城市地质环境风险评价实践效果

(一)评价思路

评价思路如下。

(1)深入探究研究区地质环境问题的类别及其活动状态、活动强度、发展趋势、影响范围等,利用层次分析-综合指数法评价研究区各类地质环境问题的危险性。

(2)基于研究区城镇规划,从对各类地质环境问题乘载体的暴露性、敏感性以及缺乏应对能力分析其遭受损失的可能性及程度大小,利用层次分析-综合指数法评价研究区各类地质环境问题的社会经济易损性。

(3)基于地质环境问题危险性评价和社会经济易损性评价,利用乘积法,评价研究区各类地质环境问题的风险大小。

(4)采用综合指数法综合评判研究区的地质环境风险程度。

(二)单类地质环境问题危险性评价

地质环境问题危险性评价是考虑易于诱发地质环境问题发生的各种因素及各种因素可能的相互组合对地质环境问题发生的影响,预测评估地质环境问题发生的可能性、范围、强度及频率等。

1.地壳稳定性评价

根据研究区内、外动力因素特点及介质条件,选取地震活动、地层岩性、活动断裂3个准则进行评价,其中地震活动、活动断裂两个准则由若干因素组成。通过对各类影响因素的深入探究分析,最终确定了研究区地壳稳定性的评价指标体系和分级标准(表12-10)。

表12-10 研究区地壳稳定性评价指标体系及分级标准

基于已构建的地壳稳定性评价指标体系及评价模型,应用Map GIS地理信息系统软件对地壳稳定性的各类评价指标进行矢量化,将各类评价指标叠加,采用上述评价模型进行空间分析,最后划分地壳稳定性等级,得到研究区地壳稳定性分区图(图12-21)。

图12-21 研究区地壳稳定性分区图

根据研究区地壳稳定性分区结果可以看出,潍坊市大部分区域属于相对稳定区域,较不稳定区域主要分布在研究区断裂带附近,其中研究区东部两条断裂带附近稳定性最差。

2.海水入侵危险性评价

海水入侵现状评价采用Cl-浓度和矿化度进行评价。评价结果分为无入侵、轻度入侵以及严重入侵(表12-11)。

表12-11 研究区海水入侵现状评价指标体系及权重

利用Map GIS的空间分析功能,采用综合指数法,将两个评价指标加权综合评价得到研究区海水入侵现状分区图(图12-22)。根据研究区海水入侵现状分区图可知,该区域海水入侵面积为2 887.5km2,其中严重入侵面积为2 293.1km2,以“面状”入侵为主。

图12-22 研究区海水入侵现状分区图

结合研究区地质环境条件及海水入侵现状,选取第四系松散沉积物类型、地下水位埋深、年降雨入渗补给量及海水入侵现状作为海水入侵危险性评价的评价指标,并建立各指标的分级标准(表12-12)。

表12-12 研究区海水入侵危险性评价指标体系及权重分配

基于已构建的海水入侵评价指标体系,采用综合指数模型作为海水入侵危险性评价模型,应用Map GIS地理信息系统软件对海水入侵危险性的各类评价指标进行矢量化,将各类评价指标叠加,进行空间分析,最后划分危险性等级,得到研究区海水入侵危险性分区图(图12-23)。

图12-23 研究区海
水入侵危险性分区图

根据海水入侵危险性分区评价结果可知,寿光市田柳镇、上口镇、寒亭区高里镇及昌邑市围子镇以北大部分地区都为海水入侵高危险区,这些区域离海岸近,第四纪沉积物类型大部分区域为海积物、冲积海积物,且海水入侵现状严重,因此危险性较高;海水入侵危险性较低的区域主要分布于昌邑市石埠镇以南,该区域为丘陵地带,大部分区域地表出露基岩,且距离海岸较远,尚未发现海水入侵迹象,因此危险性低。

3.风暴潮危险性评价

研究区处于我国温带系统风暴潮最严重区域。气象、水文及地形因素等是风暴潮灾害的主要影响因素,其中气象、水文的不可预测性较强,而研究区地形平缓,没有显著差别,因此根据风暴潮影响范围及发生频率等特征,确定选取离岸距离作为风暴潮危险性评价的指标。根据风暴潮灾情统计资料可知,离岸距离越远,风暴潮造成的损失越小,影响越小。根据历史资料,发生特大风暴潮灾害时,海水溢侵的最远距离可达30km,一般在20km以上。因此,将离岸30km作为风暴潮低危险与较低危险的界限,离岸15km作为较低危险与较高危险的界限,离岸5km作为较高危险与高危险的界限(表12-13)。

表12-13 研究区风暴潮灾害危险性分级标准

根据研究区风暴潮灾害危险性分级标准,在Map GIS软件中对研究区海岸线进行缓冲区分析,得到研究区风暴潮灾害危险性分区图(图12-24)。

图12-24 研究区风暴潮危险性分区图

4.地下水环境危险性评价

根据研究区地质环境条件以及地下水污染现状的研究分析,确定地下水环境危险性评价指标由地下水脆弱性、地下水污染现状及地方病易发区共3个准则及各准则层下的7个影响因素构成,各指标权重采用层次分析法计算(表12-14)。

表12-14 研究区地下水环境危险性评价指标体系及分级标准

基于已构建的地下水环境危险性评价指标体系,应用Map GIS地理信息系统软件对各类评价指标进行矢量化并叠加,采用综合指数模型中的加权平均法进行空间分析,最后对评价结果进行聚类分析并划分危险性等级,得到研究区地下水环境危险性分区图(图12-25)。

图12-25 研究区地下水环境危险性分区图

根据地下水污染与地方病危险性评价结果可知:研究区地下水污染与地方病高危险区大部分分布于昌邑市北部石埠镇、饮马镇及北孟镇附近,该区域地下水脆弱性高,防污性能较差,地下水污染严重,且为地氟病易发区,因此危险性高;较高危险区主要分布于寒亭市大部分地区、昌邑市北部沿海及南部部分地区、寿光市田柳镇、营里镇、候镇及稻田镇附近,该区域地下水脆弱性较高,污染严重,因此危险性较高;较低、低危险区主要分布于寿光市大部分地区、昌邑市柳瞳镇、小东庄及围子镇附近,该区域地下水脆弱性低,防污性能较高,地下水污染程度较轻,因此危险性低。

5.土壤盐渍化危险性评价

研究区土壤盐碱化广泛分布。根据土壤含盐量大小,将盐碱化土壤分为四级:非盐碱化土(全盐量＜0.2g/100g土)、轻盐碱化土(全盐量:0.2～0.4g/100g土)、中盐碱化土(全盐量:0.4～0.6g/100g土)、重盐碱化土(全盐量＞0.6g/100g土)。根据盐碱化土壤等级,对土壤盐渍化危险性进行分级和分区(表12-15,图12-26)。

表12-15 土壤盐渍化危险性分级标准

图12-26 研究区土壤盐渍化危险性分区图

根据研究区土壤盐渍化危险性分区图可知,研究区内盐渍化土总面积为1646km2,约占研究区总面积的33.08%。其中重盐碱化土面积约1209km2,中盐碱化土面积约289km2,轻盐碱化土面积约147km2。

(三)单类地质环境问题易损性评价

易损性指在地质环境问题影响范围内的承灾体由于对地质环境问题扰动的暴露性、敏感性以及缺乏应对能力从而遭受损失的可能性及程度大小。暴露性反映的是暴露于地质环境问题下的承灾体数量、类型及价值等;敏感性强调承灾体系统的结构及功能等对灾害的敏感程度,与承灾体的类型、结构、功能等有关,并且随着风险源的种类不同而不同;应对能力指地质环境问题发生过程中,社会系统对地质环境问题的应急管理和防灾减灾等能力。根据易损性定义,主要从暴露性、敏感性及应对能力3个方面选取易损性评价指标。

暴露性评价指标由人口密度、财产密度、生产总值密度等组成。

功能区类型反映了承灾体敏感性的空间结构特征,本节将城市规划的功能区类型作为敏感性的评价指标。参考《城市用地分类与规划建设用地标准》(GB 50137—2011),将研究区按功能分为城镇建设用地、工业用地、农业用地、盐田及养殖区域、林场、湿地、生态旅游用地、水库共八类,其中水库不列入评价范围,林场、湿地及生态旅游用地作为一类考虑。针对各类地质环境问题的成灾机制、强度、特征等,结合各类功能区内的人类活动类型及特征等,研究分析各类地质环境问题对各类承灾体的影响方式、破坏类型及程度等,并依据Klein等的研究及专家意见,建立承灾体敏感性的等级划分标准(表12-16)。

表12-16 承灾体敏感性等级划分标准

依据敏感性等级划分标准,建立各类地质环境问题影响下的承灾体敏感性(表12-17)。

表12-17 不同地质环境问题影响下的承灾体敏感性分级表

结合实际情况,因许多数据无法获得,选取防灾减灾经济实力、城市医疗救助两项影响因素作为应对能力的评价指标,分别用地均财政收入、万人病床数定量化表达。

综合上述关于易损性3个影响因素的研究分析,针对研究区的社会经济情况、城市规划及资料获取情况,构建了研究区易损性评价指标体系。该指标体系由目标层、准则层和方案层构成(表12-18)。根据各类评价指标对易损性的影响程度,评价指标权重的确定方法采用层次分析法。

表12-18 研究区易损性评价指标体系

根据研究区实际情况,选取综合指数法中的加权平均法进行易损性评价:

(www.chuimin.cn)

式中:V——易损性指数值;

xi——第i个评价指标值;

wi——第i个评价指标权重。

由于评价指标数据量纲不同,因此在评价前需先对数据进行归一化处理。各类评价指标数据处理后,借助Map GIS软件绘制各类评价指标矢量化图,并应用式(12-3)分别对各类地质环境问题影响下的承灾体易损性进行评价分析。根据各类地质环境问题影响下的承灾体易损性评价结果,采用自然断点法对评价结果进行等级划分,共分为四级:高易损性、较高易损性、较低易损性和低易损性。

1.地壳稳定易损性评价结果分析

根据地壳稳定易损性评价结果(图12-27)可知:在活动断裂及地震等地壳稳定性因素的影响下,研究区易损性高的区域主要为寿光市、昌邑市的城镇建设用地和工业用地,这两类功能区经济发展水平高,人口集聚,暴露性高,虽然应对能力高,但是两类功能区对地震活动及活动断裂的敏感性高,因此易损性高;易损性较高的区域主要为寒亭区的居住用地和工业用地,该区域人口密度及经济密度较高,但低于寿光市及昌邑市,暴露性较高,两类功能区对地震活动及活动断裂的敏感性高,应对能力较差,因此易损性较高;易损性较低区域主要为寿光市、昌邑市、寒亭区的农业用地、盐田及养殖区域,这两类功能区人口、经济密度低,暴露性较低,对地震活动及活动断裂的敏感性较低,因此易损性较低;易损性低的区域为寿光市、昌邑市、寒亭区的林场、湿地及生态旅游用地,这部分功能区暴露性低,对地震活动及活动断裂的敏感性低,因此易损性低。

图12-27 研究区地壳稳定易损性分区图

2.海水入侵易损性评价结果分析

根据海水入侵易损性评价结果(图12-28)可知:在海水入侵的影响下,研究区易损性高的区域主要为寿光市、昌邑市居住用地及工业用地,这两类功能区暴露性高,对海水入侵敏感性高,寿光市暴露性高于昌邑市,昌邑市应对能力较低,因此易损性高;易损性较高的区域为寒亭区居住用地及工业用地、寿光市及昌邑市农业用地,三类功能区暴露性较高,敏感性高,因此易损性较高;易损性较低、低的区域为林地、湿地、生态旅游用地、盐田及养殖区域,这几类功能区暴露性低,对海水入侵敏感性低,因此易损性较低或低。

图12-28 研究区海水入侵易损性分区图

3.风暴潮易损性评价结果分析

根据风暴潮易损性评价结果(图12-29)可知:在风暴潮灾害影响下,研究区易损性高的区域为寿光市、昌邑市的居住用地及工业用地,这两类功能区对风暴潮敏感性高,人口密度大,经济密度大,因此敏感性高;易损性较高区域为寒亭区居住用地及工业用地,该区域暴露性较高,但低于寿光市、昌邑市,对风暴潮敏感性高,且应对能力较低,因此易损性较高;易损性较低区域为农业用地,该类功能区敏感性高,但暴露性低于居住用地、工业用地,因此易损性较低;易损性低的区域为林地、湿地、生态旅游用地、盐田及养殖区域,这几类功能区暴露性低,敏感性低,因此易损性低。

图12-29 研究区风暴潮易损性分区图

4.地下水污染与地方病易损性评价结果分析

根据地下水污染与地方病易损性评价结果(图12-30)可知:在地下水污染及地方病影响下,研究区易损性高的区域为寿光市、昌邑市居住用地,该区域暴露性高,人口密度大,对地下水污染及地方病敏感性高,因此易损性高;易损性较高区域为工业用地及昌邑市居住用地,工业用地暴露性高,敏感性低于居住用地,而昌邑市居住用地敏感性高,但暴露性低于寿光市、昌邑市居住用地,因此易损性较高;易损性较低、低区域为农业用地、林地、湿地、生态旅游用地、盐田及养殖区域,该区域暴露性低,敏感性较低,因此易损性较低或低。

5.土壤盐渍化易损性评价结果分析

根据土壤盐渍化易损性评价结果(图12-31)可知:在土壤盐渍化影响下,研究区高易损性区域主要为昌邑市居住用地及工业用地,该区域功能区虽然对土壤盐渍化敏感性低,但暴露性高,且应对能力差,因此易损性高;易损性较高区域为农业用地、寿光市居住用地及工业用地,农业用地暴露性较高,敏感性高,寿光市居住用地及工业用地敏感性低,但暴露性高,因此该区域易损性较高;易损性较低区域为林地、湿地、生态及旅游用地、寒亭区居住用地及工业用地,寒亭区居住用地及工业用地暴露性低于寿光市、昌邑市,其他区域暴露性低,但敏感性较高,因此该区域易损性较低;低易损性区域为盐田及养殖区域,该区域对土壤盐渍化敏感性最低,暴露性一般,因此易损性低。

(四)单类地质环境问题风险性评价

地质环境问题风险是在一定的区域和给定的时间内,某一地质环境问题发生的可能性及其可能造成的损失的综合,反映的是城镇自然属性与社会属性相匹配的程度。因此,采用乘积法评价模型进行各类地质环境问题的风险评价:

图12-30 研究区地下水环境易损性分区图

图12-31 研究区土壤盐渍化易损性分区图

式中:R——单类地质环境问题风险;

H——单类地质环境问题危险性;

V——易损性。

基于各类地质环境问题危险性评价结果以及各类地质环境问题影响下的承灾体易损性评价结果,借助MapGIS软件,将各类地质环境问题危险性评价分区图和承灾体易损性评价分区图叠置后进行空间分析,并采用自然断点法进行聚类分析,划分风险等级,最后得到各类地质环境问题风险评价分区图。

1.地壳稳定风险评价结果分析

由地壳稳定风险评价结果(图12-32)可知:在地震活动和活动断裂威胁下,研究区风险高、较高的区域主要沿活动断裂分布于寿光市、寒亭区、昌邑市的居住用地及工业用地,成条带状分布,面积较小,该区域距活动断裂近,且承灾体易损性高,因此风险高;风险性低、较低区域为研究区农业用地、林地、湿地、生态旅游用地、盐田及养殖区域,该区域虽然部分地区受地震活动及活动断裂影响较大,但整体易损性低于居住用地及工业用地,因此风险低。

图12-32 研究区地壳稳定风险分区图

2.海水入侵风险评价结果分析

根据海水入侵风险评价结果(图12-33)可知:在海水入侵威胁下,研究区风险高区域主要分布于央子镇、西道口、昌邑市沿海地区的工业用地及居住用地,该区域承灾体为高易损性的高工业用地及居住用地,受海水入侵威胁严重,因此风险性高;风险较高区域主要分布于寿光市台头镇、田柳镇、六股路周围地区,寒亭区围子镇、固堤以北央子以南区域,以及昌邑市围子以北龙池、柳瞳以南区域,该区域承灾体类型主要为农业用地,少部分为居住用地及工业用地,易损性高,受海水入侵威胁较严重,因此风险性较高;风险较低区域主要分布于寿光市南部、寒亭区高里镇以南以及昌邑市龙池以北地区,该区域承灾体类型主要为农业用地、盐田及养殖区域,农业用地易损性较高,但受海水入侵威胁小,盐田及养殖区域易损性低,但受威胁严重,因此风险性较低;风险性低区域主要分布于寿光市沿海及昌邑市围子以南地区,该区域承灾体类型主要为盐田及养殖区域、林地、湿地、生态旅游用地以及农业用地,部分地区受海水入侵威胁严重,但易损性低,因此风险低。

图12-33 研究区海水入侵风险分区图

3.风暴潮风险评价结果分析

根据风暴潮风险评价结果(图12-34)可知:在风暴潮灾害威胁下,研究区高风险区主要分布于沿海地区的工业用地及昌邑市部分居住用地,该区域离海岸近,受风暴潮威胁严重,承灾体类型为高易损性的工业用地和居住用地,因此风险高;风暴潮较高风险区主要分布于沿海地区的部分盐田及养殖区域,寿光市、寒亭区的部分工业用地及居住用地,该区域盐田及养殖区域受风暴潮威胁严重,易损性较高,工业用地及居住用地受风暴潮威胁较严重,易损性高,因此风险较高;风险性较低区域主要分布于寿光市田柳镇以北、寒亭区高里镇以北及昌邑市围子以北,承灾体类型主要为农业用地、盐田及养殖区域,该区域受风暴潮威胁较低,易损性中等,因此风险较低;风险性低的区域主要分布于研究区南部大部分区域,该区域距海岸较远,受风暴潮威胁轻微,因此风险低。

图12-34 研究区风暴潮风险分区图

4.地下水污染与地方病风险评价结果分析

根据地下水污染与地方病风险评价结果(图12-35)可知:在地下水污染与地方病威胁下,研究区风险高的区域主要分布于昌邑市部分工业用地、居住用地以及寿光市部分居住用地,该区域地下水污染严重,部分地区地方病易发,危险性较高,且人口集聚,对当地居民威胁严重,因此风险高;风险较高区域主要分布于寿光市西道口以北,寿光市市区及稻田镇附近,昌邑市市区、石埠镇以南地区,该区域地下水污染较严重,地下水脆弱性较高,部分地区地方病易发,承灾体类型主要为农业用地、居住用地、工业用地,易损性较高,因此风险较高;风险较低区域主要分布于寿光市六股路、西道口以南,寒亭区高里镇附近,昌邑市石埠镇、小东村以北地区,该区域地下水污染轻微,地下水脆弱性低,地方病不易发,承灾体类型主要为农业用地、盐田及养殖区域,易损性较低,因此风险较低;风险低区域主要分布于寿光市西道口以北地区、昌邑市龙池镇及小东村附近,地下水污染轻微,地下水脆弱性低,地方病不易发,承灾体类型主要为林地、湿地、生态旅游用地、盐田及养殖区域,易损性低,因此该区域风险最低。

图12-35 研究区地下水污染与地方病风险分区图

5.土壤盐渍化风险评价结果分析

根据研究区土壤盐渍化风险评价结果(图12-36)可知:在土壤盐渍化威胁下,研究区土壤盐渍化

图12-36 研究区土壤盐渍化风险分区图

风险高区域主要分布于寿光市北部沿海地区以及昌邑市东北下营项目区,该区域土壤盐渍化严重,承灾体类型主要为工业用地,易损性高,因此风险高;风险较高区域主要分布于寿光市六股路以北、昌邑市虞河湿地以及寒亭区央子镇附近,该区域土壤盐渍化程度较严重,易损性较高,因此风险较高;风险较低区域分布于研究区北部,承灾体类型主要为盐田及养殖区域,虽然土壤盐渍化严重,但易损性低,因此风险较低;风险低区域主要分布于研究区北部大部分区域,该区域受土壤盐渍化威胁程度低,因此风险低。

(五)综合风险评价

地质环境问题综合风险是指某一区域承灾体在多类地质环境问题综合作用下的风险大小。采用能够准确地反映各类地质环境问题对承灾体威胁程度的评价方法即综合指数法进行综合风险的评价:

式中:R综合——综合风险值;

Ri——第i类地质环境问题风险值;

wi——第i类地质环境问题权重。

根据各类地质环境问题对城镇承灾体的破坏类型及影响程度,研究分析并确定各类地质环境问题对综合风险的贡献程度,通过权重来进行表示。各类地质环境问题风险的权重采用层次分析法确定(表12-19)。

表12-19 各类地质环境问题风险权重分配

权重确定后,在Map GIS软件中将各类地质环境问题风险评价图叠加,并采用上述评价方法进行综合风险的评价,最后根据综合风险评价结果进行综合风险等级划分,得到研究区地质环境问题综合风险评价分区(图12-37,表12-20)。

图12-37 研究区综合风险分区图

表12-20 研究区综合风险评估结果