岷江上游1995—2020年生态地质环境安全评价与时空演化分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.037

摘要/Abstract

摘要：

岷江上游是长江上游生态安全的重要屏障,在“5·12”汶川地震发生后,地下岩体、地表基质和地上生态都受到了严重的破坏。为探索岷江上游流域地震前后生态地质环境安全状况,从“地质环境-生态环境”两个维度选取了16个评价指标,基于AHP-PCA熵组合权重法对岷江上游流域1995年、2001年、2009年和2020年生态地质环境安全进行评价并分析演化趋势。结果表明:岷江上游流域生态地质环境安全整体以较安全-安全为主。其中,生态地质环境较安全-安全主要分布在流域的中、东部地区,较不安全-不安全主要分布在西、北部高山区以及深切河谷区,整体呈现中东部高、西部和北部低的格局。1995—2020年岷江上游生态地质环境安全整体呈现先降低后逐步升高的趋势。其中,流域北部及深切河谷区生态地质环境安全变化波动大,且呈现升高-降低-升高的趋势,生态地质环境不稳定;西南部生态地质环境安全整体以降低为主,虽降低区域逐渐减少,但总体生态地质环境仍持续变差;流域中部生态地质环境安全整体以升高为主,且升高区域逐渐增加,生态地质环境持续向好。本次研究结果可为岷江上游生态保护修复提供基础支撑。

关键词: 生态地质环境安全评价, 层次分析法, 主成分分析法, 最小信息熵, 岷江上游流域

Abstract:

The upper reaches of the Minjiang river are key barriers of ecological safety in the upper reaches of the Yangtze river. Since the Wenchuan earthquake in 2008, the underground rock masses, surface matrix, and aboveground ecology were severely damaged. To investigate the status of ecological and geological safety in the upper reaches of the Minjiang river before and after the earthquake, we selected 16 evaluation indicators from the two dimensions of “geological environment-ecological environment”. We also evaluated the ecological and geological environment safety of the upper reaches of the Minjiang river basin in 1995, 2001, 2009, and 2020 based on the AHP-PCA entropy-combination weight method, and furthermore analyzed its evolution trend. The results indicate that the overall ecological and geological environments in the upper reaches of the Minjiang river basin are generally safe. Specifically, the ecological and geological environments are relatively safer in the central and eastern regions of the basin, while the relatively less safe or unsafe regions are mainly distributed in the western and northern high mountain areas and deep valley areas. This presents a general pattern of high safety in the central and eastern regions and low safety in the western and northern regions. From 1995 to 2020, the overall ecological and geological environment safety in the upper reaches of the Minjiang river showed a trend of decreasing at the beginning and then gradually increasing. The ecological and geological environment safety in the northern and deep valley areas of the watershed fluctuates greatly, showing an increasing-decreasing-increasing trend and unstable ecological and geological environments. The overall safety of the ecological and geological environments in the southwest is reduced after the earthquake. Although the reduced area gradually decreases, the overall ecological and geological environments continue deteriorating. The overall safety of the ecological and geological environments in the central part of the basin is generally increasing and the area is gradually increa-sing. The results of this study provide theoretical basis for the ecological protection and restoration in the upper reaches of the Minjiang river.

Key words: ecological and geological environment safety, analytic hierarchy process, principal component analysis, minimum information entropy, upper reaches of the Minjiang river

中图分类号:

P962

计扬, 巴仁基, 肖成志, 刘磊, 周雪妮, 曹亚廷. 岷江上游1995—2020年生态地质环境安全评价与时空演化分析[J]. 现代地质, 2024, 38(03): 648-659.

JI Yang, BA Renji, XIAO Chengzhi, LIU Lei, ZHOU Xueni, CAO Yating. Spatiotemporal Evolution and Assessment of Ecological and Geological Environment Safety in the Upper Reaches of the Minjiang River from 1995 to 2020[J]. Geoscience, 2024, 38(03): 648-659.

图/表 12

参考文献 48

[1]	陈国阶. 论生态安全[J]. 重庆环境科学, 2002(3): 1-3, 18.
[2]	彭建兵, 兰恒星. 略论生态地质学与生态地质环境系统[J]. 地球科学与环境学报, 2022, 44(6): 877-893.
[3]	方世南. 生态安全是国家安全体系重要基石[N]. 中国社会科学报, 2018-08-09(1).
[4]	习近平在全国生态环境保护大会上强调全面推进美丽中国建设加快推进人与自然和谐共生的现代化[J]. 环境与可持续发展, 2023, 48(4): 4-7.
[5]	王义娜. “三个彰显” 开创人与自然和谐共生新局面: 党的二十大报告关于生态文明建设的战略部署与安排[J]. 西藏发展论坛, 2023(2): 25-30.
[6]	马娟娟. 基于PSR-ESV模型的生态安全评价研究: 以祁连山国家公园为例[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2022.
[7]	汪洋. 基于PSR模型的吴起县耕地生态安全评价[J]. 农业与技术, 2022, 42(18): 102-107.
[8]	向丽, 周伟, 任君, 等. 基于DPSIRM模型的高原城市湿地生态安全评价: 以湟水流域西宁段为例[J]. 生态学杂志, 2022, 41(10): 2064-2071.
[9]	刘胜峰, 闫文德. 漓江流域土地生态安全时空分异及其影响因素[J]. 中南林业科技大学学报, 2021, 41(11): 136-151.
[10]	黄润秋. 生态环境地质的基本特点与技术支撑[J]. 中国地质, 2001, 28(11): 20-24.
[11]	卢耀如. 长江流域国土地质-生态环境与洞庭湖综合治理的探讨[J]. 湖南地质, 1998, 17(4): 217-220, 240.
[12]	卢耀如. 略论地质-生态环境与可持续发展: 黄河断流与岩溶石山保障三峡工程问题的探讨[J]. 大自然探索, 1999(1): 18-24.
[13]	许向宁. 长江上游安宁河流域主要生态环境地质问题及其效应[J]. 山地学报, 2004, 22(5): 572-577.
[14]	刁玉杰, 佟元清, 张森琦, 等. 青藏高原重大交通工程生态地质环境影响评价初探[J]. 公路, 2010, 55(5): 108-112.
[15]	代力, 谭洪旗, 周雄. 川西锂矿带资源环境特征与生态地质环境承载力评价[J]. 矿产综合利用, 2023(4): 157-168, 173.
[16]	李鹏. 地质灾害易发区生态地质环境安全时空演化研究: 以汶川地震重灾区为例[D]. 成都: 成都理工大学, 2020.
[17]	HE N, ZHOU Y, WANG L, et al. Spatiotemporal evaluation and analysis of cultivated land ecological security based on the DPSIR model in Enshi autonomous prefecture, China[J]. Ecological Indicators, 2022, 145: 109619.
[18]	刘慧丽, 查东平, 冯明雷, 等. 基于PSFR模型的江西省东江流域生态安全评估研究[J]. 人民珠江, 2021, 42(7): 25-33.
[19]	赵淑娟, 刘海英, 江涌起. 基于PSR-EES模型的绥化市土地生态安全评价及影响因素分析[J]. 贵州师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(6): 46-53.
[20]	廖成浩, 姚昆, 曾艳. 安宁河流域土地生态安全动态评价与预测[J]. 环境监测管理与技术, 2022, 34(2): 27-31, 37.
[21]	吴小平, 胡建中. 岷江源地区新构造运动特征[J]. 现代地质, 2009, 23(3): 430-439.
[22]	马俊学, 陈剑, 崔之久, 等. 基于HEC-RAS及GIS的川西叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水重建[J]. 现代地质, 2022, 36(2): 610-623.
[23]	金继军, 郭长宝, 沈亚麒, 等. 四川茂县周场坪滑坡发育特征与变形监测分析[J]. 现代地质, 2021, 35(1): 103-113.
[24]	李蔷, 王运生, 蒋发森. 汶川地震后岷江流域映秀至草坡段崩塌发育规律[J]. 地质灾害与环境保护, 2014, 25(1): 31-36.
[25]	张军, 杨泽平, 梁海安, 等. 汶川县崩塌地质灾害发育规律研究[J]. 工程质量, 2017, 35(7): 38-41.
[26]	常鸣, 窦向阳, 范宣梅, 等. 汶川震区暴雨泥石流激发雨型特征[J]. 现代地质, 2018, 32(3): 623-630.
[27]	吴雨夫, 余斌, 亓星, 等. 岷江上游大白杨沟泥石流特征及成因[J]. 现代地质, 2012, 26(1): 107-113.
[28]	欧阳志云, 徐卫华, 王学志, 等. 汶川大地震对生态系统的影响[J]. 生态学报, 2008, 28(12): 5801-5809.
[29]	YANG J, HUANG X. The 30 m annual land cover dataset and its dynamics in China from 1990 to 2019[J]. Copernicus Gmbh, 2021, 13(8): 3907-3925.
[30]	PENG S Z, DING Y X, LIU W Z, et al. 1 km monthly temperature and precipitation dataset for China from 1901 to 2017[J]. Earth System Science Data, 2019, 11(4): 1931-1946.
[31]	DING Y X, PENG S Z. Spatiotemporal change and attribution of potential evapotranspiration over China from 1901 to 2100[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2021, 145(1): 79-94.
[32]	DING Y X, PENG S Z. Spatiotemporal trends and attribution of drought across China from 1901-2100[J]. Sustainability, 2020, 12(2): 477.
[33]	PENG S Z, DING Y X, WEN Z M, et al. Spatiotemporal change and trend analysis of potential evapotranspiration over the Loess Plateau of China during 2011-2100[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 233: 183-194.
[34]	QU L S, ZHU Q, ZHU C F et al. Monthly precipitation data set with 1 km resolution in China from 1960 to 2020[DS/OL]. V1. Science Data Bank, 2022.[2024-03-27].
[35]	钱信禹, 边小卫, 张亚峰, 等. 丹江源地区地质建造对土壤和植被生态空间格局的影响[J]. 现代地质, 2023, 37(4): 903-913.
[36]	金晓媚, 万力, 薛忠歧, 等. 宁夏地区水资源对植被生长的影响研究[J]. 现代地质, 2007, 21(4): 632-637.
[37]	陈金月, 王石英. 岷江上游生态环境脆弱性评价[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(3): 471-479.
[38]	郭梦迪, 韩继冲, 施玥, 等. 基于DPRISM概念框架的生态环境脆弱性评价——以岷江上游为例[J]. 物探化探计算技术, 2019, 41(1): 128-134.
[39]	刘金山, 倪福全, 邓玉, 等. 岷江上游流域土壤侵蚀风险评估[J]. 南水北调与水利科技, 2019, 17(1): 105-112.
[40]	邹桃红, 常雅轩, 陈鹏, 等. 基于AHP-PCA熵权组合模型的吉林省生态环境脆弱性动态评价[J]. 中国生态农业学报, 2023, 31(9): 1511-1524.
[41]	左伟, 王桥, 王文杰, 等. 区域生态安全评价指标与标准研究[J]. 地理学与国土研究, 2002, 18(1): 67-71.
[42]	杨天翼, 赵强, 王奎峰, 等. 基于层次分析法和熵权法综合评价山东省水生态安全[J]. 济南大学学报(自然科学版), 2021, 35(6): 566-571, 579.
[43]	徐飞, 焦玉国, 唐丽伟, 等. 泰安市山水林田湖草生态修复区生态脆弱性评价与生态修复对策研究[J]. 现代地质, 2023, 37(4): 892-902.
[44]	SAATY T L. Decision making-The Analytic Hierarchy and Network Processes (AHP/ANP)[J]. Journal of Systems Science and Systems Engineering, 2004, 13(1): 1-35.
[45]	侯林春, 王瑛璇. 基于主成分分析的呼和浩特市土地生态安全评价[J]. 湖北农业科学, 2017, 56(9): 1796-1800.
[46]	邓云涛, 张文君, 周文韬, 等. 基于AHP-PCA的熵组合权重的居民点用地适宜性评价: 以内江市为例[J]. 西南科技大学学报, 2020, 35(1): 45-50.
[47]	李怀省. 对岷江林区实施天然林保护工程后的效益评价[J]. 甘肃科技, 2008, 24(1): 133-135.
[48]	杨渺, 江腊海, 侯鹏, 等. “5·12” 汶川地震极重灾区灾后十年生态恢复状况评估[J]. 长江流域资源与环境, 2020, 29(11): 2541-2550.

数据名称	数据来源
DEM	地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)
Landsat	美国地质勘探局(https://earthexplorer.usgs.gov/)
土地利用(1995年、2001年、2009年、2020年)	中国逐年土地覆盖数据集(annual China Land Cover Dataset, CLCD)
潜在蒸散发(1995年、2001年、2009年、2020年)	国家青藏高原科学数据中心(http://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/)
降雨(1995年、2001年、2009年、2020年)	中国科学数据网(https://www.scidb.cn/)
人口密度、人均GDP(1995年、2001年、2009年、2020年)	四川统计年鉴
地层岩性与地质构造、地质灾害	岷江流域地质灾害详细调查成果集成报告
地下水富水性	四川省汶川县(茂县、黑水县、松潘县、理县)大骨病区地下水调查与供水安全示范打井工程报告
土壤类型	2019年四川省耕地等别数据

数据名称	数据来源
DEM	地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)
Landsat	美国地质勘探局(https://earthexplorer.usgs.gov/)
土地利用(1995年、2001年、2009年、2020年)	中国逐年土地覆盖数据集(annual China Land Cover Dataset, CLCD)
潜在蒸散发(1995年、2001年、2009年、2020年)	国家青藏高原科学数据中心(http://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/)
降雨(1995年、2001年、2009年、2020年)	中国科学数据网(https://www.scidb.cn/)
人口密度、人均GDP(1995年、2001年、2009年、2020年)	四川统计年鉴
地层岩性与地质构造、地质灾害	岷江流域地质灾害详细调查成果集成报告
地下水富水性	四川省汶川县(茂县、黑水县、松潘县、理县)大骨病区地下水调查与供水安全示范打井工程报告
土壤类型	2019年四川省耕地等别数据

指标	指标等级					指标说明
指标	1	2	3	4	5	指标说明
高程(m)	<1500	1500~2000	2000~2500	2500~3000	>3000	随着海拔的升高,空气变得寒冷干燥,对植物生长造成相应影响。研究区地形起伏度变化明显,区域植被垂向分布显著
坡向(°)	135~225	225~315	315~360	45~135	0~45	坡向影响山地日照时数和太阳辐射强度。研究区阳坡、半阳坡灌丛草甸发育,阴坡、半阴坡森林茂密,植被生长受坡向影响较大
坡度(°)	>35	25~35	15~25	8~15	0~8	坡度决定着地表侵蚀作用的强度,影响水土流失强度、土层厚度以及土壤肥力。研究区谷坡陡峻,重力地质作用强烈
工程地质岩组	坚硬岩	半坚硬岩	软硬相间岩	软弱岩	松散土体	岩石物理性质影响成土母质,从而影响土壤及其生长的植物,研究区工程地质岩组分布明显,对生态环境具有一定的影响
断裂带密度 (km²/km²)	0.55~1.00	0.30~0.55	0.15~0.30	0.03~0.15	0~0.03	地球内营力形成的构造运动影响着区域生态环境。研究区构造活动强烈,对区域生态地质环境安全控制作用明显
地下水富水性	贫乏	弱	中等	好	丰富	水资源对区域生态环境有一定影响。研究区因地形的强烈切割,地下水径流快,径流途径短,并随深度的增加而减弱;不同类型的地下水动态差异很大
年潜在蒸发量(mm)	>1020	860~1020	730~860	600~730	<600	研究区年潜在蒸发量呈现时空分布不均的特点,蒸发影响研究区植被的生长,从而影响区域生态地质环境安全
年降雨量 (mm)	<960	960~1000	1000~1100	1100~1200	>1200	研究区年降雨量呈现时空分布不均的特点,大气降水为土壤和水域等生态地质环境提供了必要的补给
土壤类型	高山寒漠土、裸岩/雪被	石灰(岩) 土、粗骨土、石质土	高山(亚高山)草甸土等	褐土、黄壤、紫色土	黄棕壤、暗棕壤、棕壤等	土壤是陆地生态系统最重要的构成部分,也是陆地生态系统的中心,不同土壤的组成、性质各异,对生态系统的影响也不同。研究区土壤呈较明显的垂向分布
植被覆盖度(%)	0~10	10~25	25~50	50~75	75~100	植被覆盖度是区域生态系统中决定植被生产力、生物量和生态质量的关键因子,对区域生态地质环境安全提供保护作用
土地利用	冰雪、裸地等	农田	草地、湿地等	灌丛	森林	土地利用类型变化影响生态系统和土地质量,对生态环境的影响至关重要
地质灾害 (个/km²)	>1.5	1.0~1.5	0.6~1.0	0.2~0.6	0~0.2	研究区构造活动强烈,地质灾害频发,进而对植被、水土保持产生影响,甚至改变小范围地形地貌,影响区域生态系统。
水源涵养指数	0~15	15~40	40~55	55~70	70~100	水源涵养对于维护生态平衡和可持续发展具有重要的意义。研究区水源涵养能力对区域生态地质环境安全具有较强的控制作用
土壤侵蚀	>8000	5000~8000	2500~5000	500~2500	<500	土壤侵蚀不仅会破坏植被,还会造成土地资源的浪费,严重制约研究区的生态地质环境安全
人口密度 (人/km²)	>26	13~26	10~13	8~10	0~8	人口密度分布影响自然环境变化。研究区土地资源有限,随着人口数量的增长,人地压力增大,人地矛盾逐渐凸显,影响区域生态地质环境安全
人均GDP (万元/人)	<0.5	0.5~1.0	1.0~2.0	2.0~3.0	>3.0	社会经济发展是人类影响自然环境变化的重要因素。随着区域经济发展和人均GDP的提高,人们对生态环境的保护意识增强,环境保护投入加大,从而影响生态地质环境安全

指标	指标等级					指标说明
指标	1	2	3	4	5	指标说明
高程(m)	<1500	1500~2000	2000~2500	2500~3000	>3000	随着海拔的升高,空气变得寒冷干燥,对植物生长造成相应影响。研究区地形起伏度变化明显,区域植被垂向分布显著
坡向(°)	135~225	225~315	315~360	45~135	0~45	坡向影响山地日照时数和太阳辐射强度。研究区阳坡、半阳坡灌丛草甸发育,阴坡、半阴坡森林茂密,植被生长受坡向影响较大
坡度(°)	>35	25~35	15~25	8~15	0~8	坡度决定着地表侵蚀作用的强度,影响水土流失强度、土层厚度以及土壤肥力。研究区谷坡陡峻,重力地质作用强烈
工程地质岩组	坚硬岩	半坚硬岩	软硬相间岩	软弱岩	松散土体	岩石物理性质影响成土母质,从而影响土壤及其生长的植物,研究区工程地质岩组分布明显,对生态环境具有一定的影响
断裂带密度 (km²/km²)	0.55~1.00	0.30~0.55	0.15~0.30	0.03~0.15	0~0.03	地球内营力形成的构造运动影响着区域生态环境。研究区构造活动强烈,对区域生态地质环境安全控制作用明显
地下水富水性	贫乏	弱	中等	好	丰富	水资源对区域生态环境有一定影响。研究区因地形的强烈切割,地下水径流快,径流途径短,并随深度的增加而减弱;不同类型的地下水动态差异很大
年潜在蒸发量(mm)	>1020	860~1020	730~860	600~730	<600	研究区年潜在蒸发量呈现时空分布不均的特点,蒸发影响研究区植被的生长,从而影响区域生态地质环境安全
年降雨量 (mm)	<960	960~1000	1000~1100	1100~1200	>1200	研究区年降雨量呈现时空分布不均的特点,大气降水为土壤和水域等生态地质环境提供了必要的补给
土壤类型	高山寒漠土、裸岩/雪被	石灰(岩) 土、粗骨土、石质土	高山(亚高山)草甸土等	褐土、黄壤、紫色土	黄棕壤、暗棕壤、棕壤等	土壤是陆地生态系统最重要的构成部分,也是陆地生态系统的中心,不同土壤的组成、性质各异,对生态系统的影响也不同。研究区土壤呈较明显的垂向分布
植被覆盖度(%)	0~10	10~25	25~50	50~75	75~100	植被覆盖度是区域生态系统中决定植被生产力、生物量和生态质量的关键因子,对区域生态地质环境安全提供保护作用
土地利用	冰雪、裸地等	农田	草地、湿地等	灌丛	森林	土地利用类型变化影响生态系统和土地质量,对生态环境的影响至关重要
地质灾害 (个/km²)	>1.5	1.0~1.5	0.6~1.0	0.2~0.6	0~0.2	研究区构造活动强烈,地质灾害频发,进而对植被、水土保持产生影响,甚至改变小范围地形地貌,影响区域生态系统。
水源涵养指数	0~15	15~40	40~55	55~70	70~100	水源涵养对于维护生态平衡和可持续发展具有重要的意义。研究区水源涵养能力对区域生态地质环境安全具有较强的控制作用
土壤侵蚀	>8000	5000~8000	2500~5000	500~2500	<500	土壤侵蚀不仅会破坏植被,还会造成土地资源的浪费,严重制约研究区的生态地质环境安全
人口密度 (人/km²)	>26	13~26	10~13	8~10	0~8	人口密度分布影响自然环境变化。研究区土地资源有限,随着人口数量的增长,人地压力增大,人地矛盾逐渐凸显,影响区域生态地质环境安全
人均GDP (万元/人)	<0.5	0.5~1.0	1.0~2.0	2.0~3.0	>3.0	社会经济发展是人类影响自然环境变化的重要因素。随着区域经济发展和人均GDP的提高,人们对生态环境的保护意识增强,环境保护投入加大,从而影响生态地质环境安全

年份	项目	主成分
年份	项目	PC1		PC2		PC3		PC4		PC5		PC6
1995	特征值λ		0.24		0.11		0.09		0.07		0.05		0.04
	贡献率(%)		31.21		14.96		12.57		9.73		7.26		5.79
	累计贡献率(%)		31.21		46.17		58.74		68.47		75.73		81.52
2001	特征值λ		0.25		0.15		0.09		0.08		0.06		0.04
	贡献率(%)		30.07		18.51		11.20		10.02		7.52		5.17
	累计贡献率(%)		30.07		48.58		59.78		69.80		77.32		82.49
2009	特征值λ		0.26		0.11		0.09		0.07		0.06		0.04
	贡献率(%)		33.79		14.46		11.31		9.80		8.01		5.88
	累计贡献率(%)		33.79		48.25		59.56		69.36		77.37		83.25
2020	特征值λ		0.26		0.10		0.09		0.07		0.06		0.04
	贡献率(%)		34.75		13.96		11.49		9.21		7.90		5.47
	累计贡献率(%)		34.75		48.71		60.20		69.41		77.31		82.78