而超過(guò)其承受能力突然爆發(fā)的結(jié)果，大部分的崩塌、滑坡、泥石流都是由于地震而觸發(fā)的，因此研究區(qū)域在地質(zhì)環(huán)境的改變上具有突發(fā)性的特點(diǎn)[7]。

2.1 “5·12”地震前后斷裂形態(tài)差異

白水河流域處于龍門(mén)山的前山斷裂與中央斷裂之間，接近于龍門(mén)山中央斷裂，且流域內(nèi)有一條白水河斷裂，“5·12”汶川大地震后，斷裂形態(tài)發(fā)生了一定的變化，其差異主要表現(xiàn)在2方面：第一，地震后龍門(mén)山斷裂帶的逆沖強(qiáng)度減弱；第二，產(chǎn)生了大量的破碎帶（圖2）。

2.2 地震前主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

白水河流域是地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)域，地震前主要有崩塌滑坡等災(zāi)害點(diǎn)5處。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工礦用地、旅游用地、交通用地、水利設(shè)施用地等的規(guī)模呈逐年遞增趨勢(shì)，這對(duì)地質(zhì)環(huán)境的改造更為劇烈，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性更大?！?·12”地震前的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題就主要集中在人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，主要可分為以下幾方面。

圖2 地震后巖石破碎Fig.2 Fragmentation of rock after“5·12”earthquake

a.邊坡開(kāi)挖對(duì)地質(zhì)災(zāi)害形成的影響。流域內(nèi)近年來(lái)進(jìn)行道路建設(shè)，在工程進(jìn)行中對(duì)斜坡開(kāi)挖，改變了原有斜坡的形態(tài)，形成新的邊坡。其中一些不合理的邊坡開(kāi)挖破壞斜坡原有的穩(wěn)定狀態(tài)，形成不穩(wěn)定斜坡，造成地質(zhì)災(zāi)害隱患。

b.礦山開(kāi)采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。流域內(nèi)主要有煤礦、石灰礦、頁(yè)巖礦等。這些礦山的開(kāi)采，往往會(huì)改變地質(zhì)環(huán)境條件，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。如煤礦、采石廠開(kāi)采已經(jīng)對(duì)本區(qū)原生地形地貌產(chǎn)生了較大破壞，開(kāi)采后的陡坡存在滑坡與崩塌的可能；若是井下開(kāi)采，采空區(qū)易塌陷。同時(shí)，堆積的廢棄礦渣占用了大量土地，直接或間接地破壞植被，形成了多處穩(wěn)定性較差的人工堆積體，加劇了水土流失，嚴(yán)重破壞了白水河流域的環(huán)境地質(zhì)條件[8]。

c.農(nóng)耕墾殖對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。農(nóng)耕墾殖是流域內(nèi)丘陵、山區(qū)分布最廣、最普遍、最頻繁的一類活動(dòng)，斜坡地帶（＞25°）的農(nóng)耕墾殖使得大量植被被破壞，土體裸露，有利于雨水入滲，常常引發(fā)表層土石產(chǎn)生滑坡。

2.3 地震后主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

流域在“5·12”特大地震中，大量的山體崩滑、開(kāi)裂，改變了山河的面貌，導(dǎo)致流域內(nèi)原本秀美的自然山體破碎斑駁、道路損毀、河道淤塞（圖3）。同時(shí)，地震引發(fā)了大量地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，白水河流域所在的龍門(mén)山鎮(zhèn)與小魚(yú)洞鎮(zhèn)地震前地質(zhì)災(zāi)害共17處，地震后共62處，新增災(zāi)害點(diǎn)45個(gè)。

通過(guò)研究區(qū)內(nèi)地震前后對(duì)比，地震地質(zhì)災(zāi)害除了以往的崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、塌陷等，還增加了泥石流災(zāi)害，且地質(zhì)災(zāi)害無(wú)論是在規(guī)模、發(fā)育分布范圍還是危險(xiǎn)性等方面都有所增加和擴(kuò)大，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)。

a.地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量增加較多，增長(zhǎng)速度較快，增加最多的是崩塌災(zāi)害。地震對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境破壞較大，今后一段時(shí)間內(nèi)，滑坡和泥石流活動(dòng)趨勢(shì)是強(qiáng)烈的。

圖3 流域內(nèi)地震后山體巖石破碎Fig.3 Rock fracture of mountains after“5·12”earthquake in the Baishui river basin

b.地質(zhì)災(zāi)害的類型有所增加。地震前，流域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡、崩塌與潛在不穩(wěn)定斜坡等。雖然流域內(nèi)降雨豐沛，溝谷形態(tài)有利于泥石流的形成，但溝谷中植被覆蓋率很高，可形成泥石流的物源不多，基本沒(méi)有泥石流災(zāi)害。而地震后在流域內(nèi)誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，為泥石流的形成提供了豐富的物源，常常在雨季發(fā)生泥石流災(zāi)害[9]。

c.地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布范圍明顯擴(kuò)大，且地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性普遍較大。

3 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)原理與方法

地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)工作是了解地質(zhì)環(huán)境變化趨勢(shì)、制訂地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和進(jìn)行宏觀決策的一種方法和手段。地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣程度對(duì)人類的生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有重大影響，只有有效地進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理才能合理地開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，合理規(guī)劃人類工程活動(dòng)，最大限度地控制人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，從而達(dá)到保護(hù)并改善地質(zhì)環(huán)境，使其更適宜于人類生產(chǎn)和生活的目的[10，11]。

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量是反映地質(zhì)環(huán)境優(yōu)劣的綜合指標(biāo)，受到各類因素的影響和制約。根據(jù)本流域的地質(zhì)環(huán)境特征，可以把流域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境看作一個(gè)系統(tǒng)，由評(píng)價(jià)要素和影響因子2個(gè)層次組成。地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)步驟如下：首先分析流域內(nèi)影響地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的主要因素，確定評(píng)價(jià)要素及評(píng)價(jià)因子；將地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量劃分為優(yōu)、良、中和差4個(gè)等級(jí)，各參評(píng)要素的各因子也相應(yīng)按其質(zhì)量等級(jí)劃分為優(yōu)、良、中和差4個(gè)等級(jí)，并給出每個(gè)等級(jí)的指標(biāo)基準(zhǔn)值；利用層次分析方法確定各要素和因子的權(quán)重值；建立評(píng)價(jià)系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型，然后利用數(shù)學(xué)模型由因子計(jì)算出要素的評(píng)價(jià)值，再由要素的評(píng)價(jià)值計(jì)算出地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)指數(shù)，并據(jù)此最終判定地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣。

3.2 評(píng)價(jià)因素的選取

在實(shí)際工作中要建立一個(gè)包含所有地質(zhì)環(huán)境因素的模型來(lái)評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量幾乎是不可能的，除了某些因素所包含的參數(shù)有時(shí)很難取得外，還會(huì)因?yàn)閰?shù)過(guò)多導(dǎo)致它們之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的協(xié)同和相互影響，所以，在選取評(píng)價(jià)因素的時(shí)候應(yīng)盡量找出影響地質(zhì)環(huán)境的主要因素，舍去次要因素。也就是應(yīng)盡量提取對(duì)人類活動(dòng)極為敏感或者有重要影響的地質(zhì)環(huán)境敏感因子和重要因子。

評(píng)價(jià)因子的選取原則是評(píng)價(jià)因子對(duì)地質(zhì)環(huán)境具有較顯著的影響，以及所選取的評(píng)價(jià)因子應(yīng)該在研究區(qū)及周?chē)植忌暇哂忻黠@的差異。彭州市白水河流域地處龍門(mén)山斷裂帶，是龍門(mén)山與成都平原的過(guò)渡區(qū)，流域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，地貌與地層巖性多變，且氣候條件也存在著過(guò)渡性的變化，從而造成了土地資源、植被條件、地下水資源與人類活動(dòng)的差異。除此之外，由于地震等的影響，研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模大、數(shù)量多，對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成了較大的破壞，負(fù)面影響明顯。因此，本文主要選取區(qū)域地質(zhì)條件、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、土壤環(huán)境質(zhì)量、植被條件、氣候、地下水資源、巖土體工程地質(zhì)特征、人類活動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害等9個(gè)影響要素和相對(duì)應(yīng)的16個(gè)評(píng)價(jià)因子組成地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)（表1）。

3.3 評(píng)價(jià)因子基準(zhǔn)值確定

因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是以是否有利于自然地質(zhì)環(huán)境的良性循環(huán)以及是否有利于人類的生存發(fā)展為原則。根據(jù)流域內(nèi)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，參考以往地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究成果中對(duì)各評(píng)價(jià)因子的相關(guān)指標(biāo)，按評(píng)價(jià)因子對(duì)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量影響程度的大小，將每個(gè)評(píng)價(jià)因子劃分為優(yōu)、良、中和差4個(gè)等級(jí)，并對(duì)各等級(jí)依次賦值為1、3、5、7。白水河流域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的基準(zhǔn)值劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

3.4 評(píng)價(jià)因素權(quán)重的確定

在地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中，選擇的是多個(gè)環(huán)境要素與環(huán)境因子一起參與評(píng)價(jià)。在這些評(píng)價(jià)因素綜合時(shí)，對(duì)各個(gè)變量具有權(quán)衡輕重作用的數(shù)值即為權(quán)重。權(quán)重即是反映不同評(píng)價(jià)因子間重要性程度的差異，本文采用較為合理可行的層次分析方法確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重。前面我們已經(jīng)將地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)劃分為評(píng)價(jià)因素、評(píng)價(jià)因子，建立起遞階層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)計(jì)算得出研究區(qū)內(nèi)各評(píng)價(jià)要素、因子權(quán)重見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)因子基準(zhǔn)及權(quán)重Table1 The standard of the evaluation factors and weight

3.5 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐峙c數(shù)學(xué)模型的建立

截取1∶50 000大寶山幅地質(zhì)圖白水河流域部分作為底圖，按坐標(biāo)網(wǎng)劃分評(píng)價(jià)單元，每單元為1km×1km，共劃分為96個(gè)評(píng)價(jià)單元，并依次編號(hào)（圖4）。

然后利用權(quán)重加權(quán)平均的方法進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。截至目前該方法仍然是地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的主要方法。其數(shù)學(xué)模型為

其中：IP為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)指數(shù)；Wi為地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；Pi為地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中因子的值。

根據(jù)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，把彭州市兩河流域地區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)分為4級(jí)：好、較好、較差和差。

圖4 評(píng)價(jià)單元及編號(hào)Fig.4 Evaluation unit and number

3.6 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)上節(jié)所敘述的步驟以及數(shù)學(xué)模型，分別計(jì)算出每個(gè)評(píng)價(jià)單元的結(jié)果，依據(jù)得分范圍劃分評(píng)價(jià)等級(jí)。得分在1～2之間為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好的優(yōu)區(qū)；得分在2～4之間為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的良好區(qū)；得分在4～6之間為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等區(qū)；得分在6～7之間為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的差區(qū)，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可看出地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差區(qū)主要集中在沿白水河兩岸，且沿河兩岸由于地震影響和近年來(lái)人類工程活動(dòng)增多的影響，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育明顯，還未成災(zāi)的不穩(wěn)定斜坡點(diǎn)也顯著增多。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中區(qū)和差區(qū)的評(píng)價(jià)單元占整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的65%（圖6），因此彭州市白水河流域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量整體較差。

圖5 白水河流域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 The evaluation results of the geological environment quality of the Baishui river basin

圖6 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Fig.6 Statistics of the evaluation results of the geological environment quality

4 結(jié)論

本次研究全面系統(tǒng)地收集了彭州市白水河流域的地質(zhì)、礦產(chǎn)、水文、自然地理以及流域內(nèi)人類工程活動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等方面的資料，通過(guò)對(duì)已有資料的利用和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，基本查明了白水河流域內(nèi)的地質(zhì)背景、巖土體工程地質(zhì)、地質(zhì)資源等基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境條件和主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。并以“5·12”汶川地震為時(shí)間界限，對(duì)比分析震前與震后地質(zhì)環(huán)境的改變，得出流域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境的演變特征。在此基礎(chǔ)上對(duì)流域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況較相符，可以達(dá)到為白水河流域規(guī)劃、開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)依據(jù)的目的。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示白水河流域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量總體較差。其中差區(qū)主要集中在沿白水河兩岸，主要表現(xiàn)為地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)烈。汶川地震與近年來(lái)增多的人類工程活動(dòng)更是加劇惡化了地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量。

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