鄭州市地質環(huán)境適宜性評價及功能區(qū)劃

朱曉強

（1. 上海市地質調查研究院，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技術研究中心，上海 200072）

城市是人類文明發(fā)展的標志，城市的建設發(fā)展又與地質環(huán)境相互聯(lián)系、相互制約。隨著社會進步和科技發(fā)展，現(xiàn)代人類活動已成為強大的地質營力，強烈地參與到自然地質作用之中，共同作用于地質環(huán)境，打破了其原有平衡，使城市地質環(huán)境所受的影響和壓力與日俱增。因此，如何在不導致地質環(huán)境惡化的前提下，科學合理地規(guī)劃配置、利用各種資源，已成為城市發(fā)展面臨的緊迫問題。

在國家實施中部崛起的戰(zhàn)略下，鄭州作為河南省省會、全國重要的交通樞紐，一方面迎來難得的發(fā)展機遇，另一方面又限于歷史遺留問題，使城市化進程面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，對鄭州市未來城市規(guī)劃建設而言，進行針對性的地質環(huán)境適宜性調查和評價十分必要。

地質環(huán)境適宜性評價是指在一定的目標下，按照一定的標準和方法對地質環(huán)境適合于人類生產、生活的程度進行說明和評價[1,2]。本文在分析、總結鄭州市地質環(huán)境條件的基礎上，從農業(yè)活動、城市建設、生態(tài)建設及保護三個功能類型進行地質環(huán)境適宜性評價分區(qū)和功能區(qū)劃，從而有助于科學合理地開發(fā)利用有限的地質資源和土地資源，為鄭州市的城市建設規(guī)劃與經濟社會可持續(xù)發(fā)展提供技術支持和服務。

1 研究區(qū)概況

鄭州市地處中原腹地，總面積7446.2km2，下轄上街區(qū)等6個區(qū)及新鄭、登封、中牟、新密和滎陽等5個縣（市）。地勢總體為西南高、東北低，呈階梯狀下降，由西南部侵蝕而成的低山丘陵逐漸向東北部過渡為黃土傾斜平原和黃淮沖積平原。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風氣候，境內發(fā)育有大小河流124條，分屬黃河和淮河兩大水系。鄭州市自然資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)煤、鋁土礦等礦產40余種，林木種類200多種，林地覆蓋率10.9%。

鄭州市地處中朝準地臺、秦嶺東西向復雜構造帶的東端，東部平原區(qū)位于濟源-開封凹陷南側，以隱伏斷裂構造為主。該區(qū)除志留、泥盆及侏羅系缺失外，其余地層均有出露。根據含水介質性質，地下水可分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水以及基巖裂隙水等三種類型。區(qū)內地下水埋藏分布與地形、人類活動強度等因素密切相關，大致表現(xiàn)為由東北到西南埋深逐漸增大。境內發(fā)育的地質災害類型多樣，主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫等。此外，區(qū)內也存在濕陷性黃土、淤泥質軟土、液化沙土等特殊類巖土及水土流失、土壤退化等土壤環(huán)境問題。

2 地質環(huán)境適宜性評價

鑒于農業(yè)活動、城市建設和生態(tài)建設與保護等三種地質環(huán)境功能類型的特點、屬性和影響因素各異，對于前兩種功能類型，本文采用敏感因子綜合評價模型和綜合指數(shù)模型相結合的方法進行適宜性評價分區(qū)（如圖1）；對于生態(tài)建設與保護功能類型，除包含自然保護區(qū)、森林公園等國家已劃定且嚴禁開展工農業(yè)活動的區(qū)域外，地質災害高發(fā)區(qū)、嚴重區(qū)也劃入其中，不再單獨對其進行適宜性評價，只在前兩種功能類型適宜性評價結果的基礎上，綜合考慮得到生態(tài)建設與保護功能類型的范圍。

圖1 地質環(huán)境適宜性評價技術途徑Fig.1 The technological approaches for suitability evaluation of geological environment

2.1 評價指標體系的建立

通過分析鄭州市地質環(huán)境條件與農業(yè)活動、城市建設活動之間的關系，建立基于農業(yè)活動、城市建設功能的地質環(huán)境適宜性評價指標體系。

（1）農業(yè)活動功能類型

其主要考慮以下方面：

地形地貌：這是最基本和最宏觀的特征，其通過控制土壤中水、熱的分配以及地表環(huán)境中物質的遷移，進而對農作物的種植、生長產生一定程度的影響。

地質環(huán)境問題：指由自然因素和人為活動作用影響而發(fā)生的，使人類賴以生存的地質環(huán)境的質量發(fā)生不良變化或遭到破壞，它直接或間接地威脅人類的工農業(yè)生產、生活。

水文地質條件：在氣候變化、降水不均等因素引起的地表水斷流或人為活動導致的地表水源污染的情況下，它的好壞直接限制了農業(yè)活動的開展。

土壤環(huán)境質量：土壤是陸地表面具有肥力、能生長植物的疏松層，是人類賴以生存的物質基礎和生產資料，也是農業(yè)生產活動的載體。土壤環(huán)境質量是表征一個地區(qū)從事農業(yè)生產活動綜合能力的指標。

由此建立的評價指標體系如表1。

表1 農業(yè)活動功能類型地質環(huán)境適宜性評價指標體系Table 1 The index system of geo-environmental suitability assessment of agricultural activities function type

（2）城市建設功能類型

綜合考慮以下因素：

地形地貌：其很大程度上影響并決定著基礎建設施工條件、土地利用的實用性以及城市建設規(guī)劃發(fā)展方向和布局。若地形地貌條件能夠得到合理利用，還可節(jié)約大量填挖土方量，進而減少工程投資[3]。

工程地質條件：是客觀存在的地質因素，它以一定的方式影響工程建筑物的安全穩(wěn)定和正常使用。工程地質條件欠佳將提高建筑工程造價，并可能對各類工程的長期有效使用帶來不利影響。

水文地質條件：它對建設場地的巖土體承載力有明顯影響，還在基坑降排水方面對建設活動造成影響。地下水的賦存、滲流、排泄等作用，對巖土體有軟化作用，從而降低其承載能力；粘性土會隨著含水量增加，應力應變也會隨之發(fā)生變化；具腐蝕性的地下水對鋼筋、混凝土等建筑材料腐蝕作用。

地質環(huán)境問題：地質災害是研究區(qū)主要的地質環(huán)境問題，區(qū)內發(fā)育的地質災害類型包括滑坡、崩塌、泥石流及地面塌陷等，其發(fā)育程度及危害性直接決定著建設活動的安全。一些地區(qū)可采取必要的工程技術手段得以改善，有些則只能選擇避讓。

由此建立的評價指標體系如表2。

表2 城市建設功能類型地質環(huán)境適宜性評價指標體系Table 2 The index system of geo-environmental suitability assessment index of urban construction function type

2.2 評價單元劃分

評價單元是具有相同特性的最小地域單元。常用的劃分方法主要有正方形網格法及不規(guī)則多邊形網格法兩種。鑒于該區(qū)地質條件變化較大，若僅采用正方形網格剖分法，易把評價因子性狀相對不均一的區(qū)段劃分在同一評價單元中，而均一性較好的區(qū)段可能被分割開；不規(guī)則多邊形網格法是以地質環(huán)境條件突變的界線為邊界（如地形地貌、巖性突變邊界）。因此在本次評價中，采用兩者相結合的方法進行單元劃分。對于地質結構相對比較簡單，評價因子性狀較為均一的地段，如東部平原地區(qū)，采用正方形網格法進行單元劃分，單元大小為1km×1km；對于一些地質環(huán)境條件變化較大的特殊地段，如地形地貌發(fā)生相對突變、巖性變化較大的西南低山丘陵區(qū)，則采用不規(guī)則多邊形網格法進行剖分。

2.3 權重確定

采用基于三角模糊數(shù)的層次分析法[4],計算各評價指標的權重（表3、表4）。

表3 農業(yè)活動功能類型適宜性評價指標權重Table 3 Weights of geo-environmental suitability assessment index of agricultural activities function type

表4 城市建設功能類型適宜性評價指標權重Table 4 Weights of geo-environmental suitability assessment index of urban construction function type

2.4 評價模型

敏感因子評價模型是在定性分析的基礎上，首先將所有評價單元依據敏感因子的狀態(tài)（敏感因子）用“一票否決權”加以區(qū)別，再對具有可比性的評價單元（重要因子）采用統(tǒng)一的評價模型進行評價，從而實現(xiàn)定性定量相結合的評價方法[5]。

考慮到研究區(qū)農業(yè)活動、城市建設功能類型地質環(huán)境適宜性的要求及研究區(qū)的實際條件，選取地質災害易發(fā)程度、土地利用現(xiàn)狀作為敏感因子（表5）。區(qū)內發(fā)育的地質災害一般都屬于突發(fā)性，且一旦發(fā)生對農業(yè)生產和城市建設的破壞巨大。風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)等已有植被資源應保持現(xiàn)狀，避免受到工農業(yè)生產活動的影響和破壞。

表5 地質環(huán)境適宜性評價敏感因子及其評價標準Table 5 The sensitive factor of geo-environmental suitability assessment and its Evaluation Standard

綜合指數(shù)法是目前地質環(huán)境評價工作中應用最多的方法之一[6,7]，具有簡單、實用等特點。本文針對重要因子選取加權平均綜合指數(shù)模型進行鄭州市農業(yè)（城市建設）活動功能類型的地質環(huán)境適宜性評價。

為便于各因子的比較，分別對評價指標進行賦值評分ai，按照適宜性等級從低到高分別賦值1～10（表6）。

計算綜合評分Wi，權值bj的引入可以反映出不同地質環(huán)境要素對農業(yè)（城市建設）活動功能類型適宜性的不同作用。

表6 鄭州市地質環(huán)境適宜性評價因子賦值標準Table 6 The assignment standard of geo-environmental suitability assessment factor in ZhengZhou

綜合指數(shù)法的模型如下式：

式中：Wi為第i單元的綜合評分；j為評價因子；ai為第j單元評價因子在第i評價單元的賦值；bj為第j個評價因子的權重；p為評價因子數(shù)。

2.5 評價結果

根據以上模型得出各評價單元的總分，通過對各個評價單元的得分進行統(tǒng)計分析，并將閾值均分為五個等級，通過MapGΙS軟件繪制出鄭州市農業(yè)活動、城市建設功能類型地質環(huán)境適宜性等級分區(qū)圖（圖2、圖3）。

圖2 鄭州市農業(yè)活動功能類型地質環(huán)境適宜性評價分區(qū)圖Fig.2 Map of geo-environment suitability assessment results for agricultural activities function type in Zhengzhou city

圖3 鄭州市城市建設功能類型地質環(huán)境適宜性評價分區(qū)圖Fig.3 Map of geo-environment suitability assessment results for urban construction function type in Zhengzhou city

3 地質環(huán)境適宜性功能區(qū)劃

根據上述各類功能用地的適宜性評價結果，本著生態(tài)建設與保護功能類型優(yōu)先、農業(yè)活動功能類型次之的原則，進行鄭州市地質環(huán)境適宜性功能區(qū)劃，把鄭州市評價區(qū)范圍劃分為：農業(yè)活動功能類型區(qū)、城市建設功能類型區(qū)及生態(tài)建設與保護功能類型區(qū)（圖4）。

具體功能區(qū)劃原則如下：

（1）當某一區(qū)域屬于生態(tài)建設與保護功能類型，或滿足同時屬于農業(yè)、城市建設功能類型的較不適宜或不適宜區(qū)時，則此區(qū)域嚴禁開展任何工農業(yè)生產活動，將其劃分為生態(tài)建設與保護功能區(qū)；

（2）當某一區(qū)域不屬于生態(tài)建設與保護功能類型，有四種情況：

當屬于農業(yè)活動功能類型的適宜至較適宜區(qū)時，將此區(qū)域劃分為農業(yè)活動功能區(qū)；

屬于農業(yè)活動功能類型的一般適宜區(qū)，若同時屬于城市建設功能類型的適宜或較適宜區(qū)時，將此區(qū)域劃分為城市建設功能區(qū)；若同時屬于城市建設功能類型的一般適宜或不適宜區(qū)時，將此區(qū)域劃分為農業(yè)活動功能區(qū)；

屬于農業(yè)活動功能類型的較不適宜區(qū)，且同時屬于城市建設功能類型的適宜或一般適宜區(qū)時，將此區(qū)域劃分為城市建設功能區(qū)；

屬于農業(yè)活動功能類型的不適宜區(qū)，且同時屬于城市建設的適宜或一般適宜區(qū)時，將此區(qū)域劃分為城市建設功能區(qū)。

圖4 鄭州市地質環(huán)境適宜性功能區(qū)劃圖Fig.4 Map of functional zoning of geo-environment suitability in Zhengzhou city

4 結論

本文結合鄭州市地質環(huán)境特點、建設現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，從地學角度將研究區(qū)分為農業(yè)活動、城市建設及生態(tài)建設及保護三種功能類型，并分析了各種功能類型的特點。運用基于三角模糊數(shù)的層次分析法，采用敏感因子-綜合指數(shù)評價模型，結合MapGΙS空間疊加技術，對研究區(qū)開展評價工作，將評價結果分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、較不適宜區(qū)及不適宜區(qū)五個等級，最終得到鄭州市農業(yè)活動功能類型地質環(huán)境適宜性分區(qū)圖、鄭州市城市建設功能類型地質環(huán)境適宜性分區(qū)圖。

依據評價結果，鄭州市農業(yè)活動功能類型適宜區(qū)與較適宜區(qū)占全市總面積的32.33%；一般適宜區(qū)占15.92%；而較不適宜區(qū)與不適宜區(qū)占51.75%；城市建設功能類型的適宜區(qū)與較適宜區(qū)占全市面積的45.12%，一般適宜區(qū)占24.57%，較不適宜區(qū)與不適宜區(qū)占30.31%。

地質環(huán)境適宜性功能區(qū)劃圖顯示：鄭州市農業(yè)活動功能區(qū)的面積占全市總面積的39.02%，城市建設功能區(qū)占30.92%，生態(tài)建設與保護功能區(qū)占30.06%。

分析研究成果可為鄭州市的城市發(fā)展規(guī)劃的制定與決策提供技術支持。

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