范基姣 谭立渭 佟元清

(1．中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051;2．青海省地质调查院，青海 西宁810008)

青藏铁路沿线格尔木－南山口段环境地质评价

范基姣1谭立渭2佟元清1

(1．中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051;2．青海省地质调查院，青海 西宁810008)

通过对青藏铁路沿线格尔木－南山口段环境地质背景及环境地质问题的调查，环境地质背景因子选择为岩土结构、断裂发育程度、水质水量;环境地质问题因子选择为沙漠化、土壤盐渍化、污染源;评价集选择优、良、中、差;利用二级层次分析－模糊综合评价法得出了青藏铁路沿线格尔木－南山口段的环境地质质量评价等级图，不同环境地质等级分布面积分别占总面积的25．2%、53．6%、3．5%、17．5% 。

青藏铁路沿线;环境地质;层次分析－模糊综合评价法

本文采用层次分析－模糊综合评判法，定量半定量地对格尔木－南山口青藏铁路沿线环境地质进行评价。

1 评价因子各论

1．1 岩土体结构类型及分布范围

1．1．1 海拔3 200－4 200m的中高山、低中山区

岩石类型以坚硬及半坚硬的块状侵入岩、层状变质岩组和层状碎屑岩夹碳酸盐岩组为主。受区域地质构造的控制，区域北西西向、北东向断裂发育。岩石经受了复杂的构造变动，受风化破碎，但表层风化厚度不大，故岩体稳定性尚好;给定特征值为4。

1．1．2 山前倾斜平原

岩土类型为砂卵砾石、砂砾石、泥质砂砾石土组。现代外营力表现为强烈的风力剥蚀。地形宽阔平坦，岩土承载力在4 011t/m2以上，宜于工程建筑。给定特征值为1。

1．1．3 冲洪积微倾斜平原

工程地质岩组以砂土及细粉砂组为主。在本区南部，出露有小片流塑性软土组。现代营力表现为较强烈的风蚀作用和风力堆积作用，南部地带分布有活动性、半固定砂丘。这里土质肥沃，地形平坦，为农业种植区和居定点分布地带。本区分布有多层结构承压自流水，水量丰富，水质优良，开采也很方便，适宜民用建筑。必须十分注意岩土季节性冻结的不良影响，避免建筑物因地基冻胀或融沉而破坏。给定特征值为2。

1．1．4 沼泽、沼泽化平原

分布于冲洪积微倾斜平原南部的地下水溢出地带，呈不连续的带状。由于地下水埋藏极浅或自然溢出，在地表形成沼泽及湿地。岩土类型为流塑性的淤泥、淤泥质粉砂等软土。该区水文地质条件较为复杂，处于含水岩组结构变化的部位，加之岩土的流变、触变性问题，允许承载力很小。给定特征值为4。

1．1．5 风积砂区

在冲洪积倾斜平原北缘主要分布固定、半固定砂丘;而山前地带则为活动性砂丘。砂丘由细砂、粉砂组成，半固定砂丘则加杂有植物根、茎。风积砂在定向风驱动下缓缓向前移动，局部可威胁道路和农田，更不宜工程建筑。给定特征值4。

1．2 断裂发育程度及分布

工作区在“中国地震烈度区划图(1∶300万)”上，基本烈度6—7级。南部昆仑山区烈度大于7级。属于地震活动频繁地区。研究区内构造断裂主要分布在基岩山区，共有断层14条，其中研究区西南部存在4条NNE方向近平行断层，1条近东西向断层;东南部存在1条NE方向断裂;1条近东西方向大断裂。在水文站正东约7km处，断于石炭系变质砂岩与下古生界凝灰质砂岩、大理岩之间。在断裂缓冲区100m范围内，给定特征值为4。

格尔木－诺木洪隐伏断裂带距离格尔木市以南15km处，向东经诺木洪到香日德附近，向西至乌图美仁，呈近东西向展布，是一条规模巨大的山前隐伏断裂，长达400多公里。经物探及钻探资料证实，具有长期发展的历史和多期活动的特点，沿此断裂带有弱震分布，说明它近期仍有活动。根据当地该处建筑少，距离市区较远的情况，划定断裂缓冲区5公里范围内，给定特征值为4。

1．3 水质水量

高山区气候寒冷，降水充沛，蒸发相对微弱，主要分布华力西期、燕山期中酸性侵入岩、元古界变质岩、地下水矿化度0．2－0．5g/L，水化学类型为重碳酸氯化物钙钠型。给定特征值为1。

中山区降水稀少，现代干燥风化作用和风力作用盛行，坡顶堆积含盐较高的风积粉土、大气降水使土中盐分淋滤，水质变差，矿化度1．0－3．0g/L，水化学类型为氯化物硫酸钠或氯化钠水。给定特征值为2。

格尔木河冲洪积扇轴部，地下水直接接受河流补给，且含水介质粗大，径流条件好，水文地球化学作用以溶滤为主，地下水矿化度小于1．0g/L，为重碳酸氯化物钠镁型，为较好—优良级。给定特征值为1。

分布在冲洪积微倾斜平原的多层含水岩组，含水颗粒变细，径流条件差，地下水矿化度1．0－3．0g/L，水化学类型为氯化物硫酸钠镁型，属较差级。给定特征值为3。

1．4 沙漠化类型与分布

东部青新公路南侧及昆仑山前分布有活动性沙丘。沙丘形态以新月形丘、沙丘链、沙堆为主;沙丘高度一般在5－20m最高达40m。沙丘连接成带，自西北向东南延伸。在区域定向风的驱动下，大约以每年3m的速度向前移动。该地段活动砂丘、砂垅带宽3－10km，呈北西—南东向展布。沙丘边缘基本为不规则的椭圆形，坡度比较平缓，背风面形成大小不等月牙形斜坡，坡度较陡，最大的倾角可达60度。

研究区图幅内的109路约6km路面由此穿过，有断断续续的防沙措施，但仍难以抵挡风沙袭击。属于严重沙漠化区。给定特征值为4。

山前到东西农场和格尔木城市南缘为戈壁沙地，亦可称为砾漠，表面覆盖有1－6cm的砾石，在一定程度上削弱了沙化危害，但也是进一步沙化的区域。给定特征值3。

固定半固定沙丘主要分布在东西农场周边附近以及格尔木市区的东侧。固定沙丘表面主要生长有红柳等植物，半固定沙丘表面主要生长有芦苇。沙丘表面的植被起到了固定沙丘的作用。给定特征值2。

1．5 土壤盐渍化类型与分布

研究区气候属于典型干旱极干旱型，蒸降比高达40∶1，在历史时期，严酷的荒漠气候及强烈的蒸发作用，使研究区地下水浅埋带盐分在近地表大量积累，形成大面积的原生盐渍化。给定特征值4。

因降水稀少，无灌溉就无农业，在地下水水位埋深较浅的农业区，发展自流渠灌后，因采用大水漫灌、只灌不排等不合理的灌溉方式，致使地下水位上升到小于蒸发临界值，日积月累盐渍化程度逐年加剧，土壤含盐量不断增加，形成次生盐渍化土地。给定特征值3。

2 基于层次分析法的指标、权重的确定

2．1 各层次指标的选取

环境地质各因子间具有相互影响、相互激励及彼此消长的互动关系，因此根据层次分析法结构，制订研究区递阶层次结构如图1所示。

图1 递阶层次结构图

2．2 构建判断矩阵

对同一层次各元素对上层次的相对重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵。

每次取两个因素xi和xj，以aij表示xi和xj对X的影响之比。然后根据建立的层次结构模型，分别构造两两比较判断矩阵A=(aij)k*k，该矩阵应满足条件aij＞0，aij=1/aji(i≠j)。aij=1(i=j=1，2………k)，判断矩阵中每个因子(aij)的大小根据Saaty提出的1－9及其倒数作为衡量尺度的标度，如表 1 所示方法［1－5］。

选择3个主要的研究区环境地质背景因子和2个主要环境地质问题因子，分别构建集合X={X1，X2，X3}和Y={Y1，Y2}。

表1 判断矩阵中各因子标度含义

2．3 求解权重及其一致性检验

在MATLAB中输入判断矩阵以后通过以下计算过程即可得到相应评价指标的权重值Wi。表中判断矩阵右边的三列用于计算权重向量，Mi为每一行的连乘积，wi为Mi的k次方根，将wi=(w1，w2，…，wk)归一化，即令=Wi，则得权重向量 W=(W，W，…，W)。由该方法

i12k获得的权重分配的合理性需进行平均随机一致性检验。检验方法是:计算判断矩阵的最大特征值λ，然后计算一致性指标CI=，在表2中查得平均随机一致性指标RI，然后求取一致性比率CR=CI/RI;当CR＜0．1时，表明权数分配符合一致性要求，所得到的权重是可接受的［1，3］。

当CR＜0．1时，判断矩阵A具有满意的一致性，否则需对矩阵进行重新调整。

求得各个指标的权重有效，如表3所示。

准则层相对于目标层的权重直接通过专家拟定。

表2 RI的取值一览表

2．4 评价指标体系的量化

环境地质评价是建立在指标因子的量化分级基础上的，为了便于评价对比，对各指标因子进行相同等级划分并赋值(标准特征值)，等级划分为优、良、中、差。数值型指标可以用数值直接量化统计分级，而描述型指标则根据一定的标准进行概化，统一用数据(特征值)表示。评价指标的量化应建立在充分分析取得的资料基础之上，结合评价区实际情况，对评价指标进行统计和概化，见表4。

2．5 指标因子隶属度的确定

由于特征值矩阵X是一个模糊向量，不能直接用于被评判对象间的排序评优，因此应按照最大隶属度原则来处理，这种方法实质上是对评判结果向量做出某种截割，强制性地使得到的模糊信息清晰化。

表3 评价指标体系结构及其权重表

表4 青藏铁路沿线环境地质评价指标体系一览表

则评价单元指标特征值xij对相应指标最高级别标准特征值的隶属函数公式为:

式中:xij为单元j指标i的特征值;yi，1为指标i的优级标准特征值;yi，4为指标i的差级标准特征值。

利用(2)式计算各评价单元指标特征值对最高级别相对隶属度，将单元集特征值矩阵:X=?xij」m×n，转化为指标特征值对最高级别的相对隶属度矩阵:

R=?rij」m×n

式中:rij为评价单元j指标i的特征值对最高级别的相对隶属度。［13］

2．6 评价集的确定

评价集是对评价结果的直接描述和表征形式，本文中评价结构为四个等级。

建立评价集V:

式中:v1，v2，v3，4代表评价等级优，良，中，差。

环境地质质量是评价因子共同作用的体现，二级模糊矩阵的复合运算均采用I型综合评判公式，即(·，+)模型［13］:B=W·R

最终生成各评价单元的相对模糊指数，即评价指数。评价指数越大，越接近于最高等级，其环境地质质量越差。

2．7 综合评价

格尔木－南山口评价底图统一采用1:10万地形图。依据所取得的资料，同时参考指标分级标准特征值，对评价区进行单指标分区，完成单指标分区图及其各区模糊指数属性的录入工作。利用MAPGIS的空间分析功能，将单指标分区图进行叠加，生成新的评价单元。按相近性原则，将面积小于2km2的碎块并入邻近的单元。把每一个单元的各个因子的模糊指数相加，得到各个单元的综合模糊指数值，最后得出研究区环境地质等级评价图。

(编辑:刘照胜)

［1］陆雍森 ，张爽，马仲文．环境评价［M］．上海 :同济大学出版社，1990:168－182．

［2］窦世卿，蒋福兴，张晓宇．基于GIS的区域城市地质环境综合性评价［J］．勘察科学技术，2005，(2):39．

［3］刘松基 ．系统工程与数学方法［M］．北京:机械工业出版社，1988:32－45．

［4］蔡鹤生，周爱国，唐朝晖．地质环境质量评价中的专家-层次分析定权法［J］．地球科学，1998，23(3)．

［5］Saaty T L．The Analytical Hierarchy Process:Planning，Priority Setting，Resource Allocation［M］．New York:McGraw － Hill，1980．

Environmental Geology Assessment of Qinghai-Tibet Railway from Golmud to South Mountains Pass Using AHP-FUZZY Method

FAN Ji-jiao1TAN Li-wei2TONG Yuan-qing1
(1．Center for Hydrogeological and Environmental Geological Survey of CGS，Baoding Hebei 071051，China;2．Qinghai Insititute of Geological Survey，Xining Qinghai 810008，China)

Through investigating the background and problems of environment geology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass，the indexs of environment geological background are:structure of rock and soil，fault development and distribution，water quality and quantity;the indexs of environment geology problem are:desertification，soil salinization and pollution．Choosing good，average，fair and poor for the evaluation set，evaluating the quality of environment algeology of Qinghai-Tibet railway from Golmud to the South Mountains Pass by two-stage AHP-FUZZY comprehensive evaluation method，and get an assessment layout，each taking up 25．2%，53．6%，3．5%，17．5%of the total area．

Qinghai-Tibet railway;environmental Geology;AHP-FUZZY method

P641．6;P546

A

1002－2104(2011)03专－0288－04

2010-12-19

范基姣，工程师，主要研究方向为水文地质、环境地质调查评价及应用。

青藏铁路沿线水文地质环境地质调查评价(编号:1212010818080)。