青岛市地质－生态环境综合分析与评价

青岛市地质－生态环境与GDP的关系分析~

一、青岛市2000～2005年的地质－生态环境隶属度值的确定
选取了16个评价指标，构造了综合评价指标体系。该体系包括地质环境子系统、生态环境子系统及人为环境子系统。
用模糊评判方法来评价地质－生态环境质量的关键是隶属度函数，即用隶属函数来确定每一个评价指标对地质－生态环境质量等级的隶属程度。本节采用线性关系确定评价指标的隶属函数。
根据制定的上述指标体系，从基础图件中提取相应的信息，量化形成单因素分区图。这些单因素分区图包括:青岛市地下水资源分布图、地下水开采现状与开采潜力分区图、青岛市环境地质问题及生态环境质量综合分区图、青岛市地壳稳定性评价分区图、青岛市地貌类型图、青岛市岩土体工程地质分区略图、青岛市植被分布图、青岛市地下水质量分布图、青岛市平均降水量等值线图、山东半岛地质灾害易发区图等。在这些图上提取部分指标数据，再从青岛市统计年鉴上找出部分指标数据，本节所进行的地质－生态环境现状评价是在以上基础上将评价区划分为2664个2.0km×2.0km评价单元，根据统计数据计算方法如下:
1)对所有单元进行编号;
2)利用C++对隶属度函数进行编程，计算出隶属度函数的值，确定模糊矩阵(纪爱华等，2006);
3)利用matlab计算软件对模糊矩阵和权重矩阵进行计算(谢花林等，2005;黄润秋，2001;韩再生，2003;黄润秋等，2002;孙叶等，2001);
4)得出单个单元的评价结果，根据最大隶属度原则确定评价等级。
二、地质－生态环境与GDP的关系
由于目前没有完善的核算绿色GDP的方法，本节也是将地质－生态环境与GDP的关系作一个探索性的研究，利用上面的评价方法得到青岛市2000～2005年的地质－生态环境隶属度值。
由分析可以看出，青岛市的地质－生态环境损益度与人均GDP成非常显著的正相关关系，这表明目前青岛市的地质－生态环境与GDP存在着较强的相互依赖性，人均GDP增长了，地质－生态环境损益度也在增长。
2000～2005年人均GDP以年均41.2%的速度增长，但地质－生态环境损益度也以9%的速度增大，2001～2002年生态环境损益度的变化比较平缓，曲线的斜率比较小，只有0.047，但2003～2005变得越来越陡，曲线的斜率越来越大，达到了0.062，表明损益度增加的比例越来越大，如果不加以控制，后果将会很严重。所以在加强经济建设的同时，要利用和保护好地质－生态环境，不能以牺牲地质－生态环境为代价来求得低质量的短暂的发展。
三、结论与建议
为充分体现青岛“山海城”的特色，实现自然与人类的和谐发展和经济的可持续发展，提出以下几点建议:
1)合理开采地下水。超量开采地下水是造成海(咸)水入侵的主要和直接的原因，因此合理开采地下水是防止海(咸)水入侵的重要措施。需据补给资源量决定开采量，可在一定期限内调用部分储存资源量，但应在短期设法尽快给予补偿，要避免长期超采，控制降落漏斗扩展，划定近海地带开采边界，严禁在入侵前缘与漏斗边缘之间过渡带超量、超深取水。
2)循环经济发展。努力发展生态工业、生态农业。在生态工业发展方面，构建生态产业网络，发展循环经济，利用循环经济和工业生态理论，促进生态工业园建设。在生态农业方面，积极推广有机肥和生物防治病虫害技术，饮用水源区内严格限制农药、化肥施用量，减少对地下水和土壤的污染。
3)水土流失治理。以水源地、入海河流干流为主要控制对象，进行水土流失治理。对平度、莱西、胶南、胶州、即墨五市和崂山、城阳、黄岛三区的部分地区水土流失强度较大的区域，或位于水源地汇水区内的中强度水土流失区进行重点治理。
4)产业结构调整。依据生态学原理和循环经济理论，以市场为导向，由政府引导，通过产业结构调整、优化升级，以及能源、资源、物质的梯级利用和副产品的循环利用，进行一、二、三产业内和产业间的循环经济建设，建立起产业结构协调、布局合理、生产高效的产业体系。
5)产业发展布局。中心城市产业发展以“东抑、西移、北改、南优”为布局原则。严格控制制造业向东部扩张，在城市西部形成青岛市新的经济重心，把城市北部作为中心城市工业转移的主要空间，优化南部产业结构，发展旅游业、商业、金融等服务业。

一、地质－生态环境质量评价指标与分级标准
1.地质－生态环境系统结构
地质生态环境是一个多成分系统，在该系统内有岩石、土壤、地下水、气体、微生物等多种成分，并包含有构造活动形迹和地表形态要素。
进行地质－生态环境评价时指标体系的选取十分重要。只有在系统分析地质－生态环境问题的基础上选取合理的指标体系，准确提取各指标的性状参数和赋予其科学的评价标准，才能使评价结果真实、客观，正确地反映评价区地质环境的生态适宜性现状，为区域开发提供科学、准确的依据与建议。指标体系选取的不合理会得出偏差较大甚至是错误的评价结果，可能会造成开发决策不合理、生态环境退化乃至恶化等一系列的严重后果。
根据客观科学性、系统整体性和可操作性等原则，在对山东半岛城市群地质－生态环境现状进行深入调查和分析的基础上，构建了7个层次共计16个变量指标(表10－1)，用以表征山东半岛城市群地区8个城市的地质－生态环境质量。
2.系统评价指标及分级标准确定
综合相关方面专家学者近年的研究成果，密切结合山东半岛城市群地区的特点和现有的地质生态环境资料，制定了山东半岛城市群地区地质－生态环境评价指标及评价标准，如表10－1所示。
表10－1 地质－生态环境质量综合预测与评价指标


二、地质－生态环境质量评价指标权重的确定
采用层次分析法确定指标的权重，山东半岛城市群地区8个城市的地质－生态环境质量评价指标权重见表10－2。
表10－2 山东半岛8个城市地质－生态环境质量评价指标权重


续表


三、地质－生态环境质量评价的数学模型与计算过程
1.单指标数据的无量纲化模型及指标归一化处理
分析山东半岛城市群地区城市地质－生态环境指标与地质－生态环境质量的关系，可以看出，地质－生态环境指标可分为2类。第一类指标值越小，地质生态环境质量越好，为负效应指标，如地壳稳定性、土地资源环境质量、河流水质指标(全年期河流评价河长超标率)、地下水水质、地质灾害风险大小、生态环境质量。第二类是指标值越大，地质生态环境质量越好，为正效应指标，如耕地后备资源总量、矿产资源潜在价值(14种主要矿产D级以上保有储量潜在价值)、水资源总量(年均值)、地下水资源量。其效应函数如下:

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

式中:Pi为单元内某指标代表值;Pimin为单元内某指标的最小值;Pimax为单元内某优势指标的最大值。值得说明的是，Pi根据分级结果将变量赋予离散代数值。对应土地资源环境条件中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个等级质量分级，单因素指标离散取值依次为1，2，3，4。其他一些指标，如耕地后备资源总量等，根据单元的实际数值确定。
根据上述效应函数，对评价指标进行归一化处理。
2.地质－生态环境质量指标及地质－生态环境质量评价
根据地质－生态环境质量指标的数据分析，地质－生态环境质量指数大小可以反映地质生态环境质量的变化规律。因此，提出质量指数的计算模型如下:

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

式中:SYj为j单元的地质－生态环境质量指数值;i为效应指标数，i=1，2…16;j为各单元数，j=1，2，3…8;Wi为各效应指标的综合权重;P'i为各单元内单项指标的性质特征值(为研究方便，统一在0～1之间)。
将山东半岛城市群地区8个城市作为独立单元，根据上述16个半岛城市群地区城市地质－生态环境质量评价指标，确定每个单元内各因素(指标)的特征值Pi'，再乘以其权值，即得到每个单元的地质－生态环境质量指数值。计算出各单元的基准值(表10－3)，根据各单元的质量指标值大小，将8个城市地质－生态环境质量分为四级，其结果见表10－4和图10－1。
表10－3 山东半岛城市群地区8个城市地质－生态环境质量指数计算


表10－4 山东半岛城市群地区8个城市地质生态环境评价结果



图10－1 山东半岛城市群地区8个城市地质生态环境质量评价结果

从表10－4和图10－1可以看出，威海市、济南市、青岛市是地质－生态环境质量优良和良好区，该区地质灾害不发育，生态环境优良，土地资源环境、水资源与水环境都处于优良状态;东营市是地质－生态环境质量较差区，该区地质灾害比较发育，生态环境较差，土地资源环境、水资源与水环境都存在比较严重的环境问题;淄博、日照、潍坊、烟台四市属于地质生态环境质量中等地区，地质生态环境的各个指标都没有特别突出的环境问题。

一、青岛市的地质－生态环境问题分析

(一)青岛市的环境工程地质问题

1.矿山环境工程地质问题

青岛地区的矿产主要以非金属矿为主，可分为两大类:一类是石材、砂类，包括花岗岩和大理岩及建筑用砂，花岗岩主要分布在崂山、大泽山、小珠山等地，大理岩则主要分布在平度、莱西等地的荆山群及粉子山群中，建筑用砂主要分布在大沽河下游地带;另一类是石材以外的非金属矿，种类比较多，分布也比较广，但以荆山群及粉子山群中的石墨为主。金属矿产分布较少，以金为主，主要产在平度、莱西等地。

矿石环境地质问题主要由采矿造成，包括对植被和农田的破坏、雨季引起的渣石流及水的污染，采空区的崩塌、积水、矿山简易道路引起的滑坡、采矿、采砂对风景区和自然保护区的破坏等。青岛地区最为重要的矿石环境地质问题是采矿对植被和农田的破坏、矿区排污对地下水的污染，以平度石墨采区、莱西一带最为严重。

2.崩塌

青岛地区的崩塌主要指岩体的崩塌，多发生在崂山、小珠山、大泽山等地势陡峻地带，该区险石林立，断裂带纵横切割，裂隙发育，风化强烈，组成山体斜坡的岩体被若干组结构面切割成规模不等的多面体，在重力、地表水、震动作用下，岩体发生失稳快速下落，有岩块滑动、崩落、坍塌等不同方式。近年来，随着经济建设的快速发展，开山辟路、工程建设及废气的采石场，破坏了山体边坡地应力的自然平衡，加大了崩塌隐患，在每年的雨季，大小不等的岩体崩塌、滑落时有发生，对人民的生命财产、公路交通及旅游业造成了一定的危害。

3.地裂缝

地裂缝是地表岩土体在自然或人为因素作用下产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度裂缝的地质现象，其形成原因复杂多样。

1983年9月中旬一场大雨过后，青岛市城阳去仲村西北沿青———即公路东侧10多米处发现一条走向25°，长80m、宽约0.3～0.4m、深度大约1.5m的地裂缝，该地裂缝始于1981年初，后于1982年7月及1983年9月两次出现，均发生在雨后，并逐次有所延长。

4.滨岸侵蚀

青岛地区由于绝大部分海岸是基岩海岸，侵蚀灾害主要发生在局部沙质海岸部位。众所周知，沙质和粉沙质海岸是宝贵的旅游资源。但由于前些年海岸带地区的无计划开发，特别是无限制的掠夺性挖沙给沙质海岸环境带来一系列的灾害。如青岛流清河一带的挖沙，使海岸侵蚀加剧，波及公路桥梁安全，迫使公路内迁。

(二)青岛市的环境水文地质问题

1.原生环境水文地质问题

青岛地区主要地方病为斑龋病(氟斑牙)及氟骨病，属生物地球化学疾病之一，这主要是由于长期饮用氟含量高的水及食用含氟高的粮食、蔬菜，使过量的氟积存在体内导致，而其中饮水是人体氟的主要来源，约占总量的65%。青岛地区的氟病发病区主要分布在大沽河中下游西岸至胶莱河之间的山前冲积平原低洼地区，氟含量最高区在平度市中庄镇西北一带，最高为国家标准饮用水标准的13.75倍，为高氟病重点防治地区，另外在莱西市夏格庄、姜山镇、即墨太址庄等地附近也有零星分布。

高氟区地形主要为平缓或封闭的盐碱低洼区，上覆第四系粉质黏土中普遍夹有不规整的钙质结核层，含氟量较高，底部基岩为白垩系清山群和王氏群碎屑岩类，氟含量达(545～600)×10^－6，且易溶系数高。

高氟区地下水特点为:地下水径流交替缓慢，偏碱性，pH=7.5～8.3，阳离子中Ca占主导地位。

2.人为环境水文地质问题

(1)海(咸)水入侵

青岛地区的海(咸)水入侵，主要发生在地下水比较丰富、开采集中、开采量大且靠近海(咸)水的地区，也有因改变耕作方式或沿海滩涂开发不当造成的。

(2)区域地下水污染

地下水水质污染是指在人为活动影响下，地下水的物理、化学、生物特性发生不利于人类生活或生产的变化，其结果造成原本紧缺的地下水资源无法利用或因处理被污染的地下水而造成用水成本提高和资源浪费。地下水循环速度慢，一旦污染很难恢复，因此预防和治理地下水水质污染非常重要。

选取能够代表青岛地区地下水水质污染状况的Cl^－、SO^2－₄、矿化度、硬度、NO^－₃、NO^－₂、酚、锰等指标，进行地下水水质污染分析。结果表明，小沽河上游补给区为金矿和石墨矿集中分布区，工业污染比较严重，再加上农业污染，水质曾严重超标，近几年通过治理整顿，污染势头得到控制;支流大沽河主要受莱西市排污影响，经过污染治理，Cl^－有下降趋势，但水质仍然超标，如孙受－朴木段;大沽河下游、白沙河－城阳河下游、张村－李村河、洋河、漕汶－岛耳河及王戈庄河下游主要为城镇工业污染及海水入侵，尤其近年的城市规划多将该处划为工业辐射区，随经济、城镇的发展，污染速度较快，主要超标组分有Cl^－、SO^2－₄、NO^－₃、矿化度及总硬度、酚、锰等，急需加强整治，遏制污染加剧趋势。

(3)地下水降落漏斗

长期超量开采地下水资源，会使地下水位持续下降，形成地下水降落漏斗。青岛地区现存主要的地下水开采漏斗位于平度市南洼区，漏斗中心位于蓼兰－中庄附近，主要由蓼兰新华造纸厂超采和农灌超采引起。平度南洼漏斗是在20世纪70年代末、80年代初逐渐发展起来的，80年代以来，干旱持续时间较长，使地下水长期处于采大于补的状态。该漏斗在长时间中面积有扩有缩，基本在多年调节允许范围内，不是在无限扩展。该漏斗形成的原因主要是工农业开采，漏斗呈箕形向胶莱河扩展并延至高密市境内，其主要特征为:漏斗发育处于多年调节允许范围，且范围较小，深度较浅，另外距离海岸较远，由此带来的主要环境地质问题是地下水资源减少，取水深度及难度加大，大批浅井报废，易引起地下水测向径流污染。

2002年平度南洼漏斗现状是:枯水期漏斗面积146km²，漏斗中心水位埋深12.03m，最低水位标高－1.56m;丰水期漏斗面积199.7km²，漏斗中心水位埋深12.94m，最低水位标高－2.37m。总的来看，平度南洼漏斗现状处于收缩期，是蓼兰新华造纸厂停产、开采量减少、区域地下水径流向西补给的必然结果。

(三)青岛市的生态环境问题

1.植被发育情况

青岛地区的植被按其发育程度、种类可分为密林区、一般林区、稀疏林区、农田植被、沼泽植被、裸岩植被及其他植被等。

2.水土流失

(1)土壤类型

青岛地区的地形复杂，土壤类型较多，但主要有五大类，即棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土。青岛市土壤总面积82.55×10⁴hm²，占土地总面积的74.35%。

(2)水土流失现状

2000年青岛地区全市水土流失总面积40.64×10⁴hm²，占全市土地总面积的36.6%，轻、重、中等水力侵蚀面积占10.83%。耕地水土流失总面积22.92×10⁴hm²，占水土流失总面积的56.4%，耕地中中等水力侵蚀面积9.65×10⁴hm²，占水土流失总面积的23.8%，占耕地水土流失总面积的42.1%。草地水土流失面积880hm²，占水土流失总面积的0.22%。

3.农业污染情况

2000年青岛地区耕地面积为54.6×10⁴hm²，农药施用总量达7451t，平均每公顷使用农药18.7kg。化学农药是农业生产中使用量最大、施用面积最广、毒性最高的一类有毒化学品，如此高的施用强度，使青岛市不少地区地下水受到污染，严重地破坏了农业生态的平衡，农林病虫鼠害的天敌资源被大量灭杀，农产品品质令人担忧。

本次生态环境地质调查共采集地下水农药污染样品40件，测试项目为有机氯的六六六、滴滴涕两项指标和有机磷的甲基对硫磷、对硫磷、乐果、马拉硫磷4项指标，测试结果表明青岛地区地下水农药污染主要分布在大沽河、白沙河、洋河流域，以有机氯污染为主，尤以滴滴涕最为严重，检出率高达22.5%，超标率达15%，最大超标倍数达80倍。

4.污废水及垃圾排放

青岛市工业废水主要污染源排放区域为李沧区和四方区，主要行业为电力、化工、食品、造纸等。工业废水中COD排放量最大，其次为氨氮、石油类及挥发酚、氰化物、砷等。

青岛市饮用水源区范围内有众多的工业污染源(包括中、小企业)，排放工业废水直接或间接进入水源区的有70多家，年排废水500多万吨。排放污染物及废水量进入水源区最多的是莱西市的工业企业，废水量占总量的70%，纳污最多的水源地是大沽河干流江家庄以下河段，其次是小沽河、白沙河水源区内产生的生活污水及工业废水较多，全市生活污水中直接进入饮用水源区的为170多万吨/年，占总量的1.2%，其余污水就地排放蒸发或渗入地下。

青岛市区地处胶州湾东岸，南临黄海，市区工业废水经处理后或经城市污水处理厂处理后，大部分直接或间接进入胶州湾，少部分排入黄海或莱州湾。

随着青岛市区城区面积不断扩大和流动人口的增加，城市生活垃圾产生量逐年增加，2001年生活垃圾产生量为125×10⁴t，较上年度有所增加。生活垃圾的处理方式主要采取填埋方式，清运率和垃圾无害化处理率均达100%。

二、青岛市地质－生态环境质量现状评价

1.评价指标体系的选取

根据青岛市地质－生态环境质量评价的特点和要求，制定较为详尽的评价指标体系，包括自然生态环境、地质环境和人为环境3个系统，地貌类型、土壤类型、植被发育程度、森林覆盖率、平均降水量、地下水富水性、水土流失问题、海水入侵、面源污染问题、岩土体类型、地壳稳定性、地下水污染状况、斜坡环境变异问题、矿山环境问题、人口密度、耕地面积比例、地下水开采程度、单位面积国民生产总值等具体指标。

本次评价范围以青岛市地质图作为底图，将评价区域划分为2765个2.0km×2.0km评价单元，对每个单元根据相应指标进行赋值评价。

上述指标赋值的方法有3种:一是根据实测结果得来，如地下水富水性、地下水开采程度等;二是根据统计计算得来，如人口密度、单位面积国民生产总值等;三是根据实际情况，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类工程地质环境质量分别用1、2、3、4标度。

2.评价模型与计算过程

评价模型仍采用神经网络BP模型，参照分区指标，确定40个样本(单元)为学习样本，输入指标18个，输出层神经元1个，隐层神经元1个，隐节点数20个，最大总误差为0.01，最大个体误差为0.001，训练次数只需200次即可，正常系统误差为0.00996，得到的结果要求保留小数点后6位，系统收敛情况很好。样本学习结束之后，就可以判断其余样本的归属问题，根据输出结果，判定某一样本属于哪一类生态地质环境质量区。整个计算根据神经网络的BP模型，由计算机完成。根据该模型的计算结果，编制青岛市地质环境质量分区图(图14－5)。

3.评价结果分析

计算结果表明，青岛市分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类地质－生态环境质量区，它们所占的比例分别是28%、25.6%、36%和10.4%。

1)地质－生态环境质量优良区(Ⅰ类区):分布在青岛中东部崂山中低山区，北部大泽山低山区，南部的低山丘陵，莱西北部丘陵等地区，占全区面积的28%。该类区自然生态环境优良，植被发育，一般无明显的环境地质问题，有少量崩塌点，采矿、采石坑少，局部有轻微的水土流失，地下水质量为Ⅲ级，人类工程活动强度不大。

2)地质－生态环境质量良好区(Ⅱ类区):分布在中北部冲洪积平原、剥蚀堆积准平原的大部分地区，胶南市东南地区，青岛市区周围等地区，占全区面积的25.6%。该类区自然生态环境良好，植被比较发育，一般有较明显的环境地质问题，如有少量采矿、采石坑分布，地下水质量为Ⅲ-Ⅳ级，有地表污染源，人类工程活动强度较大。

图14－5 青岛市地质－生态环境质量评价分区

3)地质－生态环境质量中等区(Ⅲ类区):分布在青岛市北部的平度－莱西一带的采矿点，平度市西部，胶州湾沿海地区，崂山北部，胶南东部、北部地区，占全区面积的36%，在各类区中占比例最大。该类区自然生态环境中等，植被不很发育，一般有明显的环境地质问题，例如，采矿过程中，形成了采矿坑、矿渣堆，并在采矿过程中形成大量废水，由此引起植被破坏，边坡失稳、地下水污染等问题。地表水和地下水污染程度较重，平度西南部一般分布由于地下水高氟引起的地方性氟中毒症，地下水污染，地表水资源贫乏，地下水超采引起了地下水降落漏斗。人类工程活动强度大。

4)地质－生态环境质量较差区(Ⅳ类区):分布在青岛市北部的平度－莱西一带的采矿点，胶州湾沿海地区，胶南市北部地区，占全区面积的10.4%。该类区自然生态环境较差，植被不很发育，一般有很明显的环境地质问题，一是采矿引起比较严重的生态环境破坏问题和地质环境破坏问题，二是海咸水入侵。人类工程活动强度大。

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青岛市地质－生态环境综合分析与评价视频