CN111160794A - 基于ahp-gis耦合分析的地质环境承载力分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地质环境承载力分析技术领域，公开了一种基于AHP‑GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、层次化，构造出有层次的结构模型；根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会发展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系的内容；确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层—地质环境；采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法。本发明控制区域建设规模，自然保护区域内保持生态物种原样性并不得开发改造的城镇规划建议，为该区域震后发展规划提供明确发展方向。
Description
技术领域
本发明属于地质环境承载力分析技术领域，尤其涉及一种基于AHP-GIS耦 合分析的地质环境承载力分析方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：由地震引发的泥石流、滑坡、崩塌等自然灾害 严重威胁到了山地型地震重灾区的社会经济和生态环境的稳定发展，已成为政 府职能部门关注的焦点。涪江流域是长江上游重要流域，地处龙门山过渡地带， 龙门山与四川盆地的结合部位，流域内自然地质条件错综复杂，生态环境脆弱。 该区域属于极重灾区，2017年九寨沟地震对于流域内九寨沟区域影响较大，区 内发育大量地震诱发地质灾害。汶川地震后，涪江流域中各重点城镇的灾后重 建进程快速推进，人类工程活动(市政工程建设、水利水电和矿产等资源的开发) 的日益强烈，仅有的地质环境容量已远远不能满足城镇建设发展的需要，因而 在城镇建设中一方面不得不向地质灾害危险地段(如向陡坡地段后靠；占用泥石流堆积扇、滑坡堆积体；向河边前靠、占用河道)扩展延伸，另一方面采用挖填 等方式人工造地，这种超环境容量的城镇建设和对地质环境的强烈扰动，将会 诱发大量地质灾害，可能造成极为严重的损失。因此，从地质环境、生态环境 和社会环境等角度开展该区域的地质环境承载能力评估，解决重点城镇扩张速 度受到地质环境、生态环境等约束和制约，对灾区震后重建与区域发展提供科 学指导，同时对改善区域生态环境以及可持续发展等都具有重要的理论和现实 意义。
地质环境承载力(Geological Environment Carrying Capacity)是指一定条件下地质环境所能承受人类活动的影响与改变的最大支持能力，也可表述为在不 产生环境地质问题条件下各地质要素对外部地质营力的承受能力。1972年，Meadows等所著《增长的极限》阐明了环境的重要性以及资源与人口之间的基 本联系，为可持续发展思想奠定了科学基础。Pipkin等在所著《Geology and the Environment》中探索了人类与我们周围的地质灾害，processes和资源之间的关 系(Pipkin/Trent/Hazlett/Bierman's《Geology andthe Environment》explores the relationship between humans and the geologichazards,processes,and resources that surround us，a tested market leader withan emphasis on how geology can improve the human condition,reviewing what wehave to do in order to create a sustainable society forthe next generation.)。Brown等人以德克萨斯州沿海地区为例，将环 境Resource capability units应用到德克萨斯州沿海地区的土地和水资源管理上。 西班牙桑坦德湾地区在1973年进行的一项研究，将其环境地质特征与资源能力 以及目前的土地和水资源利用进行比较，该研究对环境单元进行定量表征，并 根据环境的自然能力制定土地利用规划政策(The SantanderBayarea on the north coast of Spain had been selected for a study in 1973,comparing its environmental geology features with the resource capability,andpresent land and water use. Quantitative characterization ofthe environmentalunits should be undertaken,which would make possible the formulation of land-use planning policies in accordance with the natural capability oftheenvironment.)。
我国承载力概念最早出现于1991年《我国沿海经济技术开发区环境的综合 研究：福建省湄洲湾开发区环境规划综合研究总报告》，该研究报告主要集中 在环境要素承载力方面，如水环境地质承载力、土地承载力、旅游环境地质承 载力的研究等。马传明等学者认为地质环境承载力作为建立地质环境和人类活 动之间重要的关系纽带，不仅对人类生存和发展所产生的活动有所影响，同时 也对其本身的生存与发展有影响和制约。地质环境承载力评价指标体系的建立 是一个复杂的过程,它既包含有自然生态地质条件因素,又包含有社会属性的人 类活动因素，现阶段有学者采用多种指标体系与评价模型完成了多个区域的地 质环境承载力评价。陈舒将地质环境安全评价方法引入地质环境承载力评价指 标体系中，并对地质环境安全综合评价指标体系(safety comprehensive evaluation indexsystem ofgeological environment)进行验证。王奎峰等采用AHP-GIS耦合 模型对山东半岛进行了地质环境承载力评价，主要是利用层次分析法(AHP) 确定各评价指标权重，借助GIS空间分析及属性库链接相结合的方法将该地区 地质环境承载力划分等级。李云霞提出了基于核K-means聚类分析算法的县域 地质环境承载力评价方法，建立评价指标体系，并借助GIS技术对评价指标图 层提取、分析及处理，获得某县域地质环境承载力分布图。
现阶段国内外学者对于山区重点城镇的地质环境承载力研究多停留在概念 描述上，针对承载力评价的指标体系和评价模型相对较少，未能较好地将研究 区域地质环境背景结合起来，并且较少有关注于汶川地震后重点城镇重建的地 质环境承载力分析研究。涪江流域重点城镇在灾后重建过程中受汶川地震、地 质环境、生态环境等因素约束和制约影响，已经出现部分场镇超荷载运行而引 发地质灾害、环境污染、社会经济发展不均等问题严重，如何科学评价涪江流 域，尤其是重点城镇的地质环境承载力现状与震后发展规划等问题迫在眉睫。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现阶段国内外学者对于山区重点城镇的地质环境承载力研究多停留在 概念描述上，针对承载力评价的指标体系和评价模型相对较少，未能较好地将 研究区域地质环境背景结合起来，并且较少有关注于汶川地震后重点城镇重建 的地质环境承载力分析研究。
(2)在灾后重建过程中受地震、地质环境、生态环境等因素约束和制约影 响，已经出现部分场镇超荷载运行而引发地质灾害、环境污染、社会经济发展 不均等问题严重，如何科学评价涪江流域，尤其是重点城镇的地质环境承载力 现状与震后发展规划等问题迫在眉睫。
解决上述技术问题的难度：承载力分析大部分数据来源于人为收集，必须 建立起相应的监测装置，经过长时间的数据采集拟合，结合现场调查，来对整 个数据的准确性进行分析。涉及到的数据比较繁杂，数据种类需要筛选，筛选 工程较为复杂，加之人工评判本身可能存在一定的主观性，这也是该技术现阶 段需要解决的问题。
解决上述技术问题的意义：综合了数据的分析，可以有效的评价该区域或 者流域内，承载力系数的高低，对于政府部门或者建设部门对于某一区域的规 划，提供了数据的参考，可以最大限度的节约社会资源，达到事半功倍的效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于AHP-GIS耦合分析的地 质环境承载力分析方法。
本发明是这样实现的，一种基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析 方法，所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法包括以下步骤：
第一步，分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、层次化，构造出 一个有层次的结构模型；
第二步，根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会 发展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标 层的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系 的内容；
第三步，确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层—地质环境，建 立地质构造、地层岩性相关一级指标层，并细化至断裂带密度、断层距离等二 级指标，形成完整系统的便于GIS中可量化的指标体系；
第四步，采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法，包括叠置分析与缓冲区 分析。
进一步，所述第一步层次结构模型的层次分析法的具体步骤如下：
(1)构造判断矩阵X，对于X1,X2,…,Xn这n个评价指标，由专家组打分， 然后进行多指标的两两比较得到判断矩阵X；
(2)层次分析法确定权值W，有一同阶正向量A，使得存在X·A＝λmax·A， 则λmax为矩阵X的最大特征值，A为对应于λmax的特征向量；解其特征方程得A， 经正规化后，其各分量即为所对应的X1,X2,…,Xn的权重值；采用求根法计算特 征向量的近似解；
(3)进行一致性和随机性检验，得到λmax后，进行一致性和随机性检验， 检验公式；
C.I＝(λmax-n)/(n-1)
C.R＝C.I/R.I；
式中，C.I为一致性指标，λmax为最大特征根，n为矩阵阶数；R.I为平均随 机一致为随机一致性比率；只有当C.R<0.10时，判断矩阵才具有满意的一致性， 求出的权重值比较合理。
进一步，所述采用求根法计算特征向量的近似解包括：
(1)将判断矩阵按行求：
(2)归一化：
(3)求最大特征值：
进一步，所述第二步地质环境承载力评价体系包括：地质环境子系统、生 态环境子系统、社会经济子系统。
进一步，所述第三步根据评价指标对于研究区域环境地质的影响程度，采 用专家打分法对评价指标进行打分，再对打分情况进行统计分析，得到各指标 重要性分值，获取各指标的权重值；地质环境中地质灾害、生态环境中的矿山 和社会环境中的人口经济因子是地质环境承载力的主导因素；其次是地质构造、 地层岩性、基础设施因子；其余指标对于地质环境承载力的影响程度较小。
进一步，所述第四步具体包括：
(1)叠置分析，是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新 的数据层面，其结果综合原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分 析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生 了新的属性关系；其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一 地带，查验叠加层面之间的基准面是否相同；
(2)缓冲区分析，是对选中的一组或一类地图要素按设定的距离条件，围 绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，实现数据在二维空间得以扩展的信息 分析方法；利用AicGIS建立缓冲区的方法是基于生成多边形实现的，它是根据 给定的缓冲区的距离，对点状、线状和面状要素的周围形成缓冲区多边形图层， 完全是基于矢量结构，从操作对象、利用矢量操作方法建立缓冲区的过程到最 后缓冲区的结果全部是矢量的数据。
进一步，所述叠置分析还包括：
识别叠加，输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭的区域， 识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部分的图形 的变化在其中；
图层合并，通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠 加地图的所有地图要素；利用R语言实现叠加图层，输出的图层应该对应于输 入图层或叠加图层或两者的叠加的范围。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环 境承载力分析方法的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析系统，所述 基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析系统包括：
因素关系分析模块，用于将分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、 层次化，构造出一个有层次的结构模型；
指标体系评价模块，用于根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾 害点分布及社会发展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面 共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载 力评价指标体系的内容；
指标体系建立模块，用于确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层 —地质环境，建立地质构造、地层岩性相关一级指标层，并细化至断裂带密度、 断层距离等二级指标，形成完整系统的便于GIS中可量化的指标体系；
数据空间分析模块，用于采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法，包括叠 置分析与缓冲区分析。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环 境承载力分析方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在 计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承 载力分析方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用GIS-AHP的耦合分析 法，结合该区域震后地质环境背景、灾害点分布及社会发展情况，构建基于地 质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评 价体系。然后采用AHP分析法计算各评价指标权重，利用GIS栅格计算平武县 地质环境承载力，获得地质环境承载力分区图。计算结果表明：平武县地质环 境承载力的现状呈现均衡(临界超载)、盈余(不超载)两种状态，未见超载 状态，且分布与人类工程建设相关，总体上呈现出随着人类聚集程度升高而承 载力状态降低的趋势。基于地质环境承载力评价结果，本发明提出了优化平武 县中心区域建设，控制区域建设规模，自然保护区域内保持生态物种原样性并 不得开发改造的城镇规划建议，为该区域震后发展规划提供明确发展方向。
本发明基于“涪江流域1:5万平武幅环境地质调查”项目的研究成果，主要 对绵阳市平武县县域及其重点场镇进行震后承载力评价，通过历史资料与现场 调查获取该地区的地质构造背景与地质灾害特征，选取与地质环境要素有关的 局部因素作为相对评价因子，通过GIS-AHP耦合模型构建基于地质环境、生态 环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系，在确 定各评价指标权重基础上分析计算平武县地质环境承载力现状，确定平武县重 点城镇的地质环境承载力阈值和承载力状态，为该区域震后发展规划提供明确 发展方向。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析 方法流程图。
图2是本发明实施例提供的平武县地理位置及高程信息图。
图3是本发明实施例提供的层次分析法程序设计流程图。
图4是本发明实施例提供的地质环境承载力评价指标体系结构示意图。
图5是本发明实施例提供的平武县地质环境承载力图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于AHP-GIS耦合分析的地 质环境承载力分析方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载 力分析方法包括以下步骤：
S101：分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、层次化，构造出一 个有层次的结构模型；
S102：根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会发 展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层 的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系的 内容；
S103：确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层—地质环境，建立 地质构造、地层岩性等相关一级指标层，并细化至断裂带密度、断层距离等二 级指标，形成完整系统的便于GIS中可量化的指标体系；
S104：采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法，主要包括叠置分析与缓冲 区分析。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
1.平武县地质环境背景
1.1地质背景
平武县位于四川盆地西北部，青藏高原向四川盆地过渡的东缘地带，长江 的二级支流涪江的上游地区。其东邻青川县，南连平武县，西界松潘县，北靠 甘肃省，东南接江油市，西北倚九寨沟县。地理坐标：东经103°50′～104°58′、 北纬31°59′～33°02′，南北长120km，东西宽110km，幅员面积5974km2。平武 位于四川省精品旅游线路九环线的东半环，省道205线贯穿全境，北达世界自 然遗产、国家级风景名胜区九寨沟，南至江油、绵阳；省道105线穿过县域东 南角，西至青川，南达省会成都。平武县幅员面积5974km2，辖9个镇、7个乡、 9个民族乡，共有249个行政村、1489个村民小组、10个居民委员会。县政府 驻龙安镇距绵阳市108km。2014年末总人口18.75万人，是以藏、羌、汉为主， 其它少数民族为辅的多民族聚居县。平武县地理位置及高程信息图如图2所示。
然而平武县目前尚存在较多环境地质问题，主要包括一下几个方面：1、水 土流失，平武县位于涪江流域，近年来由于地震及人类工程活动的影响，水土 流失日益严重；2、暴雨和洪涝，平武县全境皆山，沟谷集水力较强，极端事件 频发，洪涝灾害也较严重。洪涝不仅与当时降雨量有关，而且与前期和上游的 降水量蓄积有关，也同坡度、土层的渗透性大小有关。近年来洪涝灾害产生的 频率呈逐年上升趋势，多集中在每年的5～9月份。特别在5.12汶川地震后，沟 谷中存在大量的崩塌堆积物，堵塞沟道，导致排水不畅，在强降雨天气下极易 诱发洪灾，洪灾造成了房屋、桥梁毁坏，耕地冲毁，人员及牲畜伤亡，带来了 巨大的经济损；3、不均匀沉降，武县山多平地少，构筑物多依山而建，地基多 须做削坡或填方处理，构筑物基础置于不同物理力学性质的岩土体地基上，容 易产生不均匀沉降；4、地震，西北三角形断块地震活动区发震构造主要有岷江、 虎牙、松平沟和较场断裂等，从1630年以来有记录的5级以上地震达20次， 其中6～6.9级地震5次，7级以上地震3次。1976年的两次松平地震对测区影 响较大。2008年5月12日14时28分，在龙门山中岩断裂发生8.0级特大地震， 平武县内沿断裂沿线的平通—响岩—南坝—石坎一线成为极震区，地震烈度高 达11度。截止2010年5月12日，汶川地震共发生余震73447次，其中4级以 上余震315次，平武县及其邻近区域发生4级以上余震27次，最大震级为6.1 级。根据国家标准GB18306－2001《中国地震动参数区划图》对四川、甘肃、 陕西部分地区地震动参数的相关规定，对汶川地震后相关地区县级及县级以上 城镇的中心地区建筑工程抗震设计时所采用的抗震设防烈度、设计基本地震加 速度值和所属的设计地震分组加以调整。平武县地震动峰值加速度为0.20g，地 震动反应谱特征周期为0.4s。根据以往地质灾害详细调查，平武县共发育地质灾害隐患点406处。其中以滑坡最为发育，共262处，占64.53％；其次为泥石流， 发育66处，占16.26％；崩塌47处，占11.58％；不稳定斜坡31处，占7.64％。 平武县地质灾害威胁类型主要为场镇、聚居区、学校、分散农户及公路等。威 胁场镇、聚居区、分散农户、学校的点有381处，共威胁1772户7601人。威 胁公路(省道、县道)的地质灾害点有25处。平武县地质灾害威胁财产共36588 万元。
2.平武县地质环境承载力评价
2.1AHP分析法
在现有的所有权重计算方法中，层次分析法被普遍认为是合理有效的定权 方法。由于层次分析法结合了专家打分法的定性分析优点，又采用适当的数学 模型进行定量分析，弥补了定性与定量的不足之处，因此适合于既具有定性指 标又具有定量指标的评价领域。应用层次分析法决策问题时，首先要分析系统
层次分析法程序设计的具体步骤如下：
(1)构造判断矩阵X。对于X1,X2,…,Xn这n个评价指标，由专家组打分， 然后进行多指标的两两比较得到判断矩阵X，如表1所示。
表1
(2)层次分析法确定权值W。假设有一同阶正向量A，使得存在X·A＝λmax·A， 则λmax为矩阵X的最大特征值，A为对应于λmax的特征向量。解其特征方程得A， 经正规化后，其各分量即为所对应的X1,X2,…,Xn的权重值。本发明采用求根法 来计算特征向量的近似解。
①将判断矩阵按行求：
②归一化：
③求最大特征值：
(3)进行一致性和随机性检验。由于客观事物的复杂性及对事物认识的片 面性，构造的判断矩阵不一定是一致性矩阵，但当偏离一致性过大时，会导致 一些问题的产生。因此得到λmax后，还需进行一致性和随机性检验，检验公式如 式(4)所示。
式中，C.I为一致性指标，λmax为最大特征根，n为矩阵阶数；R.I为平均随 机一致为随机一致性比率。只有当C.R<0.10时，判断矩阵才具有满意的一致性， 求出的权重值比较合理。
2.2基于AHP的评价指标体系构建
本发明以位于涪江流域的绵阳市平武县作为研究对象，根据该区域震后地 质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会发展情况，构建基于地质环境、 生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系， 然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系的内容。平武县地质环境承载力 评价指标体结构如图4所示，它主要包括三个子系统：地质环境子系统、生态 环境子系统和社会经济子系统。
图4中评价体系的建立是基于各项因子相互独立的前提下，选取与地质环 境承载力相关的因素作为评价指标。其中，生态环境作为环境地质的重要因素， 也是平武县地质环境承载力的重要组成部分。主要包含水资源、矿山资源及旅 游资源。在评价体系中将生态环境作为体系的一个准则，既是秉承了地质环境 承载力的核心概念，也是结合了平武县生态建设及未来发展方向。具体全面衡 量区域环境地质承载力，仅通过厘定地质灾害易发性及环境资源供给能力并不 够全面，涉及人口及经济因子、基础建设因子的社会环境也是环境承载力量化 模型的一个关键性因素，而人口的密集程度分布及区域经济发展分布，也作为 承载力评价体系中的重要因子。
2.3指标权重选取
绵阳市平武县处于龙门山构造发育地区，地质环境因素直接制约了该县域 的发展，参考以往研究中地质灾害评价的标准，确立平武县地质环境承载力评 价体系的一个重要准则层—地质环境，建立地质构造、地层岩性等相关一级指
表2影响因子相关性表
根据评价指标对于研究区域环境地质的影响程度，采用专家打分法对评价 指标进行打分，再对打分情况进行统计分析，得到各指标重要性分值，获取各 指标的权重值，如表3所示。表3显示地质环境中地质灾害、生态环境中的矿 山和社会环境中的人口经济因子是地质环境承载力的主导因素；其次是地质构 造、地层岩性、基础设施因子；其余指标对于地质环境承载力的影响程度较小。
表3指标层权重选取表
2.4 GIS实现方法
针对平武县地质环境承载力评价，本发明主要采用ArcGIS中矢量数据的空 间分析方法，主要包括叠置分析与缓冲区分析。
(1)叠置分析。叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息 的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个 新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠 置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来 产生了新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的， 同一地带，还必须查验叠加层面之间的基准面是否相同。
①识别叠加(Identity)。输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭 的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部 分的图形的变化在其中。
②图层合并(Union)。图层合并是通过把两个图层的区域范围联合起来而保 持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素。利用R语言实现叠加图层，因此 输出的图层应该对应于输入图层或叠加图层或两者的叠加的范围。
(2)缓冲区分析(Buffer)。缓冲区分析(Buffer)是对选中的一组或一类地图 要素(点、线或面)按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体， 从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。本发明中利用AicGIS建立 缓冲区的方法是基于生成多边形(bufferwizard)来实现的，它是根据给定的缓冲 区的距离，对点状、线状和面状要素的周围形成缓冲区多边形图层，完全是基 于矢量结构，从操作对象、利用矢量操作方法建立缓冲区的过程到最后缓冲区 的结果全部是矢量的数据。
2.5平武县地质环境承载力评价结果
依据地质环境要素、生态环境要素和社会环境要素三个准则中的10个评价 指标，由专家经验打分法及AHP法判定各自指标的权重值(如表3)，进行GIS 栅格计算获取最终平武县地质环境承载力图。如图5所示，平武县地质环境承 载力区域共涉及承载力高、较高、较低、低四类，其中呈现均衡(临界超载)、 盈余(不超载)两种状态，未见超载状态。图中将均衡状态细分为承载力高、 承载力较高两种，将盈余状态细分为承载力较低、承载力低两种。
(1)地质环境承载力高：该区域面积约占平武县总面积的22.64％，位于沿 涪江、平通河、两岸区域，主要优势：部分为场镇聚集区，交通便利，水土资 源较丰富，支撑旅游产业的必要条件；劣势：多处于中山地貌构造，地质灾害 较发育，场镇及公路受灾害威胁较多，人类活动影响强烈，场镇可开发面积有 限。
规划建议：平武县的主要场镇贯穿道路区域，强工程措施与强生态治理措 施相结合，生态边坡治理措施美观有效。重点场镇优化设计：充分发挥场镇地 质环境特点，因地制宜，划分场镇地质环境分区，优化场镇建设，限制场镇不 恰当开发。
(2)地质环境承载力较高：该区域面积约占33.48％，为河谷两侧斜坡地段 及人类活动至自然保护区缓冲区，以及部分低山丘陵地貌区域。优势：矿产资 源蕴含量大，人类工程活动扰动较少，交通较便利，区内可开发的旅游产业较 多；劣势：矿山生态恢复形势严峻，局部小型地质灾害影响的聚集区治理，潜 在地质灾害发育及防治。
规划建议：科学合理开采存量矿山，对于废弃矿山及开发中矿山开展矿山 环境恢复治理工程，包含矿山灾害治理、矿山复垦等措施；针对小型地质灾害 点及潜在地质灾害区域进行生态地质治理，建设绿色、生态平武。
(3)地质环境承载力较低：该区域面积约占32.64％，为自然保护区过渡带 与白马、土城的过渡区。优势：地质灾害危险性低，人口密度较低，其中自然 保护区过渡区存在大量可旅游开发区域及现有旅游区扩建空间。劣势：未开发 程度较大，需要投入大量人力物力进行改造。
规划建议：自然保护区过渡带的旅游区开发及现有旅游区的改扩建，形成 平武县独有的生态旅游区，创建多个国家5A级旅游景点及羌族特色农家乐。
(4)地质环境承载力低：该区域面积约占11.24％，为白马乡、木座乡、虎 牙乡集中区及自然保护区。优势：地质灾害不发育，基础设施建设已经基本完 善，人口经济发现状情况较为发达。劣势：自然保护区属于不得开发区域，县 城中心区域可供开发区域具有一定局限性。
规划建议：优化中心区域建设，控制区域建设规模，自然保护区域保持生 态物种原样性不得开发改造。
长江经济带中下游区域经济发达，地质调查成果及集成较为完善，对于其 资源环境条件与国土规划建设中的重大地质问题已经有一些初步成果，而长江 上游区域环境地质构造复杂，沿岸地区特有的地质构造与地震、泥石流、滑坡 等地质灾害及其对城镇发展具有较大的影响，加之地质环境、生态环境和社会 环境等众多因素对于重点城镇发展及区域规划起到较强的控制和引导作用。处 于长江上游的西南地区地质环境十分复杂，降雨集中，地震多发，是我国地质 灾害的高易发区。由于山区城镇建设多集中于斜坡坡脚、河流两岸和松散堆积 体上，受地质灾害影响严重，另外城镇建设步伐的加快，人类活动中的深开挖 和高填方等成为人类拓展生存空间的一个主要方向和手段，由于人类活动引发 的地质灾害层出不穷。
针对西南山区城镇饱受地震与地质灾害严重威胁，城镇建设深受地质环境 条件和地质灾害易发性制约的特点，本发明选取具有一定典型性和代表性的涪 江流域内的重点城镇-平武县作为示范区，通过对山区城镇地质环境承载力的科 学评价研究，建立一套可供推广使用的长江上游地区地质环境承载力评价理论 和技术方法体系，对涪江流域平武县的地质环境承载力评价既有经济意义，又 有地质防治意义，对平武县的震后长期规划发展提供科学基础，结合长江上游 涪江流域特有的城镇地域特点为涪江流域山区城镇建设及开发提供指导。
本发明针对示范区城镇作了大量的野外调查、测绘、勘探和试验工作，并 对平武县重点城镇的相关资料进行了收集整理，通过系统分析和论证研究，取 得了以下成果：
(1)地质环境承载力评价体系依据地质环境、生态环境和社会环境三个准 则层，划分了地质构造等10个指标层建立平武县评价体系，对各评价指标进行 量化处理，建立了适合西南山区重点城镇地质环境承载力评价的体系模型。
(2)采用层次分析法及GIS空间处理技术针对地质环境承载力评价提供技 术支撑，结合专家打分法确定评价因子各自权重值，结果验证表明该方法效果 较好，但由于地质构造作用较强烈，该评价体系只适用于西南山区城镇相似区 域。
(3)针对西南山区城镇饱受地质灾害严重威胁、城镇建设深受地质环境条 件和地质灾害易发性制约的特点，选取具有一定典型性和代表性的涪江流域内 的城镇平武县作为示范区，通过对山区城镇地质环境承载力的评价研究，建立 一套可供推广使用的长江上游地区地质环境承载力评价理论和技术方法体系， 从而为西南山区城镇建设及规划提供科学有效的保障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法包括以下步骤：
第一步，分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型；
第二步，根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会发展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系的内容；
第三步，确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层—地质环境，建立地质构造、地层岩性相关一级指标层，并细化至断裂带密度、断层距离等二级指标，形成完整系统的便于GIS中可量化的指标体系；
第四步，采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法，包括叠置分析与缓冲区分析。
2.如权利要求1所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述第一步层次结构模型的层次分析法的具体步骤如下：
(1)构造判断矩阵X，对于X1,X2,…,Xn这n个评价指标，由专家组打分，然后进行多指标的两两比较得到判断矩阵X；
(2)层次分析法确定权值W，有一同阶正向量A，使得存在X·A＝λmax·A，则λmax为矩阵X的最大特征值，A为对应于λmax的特征向量；解其特征方程得A，经正规化后，其各分量即为所对应的X1,X2,…,Xn的权重值；采用求根法计算特征向量的近似解；
(3)进行一致性和随机性检验，得到λmax后，进行一致性和随机性检验，检验公式；
式中，C.I为一致性指标，λmax为最大特征根，n为矩阵阶数；R.I为平均随机一致为随机一致性比率；只有当C.R<0.10时，判断矩阵才具有满意的一致性，求出的权重值比较合理。
3.如权利要求2所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述采用求根法计算特征向量的近似解包括：
(1)将判断矩阵按行求：
(2)归一化：
(3)求最大特征值：
4.如权利要求1所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述第二步地质环境承载力评价体系包括：地质环境子系统、生态环境子系统、社会经济子系统。
5.如权利要求1所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述第三步根据评价指标对于研究区域环境地质的影响程度，采用专家打分法对评价指标进行打分，再对打分情况进行统计分析，得到各指标重要性分值，获取各指标的权重值；地质环境中地质灾害、生态环境中的矿山和社会环境中的人口经济因子是地质环境承载力的主导因素；其次是地质构造、地层岩性、基础设施因子；其余指标对于地质环境承载力的影响程度较小。
6.如权利要求1所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述第四步具体包括：
(1)叠置分析，是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系；其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，查验叠加层面之间的基准面是否相同；
(2)缓冲区分析，是对选中的一组或一类地图要素按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法；利用AicGIS建立缓冲区的方法是基于生成多边形实现的，它是根据给定的缓冲区的距离，对点状、线状和面状要素的周围形成缓冲区多边形图层，完全是基于矢量结构，从操作对象、利用矢量操作方法建立缓冲区的过程到最后缓冲区的结果全部是矢量的数据。
7.如权利要求6所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法，其特征在于，所述叠置分析还包括：
识别叠加，输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部分的图形的变化在其中；
图层合并，通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素；利用R语言实现叠加图层，输出的图层应该对应于输入图层或叠加图层或两者的叠加的范围。
8.一种实施权利要求1～7任意一项所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析系统，其特征在于，所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析系统包括：
因素关系分析模块，用于将分析系统中各因素之间的关系，把问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型；
指标体系评价模块，用于根据区域震后地质环境背景、生态环境情况、灾害点分布及社会发展情况，构建基于地质环境、生态环境和社会环境3个方面共10个评价指标层的地质环境承载力评价体系，然后分层次计算地质环境承载力评价指标体系的内容；
指标体系建立模块，用于确立地质环境承载力评价体系的一个重要准则层—地质环境，建立地质构造、地层岩性相关一级指标层，并细化至断裂带密度、断层距离等二级指标，形成完整系统的便于GIS中可量化的指标体系；
数据空间分析模块，用于采用ArcGIS中矢量数据的空间分析方法，包括叠置分析与缓冲区分析。
9.一种实现权利要求1～7任意一项所述基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的基于AHP-GIS耦合分析的地质环境承载力分析方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200515 |