地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的基本類型

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的基本類型

隨著人口的快速增長、經(jīng)濟的快速發(fā)展和自然資源的大量消耗，不僅會導致環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的惡化，還會導致頻繁發(fā)生自然災害（包括自然災害）。人類生存的環(huán)境質(zhì)量惡化，環(huán)境問題在社會和經(jīng)濟發(fā)展中的制約作用也變得越來越明顯。為此,1992年6月聯(lián)合國在巴西召開了世界環(huán)境與發(fā)展大會,制定了《21世紀議程》,提出了在發(fā)展經(jīng)濟的過程中保護全球環(huán)境的目標,旨在通過國際社會的一致行動,遏制全球環(huán)境惡化的趨勢,協(xié)調(diào)環(huán)境與發(fā)展的關系。我國是世界上地質(zhì)災害最為嚴重的國家之一,地質(zhì)災害具有類型多、分布廣和成災強度高的特點。這些地質(zhì)災害大部分發(fā)生在承載能力較低的地區(qū),給當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定構(gòu)成了嚴重的威脅。地質(zhì)災害是地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量低劣的表現(xiàn),它的頻發(fā)不僅反映了自然地質(zhì)環(huán)境的脆弱性,而且反映了人類工程經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境之間矛盾的激化。要使人類工程經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境之間保持較為協(xié)調(diào)的關系,就必須對地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行評價,以了解不同經(jīng)濟發(fā)展過程中區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的基本態(tài)勢和變化趨勢,為環(huán)境管理和城市規(guī)劃等提供依據(jù)。1地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)及其評價體系1.1對地質(zhì)環(huán)境的影響地球表面的自然環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。它主要包括氣候環(huán)境、水環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境。地質(zhì)環(huán)境是自然環(huán)境系統(tǒng)中影響人類生存與發(fā)展最重要的組成部分,它由地層、巖石、地質(zhì)構(gòu)造、地貌和地質(zhì)資源以及人類社會等5個子系統(tǒng)構(gòu)成,其上限是巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈和人類相互作用的界面,其下限是人類工程經(jīng)濟活動和地質(zhì)環(huán)境相互作用、相互影響的最大深度。地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)相互影響,同時又受到人類活動的影響,并通過人類工程經(jīng)濟活動與社會經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。特定地質(zhì)環(huán)境中的人群為生存與發(fā)展所進行的一切人為活動,必將受到地質(zhì)環(huán)境的制約,同時也對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響,使之出現(xiàn)多方面的不平衡,進而改變地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量。一但地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的改變超出了其容量,將使地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變異并產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境問題。按地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量變化的性質(zhì),地質(zhì)環(huán)境問題大致可分為化學的和物理的兩類?；瘜W的地質(zhì)環(huán)境問題是指地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的變化是化學變化過程,主要表現(xiàn)為其中某些地質(zhì)環(huán)境要素化學組成的變化;物理地質(zhì)環(huán)境問題是指地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的變化是物理變化過程,表現(xiàn)為其中某些地質(zhì)環(huán)境要素物理結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化。其中,與原生地質(zhì)環(huán)境不良有關所引起的物理地質(zhì)環(huán)境問題主要包括地震、火山、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失、地裂縫、地面塌陷、地面沉降等地質(zhì)災害。一般而言,地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的物理變化較化學變化來得更為迅速和直接,對社會經(jīng)濟的影響程度更為深遠。1.2地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的主要類型由于地質(zhì)環(huán)境是對特定的人類工程經(jīng)濟活動作出響應的地質(zhì)環(huán)境的有機整體。從這種意義上看,地質(zhì)環(huán)境具有自然和社會雙重屬性。因此,從自然和社會兩個層面上考察,地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價可大致分為基于自然屬性的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價和基于社會屬性的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價兩大類。基于自然屬性的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價大致有單災種危險性評價、多災種危險性綜合評價、區(qū)域穩(wěn)定性(包括地殼和構(gòu)造穩(wěn)定性)評價、地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價等類型?；谏鐣傩缘牡刭|(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價大致分為單災種危害性或風險評價和易損性評價、多災種危害性或風險和易損性評價、地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量經(jīng)濟評價等類型。2地質(zhì)量評價研究現(xiàn)狀2.1受災害害的風險評估2.1.1基于gis的滑坡災害危險性定性分析技術(shù)在確定常態(tài)基80年代初,Radbruch-Hall等開展了全美大陸1∶750萬比例尺滑坡災害評價圖的研繪工作。該研究從滑坡形成發(fā)育條件出發(fā),選擇了巖性、構(gòu)造、地貌、降雨、滑坡類型、滑坡發(fā)生頻率等作為評價指標,將區(qū)域自然地理單元劃分為高發(fā)區(qū)、中發(fā)區(qū)、低發(fā)區(qū),以及高易損區(qū)、中易損區(qū)和低易損區(qū)6種類型。通過某一單元中滑坡分布面積與單元面積之比的計算,確定了高發(fā)區(qū)、中發(fā)區(qū)和低發(fā)區(qū)。90年代初,Gupta等將GIS技術(shù)應用在喜馬拉雅山麓Rumgana流域滑坡災害危險性評價中,選擇了滑坡發(fā)育的控制因素,給出了一個滑坡危險性評價指標,將滑坡災害風險分為低、中、高三個等級。通過GIS的疊加分類模型功能,將各因子權(quán)重進行疊加,勾繪了滑坡危險性分區(qū)圖,從而奠定基于GIS技術(shù)的滑坡災害危險性定量評價的基礎。80年代以前,我國單災種危險性評價研究一直停留在鐵路、公路沿線以及其他工程建設區(qū)崩塌、滑坡和泥石流災害危險性定性分析階段。近十余年來,隨著區(qū)域性經(jīng)濟建設特別是城市化發(fā)展的需要,相繼開展了一系列區(qū)域性地質(zhì)災害研究工作,編繪出版了《1∶500萬中國地質(zhì)災害類型圖》、《1∶600萬中國滑坡災害分布圖》、《1∶600萬中國泥石流分布及其災害危險性區(qū)劃圖》等圖件。這些圖件較為全面地反映了我國地質(zhì)災害的空間發(fā)育規(guī)律。2.1.2山地泥石流災害危險性評價模型70年代初,Hewitt等曾提出“一地多災”的研究構(gòu)想。這一技術(shù)路線要求對一定區(qū)域的災害性事件的所有類型譜、統(tǒng)計聚集特征、以及相互關系進行描述,每個災種特征項有強度、輪回周期和過去的損失記錄,但這一設想由于種種原因未能付諸實施?；谶@一思路,PugetSound研究人員,針對本區(qū)洪水、地震、風暴、大火、火山活動等災害,將每一災種繪制一張圖件,每一災種圖都被設計作為更細致分析過程的輸入項,據(jù)此生成總的潛在損失圖。80年代初,Radbruch-Hall又研繪了1∶750萬全美大陸環(huán)境地質(zhì)評價圖系。選擇了滑坡、巖溶、火山災害、地震概率、滯水區(qū)、陡傾斜坡和膨脹土等地質(zhì)問題作為評價指標。運用數(shù)字化儀并轉(zhuǎn)化為刪格形式,通過圖形疊加生成環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量評價圖。此后,VanWesten等基于GIS系統(tǒng)進行了山地地質(zhì)災害風險分析。90年代以來,我國也相繼開展了區(qū)域性地質(zhì)災害危險性評價工作,并建立了各類地質(zhì)災害危險性評價模型。其中,張業(yè)成等針對我國崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷等災害,建立了地質(zhì)災害危險性指數(shù)評價模型和危險性評價分析模型,并研繪了地質(zhì)災害強度分布圖和區(qū)劃圖。其中:(1)地質(zhì)災害綜合危險性評價模型為:Zw=Zwb·Ab+Zwn·An+Zwt·At式中:Zw地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù);Zwb、Zwn、Zwt分別代表崩滑流、泥石流、巖溶塌陷的危險性指數(shù);Ab、An、At分別代表崩滑流、泥石流、巖溶塌陷的危險性權(quán)重。(2)任一類地質(zhì)災害危險性評價模型為:Zwi=Zli·Ali+Zqi·Aqi式中:Zl、Zq分別代表該類地質(zhì)災害的歷史強度和潛在強度;Al、Aq分別代表該類地質(zhì)災害的歷史強度和潛在強度的權(quán)重。(3)歷史災害強度評價模型為:Z=G·M·P式中:Z代表災害強度指數(shù);G、M、P分別代表歷史災害規(guī)模、密度、頻次的評判等級值,按3類災害的體積、影響面積等指數(shù)分級取值。(4)潛在災害強度評價模型為:Zq=K·(D·Ad+X·Ax+Q·Aq+R·Ar)式中:Zq代表地質(zhì)災害潛在活動強度指數(shù);D、X、Q、R分別代表控制災害形成與發(fā)育的地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標度指數(shù);Ad、Ax、Aq、Ar分別代表地質(zhì)、地形地貌、氣候植被、人為作用等條件的權(quán)重。殷躍平等對我國地質(zhì)災害類型、分布規(guī)律、成因機制、級別及其災害損失程度等進行分析的基礎上,運用專家打分、模糊綜合評價和危險性指數(shù)等方法對地質(zhì)災害現(xiàn)狀進行了綜合評價,繪制了目前我國地質(zhì)災害的現(xiàn)狀評價圖,綜合表征了我國目前地質(zhì)質(zhì)害的空間發(fā)育現(xiàn)狀。2.2評價模型的建立區(qū)域穩(wěn)定性(包括地殼和構(gòu)造穩(wěn)定性)評價是在重大工程建設項目的基礎上發(fā)展起來的。目前多數(shù)評價研究工作限于定性分析。近年來,在定性分析基礎上,引入了模糊數(shù)學綜合評判模型和GIS支持的評價模型,對定量化評價進行了有益的探索。陳禮昌等采用遙感技術(shù)、計算機技術(shù)、GIS技術(shù)和計算機自動制圖系統(tǒng)等,建立了“新亞歐大陸橋(中國段)鐵路沿線地帶”構(gòu)造穩(wěn)定性評價模型等。據(jù)此共劃分了27個構(gòu)造穩(wěn)定性分區(qū)單元。2.3基于生物因素的地質(zhì)環(huán)境評價90年代初,Cendrero等提出了基于自然單元分級體系的環(huán)境質(zhì)量評價新思路。該方法將人類環(huán)境視為由許多不同的環(huán)境因子構(gòu)成的自然單元,每一單元具有相對的均一性,高級單元的性狀用低級單元的綜合指標來表征。評價環(huán)境因素和整體環(huán)境的質(zhì)量時,根據(jù)問題性質(zhì),選擇評價因子,并將其轉(zhuǎn)化為可比的指標,然后,按評價指標的相對重要性加權(quán)綜合,用環(huán)境因素質(zhì)量的綜合指標來衡量整體環(huán)境的質(zhì)量。在評價地質(zhì)環(huán)境時,將地球表層分為三組因素:非生物因素、生物因素和人類活動因素。其中,非生物因素包括地表基巖、地形地貌、地表過程、氣候特征等。非生物因素根據(jù)不同的構(gòu)成因子,進一步劃分不同等級的動力地貌單元(MD)體系。一級單元為MD環(huán)境,按氣候和大尺度構(gòu)造地貌劃分;二級單元為MD系統(tǒng),按巖性與地貌因素劃分;三級單元為MD單元,主要反映土壤、活動性地質(zhì)過程、動植物特征等,該方法被廣泛應用于區(qū)域總體規(guī)劃、土地利用分區(qū)等方面。基于這一思路,毛同夏等提出了基于系統(tǒng)分析的地質(zhì)環(huán)境評價構(gòu)想。該方法將地質(zhì)環(huán)境分為由巖石環(huán)境、土環(huán)境、水環(huán)境三個子系統(tǒng)組成的內(nèi)部系統(tǒng)和大氣圈、水圈、生物圈、地球內(nèi)部圈層組成的外部系統(tǒng),以分屬于巖石環(huán)境、土環(huán)境、水環(huán)境三個子系統(tǒng)的水資源分布、水土流失、地震、崩滑流、土地沙化、土壤鹽堿化、地面變形、水體污染、地下水位下降、海水入侵等10類地質(zhì)災害和環(huán)境地質(zhì)問題作為評價因子。以層次分析法為基本方法,建立了3個子系統(tǒng)的評價模型。按經(jīng)緯度1°×1°剖分網(wǎng)格單元,求出網(wǎng)格單元內(nèi)各類環(huán)境評價因子的強度指數(shù)和相應的權(quán)重,根據(jù)各子系統(tǒng)的質(zhì)量綜合體現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)總體質(zhì)量的原則,建立地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)評價模型,進而求取整個地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的綜合質(zhì)量指數(shù)。60年代中期,模糊數(shù)學理論的誕生和發(fā)展,給地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價,特別是定量評價產(chǎn)生了新的飛躍。特別是模糊邏輯、模糊數(shù)學綜合評判、模糊因子分析、模糊模式識別、模糊主成分分析等的廣泛應用,使得更精確地刻劃地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量特征成為可能。模糊數(shù)學綜合評價的基本思路是基于地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量以及影響因素、因子邊界的模糊性,通過建立地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系、指標量化分級體系、指標權(quán)值分配體系、構(gòu)造模糊數(shù)學評價模型,進而對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進行區(qū)劃。2.4風險評估2.4.1自然災害風險的自然因素著名滑坡專家Vames認為:自然災害是指某一特定時間內(nèi)特定地點潛在損壞現(xiàn)象發(fā)生的概率,強調(diào)從易損性和風險性的角度進行災害預測。某一地區(qū)總的災害風險意味著由于特定的自然現(xiàn)象造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和經(jīng)濟活動中斷的期望值。基于這一思路,建立了風險評價模型。我國地震界研繪了1∶1000萬我國未來50年地震災害損失預測圖。計算單元以1985年國家頒布的2371個縣級行政區(qū)劃、各類建筑物面積和價值以及人口統(tǒng)計資料等為準。該研究以我國第三代地震烈度區(qū)劃圖為基礎,建立了人員傷亡和建筑物損失矩陣。2.4.2易損性分析模型70年代初,Alfors等針對加利福尼亞州城市地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)問題,選擇了地震、礦產(chǎn)資源損失、滑坡、洪水、侵蝕、膨脹土、活斷層位移、火山、海嘯和地面沉陷等10種對城市化有影響的災害因子,對各種因子按相對嚴重程度作出分區(qū),設定一典型化城市單元,以模擬方式置入各種地質(zhì)問題的不同等級,分別計算區(qū)內(nèi)居民由地質(zhì)問題造成的預計年人均損失值(GP)作為地質(zhì)問題指數(shù),將區(qū)內(nèi)按一定精度劃分網(wǎng)格單元,求出網(wǎng)格單元內(nèi)具有威脅性的不同類型和嚴重程度的GP值之和,作為該單元內(nèi)居民承受的各種地質(zhì)問題造成的年人均總損失值。在此基礎上,Petak等對美國的自然災害進行了風險評價,涉及了地震、膨脹土、滑坡、洪水泛濫、風暴大浪、海嘯、陸地龍卷風、颶風、強烈風暴等9種自然災害,建立了以計算機為基礎的災害模型、影響面模型和易損性模型。災害模型按事件強度給出了美國各州、縣各種自然災害事件的發(fā)生概率;影響面模型和易損性模型收入了大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),可按州、縣及縣以下災害區(qū)給出受影響建筑物及其內(nèi)部財產(chǎn)的價值和承受風險的人口數(shù),以及受影響資產(chǎn)的類型和易損程度。Mejia等在GRASS系統(tǒng)的支持下,對哥倫比亞麥知德林地區(qū)基巖及第四紀地層、構(gòu)造、氣候、地形、地貌形成過程、土地利用、水文等因素綜合分析研究,進而對該區(qū)地質(zhì)災害危險性進行了綜合評價。Cendrero等運用“易損性”這一概念對西班牙北部比斯開發(fā)區(qū)地質(zhì)災害進行了編圖,并引入了不穩(wěn)定指數(shù)和風險指數(shù)兩個概念。不穩(wěn)定指數(shù)和風險指數(shù)反映了災害過程的兩個方面,不穩(wěn)定指數(shù)刻畫了地質(zhì)災害的發(fā)育程度、發(fā)生頻率,描述了災害的物理特性;風險指數(shù)強調(diào)了災害的社會效益,刻劃了災害所造成的或?qū)⒁斐傻纳鐣绊憽?.5對城市地質(zhì)環(huán)境的質(zhì)量指標進行研究地質(zhì)環(huán)境對于城市建設與發(fā)展的影響主要表現(xiàn)為兩大主題:一是地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣和穩(wěn)定程度制約著人類工程建設活動;二是人類工程建設活動又不斷地影響和改造地質(zhì)環(huán)境。因此,在城市發(fā)展與建設中,城市地質(zhì)環(huán)境與人類工程經(jīng)濟活動成為一對矛盾綜合體。地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量經(jīng)濟評價就是基于這一思路,運用系統(tǒng)分析的方法,從地質(zhì)環(huán)境對人類工程建設制約作用的確定性和不確定性兩方面出發(fā),確定影響城市建設與發(fā)展的地質(zhì)環(huán)境主要因素,圍繞主要因素建立用以反映地質(zhì)環(huán)境開發(fā)費用的承載巖土體和表征地質(zhì)環(huán)境開發(fā)利用風險程度的災害損失經(jīng)濟學模型。以此為基礎,建立用于區(qū)域評價的指標數(shù)學模型,并根據(jù)計算結(jié)果確定相應的分區(qū)判別標準,對城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進行評價。Laird等從經(jīng)濟學角度對舊金山地區(qū)土地潛力進行了定量評價,選擇了礦產(chǎn)、能源、水、土壤等資源和地震、斜坡穩(wěn)定性、洪水、承載物質(zhì)、侵蝕與沉積、火山活動等約束條件作為評價因子。以貨幣值表征地質(zhì)環(huán)境的利用潛力。他首先選擇研究的土地利用類型、地質(zhì)災害約束條件和自然資源要素;按每種開發(fā)利用類型計算各種地質(zhì)條件下土地利用的“社會成本”繼而求出總社會成本,以此來衡量土地對各種利用方式的承受能力。最后作出區(qū)域土地能力分