，，

(西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

地質(zhì)環(huán)境承載力(Geological Environment Carrying Capacity，簡(jiǎn)稱GECC)由環(huán)境承載力衍生而來，且是其重要組成部分[1]。地質(zhì)環(huán)境承載力從本質(zhì)上反映了人類活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的辯證關(guān)系，建立了人類活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的聯(lián)系紐帶，為研究人類活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)[2]。上世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開展了地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)理論研究。1992年，William等 通過比較供給層面上的生態(tài)足跡大小與需求層面的生態(tài)承載力大小，提出采用生態(tài)足跡法對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。2003年，Wackemagel 等對(duì)生態(tài)足跡法做了進(jìn)一步完善[4～5]。2004年，Garry，F(xiàn)erng等基于生態(tài)足跡法對(duì)New Zealand等地區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力開展評(píng)價(jià)[6]。1996年，毛同夏等提出區(qū)域地質(zhì)環(huán)境定量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的方法，并認(rèn)為評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)將地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染、土地資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等作為影響因子，采用層次分析法求其權(quán)重[7]。2000年，閆滿存等基于模糊數(shù)學(xué)對(duì)廣東省沿海地區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力做了定量化評(píng)價(jià)[8]。2008年，余志山等以城市地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)為例完善了地質(zhì)環(huán)境承載力的概念、特點(diǎn)與內(nèi)涵[9]。2014年，任光遠(yuǎn)等利用3S技術(shù)對(duì)寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行研究[10]。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)地質(zhì)環(huán)境承載力的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果。但是這研究成果主要集中在評(píng)價(jià)理論研究和大區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)上。而對(duì)小區(qū)域(如區(qū)縣)涉及較少，較大區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的承載力等級(jí)劃分，實(shí)用性較差。而小區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)可以準(zhǔn)確的劃分承載力等級(jí)。本文基于變異系數(shù)法，以西安市臨潼區(qū)為研究區(qū)，在深入理解研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，

對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力展開評(píng)價(jià)。研究結(jié)果可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)環(huán)境、充分利用土地資源等具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

臨潼區(qū)位于西安市東北部，西距西安30 km，面積約915 km2。臨潼區(qū)為全國(guó)著名的風(fēng)景名勝區(qū)，其中秦始皇陵被聯(lián)合國(guó)教科文組織列為世界文化遺產(chǎn)、兵馬俑被譽(yù)為“世界八大奇跡”、華清宮聞名遐邇。截止2015年末，臨潼區(qū)總?cè)丝诩s71萬，共下轄23個(gè)街道辦，研究區(qū)地理位置如圖1所示。在地貌上由南向北分別為：基巖山區(qū)、黃土丘陵、黃土臺(tái)塬、洪積平原和渭河沖積平原，整體呈南高北低。巖土體以太古界太華群變質(zhì)巖、第四紀(jì)黃土、洪積物和渭河沖積物為主[11]。地下水類型主要為孔隙水，且由渭河向南北兩側(cè)含水量逐漸減少[12]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，共有十余條中小斷層，其中臨潼——長(zhǎng)安斷層活動(dòng)較為強(qiáng)烈。研究區(qū)最大年降雨量954.9 mm (2003年)，最小年降雨量302.3 mm(1995年)，年均降雨量587.7 mm，降雨具有季節(jié)性，多集中于7、8、9月。

由于臨潼區(qū)具有豐富的人文歷史資源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因開發(fā)不慎導(dǎo)致破壞生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。同時(shí)由于不合理的礦山開采活動(dòng)，改變斜坡外貌，降低了斜坡的穩(wěn)定性，使得研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了諸多地質(zhì)環(huán)境問題，如大水溝泥石流、驪山滑坡群等，嚴(yán)重威脅周邊單位、群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

參照現(xiàn)有行政區(qū)域劃分，以每個(gè)街辦為評(píng)價(jià)單元。由于國(guó)內(nèi)尚無可依據(jù)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)來選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文以前人的研究成果和研究區(qū)調(diào)查資料為參考，從承載體與承載對(duì)象的關(guān)系出發(fā)，考慮各指標(biāo)的獨(dú)立性與相關(guān)性，最終確定了13個(gè)地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖1所示。

圖1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)具體包括：海拔、地質(zhì)災(zāi)害、巖土體類型、距斷層距離、人口密度、年人均收入、產(chǎn)業(yè)類型、區(qū)域規(guī)劃、礦產(chǎn)開發(fā)、坡度、年降雨量、植被覆蓋率及可利用土地資源。其中距斷層距離、區(qū)域規(guī)劃、植被覆蓋率、可利用土地資源為正向指標(biāo)；海拔、地質(zhì)災(zāi)害、人口密度、年人均收入、坡度、礦產(chǎn)開發(fā)、年降雨量為負(fù)向指標(biāo)；巖土體類型中砂礫石層物理力學(xué)性質(zhì)最好，黃土次之，粉土、沙土較差；工業(yè)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響(破壞)較大、服務(wù)業(yè)次之，農(nóng)業(yè)最小，對(duì)其依次賦值為3、3.5、4，可在有效區(qū)分的同時(shí)減少人為誤差，“礦產(chǎn)開發(fā)”的賦值方式與之相同。

為了能全面的反應(yīng)出原始數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息，并方便計(jì)算，本文以越大越優(yōu)型為準(zhǔn)分別賦予其屬性值。海拔、坡度均在MapGIS中由DEM導(dǎo)出，而DEM由Global Mapper根據(jù)研究區(qū)地形圖生成；距斷層距離、巖土體類型、地質(zhì)災(zāi)害通過臨潼區(qū)構(gòu)造地質(zhì)圖、地質(zhì)災(zāi)害分布圖等圖件獲得，其中“距斷層距離”為距“臨潼—長(zhǎng)安斷層”的距離；區(qū)域規(guī)劃根據(jù)吳志強(qiáng)等第四版《城市規(guī)劃原理》中城市規(guī)劃的影響因素[13]：生態(tài)與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)、人口與社會(huì)、歷史與文化及信息與技術(shù)，每個(gè)因素滿分兩分，通過專家打分法、問卷調(diào)查法等方式獲得；礦產(chǎn)開發(fā)、人口密度、年人均收入、植被覆蓋率、可利用土地資源根據(jù)臨潼區(qū)2016年《統(tǒng)計(jì)年鑒》獲得；年降雨量：從臨潼區(qū)氣象局獲得。綜上所述，評(píng)價(jià)指標(biāo)分類如表1所示。

表1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)級(jí)指標(biāo)分類表

2.2 指標(biāo)的無量綱化處理

由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱不同，若直接計(jì)算將對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，需對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算過程如下式所示：

(1)正項(xiàng)指標(biāo)：

(1)

(2)負(fù)向指標(biāo)：

(2)

式中：Yij為第i類，第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后值；Xij為第i類，第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；Ximax為第i類評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值；Ximin為第i類評(píng)價(jià)指標(biāo)的最小值。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用變異系數(shù)法來計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，變異系數(shù)法是一種客觀的計(jì)算方法，可避免由于主觀因素帶來的影響。該方法可直接利用各指標(biāo)所蘊(yùn)含的信息，通過計(jì)算得到其權(quán)重。計(jì)算過程如下式所示：

(1)計(jì)算指標(biāo)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差：

(3)

(4)

(2)計(jì)算變異系數(shù)：

(5)

(3)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重

(6)

式中：i為評(píng)價(jià)指標(biāo)類別；j為每類評(píng)價(jià)指標(biāo)下的具體指標(biāo)。

2.4 評(píng)價(jià)方法的選取

目前國(guó)外關(guān)于地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的方法主要有生態(tài)足跡法、狀態(tài)空間法和綜合評(píng)價(jià)法，各評(píng)價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。本文基于綜合評(píng)價(jià)法建立綜合評(píng)價(jià)模型，綜合評(píng)價(jià)法是運(yùn)用多個(gè)指標(biāo)對(duì)多個(gè)參評(píng)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，亦稱多變量綜合評(píng)價(jià)法。如，評(píng)價(jià)不同地區(qū)社會(huì)發(fā)展水平、不同國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力等。

綜合評(píng)價(jià)模型具有針對(duì)性強(qiáng)、分析內(nèi)容全面、數(shù)據(jù)易于收集、便于計(jì)算、評(píng)價(jià)結(jié)果通俗易懂等優(yōu)點(diǎn)，是一種行之有效的評(píng)價(jià)模型。可對(duì)具有復(fù)雜性、模糊性、可變性等特點(diǎn)的地質(zhì)環(huán)境承載力做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)[14]。本文建立的綜合評(píng)價(jià)模型可以用下述公式進(jìn)行表達(dá)：

(7)

式中：P為評(píng)價(jià)對(duì)象的地質(zhì)環(huán)境承載力值；Yi為評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)無量綱化后值；Wi為評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

3 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

3.1 地質(zhì)環(huán)境承載力值

對(duì)收集來的數(shù)據(jù)按照上述過程進(jìn)行計(jì)算，最終獲得各街辦地質(zhì)環(huán)境承載力值。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表2 評(píng)價(jià)方法對(duì)比表

表3 研究區(qū)各街辦地質(zhì)環(huán)境承載力值

3.2 地質(zhì)環(huán)境承載力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及分區(qū)圖

逐一采用標(biāo)準(zhǔn)偏差法、相等間隔法、自然斷點(diǎn)法、定義區(qū)間法等方法對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力值進(jìn)行分級(jí)，對(duì)比承載力分級(jí)與13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的吻合性，并以研究區(qū)實(shí)際情況為參照。最后采用相等間隔法將其分為優(yōu)、良、中和差四個(gè)等級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 地質(zhì)環(huán)境承載力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表4中分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)利用MapGIS繪制臨潼區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力分區(qū)圖。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

由于地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的特殊性，目前缺乏有效的定量化方法來檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，本文從定性方面來檢驗(yàn)，即：地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)承載力要低于非易發(fā)區(qū)，平原地區(qū)承載力要好于山區(qū)等。因此，本文采用研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖和地貌圖從定性角度來檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖和地貌圖如圖4、圖5所示。

如圖4所示，研究區(qū)南部基巖山區(qū)和黃土丘陵為地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)，中部洪積平原、黃土臺(tái)塬為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，北部沖積平原為地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)。結(jié)合圖3易知，沖洪積平原地質(zhì)環(huán)境承載力整體較好，承載力等級(jí)為優(yōu)或良；中部黃土臺(tái)塬承載力等級(jí)為中；南部基巖山區(qū)和黃土丘陵地質(zhì)環(huán)境承載力較差，承載力等級(jí)為差。經(jīng)檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果與真實(shí)情況相吻合，準(zhǔn)確性較高。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果討論

通過對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力分區(qū)圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

承載力等級(jí)為優(yōu)或良：主要分布在研究區(qū)中西部，地勢(shì)平坦，斷層分布少，地質(zhì)災(zāi)害較少，工程地質(zhì)條件好。工商業(yè)發(fā)達(dá)，交通便利，基礎(chǔ)設(shè)施完善。

承載力等級(jí)為中：主要集中在研究區(qū)中部，該區(qū)域內(nèi)工程地質(zhì)條件較差，以農(nóng)業(yè)為主，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)。

承載力等級(jí)為差：主要集中在研究區(qū)南部基巖山區(qū)和黃土丘陵地區(qū)，地形起伏，溝谷切割劇烈，人口稀少，以觀光農(nóng)業(yè)為主。

4 結(jié)語

(1)本文基于變異系數(shù)法，建立了包含13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)模型，可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力，評(píng)價(jià)模型具有針對(duì)性強(qiáng)、分析內(nèi)容全面、數(shù)據(jù)易于收集，便于計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果通俗易懂等優(yōu)點(diǎn)。

(2)通過綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力展開評(píng)價(jià)，采用相等間隔法將承載力等級(jí)劃分為優(yōu)、良、中和差4類，獲得地質(zhì)環(huán)境承載力分區(qū)圖。

(3)通過對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了承載力等級(jí)的準(zhǔn)確劃分。研究結(jié)果可為研究區(qū)發(fā)展規(guī)劃提供參考依據(jù)。

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