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JOURNAL OF NATURAL RESOURCES >

2021 , Vol. 36 >Issue 3: 646 - 658

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20210309

Regular Articles

Evaluation of geological environment carrying capacity of Huangshi city based on FCE-AHP

  • XI Xi , 1 ,
  • DING Zan 2 ,
  • YE Run-qing 3 ,
  • NIU Rui-qing , 1
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  • 1. Institute of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
  • 2. Hubei Province Geological Environment Terminus, Wuhan 430022, China
  • 3. Wuhan Center of Geological Survey, China Geological Survey (Central South China Innovation Center for Geosciences), Wuhan 430205, China

Received date: 2019-07-17

  Request revised date: 2019-10-24

  Online published: 2021-05-28

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Copyright reserved © 2021.
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Abstract

With the continuous acceleration of urbanization, human engineering activities have become increasingly strong, and geological environmental problems have become a pivotal factor hindering the development of green cities. Understanding the status of regional geological environment carrying capacity can help to provide effective geological environment control measures and scientifically guide regional development planning. We take Huangshi city in Hubei province as the research area, and build a geological environment carrying capacity evaluation system consisting of 16 evaluation indexes of geological environment, ecological environment and social environment. The FCE (fuzzy comprehensive evaluation) is used to determine the membership degree of each factor. The AHP (analytic hierarchy process) is used to determine the weight of each factor. Finally, the GIS spatial analsis is used to comprehensively evaluate the geological environment carrying capacity of Huangshi city. The research indicates that the geological environment carrying capacity is low in the northeast of the study area, which is mainly restricted by the disaster factors. Therefore, we recommended that disasters should be reduced. The geological environment carrying capacity is low in the southwestern part of Chengui town owing to mining over-exploitation. Thus, we recommended that mining environment restoration project should be carried out. The Southern Yangxin county, which has a high geological environment carrying capacity, can be appropriately developed and utilized. Generally, we should take targeted measures to improve geological environment carrying capacity in different parts of the study area.

Key words： Huangshi city; geological environment; carrying capacity; FCE; AHP; spatial analysis

Cite this article

XI Xi , DING Zan , YE Run-qing , NIU Rui-qing . Evaluation of geological environment carrying capacity of Huangshi city based on FCE-AHP[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2021 , 36(3) : 646 -658 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20210309

随着科技水平和社会生产力的不断提高,人类开发、利用、改造环境的规模、强度越来越大,社会发展与资源环境之间的矛盾日益突出,已成为区域可持续发展的重要制约因素[1]。了解区域发展现状是协调这一矛盾的前提[2]。资源环境承载力是摸清家底、推进资源环境与经济社会协调发展的关键所在[3,4],进行资源环境承载力评价是进行区域资源开发、经济发展战略决策的基础依据[5],也是指导国土空间规划的双评价之一[6]。资源环境承载力系统包含资源承载力要素系统与环境承载力要素系统,环境承载力要素有水环境承载力[7]、土壤环境承载力[8]、地质环境承载力[9]。目前研究较多的为水环境承载力,地质环境承载力研究则相对较少。地质环境是指与大气、水、生物圈相互作用着的岩石圈接近地表的部分,与人类社会的发展有特殊、紧密的联系,地质环境控制着其他环境场的基本格局[10],是资源环境系统中最重要的组成部分。但社会经济发展使得地质环境受到的影响和压力越来越大,直接影响到区域经济社会安全及可持续发展能力,明确地质环境对人类社会、经济活动的承载力阈值就要开展地质环境承载力研究[9,11]。马传明等[12]根据环境承载力的理论,提出地质环境承载力的概念,明确地质环境承载力是指一定时期一定区域内,在一定的环境目标下,在维持地质环境系统结构不发生质的改变,系统功能朝着有利于人类社会、经济活动方向发展的前提下,地质环境系统所能承受人类活动和外部力量的影响与改变的最大能力。地质环境承载力在本质上反映了人类活动与地质环境之间的辨证关系,建立了人类活动与地质环境的联系,为人类活动和地质环境之间的发展提供了理论依据[12,13]。进行区域地质环境承载力评价,有助于认识地质环境与社会发展格局态势,促进资源环境的优化配置和合理利用,提出有效的地质环境调控手段,科学指导区域空间规划。
地质环境承载力评价是在地质环境调查的基础上,按照一定的评价标准和评价方法评估地质环境承载力的优劣。对地质环境承载力评价来说,评价指标的选择、权重的确定和数学模型的建立都是相当重要的步骤,贯穿于地质环境承载力评价的全过程之中[14]。姚治华等[15]从资源、环境、调节和社会经济四个方面刻画大庆市地质环境承载力情况,但其评价单元为县市区,不足以反映局部空间信息。夏既胜等[16]将GIS空间叠置技术应用到昆明市地质环境承载力研究中,评价过程更高效,结果更准确。近年来,地质环境承载力评价不仅只是各评价要素简单叠加的结果,孙金辉等[17]先利用层次分析法确定各评价指标的权重,再对北川县地质环境承载力进行评价。姚翔龙[18]以秦巴山区的柞水县为研究区,通过综合分析法得到地质环境承载力评价结果,对地质环境背景、地质环境承载力进行分区,为柞水县划定地质红线。但当前研究大多聚焦承载力结果分区且评价指标的选取依据多样,对其短板要素的分析以及根据评价结果提出相应的改善建议较少,因此地质环境承载力评价具有结合案例深入研究的必要。
黄石市是我国第二批资源枯竭型城市[19]之一,也是长江经济带[20]（武汉—黄石段）的重要城市之一。黄石市地质构造复杂,临近大别造山活动带,岩浆活动强烈,以中生代岩浆内生成矿过程为代表[21],蕴含着丰富的矿产资源。长期的矿产开发造成黄石市矿产资源枯竭、经济结构失衡,地质环境与生态环境破坏严重。因此,开展黄石市地质环境承载力评价对黄石市社会经济绿色发展、资源空间合理优化有着非常重要的意义,并且可以为依赖矿业发展的城市进行地质环境承载力评价起到示范、参考作用。研究在评价结果的基础上,结合GIS空间分析技术[22,23],研究不同县市区的地质环境承载力短板要素,提出改善其地质环境承载力的对策与建议,可为黄石市区域经济发展与后期资源配置提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

黄石市位于湖北省东南部,长江中游南岸,西靠武汉市江夏区,是中国中部最大城市圈武汉城市圈的副中心城市[24],总面积约4583 km2,地跨29°30′~30°15′N,14°31′~115°30′E之间,总体地势西南高,东北低。黄石市现辖五区（黄石港区、西塞山区、下陆区、铁山区、经济技术开发区）、一市（大冶市）、一县（阳新县）（图1a）,属亚热带大陆性季风气候,全年70%~80%的雨量集中在4-9月份。区内湖泊众多,河道纵横,水系发达,大冶湖是区内最大的地表水体,其次为保安湖、王英水库,长江由北向东流过。
图1 黄石市地形、地质概况

Fig. 1 Topographical and geological profile of Huangshi city

黄石市地处鄂东南低山丘陵和江汉平原的过渡地带,主要地貌为低山、丘陵、沉积盆地和火山盆地[21]。研究区地质构造复杂（图1b）,大地构造位置属淮阳山字型褶皱构造前弧近弧顶偏西部位,岩浆活动强烈,中酸性侵入岩发育,铜、铁、金等多金属矿产,石灰石、天青石、大理岩等非金属矿产资源均很丰富,是长江中下游成矿带的重要组成部分[25]。同时,黄石还是我国三千年矿冶古都,是全国六大铜矿基地、十大铁矿基地之一,其丰富的矿产资源及雄厚的工业基础使得黄石经济快速增长。但是在资源不断枯竭的背景下,矿业对经济的拉动作用越来越小,加之矿产资源的持续开采,使得黄石地质环境遭到严重破坏,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害时常发生。

1.2 研究方法

1.2.1 评价指标体系
由于各评价指标在不同区域存在空间差异性,为确保评价单元[26]内各指标属性一致,研究使用的DEM数据、Landsat影像数据空间分辨率均为30 m×30 m。因此,选择30 m×30 m的网格单元对黄石市地质环境承载力进行评价。地质环境承载力评价的最终目的是协调人—地—生三者之间关系,根据黄石市的地质环境资料及发展现状,从地质环境、生态环境、社会环境三个方面选取具体评价指标,评价指标体系如图2所示。目标层是研究的总体任务与目标,反映黄石地质环境承载力现状;准则层是衡量能否达到目标层的各项准则,以地质环境、生态环境、社会环境三个方面的综合评价体现;指标层在对地质环境进行充分分析的基础上,依据针对性、普适性、可操作性、区域特殊性等原则,从与地质环境有直接关系的变量中进行选取,是评价体系中的最低一级。
图2 黄石市地质环境承载力评价体系

Fig. 2 Evaluation system of geological environment carrying capacity in Huangshi city

1.2.2 评价指标标准
根据已有的数据资料,将各评价因子划分为5个级别好、较好、中等、较差、差,对应的标准值（分级阈值）及数据来源如表1所示[25,27-30]。地质环境中的地层岩性依据岩性组合方式分为坚硬岩组、较坚硬岩组、软硬相间岩组、软弱岩组、极软弱岩组五类,极软弱岩组以第四纪砂砾层为主,主要分布在北部大冶湖盆地与南部阳新湖盆地。研究区在三叠纪之前的地壳运动方式以升降方式为主,北部受下陆—姜桥断裂带呈北北东向贯穿切割,南部山地为幕阜山脉的支脉南山头,山体南北两侧均被走向断层所切割。生态环境中,采用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）反映研究区植被覆盖情况,NDVI数值越大的区域说明植被覆盖度越高。研究区中部与东部区域年降雨量多为1700~1900 mm,西部区域降雨量>1900 mm。社会环境作为地质环境承载力中的承载体,其现状情况反映了地质环境对人类经济社会活动的支撑力。本文以乡镇为单位,从人口密度、耕地密度、道路密度、NDBI以及主要的经济指标定量化人类社会经济活动的强度、规模,反映黄石地区社会发展现状。社会经济发展越好的区域,说明其可承载的空间越少,即社会环境中的各因子均为负向因子。
表1 黄石市地质环境承载力评价指标分级

Table 1 Classification of evaluation index of geological environmental carrying capacity in Huangshi city

指标层 分级 数据来源或计算方法
好 较好 中等 较差 差
NDVI X1 >0.72 0.58~0.72 0.43~0.58 0.26~0.43 <0.26 地理空间数据云
降雨量X2/mm <1700 1700~1900 1900~2100 2100~2200 >2200 中国气象数据网
（http://data.cma.cn）
石漠化程度X3 — — 轻 中 重 湖北省地质环境总站提供
地下水质量X4 宜饮用 — 处理后
可饮用		 — 不可
饮用		 湖北省地质环境总站提供
距水体距离X5/m <200 200~300 0~100 300~500 >500 计算欧式距离
地层岩性X6 坚硬 较坚硬 软硬相间 较软弱 极软弱 区域地质图提取
距断层距离X7/km >12 9~12 6~9 3~6 <3 计算欧式距离
高程X8/m <50 50~200 200~350 350~500 >500 地理空间数据云
坡度X9/(°) <5 5~10 10~15 15~20 >20 slope提取
矿区破坏程度X10 — — >0.50 0.30~0.50 <0.30 AHP分析处理
地灾严重程度X11 — — <0.09 0.09~0.28 >0.28 点密度处理
人口密度X12/(人/km2) <251 251~410 410~620 620~1100 >1100 黄石统计年鉴
耕地密度X13/(km2/km2) 0.15 0.15~0.3 0.3~0.45 0.45~0.6 >0.6 湖北省土地利用数据
NDBI X14 <-0.35 -0.35~ -0.26 -0.26~ -0.18 -0.18~ -0.1 > -0.1 地理空间数据云
道路密度X15/(km/km2) <0.22 0.22~0.44 0.44~0.66 0.66~1.22 >1.22 湖北省土地利用数据
经济指标X16/(万元/人) <0.3 0.3~0.8 0.8~1.5 1.5~3.0 >3.0 黄石统计年鉴
由于黄石市矿产种类丰富,不同矿区对地质环境的影响也不尽相同,为了定量化采矿活动造成的影响和破坏,从矿区开采图斑的类型、开采方式、矿种、占地类型对其进行分类,并结合矿区开采密度数据得出矿区破坏程度,具体分类标准如表2所示。黄石市共有重点矿区14个,主要分布在黄石市西北部,开采矿种以金、铜、铁、煤矿为主。
表2 开采图斑破坏程度分类

Table 2 Classification of damage degree in mining area

开
采
图
斑
破
坏
程
度		 等级 好 较好 中等 较差 差
类型 — — 排土场、废石渣堆 露天采场 冶炼厂、尾矿库、选矿厂
开采方式 — — 露天开采 联合开采 地下开采
开采矿种 — — 非金属矿 金属矿 能源矿
占地类型 — — 占用破坏林地或草地≤2 hm2
占用与破坏荒地或未开发利用土地 ≤10 hm2		 占用破坏耕地≤2 hm2;
占用破坏林地或草地
2~4 hm2
占用与破坏荒地或未
开发利用地10~20 hm2		 占用与破坏基本农田;
占用破坏耕地>2 hm2
占用破坏林地或草地>4 hm2
占用与破坏荒地或未开发利用地>20 hm2
1.2.3 指标隶属度确定
由于地质环境系统的复杂性,地质环境承载力评价需要的因子既有确定的变化规律,又有不确定的变化规律。因子对于地质环境的影响并非是“非此即彼”,即1真（好）或0假（不好）二值逻辑,多数情况下存在着“亦此亦彼”的模糊现象,需要用区间 [0, 1] 的多值或连续值进行描述[14]。
评价体系指标层中的评价指标构成评价因素集 U = u 1 , u 2 , ⋯ , u m ,评价集用V表示, V = v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 ,其中 v 1 、 v 2 、 v 3 、 v 4 、 v 5 分别表示好、较好、中等、较差、差。若因素集 U 中第i个元素对评价集 V 中第1个元素的隶属度为 r i 1 ,则矩阵 R 中第i行 R i 为第i个评价因素 u i 的单因素评价,是 V 上的模糊子集。以m个单因素评价集 R 1 , R 2 , ⋯ , R m 为行组成矩阵 R m × n ,称为模糊关系矩阵。
R = R | u 1 R | u 2     ··· R | u m = r 11 r 12 ··· r 1 n r 21 r 22 ··· r 2 n · · · · r m 1 r m 2 ··· r mn
模糊综合评价[31]的关键步骤在于隶属度与权重的确定,隶属度实际上是单个评价因子落在不同评价标准区间范围内的概率。评价因子中既有定量因子也有定性因子,对于实数型定量因子,采用两端半梯形中间三角函数进行隶属度计算;对于特征状态类型的定性因子,采用专家经验法进行隶属度的确定。进行隶属度计算时需先确定该评价因子的分级标准,即确定各评价标准区间之间的代表值,以坡度因子和地层岩性因子为例进行介绍。坡度隶属度函数具体表达式如下：
μ 1 =       1     ,      x ≤ 5 10 - x 5 , 5 < x ≤ 10       0     ,     x > 10 μ 2 =     0       ,       x ≤ 5 x - 5 5    ,    5 < x ≤ 10 15 - x 5 ,   10 < x ≤ 15     0       ,      x > 15 μ 3 = 0 , x ≤ 10 x - 10 5 , 10 < x ≤ 15 20 - x 5 , 15 < x ≤ 20 0 , x > 20 μ 4 = 0 , x ≤ 15 x - 15 5 , 15 < x ≤ 20 25 - x 5 , 20 < x ≤ 25 0 , x > 25 μ 5 =      0      ,      x ≤ 20 x - 20 5 , 20 < x ≤ 25      1       ,      x > 25
式中： μ 为隶属度值;1、2、3、4、5分别为好到差的等级。
地层岩性的单因素评价如表3所示。
表3 地层岩性单因素评价

Table 3 Single factor evaluation of stratum lithology

岩性 v1好 v2较好 v3中等 v4较差 v5差
坚硬 0.8 0.2 0 0 0
较坚硬 0.3 0.6 0.1 0 0
软硬相间 0 0.4 0.5 0.1 0
较软弱 0 0 0.3 0.6 0.1
极软弱 0 0 0.1 0.3 0.6
1.2.4 指标权重确定
权重是指各评价因子对评价目标所起作用的重要程度,本文采用层次分析法[32](Analytic Hierarchy Process,AHP）进行各指标权重的确定,该方法根据多位专家经验判断,再结合适当的数学模型进一步运算确定,是一种合理可行的系统分析方法。该方法将决策问题按总目标、各层次目标、评价指标顺序分解为不同的层次结构,然后用求解判断矩阵特征向量的办法,求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重。本文评价指标体系已将各因子分层,由专家根据Satty1-9标度,两两比较各评价指标,分别构造生态环境、地质环境、社会环境判断矩阵;对每个判断矩阵计算最大特征值及其对应的特征向量,特征向量归一化后即为权向量 A , A = a 1 , a 2 , ··· , a m 且满足 a 1 + ··· + a m = 1 ,并进行一致性检验。得到的权重及一致性检验值见表4。
表4 评价体系指标权重

Table 4 Indicator weight of the evaluation system

权重 准则层 准则层一致性检验 权重 指标层 指标层一致性检验
0.33 生态环境 0.0136 0.18 NDVI 0
0.12 降雨量
0.36 石漠化程度
0.14 地下水质量
0.19 距水体距离
0.59 地质环境 0.08 地层岩性 0.0279
0.20 距断层距离
0.07 高程
0.09 坡度
0.25 矿区破坏程度
0.31 地灾严重程度
0.08 社会环境 0.20 人口密度 0.028
0.12 耕地密度
0.21 NDBI
0.39 道路密度
0.08 经济指标
1.2.5 综合评价
确定各因子单因素评价和其对应的权重值后,将权向量 A 与模糊矩阵 R 进行“合成”,即 B = A × R ,求出综合隶属度 B 。为了确定各子环境最终得分,根据各因子数据本身特点,将评价等级为好的级分设为100分,其他等级依次为80、60、30、10。即 S = 100 , 80 , 60 , 30 , 10 ,将不同环境的综合隶属度 B 与得分集 S 相乘,即可分别得到黄石市在生态环境、地质环境与社会环境的得分 F ,即 F = B × S T 。最后利用ArcGIS软件地图代数工具,将三个环境的得分乘以其权重相加得到黄石市地质环境承载力。

2 结果分析

2.1 地质环境承载力评价

结果表明,研究区内生态环境质量整体较好。生态环境质量差的区域主要分布在黄石市西塞山与大冶市交界处的条带状丘陵区域,部分分布在陈贵镇东南部与金湖街道中部,主要原因是该区域石漠化发育较为严重,且朝恶化方向演变,不易恢复（图3a）。生态环境较差区域与中等区域的分布受地下水质量与NDVI影响较大,主要分布在大冶市东部与黄石市各区交界地带、阳新县中部及北部,该区域多为建筑物密集区,植被指数偏低,且地下水水质为不宜饮用。西部金牛镇地下水质量多为不宜饮用或处理后可饮用,区内NDVI整体偏低,加之其年降雨量可达2200 mm,连降暴雨则易发生洪涝灾害,导致其生态环境质量整体处于中等状态,局部呈现差的状态。沿江一带区域植被指数偏低,但由于距水体距离较近,生态环境质量为中等或较好状态,其中黄石市黄石港区位于长江西岸,区内水体分布较多,缓解了其植被指数偏低的劣势,生态环境质量整体偏好。
图3 研究区地质环境承载力与子环境评价结果

Fig. 3 Geological environment carrying capacity and sub-environmental evaluation results in the study area

地质环境受地灾严重程度要素的影响较大,这是因为区域一旦发生地质灾害,说明该区域地质环境系统处于失衡状态,受到的压力超过其所能承受的范围。研究区东北角由于地质灾害点分布密集,加之矿山开采,其地质环境质量处于差的状态（图3b）。其中,黄石市铁山区范围与大冶铁矿矿区范围基本吻合,矿山开采丰富,以开采石灰石矿和铁矿为主,致使铁山区地质环境质量整体为较差及差。矿山开采主要分布在大冶市保安镇、金山店镇、陈贵镇及金湖街道四个乡镇街道内,矿山开采的区域同时也是地灾高发区,两种要素综合影响了这四个乡镇街道的地质环境质量。阳新县中北部断层较为发育,且断层附近区域的坡度均大于15°,使其地质环境质量下降,阳新县其余区域地质环境整体状态为中等及以上,无矿产开采活动,且地灾发育较少。
社会环境是负向因子,即社会环境分值越低,表示该区域经济越发达、交通越便利,区域环境所能承载的发展空间便越小。如图3c所示,黄石市区及大冶市的东风路街道、罗家桥街道、东岳路街道、金山街道社会环境均为差,主要原因是其人口密度、道路密度及NDBI指数高,即其可承载的空间小。阳新县仅有兴国镇社会环境处于较差或差的状态,兴国镇为城中镇,阳新县县政府所在地,经济水平比阳新县其他乡镇较高,道路相对便捷,人口密度较大,相应的可承载空间小。王英镇、陶港镇、枫林镇社会环境状态为好,NDBI指数、道路密度与人口密度都偏低,可承载的空间相对较大。
由图3d可见,承载力差的区域主要分布在北部丘陵一带以及中部陈贵镇附近,面积约91 km2,约占总面积的2%,也是占比最小的区域,结合其子环境质量状态可知,该区域生态质量多为较差或差,地灾发育较多,矿山开采严重,且人口密集、社会经济发展水平较高;承载力较差区域主要分布在大冶市北部、大冶湖西部以及兴国镇北部,面积约720 km2,约占总面积的17%,该区域地质环境质量多为较差状态,位于矿权覆盖范围内,地灾较为发育,兴国镇北部则是由断层存在致使地质环境承载力较差;承载力中等区域面积约2197 km2,是面积占比最大的区域,约占53%,多分布于阳新县及大冶市西侧,该区域整体生态环境与地质环境较好,地灾较少发育,局部区域被矿区覆盖;承载力较好区域面积约801 km2,占比约19%,主要分布在阳新县南部木港镇、洋港镇及大冶湖北部的汪仁镇,该区域生态环境较好,基本无地灾发育,整体地质环境承载力偏好;承载力好的区域面积约356 km2,约占总面积9%,主要分布在大冶市茗山乡、阳新县王英镇北侧及枫林镇与木港镇交界处,该区域无地灾发育,生态环境与地质环境质量均好,社会发展水平较低。

2.2 短板要素分析

采用短板效应理论[33]探索地质环境承载力体系中关键制约因素,对其进行改善优化,可以有效提高地质环境承载力。由上述地质环境承载力评价结果可知,不同区域的承载力情况各不相同,因此,本文在县市区尺度上寻找其短板要素,根据各县市区内的各要素得分分值,将要素分值以40、80为界划分短板要素、限制性要素、优势要素。其中,短板要素是地质环境承载力有效提升的关键。利用ArcGIS分区统计工具得到各县市区各因子得分的均值。
由图4可看出,各区域生态环境中距水体距离因子得分最低,其原因主要是在设置水体缓冲区距离时,将距水体1000 m外的区域对生态环境影响的隶属度归为差。黄石市黄石港区紧邻长江,加之区内磁湖等水域面积约占全区总面积15%,因此距水体距离因子得分相对其他区域较高。黄石港区NDVI得分较低的主要原因是区内建筑用地面积占比达65%,植被覆盖面积仅约占20%。黄石市石漠化总面积约占全市面积的3%,影响区域较小,计算均值时“稀释”了石漠化严重区域的得分,使得各县市区中该因子得分较高。地下水质量要素在黄石市下陆区为限制性因素,下陆区是重要的冶金工业基地,可能源于冶金过程中污染物处理不当。综上可知,制约各区域生态环境质量的短板因素为距水体距离。
图4 各区域各因子得分均值

Fig. 4 Average scores of factors in each region

地质环境中的地灾严重程度因子在各区域内得分均处于最低位置,是地质环境中的短板因素。其中黄石港区受其影响最为严重,这是因为地质灾害隐患点主要分布于黄石港区、西寨山西北角与下陆区东部,黄石港区地层岩性为极软弱岩组,主要分布第四纪沙砾层,得分较低,也是其地质环境中的短板。黄石市铁山区矿区开采程度相比其他区域较高,且矿区开采伴随的地质灾害也发育较多,因此矿区开采是其亟需改善的限制性要素。大冶市矿区开采程度平均得分较高,原因是大冶市内的矿权区覆盖范围仅占大冶市总面积16%,且矿权以外区域状态均设为好的等级。
社会环境中,制约各区域发展的短板因素各不相同。阳新县与大冶市的耕地密度是制约其社会环境中的短板要素,黄石港区、铁山区、下陆区的短板要素为人口密度。进行承载力评价研究是为了更好地推动社会发展,从发展角度来看,社会环境中得分较高的因子便是发展中的短板,也是其区域待提高的因素。譬如道路密度要素,在黄石港区、铁山区、下陆区及西塞山区得分较低,是地质环境承载力的短板,但却是发展中的优势要素。阳新县道路密度得分较高,即该区域交通条件较差,是发展中的短板要素,也是今后发展过程中需要优化的要素。

2.3 乡镇承载力状态分析

如图5a所示,大冶市大部分乡镇承载力处于较差与中等交界处。其中,金牛镇、东风农场管理区、东风路街道承载力状态所处等级较为集中,即区域内空间差异较小。金牛镇部分区域得分较差,主要原因在于地下水水质较差,建议合理开采地下水,控制污水排放。还地桥镇、保安镇、金山店镇、陈贵镇、金湖街道处于大冶市中北部,承载力状态差异较大,该区域发展以工矿产业为主,矿山开采造成的生态地质破坏是其承载力的主要限制因素,应积极开展工矿废弃地治理工程,划分矿产资源禁止开采区、限制开采区和允许开采区,关停禁采区内的采矿活动。同时,通过政策引导寻找新的经济增长点,调整产业结构,加快矿产资源结构转型。大冶湖西侧的东风路街道、罗家桥街道、东岳路街道、金山街道是大冶市的中心城区,承载力状态均较差。东风路街道由于所占区域较小,承载力状态较集中,人口密度大、建筑物密集、社会经济发展水平较高。在发展过程中要优化空间布局,改善中心城区人居环境,建议今后发展可沿大冶湖周边而建,发挥大冶湖生态功能,推动城市生态文明建设。茗山乡地质环境承载力整体较好,该乡地处陈贵苗木花卉走廊,森林覆盖率可达29%,充分利用自身山水资源优势及其芳香产业发展基础,打造芳香特色小镇,是大冶市资源环境与社会发展协调最好的区域。
图5 各乡镇地质环境承载力得分区间

Fig. 5 Grading interval of geological environment carrying capacity of each township

阳新县除金海开发区外,其余乡镇承载力处于中等或较好状态（图5b）。金海开发区位于大冶湖东侧,是主要的煤炭产煤基地,该区与韦源口镇都处于阳金海煤炭开发管理区煤矿矿区范围内,地面塌陷与地面沉降严重,是其地质环境承载力的短板要素,建议逐步建立、完善地质灾害监测系统,对塌陷、沉降进行动态监测。浮屠镇与兴国镇承载力区间跨度大,在于两镇北部交界处断层发育明显,存在多处不稳定斜坡隐患点,建议区域规划时可向南发展,避开地灾易发区。枫林镇、木港镇、王英镇和三溪镇承载力状态较好,但是社会发展程度水平普遍较低,建议这些乡镇依托自身丰富山水资源,发展休闲旅游,拓宽经济增长的动力。
黄石市各区（街道）除河口镇外承载力得分均属于较差区间（图5c）。其中,长乐山工业新区得分最低,该区位于黄石市下陆区,区内企业多为有色金属产业,对其生态环境造成较大影响,建议推行清洁生产、打造循环经济产业链条。区直辖村模拟镇即黄石市铁山区,也是黄石国家矿山公园所在地,区内矿区开采图斑面积约占16%,地质灾害多以滑坡为主,地质环境较差,建议对已停止开采的矿区加以利用,进行复垦恢复或工业遗迹景观建设,完成矿区转型。花湖街道、团山城街道是地灾高发区,建议对已存在的地灾开展排险与治理工程,黄石港区在经济发展上可依托港口优势,建设智慧物流,培育新的经济增长点。

3 结论

本文从生态环境、地质环境和社会环境三个方面选取16个评价指标,考虑到黄石以矿业发展的特点,在体系中加入矿山开采程度因子,构建了黄石市地质环境承载力评价体系。采用模糊层次分析法进行因子隶属度及权重的确定,基于GIS空间分析得到研究区地质环境承载力分区,得到以下结论：
（1）评价指标分级根据分级标准值采用模糊隶属度函数进行确定,模糊化评价指标之间的等级界限,可以较真实地反映不同等级之间的相对特征,有利于更科学地定量评价。
（2）在综合评价的基础上,在县市区尺度上进行短板要素的甄别,得出地灾严重程度是影响黄石市中心城区的主要短板要素。
建议黄石市中心城区应及时对已发现的地质灾害进行治理,建立地质环境监测及预警平台,合理利用自然有效空间,在发展经济的同时保护好生态环境。大冶市应全力推进生态整治,实施“治山工程”,加强对矿山开采区的监督及环境治理,同时,建议以工业旅游作为资源枯竭型城市转型之路的切入点,整合周边工业遗址资源,形成独特矿冶文化旅游。阳新县应积极融入武汉城市圈发展,以旅游农业为产业结构调整的突破点,大力发展以生态旅游为引领的服务业,推动其生态经济发展。

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