支澤民，陳瓊，周強(qiáng)，夏興生，劉峰貴,2*

(1.青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，西寧 810008；2.高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院，西寧 810008)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)于自然環(huán)境的改造作用逐漸加劇，對(duì)于地表形態(tài)的改造趨勢增強(qiáng)，社會(huì)發(fā)展與自然環(huán)境之間的矛盾日益突出，逐漸成為區(qū)域社會(huì)發(fā)展的重要制約因素[1]。為科學(xué)合理對(duì)區(qū)域開發(fā)進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)區(qū)域內(nèi)資源環(huán)境承載力的合理評(píng)估就變得極為必要，而資源環(huán)境承載力包括資源承載力與環(huán)境承載力，其中環(huán)境承載力又包括水環(huán)境承載力[2-3]、土壤環(huán)境承載力[4]以及地質(zhì)環(huán)境承載力[5-6]等，其中又以地質(zhì)環(huán)境承載力為承載力之根本。作為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基礎(chǔ)，地質(zhì)環(huán)境的好壞直接關(guān)系到人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向與發(fā)展速度。

目前，關(guān)于地質(zhì)環(huán)境承載力方面的研究較為成熟，主要包括區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力[7-8]、城市地質(zhì)環(huán)境承載力[9-10]以及礦山地質(zhì)環(huán)境承載力[11-12]等，多通過構(gòu)建地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行合理量化，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)。汪宙峰等[8]選取都汶公路沿線區(qū)域，通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，對(duì)公路沿線區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示了區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的影響因素與空間分布；楊盼盼等[9]選取2010年、2013年以及2017年臨潼區(qū)23個(gè)街道的面板數(shù)據(jù)構(gòu)建了行政區(qū)劃級(jí)別的城鎮(zhèn)化—地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度概念模型，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行了分析；何芳等[12]基于不同時(shí)期的高分影像從木里礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境背景、地質(zhì)環(huán)境破壞以及地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)等多個(gè)層面對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示了礦區(qū)地形地貌以及土地資源等破壞狀況，為礦區(qū)修復(fù)治理提供了可靠的基礎(chǔ)資料。盡管目前對(duì)于地質(zhì)環(huán)境承載力的研究較多，但多集中于中東部區(qū)域，針對(duì)西部高原地區(qū)的相關(guān)研究較少。且受高原地區(qū)凍土分布的影響，地區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)體系有待修正，很多研究在進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境承載力時(shí)未能將其考慮在內(nèi)，使得高原地區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)存在缺陷。為此，在綜合其他區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)的同時(shí)，加入凍土分布這一極具區(qū)域特色的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)川藏鐵路沿線縣域這一重要區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)。

川藏鐵路的建成對(duì)于西藏地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的崛起具有極其重要的戰(zhàn)略地位[13]，其沿線地質(zhì)地貌環(huán)境復(fù)雜，人類活動(dòng)日漸加劇，而目前關(guān)于川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力的研究較少。因此，對(duì)于川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力的評(píng)估就變得及其重要。選取川藏鐵路沿線縣作為研究區(qū)，基于隨機(jī)森林模型，構(gòu)建包含地貌環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境4個(gè)準(zhǔn)則層12個(gè)指標(biāo)的川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，受該區(qū)域主要位于青藏高原這一特殊地理位置的影響，加入凍土的空間分布作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)的選取可很好地契合本區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)環(huán)境。同時(shí)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)空間分析對(duì)川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期獲得川藏鐵路沿線縣域的地質(zhì)環(huán)境承載力空間分布狀況，明析其地貌、地質(zhì)以及社會(huì)等多環(huán)境質(zhì)量空間分布，從而為川藏鐵路沿線周圍縣域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與災(zāi)害防治提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)

川藏鐵路自東由四川省成都起，向西經(jīng)過雅安、康定、昌都、林芝、山南，至西藏拉薩結(jié)束，全長1 543 km[13]，是一條由橫斷山高山峽谷區(qū)向青藏高原內(nèi)部延伸的鐵路干線，橫跨揚(yáng)子板塊、川滇地塊、羌塘地塊和拉薩地塊等大地構(gòu)造單元[14]，翻越4 000 m海拔以上高山8座，跨過7條大江大河，分布有龍門山斷裂、鮮水河斷裂、玉農(nóng)希斷裂等眾多區(qū)域性活動(dòng)斷裂[15]，地質(zhì)、地貌環(huán)境復(fù)雜(圖1)，活動(dòng)斷裂密集，地層活動(dòng)較為活躍，地震烈度較為強(qiáng)烈，沿途自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是地質(zhì)災(zāi)害[14,16-18]，且隨著鐵路線自東向西向高原內(nèi)部的延伸，凍融侵蝕風(fēng)險(xiǎn)極大，以未完工林芝—雅安段較為嚴(yán)重[19]。同時(shí)，隨著中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn)，川藏鐵路沿線的人類活動(dòng)強(qiáng)度更是逐年增大，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張顯著[20]。在自然環(huán)境與人類活動(dòng)的共同作用下，川藏鐵路沿線脆弱的地質(zhì)環(huán)境極易遭到不可逆的破壞。因此，對(duì)于川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力的研究就顯得極為重要。選取自雅安市出發(fā)的川藏鐵路經(jīng)過的33個(gè)縣區(qū)作為研究區(qū)，對(duì)其沿線縣域的地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 研究區(qū)概況圖Fig.1 Overview of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要以地質(zhì)、地貌、凍土分布、降水、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)為主，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為輔，通過野外調(diào)查與網(wǎng)絡(luò)收集等多渠道、多方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。其中，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)來自野外調(diào)查與網(wǎng)上資料收集，同時(shí)，筆者參加第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行部分點(diǎn)的驗(yàn)證，主要包括八宿縣、卡若區(qū)、江達(dá)縣、類烏齊縣等地區(qū)大型災(zāi)害點(diǎn)；工程巖組數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)來源于中國地質(zhì)調(diào)查局1∶2 500 000中國地質(zhì)圖(https://www.cgs.gov.cn/)，矢量數(shù)據(jù)，為使巖性數(shù)據(jù)可帶入指標(biāo)體系中，參考已有相關(guān)研究[21-23]對(duì)工程巖組進(jìn)行賦值劃分(表1)；海拔高程數(shù)據(jù)分辨率為30 m，來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/home)的ASTER GDEM 30 m數(shù)據(jù)，坡度與地形起伏度數(shù)據(jù)基于高程數(shù)據(jù)通過ArcGIS10.7平臺(tái)提取獲得；年降水量數(shù)據(jù)為2017—2019年全國降水量數(shù)據(jù)所取平均值，柵格數(shù)據(jù)，分辨率為1 km，來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/)；凍土及凍土類型分布數(shù)據(jù)來源于青藏高原國家科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/)，柵格數(shù)據(jù)，分辨率為1 km；人口密度數(shù)據(jù)來源世界人口數(shù)據(jù)網(wǎng)站world pop(https://www.worldpop.org/)，柵格數(shù)據(jù)，分辨率為100 m；歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)，柵格數(shù)據(jù)，分辨率為1 km；各級(jí)行政區(qū)劃、河流等數(shù)據(jù)以及道路密度與居民點(diǎn)密度數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn/main.do?method=index)，矢量數(shù)據(jù)，通過ArcGIS10.7進(jìn)行密度分析獲取。其中，地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)、降水?dāng)?shù)據(jù)、凍土類型分布數(shù)據(jù)以及人口、道路等數(shù)據(jù)均為構(gòu)建川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的指標(biāo)數(shù)據(jù)，行政區(qū)劃數(shù)據(jù)用以確定研究區(qū)范圍。

表1 巖性賦值表[21-23]Table 1 The assignment Table of lithology

2.2 研究方法

主要以隨機(jī)森林模型(random forest，RF)對(duì)指標(biāo)層數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)重確定，屬于組合式的深度學(xué)習(xí)方法[24]，作為一種較為常用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，是一種分類回歸樹的數(shù)據(jù)挖掘方法[25]，該模型結(jié)合了回歸樹、隨機(jī)選擇和裝袋的算法思想[26]，在解決非線性問題上具有較大的優(yōu)勢[27]。同時(shí)，該方法對(duì)于運(yùn)算數(shù)據(jù)的要求較低，對(duì)于多要素類的問題研究可定量提供解釋變量對(duì)于被解釋變量的貢獻(xiàn)率與重要性程度，即可確定其權(quán)重。因此，對(duì)于構(gòu)建指標(biāo)體系的相關(guān)研究來說，較為合適，且對(duì)于被解釋變量的影響因素的分析也具有一定的便利性，準(zhǔn)確性相對(duì)更高更具有客觀性[28]。與其他機(jī)器學(xué)習(xí)算法相比，隨機(jī)森林模型對(duì)于模型運(yùn)算中產(chǎn)生的噪聲與異常值具有較高的容忍度[24,29]，應(yīng)用十分廣泛，包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[27]、災(zāi)害易發(fā)性[28]、金融相關(guān)[30]、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)[31]等研究。主要使用R 4.0.4環(huán)境下的R studio編譯器調(diào)用RF軟件包進(jìn)行迭代運(yùn)算，其原理如圖2[28]所示。

CART(classification and regression tree)為分類回歸樹；OOB(out of bag)為袋外誤差圖2 隨機(jī)森林模型原理圖[28]Fig.2 Schematic diagram of random forest model[28]

3 指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建

地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取對(duì)于研究結(jié)果的準(zhǔn)確度至關(guān)重要，其目標(biāo)是協(xié)調(diào)人地之間的關(guān)系，合理的指標(biāo)選取可使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際狀況。參考文獻(xiàn)[32-35]，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際區(qū)域環(huán)境特征，綜合考慮數(shù)據(jù)的可獲取性，構(gòu)建川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。從川藏鐵路沿線各縣的地形地貌條件、地質(zhì)環(huán)境條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件以及生態(tài)環(huán)境4個(gè)準(zhǔn)則層分別選取海拔、坡度、地形起伏度、斷層密度、工程巖組、凍土分布、歷史災(zāi)害點(diǎn)密度、植被覆蓋指數(shù)、年均降水量、人口密度、居民點(diǎn)密度、道路密度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建川藏鐵路沿線各縣地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖3)。

圖3 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Geo-environmental carrying capacity evaluation system

作為制約區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，地質(zhì)環(huán)境承載力的大小受到多種要素的影響。文中地貌環(huán)境利用海拔、坡度以及地形起伏度表征，其與地質(zhì)環(huán)境承載力的大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。地質(zhì)環(huán)境包括斷層密度、工程巖組、凍土的分布以及歷史災(zāi)害點(diǎn)密度，其中歷史地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)對(duì)于地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量、地質(zhì)環(huán)境承載力具有極好的表示意義，當(dāng)某一地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生較多時(shí)，則表明該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，地質(zhì)環(huán)境承載力較低。生態(tài)環(huán)境利用歸一化植被覆蓋指數(shù)NDVI和年均降水量表示，川藏鐵路沿線區(qū)域海拔較高，除林芝、波密等縣外，其余地區(qū)均降水量均較少，因此，降水量成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的限制因素。社會(huì)環(huán)境指標(biāo)包括人口密度、居民點(diǎn)密度和道路密度，隨著區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力的占用逐漸增大，而人口、建筑以及道路等指標(biāo)可較好地的表征人類生產(chǎn)活動(dòng)的強(qiáng)度(圖4)。

圖4 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)空間分布Fig.4 Spatial distribution of Geo-environmental carrying capacity evaluation indicators

3.2 指標(biāo)分級(jí)

不同指標(biāo)對(duì)于地質(zhì)環(huán)境承載力的貢獻(xiàn)存在差異，評(píng)價(jià)指標(biāo)中既存在數(shù)值量，又存在類型量，各數(shù)值指標(biāo)之間存在較大差異，為去除數(shù)值量與類型量指標(biāo)之間的差異，且為避免對(duì)凍土分布和工程巖組巖性等類型量指標(biāo)的人為賦值所造成的實(shí)驗(yàn)誤差，體現(xiàn)計(jì)算的科學(xué)性，在進(jìn)行計(jì)算前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，進(jìn)行等級(jí)劃分。同時(shí)為體現(xiàn)指標(biāo)分級(jí)的客觀性，數(shù)值量指標(biāo)采用“自然裂點(diǎn)法”將各個(gè)指標(biāo)劃分為5級(jí)，分別為 “差”“較差”“中等”“較好”以及“好”，等級(jí)“差”賦值為1，“較差”賦值為2，“中等”賦值為3，“較好”賦值為4，“好”賦值為5，以便進(jìn)行下一步計(jì)算。類型量指標(biāo)主要包括工程巖組硬度和凍土的分布，其中工程巖組硬度參照文獻(xiàn)[21-23]關(guān)于工程巖組巖性硬度的劃分將其劃分為5級(jí)(表1)，堅(jiān)硬巖類、較堅(jiān)硬巖類、較堅(jiān)硬-較軟弱巖類、較軟巖類、軟巖類。凍土分布數(shù)據(jù)則依據(jù)凍土類型特點(diǎn)將未分布凍土等級(jí)劃分為“好”，多年凍土劃分為“中等”，季節(jié)性凍土劃分為“差”3個(gè)等級(jí)。其中，海拔、坡度、地形起伏度、斷層密度、歷史災(zāi)害點(diǎn)密度、年均降水量、人口密度、聚居民點(diǎn)密度、道路密度為負(fù)向指標(biāo)，年均降水量與NDVI為正向指標(biāo)，據(jù)此，等級(jí)劃分如表2所示。

3.3 指標(biāo)權(quán)重確定及評(píng)價(jià)

首先，對(duì)各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將不同分辨率的柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣為1 km分辨率，將矢量數(shù)據(jù)通過“密度分析”工具轉(zhuǎn)化為1 km分辨率柵格數(shù)據(jù)，后依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，并分別賦值。同時(shí)，考慮到研究區(qū)域面積較大，選取常用的正方形格網(wǎng)法進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)。創(chuàng)建分辨率為1 km的格網(wǎng)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，將其劃分為177 107個(gè)評(píng)價(jià)單元，并對(duì)每個(gè)格網(wǎng)對(duì)應(yīng)各指標(biāo)的類型賦值進(jìn)行提取。利用ArcGIS“加權(quán)求和”工具將各準(zhǔn)則層包含指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和作為隨機(jī)森林模型中的目標(biāo)變量，將各指標(biāo)作為預(yù)測變量。隨機(jī)選取70%的評(píng)價(jià)單元代入隨機(jī)森林模型進(jìn)行運(yùn)算,30%的評(píng)價(jià)單元進(jìn)行模型驗(yàn)證。隨機(jī)森林模型的構(gòu)建中，回歸樹的數(shù)量ntree與樹節(jié)點(diǎn)mtry作為隨機(jī)森林的重要參數(shù)，通過設(shè)置不同的ntree與mtry值，從而計(jì)算出不同隨機(jī)特征數(shù)下的隨機(jī)森林的袋外誤差OOB[28]，OOB袋外誤差越小，模型預(yù)測精度越高[27]，而后通過%IncMSE值進(jìn)行重要性分析，基于其重要性程度確定指標(biāo)層權(quán)重(表3)。經(jīng)過多次重復(fù)調(diào)試，地貌環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境準(zhǔn)則層設(shè)置ntree=800，mtry=5，生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境準(zhǔn)則層ntree=900，mtry=5，模型整體方差解釋率R2均大于0.80，誤差Error均小于0.01。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation index grading criteria

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 3 Weights of evaluation index

確定各指標(biāo)及準(zhǔn)則層權(quán)重后，將各個(gè)指標(biāo)基于ArcGIS“柵格計(jì)算器”進(jìn)行疊加得到川藏鐵路沿線縣域各準(zhǔn)則層，將各準(zhǔn)則層進(jìn)行疊加計(jì)算后得到川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力分布，可表示為

(1)

式(1)中：Q為地質(zhì)環(huán)境承載力；Ri為影響地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的準(zhǔn)則i；wi為準(zhǔn)則層i的權(quán)重；n為準(zhǔn)則層個(gè)數(shù)。

4 結(jié)果分析

4.1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

根據(jù)式(1)對(duì)各指標(biāo)層數(shù)據(jù)與準(zhǔn)則層數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分別得到川藏線縣域地貌環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境承載力空間分布(圖5)。

圖5 評(píng)價(jià)結(jié)果空間分布Fig.5 Spatial distribution of evaluation results

結(jié)果表明，川藏鐵路沿線縣域地貌環(huán)境總體上表現(xiàn)較好，以中等地貌環(huán)境及較好地貌環(huán)境分布最多范圍最廣，面積最大，占比達(dá)84.46%；地貌環(huán)境較差區(qū)域主要分布于研究區(qū)西部波密縣、加查縣區(qū)域；等級(jí)為好主要分布于研究區(qū)東部雅安市城區(qū)、蘆山縣、滎經(jīng)等縣以及研究區(qū)內(nèi)大江大河流經(jīng)所形成河谷地區(qū)，區(qū)內(nèi)坡度較小，海拔較低，地形起伏度不大，相對(duì)較為平坦，有利于人類活動(dòng)展開，從而使得該類型區(qū)域地貌環(huán)境總體表現(xiàn)較好[圖5(a)]。

川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境與地貌環(huán)境空間分布不同，地質(zhì)環(huán)境較好的區(qū)域主要集中于研究區(qū)西部波密縣、米林縣、加查縣以及拉薩市區(qū)周邊區(qū)域；中等及以上地質(zhì)環(huán)境區(qū)域面積占比為75.76%；地質(zhì)環(huán)境差、較差區(qū)域面積占比24.24%，主要分布于研究區(qū)中東部八宿縣北部、卡若區(qū)、察雅縣以及康定市、天全縣、寶興縣等區(qū)域，該區(qū)域工程巖組巖性硬度整體偏軟，活動(dòng)斷層分布密集，地質(zhì)活動(dòng)頻繁，且由于該區(qū)域主要分布季節(jié)性凍土，伴隨著全球氣候變化的加劇，冰川及凍土消融整體呈現(xiàn)加劇的趨勢，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境整體偏差[圖5(b)]。

川藏鐵路沿線縣域生態(tài)環(huán)境整體偏好，中等及以上生態(tài)環(huán)境占比84.15%，生態(tài)環(huán)境分布趨勢自西向東整體呈現(xiàn)“好-差-好”，中部區(qū)域八宿縣及波密縣北部區(qū)域生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)較差。通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)，波密縣北部區(qū)域坐落于念青唐古拉東段南麓，海拔整體偏高，冰川發(fā)育完全，造成縣域北部區(qū)域植被覆蓋相對(duì)較差，生態(tài)環(huán)境相對(duì)較差，而八宿縣屬于高原溫帶半干旱季風(fēng)性氣候，日照足，蒸發(fā)量大，同時(shí)受到怒江干熱河谷影響，年降水量較小，植被發(fā)育差。因此，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境也相對(duì)較差[圖5(c)]。

社會(huì)環(huán)境作為地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的負(fù)向因子，即社會(huì)環(huán)境越好，表明該區(qū)域交通條件較差，人類活動(dòng)強(qiáng)度較小，對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力影響較小，從而表示該區(qū)域的開發(fā)潛力較大[33]。川藏線縣域社會(huì)環(huán)境“差”“較差”占比僅為1.45%，且在空間分布上主要分布于雅安市周圍以及拉薩市周邊，該區(qū)域作為川藏鐵路沿線周邊發(fā)展較快的城市，人口分布較多，城市化程度較高，導(dǎo)致其社會(huì)環(huán)境較差，在保證地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的前提下的發(fā)展?jié)摿^小；中等以上社會(huì)環(huán)境占比達(dá)到98.55%，較好、好的社會(huì)環(huán)境面積占比更是達(dá)到81.24%，從理論角度來講，該區(qū)域社會(huì)環(huán)境對(duì)于地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的影響是極小的，區(qū)域發(fā)展?jié)摿O大，但由于川藏鐵路沿線自然環(huán)境條件的限制，僅有部分河谷區(qū)域適合發(fā)展[圖5(d)]。

將地貌環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境按照準(zhǔn)則層權(quán)重進(jìn)行疊加分析得到川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力分布結(jié)果如圖5(e)所示?？傮w上，東部地質(zhì)環(huán)境承載力較差，西部地質(zhì)環(huán)境承載力較好的特征。從面積分布來看，川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力以中等最多，占比達(dá)到66.69%，從其空間分布看，中等質(zhì)量在整個(gè)研究區(qū)域都有分布，較集中分布于曲水縣、扎囊縣、貢嘎縣等山南市大部以及巴塘縣、理塘縣和雅江縣等川西高原區(qū)域，其余呈現(xiàn)出零星分布的特征；其次，地質(zhì)環(huán)境承載力較差面積占比達(dá)18.40%。在其空間分布上，較差質(zhì)量主要分布于研究區(qū)中部八宿縣、察雅縣和卡若區(qū)以及寶興縣、堆龍德慶區(qū)、林周縣區(qū)域；較好質(zhì)量面積占比為14.90%，主要分布于米林縣、巴宜區(qū)以及雅江縣中南部[圖5(e)]。

4.2 影響因素分析

根據(jù)上文提到的隨機(jī)森林模型的優(yōu)點(diǎn)之一，由模型可以得出指標(biāo)因子的重要性程度，通常將重要性程度作為計(jì)算的權(quán)重，基于這一特點(diǎn)，本研究對(duì)川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力影響因素進(jìn)行分析。將各準(zhǔn)則層與指標(biāo)層重要性程度進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以得到川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力影響因子重要性程度(圖6)。

圖6 川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)重要性程度Fig.6 Importance of geo-environmental carrying capacity indicators along the Sichuan-Tibet Railway

工程巖組作為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量重要的指標(biāo)，巖土體類型不同導(dǎo)致巖性硬度及其應(yīng)力分布就存在不同，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與可承受人類活動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。川藏鐵路沿線工程巖組主要表現(xiàn)為西部地區(qū)巖性硬度較硬，卡若區(qū)、八宿縣至東部康定市這一區(qū)域巖性硬度較軟。由圖6可知，工程巖組對(duì)于地質(zhì)環(huán)境承載力的影響為所有指標(biāo)占比最大，為重要性程度最高的指標(biāo)。由于該區(qū)域位于青藏高原東緣，地殼運(yùn)動(dòng)較為活躍，活動(dòng)斷層對(duì)于地質(zhì)環(huán)境承載力的影響也相對(duì)較大，在地質(zhì)環(huán)境承載力表現(xiàn)較差的八宿縣、察雅縣一帶，班公錯(cuò)-怒江斷裂、日土-丁青主斷裂橫橫亙近東西，從而導(dǎo)致該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差。NDVI作為常用表征植被覆蓋指數(shù)的指標(biāo)，數(shù)值越大，表明該區(qū)域植被覆蓋度越好，則植被對(duì)于地表松散物質(zhì)的固著能力越強(qiáng)。同時(shí)，其涵養(yǎng)水分能力也較高，從而對(duì)于地質(zhì)環(huán)境承載力的提高具有顯著正向作用；根據(jù)圖6知，NDVI作為影響川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力的第二大影響因素，對(duì)于沿線地質(zhì)環(huán)境承載力的影響較大。其次，川藏鐵路沿線近年來，隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善，在川藏鐵路建設(shè)完成前，川藏公路作為內(nèi)地進(jìn)入西藏的主要途徑，道路的修建往往會(huì)破壞區(qū)域原有的地貌形態(tài)，從而使其應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。又道路的修建必然加大車輛的流動(dòng)，車輛擾動(dòng)的影響增大，從而導(dǎo)致道路密度成為影響地質(zhì)環(huán)境承載力的重要指標(biāo)。其他影響因素重要性排序依次為海拔、人口密度、坡度、地形起伏度、年均降水量、凍土類型的分布以及居民點(diǎn)密度與災(zāi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度。

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)地質(zhì)環(huán)境承載力的指標(biāo)構(gòu)成以及其對(duì)于人類社會(huì)發(fā)展的影響，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境承載力較好時(shí)，地貌環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境均相對(duì)較好。在此背景下，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境承載力的大小呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，本文選取地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生數(shù)量在地質(zhì)環(huán)境承載力等級(jí)的占比對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。通過統(tǒng)計(jì)分析，川藏線沿線縣域共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)3 863處，主要發(fā)育于地質(zhì)環(huán)境承載力“較差”“中等”“較好”3個(gè)等級(jí)區(qū)域，其占比分別為17.32%、72.17%以及10.51%?；诖?，認(rèn)為該研究地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果合理，具有一定的科學(xué)性，符合實(shí)際。

5 結(jié)論

從川藏鐵路沿線縣域?qū)嶋H出發(fā)，從地貌環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)環(huán)境四個(gè)準(zhǔn)則層選取12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)，考慮到青藏高原獨(dú)特得到凍土分布狀況，選取凍土分布作為地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的指標(biāo)因子，構(gòu)建了川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過隨機(jī)森林模型對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，利用GIS空間分析對(duì)川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出結(jié)論。

(1)川藏鐵路沿線地質(zhì)環(huán)境承載力受區(qū)域地質(zhì)背景即工程巖組與活動(dòng)斷層的影響較大，其次，以NDVI為代表的生態(tài)環(huán)境對(duì)川藏鐵路沿線的地質(zhì)環(huán)境承載力影響也比較大，因此，在改善區(qū)域地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量時(shí)應(yīng)該著重生態(tài)修復(fù)。

(2)川藏鐵路沿線縣域地質(zhì)環(huán)境承載力總體表現(xiàn)良好，中等質(zhì)量以上區(qū)域面積占比超過了60%，且質(zhì)量較差區(qū)域主要集中于八宿縣、察雅縣一帶，面積占比相對(duì)較小，除已經(jīng)建好的“成雅段”與“拉林段”鐵路外，雅安至林芝路段鐵路修建中應(yīng)該尤其注意八宿縣、察雅縣一帶。同時(shí)，在后期川藏鐵路的維護(hù)過程中還應(yīng)注重加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警，提高區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力，為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。