地质环境合理开发利用的总体思路及其途径.doc

地质环境合理开发利用的总体思路及其途径 地质环境合理开发利用的总体思路及其途径 摘 要 资源与环境是当今社会面临的两大问题,是影响可持续发展的重要因素。地质环境具有资源与灾害的双重属性,不合理的开发利用将引发环境负效应,其影响具有扩散性与延滞性。代写硕士论文借鉴集对论基本原理与方法,对城市化进程中地质环境的合理开发利用提出总体思路及其具体途径。 关键词 地质环境; 资源; 灾害; 城市化进程; 集对论; 同异反分析 随着人口膨胀与经济发展,人类对自然资源开发利用的强度和广度大为增加,全球的环境状况因之也发生了显著变化。资源与环境问题对社会、经济的影响日渐突出,成为当今社会面临的两大全球性问题,成为影响可持续发展的重要因素。 由此,如何科学合理地开发利用不可再生的地质环境,已不仅是学者之间为寻求人与地球和谐共存的学术论题,而已成为社会不同阶层共同关注的问题,尤其是当今时代是一个数字化的时代、一个从四维时空观察地球的时代、一个地学家与其他阶层更广泛参与解决环境生态问题的时代,因而以系统的观点与方法来剖析处理并以此寻求最佳解决方案是唯一正确的途径,也是一种必然趋势。 本文利用集对论[1]基本原理与方法,对城市化进程中地质环境的合理开发利用提出总体思路及其具体途径。由赵克勤创立的集对分析理论,是系统分析的重要手段,因而在诸多领域得到广泛和重要的应用[2]。 1．地质环境的内涵与属性 1.1地质环境内涵 环境是人类生存的周围世界,是作用于人类这一客体的所有外界因素的总和。地质环境是由岩石圈、水圈和大气圈组成的体系,它是地球演化的产物。人类和其他生物依赖地质环境而生存与发展,同时人类和其他生物的活动又不断地改变着地质环境的化学成分与结构特点。亿万年来,各圈层间的物质交换与能量交换组成地球化学物质的相对平衡关系。人类所处的地质环境是在最新造山运动和第四纪最后一次冰期后形成的。 在自然因素影响下形成的地质环境为原生环境。受人为因素影响而改变了的地质环境为次生环境。人类的经济与工程活动,改变了原有地壳表面的组成。这种改变了的原有地质环境,反过来又严重地影响了各种生物,特别是人类的正常生产生活。地质环境同样也构成了一个系统,在此系统中,各种物质之间由于成分不同和自由能的差异,进行着永恒的能量迁移与物质交换;它是一个开放系统,在长期的演化过程中逐渐建立起自我调节系统,保持能量的收入和支出的相对平衡与稳定,但它也存在着自己的发生、发展和形成历史,其范围可以是全球性的,也可以是局部性的。 构成地质环境的各个独立的基本物质组成部分即地质环境要素,其配置关系即构成地质环境结构。地质环境要素组成地质环境的结构单元,地质环境结构单元又构成地质环境系统。因此,地质环境要素是认识、评价和改造地质环境的基本依据。地质环境结构则是描述总体环境的有序性与基本格局的宏观概念,环境结构及其相互作用直接制约着环境的物质交换与能量迁移的功能。 1.2 地质环境属性 地质环境是自然资源的重要载体,在其间赋存和蕴藏着丰富的人类赖于生存与发展的国土资源、矿产资源、地下水资源、地热资源、建材资源、景观资源等。因而,地质环境首先具有资源属性。地质环境的资源属性,使人类活动向地质环境条件优越地区聚集。由于地质环境的资源属性受地质构造制约,因而其展布及资源种类在区段上具有不均一性。另一方面,地质环境的资源属性往往因蕴藏于地下,具有隐蔽性,因而人类自发形成的居住地聚集更多地选择自然地理条件适宜地区。自然地理条件尽管也是地质环境的外在表现之一,但其与地质环境的资源属性并不完全等同。由此,自然地理条件优越地区,如河流三角洲地区、滨海平原地区、内陆构造盆地等,成为人类经济活动的中心,尤其是这些地区突出的便利交通和辐射功能,是工业化、城市化的主战场。而资源在一定程度上的局限与制约,使其环境问题在地区城市化进程中尤显突出。 地质环境同时具有灾害属性。其一方面是由于地质环境是地球运动的产物,因地壳能量不均衡导致能量转移或地壳物质运动,地质环境受这种地质营力作用而具有灾害发生的必然性。另一方面,人类的经济与工程活动对地质环境的重建与破坏也会导致地质灾害的发生,而社会生产力的极大进步,其致灾能力较之自然营力有过之无不及。 由此,地质环境具有资源与灾害的双重属性。地质环境的资源属性具有不均一性与不可再生性,而其灾害属性很大程度上将因人类的开发利用而凸显。 2．地质环境开发利用的集对论准则 2.1集对论基本原理 集对论中的所谓集对,是指具有一定联系的两个事物集所组成的基本单位。它既可以看作是由两个要素集所组成的小系统,也可以看作是一个矛盾统一体。集对这个概念的引进不仅是因为集对在现实世界中广泛存在,更重要的一个原因是由于客观事物处于普遍的联系之中,而在五彩缤纷、千姿百态的各种各样联系中,由两个事物集所体现的联系是一种最基本的联系。集对分析希望通过研究两个事物集的联系、可变与转化去了解、认识、掌握由大于两个事物集所组成系统的运动规律,进而去回答或解决所关心的问题。 一般情况下,组成集对中的两个集合间之联系具有同一、差异、对立关系和既确定又不确定的特征。集对分析把既非明确、确定的同一与既非明确、确定的对立这种介于同一与对立之间的中介过渡称之为差异。于是可以把集对中两个集合的联系一般性地概括为“同异反”联系。“同异反”同时涵盖确定性与不确定性内容,因而如模糊数学、灰色理论等,是一个系统工程的理论方法之一,可资解决社会经济发展相互关系等较为复杂的问题。 集对论具有丰富的理论内涵 集对论认为同一、差异、对立是事物的本质属性,同异反共处于一个系统中,是系统的不同侧面。同异反可以在一定条件下互相转化。由两个要素组成的系统是最基本的一种系统,可形象地称之为元系统,这种元系统是组成大系统的基本单位,大系统有时也可以抽象为集对这种元系统。 集对论认为不确定性客观而普遍地存在于事物之中,其是运动与发展之本源,并有着丰富的信息内涵。确定性与不确定性的相互联系与转化可借助层次概念加以阐述在同一层次上,当确定性趋势为主时,则认为被研究对象在此层次上是确定的;而当不确定性趋势为主时,则是不确定的。 2.2集对论基本方法 集对论创立了一个能刻划集对中两个集合同异反既确定又不确定程度的联系度表达式μ abicj,并借助这个联系度的运算与分析来从量的角度了解、把握集对中两个集合的联系、可变与转化。联系度表达式在集对分析中有着重要的地位,其在实际应用中可有多种途径加以确定。 联系度表达式中,μ为联系度,a、b、c分别为同一度、差异度、对立度,i、j分别为不确定度与对立度。通常情况下,a、b、c可定量刻划,而i、j一般起标示作用,表征数值项的属性。特定情况下,i、j也可量化,此时j规定取值-1,以示j所在项与a在数值 上相反,i在[-1,1]区间视不同情况不确定取值,而μ则转化为联系数。 在联系度表达式中,a、b、c与i、j是在两个层面上对事物的不同刻划。a、b、c处于宏观的层次;i、j处于微观的层次,也是对潜在与可能趋势的刻划。集对分析具有层次性与结构性,abicj可以拓展成a1a2anb1i1b2i2bninc1j1c2j2cnjn形式,由此实现对时间延续、空间扩展等四维动态及其不确定过程的刻划与剖析。 集对论认为同与反、确定与不确定,既是对立的,又都统一在一个数学表达式中;当b在i的作用下分解分别益于a和c时,可改变a与c的比值大小,体现出量变与质变关系;利用联系度作确定性的结论将受到不确定性的否定,而不确定性又通过否定自身在一定条件下转化为确定。此外,当联系度表达式中的a与c值大于b时,在确定不确定这对矛盾中以确定性为矛盾的主要方面;反之,当联系度中的a与c小于b时,则在确定不确定这对矛盾中以不确定性为矛盾的主要方面。联系度表达式中的i取值不仅仅是通过联系度自身提供的信息取值,如i的比例取值法,更重要的是还要以实际变化结果来验证,从而实现理论与实践的统一。 2.3地质环境开发利用集对论准则 地质环境具有可供人类开发利用的资源属性,又具有危害人类正常生产与生活的致灾机制,两者往往又是相辅相成的。对地质环境开发利用不当将会导致环境负效应,其影响具有扩散性与延滞性,而不局限于局部地区或某一短暂时期。地质环境开发利用的趋利避害,以及可持续发展要求下难以再生性地质资源的永续利用,这是城市化进程中应予遵循的重要准则。以对立统一辨证思维为基础的集对论对于地质环境合理开发利用具有重要的指导作用。 以地质环境与资源属性这个集对而言,一定的地质环境常常蕴藏相应的资源,这说明地质环境与资源有着同一性,这里所说的同一性还包括在一定范围内人们开发利用其中的资源而不产生危害这一层意思。但过度或不合理地开发利用将会产生地质灾害,这又表明地质环境与资源又存在对立的一面。而不论是其同一性,还是对立性都是运动着的,是变化的,在同一性与对立性之间存在着中介过渡和各自向相反方向转化的可能与趋势,这一过程是复杂和不确定的。 地质环境系统内各结构组分相互影响与制约,其间有诸多不确定因素,对系统内部变化及其反馈的了解是解决问题的关键。系统中正向反馈过程属于恶性循环而难以控制,而逆向反馈过程可通过自动调节达到某种平衡状态并较容易控制。地质资源是有限且非再生性的,大规模的物质再循环特别是废弃物的再加工是资源调节的重要途径。 3．地质环境开发利用的集对论方法 3.1研究对象的客观描述 在制定地质环境合理开发利用的方案时,第一步往往需要对研究对象及其所在系统作出如实的描述。根据集对分析关于确定性与不确定性是一个系统的理论可知,看上去以确定性为主要特征的研究对象其实具有不确定性的一面。加上由于信息资料的不完全、不确定因素,以及人们认识上的局限性、模糊性、主观随意性,只有把对研究对象的确定性描述与不确定性描述结合起来,才能做到如实地、科学地描述研究对象及其所在的系统。这一步做好了,才能在后续工作中展开正确的分析和开展科学的研究。 设某一地质环境蕴涵资源总量为N,当资源的开发利用规模较小时,地质环境处于安全状态;当开发量增加并超过某一阀值时,将诱发地质灾害。在阀值下限情况下,诱发灾害仍可采取某些人工措施加以控制;而在阀值上限时,产生的地质灾害将造成严重负面影响。于是可写出地质环境在开发利用资源这一问题背景下的同异反联系度表达式 μSNFNiPNj 式中S资源的安全开发量; F资源的可控开发增量; P资源的致灾开发增量; SFPN。 根据上式比例系数的数值大小,可进行同异反分析与定量刻划,这为地质环境的合理开发与趋利避害提供了技术依据。 3.2研究对象的比较分析 比较分析是常用的科研方法。根据集对分析中的同异反系统理论可知,在把研究对象与参考对象作比较时,应以同、异、反三方面开展两两间的比较。即不仅要找出研究对象与参考对象的同点,还要找出两者的异点、反点,并进一步根据同点数、异点数、反点数的多少建立起研究对象与参考对象在指令问题背景下的同异反联系度表达式。而一旦建立起这一表达式之后,就可以充分运用集对分析中的有关理论,结合具体的问题背景展开分析。 以地面沉降控制研究为例,可以将地质环境相似地区予以比较,通过同异反分析,既对沉降发展过程及其规律有宏观面的认识,也可在比照基础上借鉴成功的控沉思路与方法[3 \〗。 3.3 研究对象的综合研究 地质环境的开发利用是一个普遍联系与相互转化的过程。地质条件、资源、环境等因素构成多体问题。多体问题一般说来属于复杂问题,要考虑的因素越多,问题也越复杂。之所以复杂,说到底是由于不确定性使然。不仅如此,还有对立、转化等等情况。对于此类问题,应用传统的数学方法难以建立既符合客观实际,又便于数学处理的模型。而借助联系度表达式,可以分别就所要研究的多体中的经两个要素建立起相应的表达式,再把所有的这种联系度表达式组合成一个同异反矩阵,借助于数学中关于矩阵的知识来处理,最后对多体联系问题的实际内容作出相应的结论。多体问题也可以借助集对分析几何模型法来处理。例如三体问题可借助三角形模型展开分析,四体问题可以建立四面体模型等。 以上两种模型的特点是每个因素都与其余因素有直接的联系。多体问题中每两个因素所组成的联系角,在同异反意义下有五种情形假定bc ①基本联系角α1-a180; ②最大联系角α11-ab180; ③次大联系角α21-a-b180; ④较小联系角α31-ab-c180; ⑤最小联系角α41-a-b-c180。 将上述所得的联系角代入相应的几何模型,有助于模型解析。 相互联系的各种影响因素在系统中所起的作用不尽相同。有些作用独立,有些作用影响相互叠加,有些相互伴生形成灾害链。相互作用效应有些是两者作用的相加,有些则是相乘,有些则是拮抗彼此抵消,这在地质生态环境,尤其是水环境系统较为常见。集对论的同异反层次结构分解,可对其定性分析与定量评价提供途径。 对于转化的描述与定量刻划在集对论中也可通过同异反分析来实现。例如,一般而言,开采地下水是诱发地面沉降的主因,而人工回灌可以促使土体回弹从而部份地抵销地面沉降量。但在这么一个看上去是以确定性为主要特征的问题中,依然有着不确定性这一侧面,借助同异反分析可以看出,在回灌初期,回灌效应的不确定度更倾向于土体回弹,而多次采灌作用后,回灌效应的不确定度转向相反方向[4]。 而在地质环境的开发过程中,资源利用直接导致灾害发生是最明显的转化实例,同异反态势图分析有助于对其进行剖析。根据同异反态势及其态势跃迁可进行地质灾害预报。因地质环境不合理开发而导致的地质灾害,按其成灾潜势可分为三类高潜势灾害如洪水、中潜势灾害如滑坡、低潜