宁波市地下空间开发利用地质环境适宜性评价

doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.017Vo1.11No.4December，2016第11卷第4期2016年12月宁波市地下空间开发利用地质环境适宜性评价赵团芝，侯艳声，胡新锋（宁波市地质环境监测站，宁波315042）摘要：随着城市化建设快速推进，地下空间资源开发是解决城市土地资源紧张的合理途径，而地质环境适宜性评价对地下空间的开发利用具有至关重要的作用。本文分析了城市地下空间开发利用地质环境适宜性评价的影响因素，运用层次分析法确定岩土体特征、水文地质条件、环境地质问题、技术经济等指标因素的权重，建立模糊综合评价模型，定量评价宁波东部新城浅层（-15~0m）和中层(-30~-15m)的地下空间开发利用地质环境适宜程度。评价结果显示，东部新城地下空间开发地质环境适宜性等级分为Ⅱ级较适宜和Ⅲ级较不适宜，并根据不同的适宜等级提出了地下空间开发利用方式，为宁波东部新城的地下空间开发利用提供依据。关键词：地下空间；地质环境；适宜性评价；模糊综合评判；宁波市中图分类号：TU42文献标识码：A文章编号：1007-1903（2016）04-0088-06GeologicalEnvironmentSuitabilityAssessmentofUndergroundSpaceDevelopmentinNingboCityZHAOTuanzhi,HOUYansheng,HUXinfeng(NingboMonitoringStationforGeologicalEnvironment,Ningbo315042)Abstract:Withtherapidadvanceofurbanizationconstruction,thedevelopmentofundergroundspaceresourcesisareasonablewaytosolvetheproblemofurbanlandresources,andthegeologicalenvironmentsuitabilityassessmentplaysanimportantroleinthedevelopmentandutilizationofundergroundspace.Thefactorswhichinfluencethegeologicalenvironmentsuitabilityassessmentofundergroundspaceareanalyzed,analytichierarchyprocessisadoptedtodeterminesweightsofindexfactorsfromrockandsoilcharacteristics,hydrogeologicalconditions,environmentalgeologicalproblemsandtechnicaleconomy,thefuzzycomprehensiveevaluationmodelisbuilttoevaluatethesuitableintensityofthedevelopmentfortheshallow(-15~0m)andthemiddle(-30~-15m)undergroundspaceineasternnewcity.Theevaluationresultsshowthegeologicalenvironmentsuitabilityofundergroundspacedevelopmentineasternnewcitycanbedividedintotwogrades:themoresuitableandthelesssuitable.Themethodsofundergroundspacedevelopmentareputforwardaccordingtodifferentsuitablegrades.ThestudycanprovidereferencesforthedevelopmentandutilizationofundergroundspaceineasternnewcityofNingbo.Keywords:Undergroundspace;Geologicalenvironment;Suitabilityassessment;Fuzzysyntheticdiscrimination;Ningbocity项目来源：宁波市政府重点科研项目（NBTC2012CG-1002）作者简介：赵团芝(1982-)，男，硕士，工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质等工作。E-mail：[e-mail]。城市地质第11卷第4期890前言城市快速发展导致用地规模和空间容量需求不断扩大，空间资源的紧缺已经成为城市可持续发展的重要因素。土地资源的立体开发利用即地下空间开发，是解决城市空间发展瓶颈的合理途径。然而，地下空间资源有限，其开发利用的范围与合理形式受到地质环境条件制约。因此，开展城市地下空间开发利用的地质环境适宜性评价是一个十分有意义的课题。城市地下空间开发利用的地质环境适宜性评价是一个综合性的工程地质问题，其适宜性评价涉及区域地质、地形地貌、岩土性状等准则，既有确定性指标因素，又有非确定性指标因素（欧孝夺等，2009），影响因素多，评价难度大。国内外关于地下空间开发利用方面进行了研究，国外的Ronka（1998）、Umnov（2003）等人的研究主要集中在地下空间开发与地质环境的关系上。国内的诸多城市如天津（齐波等，2010）、北京（王法等，2012）、南宁（欧孝夺等，2009）、济南（徐军祥等，2012）、武汉（潘朝等，2013；彭雅婷等，2013）、福州、上海、南京等地均对城市地下空间开发利用进行了适宜性评价。根据宁波市中心城地下空间开发利用专项规划，宁波将形成以城市轨道交通网络为骨架，以三江口核心区、东部新城核心区、鄞州新城核心区为地下空间开发利用的核心区域。本文选择东部新城核心区作为评价对象，结合滨海平原软土地区地质环境条件特点，运用模糊综合评判模型，在综合考虑各地质环境影响因素的基础上，对东部新城地下空间开发利用进行地质环境适宜性评价，其成果可为城市地下空间规划及开发利用提供科学依据。1评价区范围及单元划分东部新城作为宁波未来的政治、经济、文化和商业中心，是城市向东发展最为重要的一个区域。其地理范围西起世纪大道，东至东外环，南至铁路，北至通途路，核心区面积8.45km2，总面积15.85km2。根据《宁波市地下空间开发利用管理办法》规定，宁波市地下空间划分为浅层、中层和深层。浅层开发深度为0~-15m，民用建筑与地下服务设施主要利用的空间域；近期中层开发深度为-15~-30m,为地铁及大型地下设施利用的空间域；中远期深层开发深度-30~-50m及-50m以上,宁波地区对该深度开发利用很少，故此次评价暂不涉及。为了便于对东部新城各区域进行地下空间开发利用地质环境适宜性评价，以东部新城相关道路为分界线，同时考虑单元地质条件相似性，对评价区进行单元划分，共划分了36个评价单元。2评价方法20世纪80年代初，我国学者汪培庄最早提出了综合评判模型。随后，针对实际应用中模糊综合评判模型常遇到的一些问题，一些学者等对其进行了改进，可采用多层次模糊综合评判模型和广义合成运算的模糊综合评判模型，使得模糊综合评判方法在实践中得到了广泛地应用。模糊综合评判法是模糊数学的一种应用方法，它以模糊集合论为理论基础，运用模糊变化原理和最大隶属度原则将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属度等级状况进行综合评判，其评判流程如图1所示。图1模糊综合评判流程图Fig.1Flowchartoffuzzycomprehensiveevaluation2016年90采用分值区间平均分配的原则，令地质环境适宜性评价集为[0，1]上的连续区间，地下空间开发地质环境适宜性Ⅰ级（0.75≤Bj＜1）;Ⅱ级（0.5≤Bj＜0.75）;Ⅲ级（0.25≤Bj＜0.5）;Ⅳ级（0≤Bj＜0.25）。3.2评价因素权重确定对于权重值的确定，目前，大多由专家凭经验给出，人为干扰较为严重，导致评判结果的出入。本文在模糊综合评价中采用层次分析法来确定权重，此方法具有较强的逻辑性、实用性和系统性，并能准确地得出各评价指标的权系数。在对浅层地下空间开发利用适宜性评价中，采用专家打分和层次分析法构造两两比较判断矩阵，计算各评价指标的相对权重，得出各级评价指标的权重集见表2。为使构造的判断矩阵具有满意的一致性，还需进行一致性检验。表2中层次总排序随机一致性比率CR满足：CR=0.028＜0.1，层次总排序结果具有满意的一致性。根据表2权重的具体计算结果，建立各评价指标权重集W：W={Wi}={0.0551，0.1818，0.1,0.0452，0.1001，0.0289，0.064,0.0976，0.0307，0.1549,0.0708，0.0708}一级模糊综合评判权向量：WB=（0.3369，0.2382，表1地质环境评价指标分级标准及对应取值Tab.1Gradingstandardsandcorrespondingvalueingeologicalenvironmentalfactorsevaluation一级影响因子Bi（主题层）二级影响因子Ci（指标层）地质环境适宜性评价分级及量化等级ⅠⅡⅢⅣ积分1.000.670.330.00岩土体特征土质均匀性均匀均匀性较好均匀性较差不均匀软土厚度（m）≤55~1010~15≥15岩性组合粘性土粘土＋淤泥质土粉土＋淤泥质土砂土＋淤泥质土水文地质条件潜水埋深（m）浅层≥53~51~30~1承压水埋深（m）浅层≥1510~155~100~5中层≥3025~3020~2515~20地下水腐蚀性浅层无腐蚀微腐蚀中等腐蚀强腐蚀含水层厚度（m）＜22~55~8＞10环境地质问题粉、砂土液化不发生轻微中等严重地面沉降状况轻微较轻较重严重基坑突涌可能性不发生较小较大严重技术经济施工技术易中等较难难开发单价低中等较高高3地下空间开发利用地质环境适宜性评价3.1确定评价集及评语集城市地下空间开发的地质环境评价系统是一个多层次、多因素的复杂系统，影响和控制地质环境质量优劣的因素较多。在进行地质环境影响分析时，综合考虑评价区工程地质特征、地下工程现状调查成果、地下空间开发利用的工程经验、国家相关标准及行业规范和专家咨询，按照分级、分序、抓主、淡次原则，构建可地下空间开发利用地质环境适宜性评价的因素集U为：U={u1，u2，u3，u4}={岩土体特征，水文地质条件，环境地质问题，技术经济}而u1={u11，u12，u13}={土质均匀性，软土厚度，岩性组合}其他各主题因素集依次类推，逐级反映了影响因素的层次性。由于各次一级因素的提取和奉献度大小是一个模糊概念和模糊判断过程，为便于分析必须先建立各次一级因素数值化准则及对应取值，如表1。根据评价模型计算结果的大小对地下空间开发利用的地质环境适宜性进行等级划分，建立评语集V如下：V={v1，v2，v3，v4}={适宜，较适宜，较不适宜，不适宜}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}赵团芝等：宁波市地下空间开发利用地质环境适宜性评价城市地质第11卷第4期910.2833，0.1416）指标因素总权重的大小表明该因素对地下空间开发的影响程度。由此可知，B1（岩土体特征）对目标评价的影响较显著，C6（地下水腐蚀性）对目标评价的影响程度最低。3.3评价因素隶属度确定根据模糊理论，各单因素对各等级的隶属程度，是用隶属函数表示。从表1对地质环境影响因素分析可知，所选取的评价指标有定性指标和定量指标。为了便于计算，假定表1所列的各单因素的隶属函数相同，均服从线性分析。在参考有关文献的基础上，构造隶属函数如下：()121212210xxAxxxδδδδδδδ≤−=≤−Ⅰ（1）()111111232323300.50.50.50.510xxxxAxxxxδδδδδδδδδδδ