基于层次分析法变权函数的青岛市灵山岛地质遗迹定量评价研究.pdf
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1、基于层次分析法 变权函数的青岛市灵山岛地质遗迹定量评价研究收稿日期:2 0 2 3 0 1 1 5;修订日期:2 0 2 3 0 6 3 0;编辑:曹丽丽基金项目:山东省自然资源厅2 0 2 0年省级地质勘查委托项目(鲁勘字2 0 2 01 1号)作者简介:宋晓媚(1 9 8 2),女,山东济南人,高级工程师,主要从事旅游地质调查、地学科普等方面工作;Em a i l:2 7 7 1 5 7 8 9 3q q.c o m*通讯作者:解永健(1 9 8 8),男,河北易县人,工程师,主要从事资源勘查、水工环及地质遗迹保护工作;Em a i l:M r_H e a l t h X i e 1 6
2、3.c o m宋晓媚1,解永健2,3*,张彩霞1,李现文1,王青2,3(1.山东省自然资源资料档案馆(山东省地质博物馆),山东 济南 2 5 0 2 9 9;2.青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局),山东 青岛 2 6 6 1 0 1;3.自然资源部滨海城市地下空间地质安全重点实验室,山东 青岛 2 6 6 1 0 1)摘要:地质遗迹评价和区划是地质遗迹资源科学保护与合理开发的基础,对地质遗迹保护区划及科学开发意义重大。本文通过层次分析法分级定等,针对该评价方法权重值各指标值大小在不同评价单元内始终不便的弊端,创新性地引入了变权思路,建立了变权理论的地质遗迹评价系统。以青岛市灵山岛为研究对
3、象,对已经发现的3 0处地质遗迹进行了等级评价,权评价结果和变权修正,发现变权评价模型能在一定程度上克服指标内部差异性带来的不良影响,评价值离散性更好,有利于等级划分,评价结果更符合灵山岛实际特点。关键词:地质遗迹;定量评价;变权函数;灵山岛中图分类号:P 9 3 1.1 文献标识码:A d o i:1 0.1 2 1 2 8/j.i s s n.1 6 7 2 6 9 7 9.2 0 2 3.0 9.0 0 5引文格式:宋晓媚,解永健,张彩霞,等.基于层次分析法 变权函数的青岛市灵山岛地质遗迹定量评价研究J.山东国土资源,2 0 2 3,3 9(9):2 8 3 5.S ONG X i a
4、o m e i,X I E Y o n g j i a n,Z HAN G C a i x i a,e t a l.Q u a n t i t a t i v e E v a l u a t i o n o f L i n g s h a n I s l a n d G e o l o g i c a l R e l i c s i n Q i n g d a o C i t y B a s e d o n A n a l y t i c H i e r a r c h y P r o c e s s V a r i a b l e W e i g h t F u n c t i o nJ.S
5、 h a n d o n g L a n d a n d R e s o u r c e s,2 0 2 3,3 9(9):2 8 3 5.0 引言地质遗迹评价是地质遗迹有效保护和合理利用的重要依据,山东地处中国大陆东部,位于华北板块东南缘与扬子板块结合部位,特有的大地构造、地层、岩浆岩形成了丰富的地质遗迹资源,地质遗迹评价工作更为重要。前人针对地质遗迹评价已经进行了大量研 究,使用的 评价方法主 要有:定性评 价法13,直 接 打 分 法45,层 次 分 析+模 糊 评 分法68。本文以大比例尺综合地质调查为主要手段,系统梳理了灵山岛3 0处地质遗迹,引入变权函数对地质遗迹定量评价体系进行优
6、化,为当地地质遗迹保护规划与合理利用提供地学参考,促进“地质+”经济的绿色、低碳、可持续发展。1 灵山岛主要地质遗迹资源发育特征1.1 研究区概况灵山岛位于青岛市黄岛区东南黄海之中,陆域总面积为7.2 8 k m2。属低山丘陵区,地形切割较大,整体地势呈现南高北低,东陡西缓。有大小山峰5 6个,最高峰为歪头顶,海拔5 1 3.6m,是我国北方的第一高岛4。灵山岛位于秦岭 大别 苏鲁造山带(),胶南 威海隆起区()、胶莱盆地东部()、海阳 青岛断陷()之黄岛凹陷()东南侧,是华北板块 与 杨 子 板 块 的 结 合 部 位,地 质 条 件 复 杂(图1)91 5。82第3 9卷第9期 山 东 国
7、 土 资 源 2 0 2 3年9月1一级单元界线;2二级单元界线;3三级单元界线;4四级单元界线;5五级单元界线;6凹陷区;7隆起区图1 研究区大地构造位置图1.2 地质遗迹资源灵山岛已发现各类典型地质遗迹资源3 0余处,涵盖“基础地质、地貌景观、地质灾害”3大类,9类和1 0个亚类1 21 3。以褶皱与变形地质遗迹最为典型,其次为海蚀地貌、古生物化石产地和碎屑岩地貌。海岛各类地质现象丰富,地质遗迹类型齐全,基岩露头较好,褶皱变形地质遗迹在全国少见,加上地处外海,观赏性极好,是集系统性、完整性、典型性、稀有性、美观性为一体的综合性地质遗迹出露区,科研和美学价值均较高(图2)。2 灵山岛地质遗迹
8、定性评价在地质遗迹调查的基础上,遵循 地质遗迹调查规范(D Z/T 0 3 0 32 0 1 7)不同类型地质遗迹科学性和观赏性指标(表1),对应标准表和地质遗迹评价其他指标(表2),按照地质遗迹分类对应准则组织专家集体鉴评进行定性评价。基础地质类和地质灾害类地质遗迹侧重评价其科学价值,地貌景观类地质遗迹侧重评价其观赏价值。根据地质遗迹的科学性、稀有性、完整性、美学性、保存程度、可保护性6个方面,确定地质遗迹的等级。通过地质遗迹价值等级综合评价,划分出世界级、国家级、省级、省级以下。1第四纪旭口组;2第四纪山前组;3莱阳群杨家庄组;4青山群八亩地组;5八亩地组玄武粗安斑岩;6辉绿岩脉;7流纹斑
9、岩脉;8地层剖面;9岩土体地貌;1 0岩石剖面;1 1崩塌;1 2构造剖面;1 3海岸地貌;1 4火山地貌;1 5重要化石产地图2 灵山岛地质遗迹分布图92第3 9卷第9期 环 境 地 质 2 0 2 3年9月表1 灵山岛地质遗迹类型表大类()类()亚类()地质灾害大类地质遗迹地质灾害遗迹背来石崩塌(1 5),南辛庄崩塌(1 6),千层崖崩塌(1 7),洋礁洞崩塌(1 8),船厂崩塌(2 7)基础地质大类地质遗迹地层剖面老虎嘴地质事件剖面(4),洋礁洞地质事件剖面(5)岩石剖面毛家沟火山岩剖面(2 4),背来石火山岩剖面(2 5)构造剖面船厂褶皱与变形(1),灯塔褶皱与变形(2),千层崖褶皱与
10、变形(3),背来石褶皱与变形(9),唐泉村褶皱与变形(1 1),烽火台褶皱与变形(2 6)重要化石产地东南沟村古动物化石产地(1 2),灯塔古动物化石产地(1 3)地貌景观大类地质遗迹岩土体地貌象鼻山碎屑岩地貌(1 0),歪头顶碎屑岩地貌(1 4),坐佛碎屑岩地貌(2 8),秀才石碎屑岩地貌(2 9),海狮碎屑岩地貌(3 0)火山地貌沟南崖村东南火山机构(6)海岸地貌沟南崖湾海积地貌(7),烽火台海蚀地貌(1 9),船厂北海蚀地貌(2 0),灯塔海蚀地貌(2 1),千层崖海蚀地貌(2 2),洋礁洞海蚀地貌(2 3)构造地貌试刀石断裂(断层崖)(8)表2 地质遗迹定性评价结果一览表序号遗迹点名称
11、综合评级1灵山岛老虎嘴地质事件剖面省级2灵山岛洋礁洞地质事件剖面省级3灵山岛毛家沟火岩剖面省级以下4灵山岛背来石火山岩剖面省级5灵山岛船厂褶皱与变形国家级6灵山岛灯塔褶皱与变形国家级7灵山岛千层崖褶皱与变形国家级8灵山岛背来石褶皱与变形省级9灵山岛唐泉村褶皱与变形省级1 0灵山岛烽火台褶皱与变形省级1 1灵山岛东南沟村古动物化石产地省级以下1 2灵山岛灯塔古动物化石产地省级以下1 3灵山岛象鼻山碎屑岩地貌省级以下1 4灵山岛歪头顶碎屑岩地貌省级以下1 5灵山岛座佛碎屑岩地貌省级以下1 6灵山岛秀才石碎屑岩地貌省级以下1 7灵山岛海狮碎屑岩地貌省级以下1 8灵山岛沟南崖村东南火山机构省级以下1
12、9灵山岛沟南崖湾海积地貌省级以下2 0灵山岛烽火台海蚀地貌省级以下2 1灵山岛船厂北海蚀地貌省级以下2 2灵山岛灯塔海蚀地貌省级以下2 3灵山岛千层崖海蚀地貌省级2 4灵山岛洋礁洞海蚀地貌省级以下2 5灵山岛试刀石断层崖省级以下2 6灵山岛背来石崩塌省级以下2 7灵山岛南辛庄崩塌省级以下2 8灵山岛千层崖崩塌省级以下2 9灵山岛洋礁洞崩塌省级以下3 0灵山岛船厂崩塌省级以下3 灵山岛地质遗迹定量评价前人的地质遗迹定量评价以层次分析法最为常见,而传统的层次分析法中每项指标只有一个权重,即指标权重确定后,不管各指标在不同评价单元内的指标值大小如何,权重值始终不变。但是这种方式存在一定的弊端,例如一
13、个评价方案中有2个评价指标x1=0.1和x2=0.9(指标分值标度按01),则综合评价值为M(x)=0.10.2+0.90.8=0.7 4,分值接近1,适宜性较好,即在评价单元内较差的指标被较好的指标“中和”,使评价结果变的较好或与实际的条件不符,实际存在“木桶原理”,即不管其他的指标值如何好,一旦有一个指标的值特别差,则会影响整体的评价,很显然例子中的情况使最终的评价结果偏离了实际情况。笔者尝试将变权引入地质遗迹定量评价指标体系,首先运用层次分析法完成固权评价,然后选取适配的变权函数根据单因素得分优化固权而获得变权指标,最后依据变权参数完成对灵山岛地质遗迹的定等分级。3.1 评价指标体系地质
14、遗迹资源评价指标体系是一个多层次的递阶结构。采用目标分析的方法来建立地质遗迹资源评价指标体系,按系统分解和逐层控制的过程将目标分解,直到子目标能够用定量或定性的独立指标来衡量为止。评价因子可分为自身属性和外部开发利用条件两大类。自身属性是指地质遗迹本身所具有的科学价值,包括地质遗迹自然属性和价值属性,外部开发利用条件是指影响地质遗迹资源开发与保护的外界条件1 62 2,包括区位条件和配套设施等因素。灵山岛地质遗迹资源评价指标体系采用四层结构(图3),分别为目标层(第一层:地质遗迹资源评价),准则层(第二层:自身属性和外部开发利用条件),次准则层(第三层:自然属性、价值属性、区位条03第3 9卷
15、第9期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年9月件和配套设施等),方案层(第四层:能够反映地质遗迹资源质量的评价因子,包括稀有性、保存程度、完整性、科学性、美学性、历史文化价值、地理位置及交通状况、可保护性、基础设施和服务设施等)。图3 地质遗迹与地貌景观评价指标体系3.2 评价指标权重(固权)灵山岛地质遗迹价值因素众多,故笔者采用层次分析法确定各评价指标的权重。3.2.1 目标层的确定目标层(A)为灵山岛地质遗迹综合评价等级,根据规范和实用性,将评价结果划分为4级,即世界级、国家级、省级和省级以下。3.2.2 评价指标的构建建立层次分析模型,按分级、序、抓主淡次的原则,采用穷举 剔除法,
16、构建灵山岛地质遗迹综合评价体系。A层为地质遗迹等级综合评价;B层为地质遗迹等级制约因素;C层为制约因素的子系统。3.2.3 确定权重集W(1)构造指标的对比矩阵。对所考虑的诸多指标,用成对比较法和19比较尺度构成对比比较矩阵。若指标过多时(譬如多于9个),宜进一步分界子系统(表3)。例如:“自然属性”包含“稀有性”“保存程度”和“完整性”3个指标,他们之间的相对重要性是不同的,评分确定定量关系见表4。表3 19比较尺度的含义尺度ai j含义1a指标与b指标重要性相同3a指标与b指标相比略重要5a指标与b指标相比重要7a指标与b指标相比重要得多9a指标与b指标相比极其重要2,4,6,8a指标与b
17、指标相比在上述两个相邻等级之间表4 指标体系判断矩阵及一致性检验自然属性 稀有性 保存程度 完整性权重一致性比例稀有性11/220.2 9 7保存程度2130.5 3 8完整性1/21/310.1 6 4m a x=3.0 1C I=0.0 0 4 6R I=0.5 8C R=0.0 0 7 90.1(2)矩阵运算,确定权重。将矩阵中的的元素按行相乘并开n次方得:A=1.0 01.8 20.5 5 将A归一化得权重W=0.3 00.5 40.1 6 (3)一致性检验。由M与W相乘,得到一个向13第3 9卷第9期 环 境 地 质 2 0 2 3年9月量。该向量中每一个元素乘以W中对应的元素,然后
18、累加所有元素,计算得最大特征值m a x。并由式(1)确定一致性指数:C I=m a x-nn-1(1)一致性比率C R由式(2)确定:C R=C IR I(2)式中:R I为随机矩阵的一致性指数,由表5确定。表5 一致性指标R I指标数n1234567891 01 1R I000.5 80.8 91.1 21.2 61.3 61.4 11.4 61.4 91.5 2经一致性检验,权重向量W是合理的。综上,根据指标体系最低级的样本参数对地质遗迹评价的影响程度,结合各影响因素的分析,确定各样本参数的权重。根据层次单排序法获得各评价指标的最终权重。评价判别矩阵、权重计算见表6。3.3 指标量化分级
19、不同的指标数据具有不同的单位与量纲,无法直接进行比较和运算,因此必须对数据进行标准量化处理,形成数据形式统一的属性数据库,以便进行指标间的综合运算。量化分级过程必须充分考虑灵山岛的实际情况。通过现场调查结合相关规范,将各评价指标分为优、良、中、差4个级别,分别赋值为0.8 10.9 9分、0.6 10.8分、0.4 10.6分和0.0 10.4分(表7),分值越大对应的等级越高。地质遗迹评价分级标准见表8。根据量化标准对灵山岛已经发现的3 0处地质遗迹进行系统打分,结果见表9。表6 地质遗迹综合评价指标体系评价因子自身属性自身属性开发利用条件开发利用条件0.7 50.7 50.2 50.2 5
20、自然属性价值属性区位条件配套设施2/31/30.7 50.2 5总权重稀有性0.3 00.1 5保存程度0.5 40.2 7完整性0.1 60.0 8科学性0.6 30.1 6美学性0.2 60.0 7历史文化价值0.1 10.0 3地理位置及交通状况0.1 70.0 3可保护性0.8 30.1 6基础设施0.8 30.0 5服务设施0.1 70.0 1表7 评价指标量化分级标准评价因子评价内容评价等级0.8 10.9 90.6 10.80.4 10.60.0 10.4稀有性世界、国内、省内、其他极特殊很特殊特殊一般保存程度优良中差很完整完成中等差完整性遗迹规模和破坏情况完好很好好低科学性科研
21、、教学、科普很高高较高一般美学性艺术、造型、形态观赏性很高高较高一般历史文化价值历史文化内涵很高高较高一般地理位置及交通状况区位、通达、便捷很便利便利较便利一般可保护性保护难易程度易保护能保护可保护较难基础设施市政、交通、信息化很好好较好一般服务设施旅游服务、导游很好好较好一般表8 评价标准分级遗迹等级世界级国家级省级省级以下综合评价得分10.90.8 90.80.7 90.6 50.6 523第3 9卷第9期 山 东 国 土 资 源 2 0 2 3年9月表9 评价因子分值统计表地质遗迹稀有性保存程度完整性科学性美学性历史文化价值地理交通可保护性基础设施服务设施灵山岛老虎嘴地质事件剖面0.80
22、.80.60.90.90.60.90.50.50.3灵山岛洋礁洞地质事件剖面0.80.9 50.90.8 50.50.30.40.60.20.1灵山岛毛家沟火山岩剖面0.40.6 50.4 50.3 50.10.10.50.10.20.2灵山岛背来石火山岩剖面0.60.90.70.70.8 50.40.80.40.50.6灵山岛船厂褶皱与变形0.9 50.90.90.9 50.80.60.50.50.50.2灵山岛灯塔褶皱与变形0.9 50.8 50.90.90.7 50.60.60.60.50.3灵山岛千层崖褶皱与变形0.9 80.90.90.8 50.9 90.70.50.60.50.3灵
23、山岛背来石褶皱与变形0.70.70.70.70.80.50.80.50.60.6灵山岛唐泉村褶皱与变形0.80.70.80.60.70.60.70.50.60.6灵山岛烽火台褶皱与变形0.6 50.80.50.80.50.6 50.4 50.60.4 50.6灵山岛东南沟村古动物化石产地0.8 50.60.5 50.90.3 50.3 50.6 50.20.3 50.3 5灵山岛灯塔古动物化石产地0.8 20.6 50.5 50.90.5 50.50.60.3 50.5 50.3 5灵山岛象鼻山碎屑岩地貌0.80.90.80.6 50.9 20.60.40.10.10.1灵山岛歪头顶碎屑岩地貌
24、0.20.80.70.20.20.40.20.10.10.1灵山岛座佛碎屑岩地貌0.20.50.70.20.20.20.20.10.10.1灵山岛秀才石碎屑岩地貌0.20.50.70.20.20.40.20.10.10.1灵山岛海狮碎屑岩地貌0.20.50.70.20.20.30.20.10.10.1灵山岛沟南崖东南火山机构0.40.20.50.50.10.10.50.20.10.1灵山岛沟南崖湾海积地貌0.60.50.70.70.6 50.20.60.30.40.3 5灵山岛烽火台海蚀地貌0.30.50.50.30.50.60.60.30.50.5灵山岛船厂北海蚀地貌0.30.30.50.6
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