濱海軟土超大城市地質(zhì)環(huán)境健康度表征方法、評(píng)價(jià)體系及應(yīng)用*

王建秀 楊天亮 王宇軒 史玉金 黃鑫磊 趙團(tuán)芝 吳 凡

(①同濟(jì)大學(xué)，上海 200092，中國(guó))(②上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072，中國(guó))(③自然資源部地面沉降監(jiān)測(cè)與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200072，中國(guó))(④寧波市自然資源生態(tài)修復(fù)和海洋管理服務(wù)中心，寧波 315042，中國(guó))

0 引 言

地質(zhì)環(huán)境，是指由巖石圈、水圈以及大氣圈相互作用組成的環(huán)境系統(tǒng)，人類(lèi)和其他所有的生物依賴(lài)地質(zhì)環(huán)境生存和發(fā)展，而其活動(dòng)又在時(shí)刻改變著地質(zhì)環(huán)境的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征。近年來(lái)，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)城市化率不斷提高，城市所處的地質(zhì)環(huán)境也越來(lái)越為人們所重視(張倬元，1987；吳俊范，2008；張倬元等，2009；王瑜等，2013；趙敏華，2018；蒲雅麗，2018；Dinar et al.，2021；續(xù)伊特，2021；祝越等，2022)。

城市是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。在第二次工業(yè)革命過(guò)后，工業(yè)化水平的不斷提高和社會(huì)生產(chǎn)力的快速發(fā)展，推動(dòng)了城市規(guī)模和數(shù)量的不斷增加。但與此同時(shí)，城市地質(zhì)災(zāi)害、水污染、土壤污染等各種城市地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題普遍存在，嚴(yán)重影響著城市的管理與發(fā)展。如何解決城市發(fā)展所帶來(lái)的一系列地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，避免城市規(guī)劃中的地質(zhì)環(huán)境缺陷，確定合理的城市建設(shè)強(qiáng)度，已經(jīng)成為近年來(lái)城市管理與建設(shè)的熱點(diǎn)問(wèn)題(嚴(yán)學(xué)新等，2002；張建偉等，2016；焦珣等，2017；施志超，2017；吳威等，2018；羅躍等，2019；曹偉偉，2020；張浩等，2020；范玨等，2021；Li et al.，2021；李麗華，2021)。與此同時(shí)，社會(huì)各界對(duì)城市發(fā)展的關(guān)注焦點(diǎn)也正在從城市發(fā)展的速度轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿鞒鞘锌沙掷m(xù)化發(fā)展的途徑(姜紀(jì)沂，2007；肖波等，2008；劉金寶等，2010；Chen et al.，2013；邢麗霞等，2013；曹二濤等，2020；胡瓊等，2021;趙磊，2022)。因此，需要一個(gè)全新的城市管理評(píng)價(jià)體系，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持，這就是本文提出的城市地質(zhì)環(huán)境健康度。

地形地貌、水文條件、地質(zhì)構(gòu)造、人類(lèi)活動(dòng)等，作為城市地質(zhì)環(huán)境健康的重要組成部分，可以充分、全面地反映城市自然環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害、城市管理、人居生活等多源數(shù)據(jù)狀態(tài)，因此，它們?cè)诒碚鞯刭|(zhì)環(huán)境的健康程度中占有重要地位。以上海市為例，城市地面沉降量逐年累積，同時(shí)不斷向城市外圍擴(kuò)展，在上海城市范圍內(nèi)普遍形成沉降區(qū)，特別是在中心城區(qū)，建筑密集，高樓眾多，地面沉降現(xiàn)象最為明顯。長(zhǎng)此以往，累計(jì)沉降顯著改變了上海的地貌形態(tài)，導(dǎo)致城市高程喪失，受到風(fēng)暴潮和洪澇災(zāi)害影響的風(fēng)險(xiǎn)增大，影響城市可持續(xù)發(fā)展，是城市災(zāi)害系統(tǒng)中的重要組成部分，時(shí)刻威脅著上海的城市安全。亟需建立和發(fā)展一套指標(biāo)體系，用于描述城市地質(zhì)環(huán)境對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展的支持能力，用城市地質(zhì)環(huán)境健康度的概念予以定量表達(dá)，對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 城市地質(zhì)環(huán)境健康度概念體系構(gòu)建

1.1 城市地質(zhì)環(huán)境健康度定義

所謂地質(zhì)環(huán)境健康，一般情況下是指地質(zhì)環(huán)境能夠保持正常的新陳代謝狀態(tài)，并且能夠抵抗外界因素對(duì)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)造成的各種不利影響，使地質(zhì)環(huán)境與各生物之間和諧共處，組成一個(gè)良性的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

結(jié)合城市地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和城市可持續(xù)發(fā)展特征，本文給出了地質(zhì)環(huán)境健康度的基本定義。地質(zhì)環(huán)境健康度是指城市地質(zhì)環(huán)境的演化對(duì)于城市可持續(xù)發(fā)展的支撐能力。城市地質(zhì)環(huán)境演化無(wú)所謂健康還是不健康，這里的健康度是指城市地質(zhì)環(huán)境的演化有利于還是不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。如果有利于城市可持續(xù)發(fā)展，具備支撐城市長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的能力，就稱(chēng)之為健康的。否則，就稱(chēng)為不健康的。

由城市地質(zhì)環(huán)境健康度可見(jiàn)，其表達(dá)的是一種支持程度，是對(duì)城市環(huán)境尚未演化到地質(zhì)災(zāi)害程度時(shí)對(duì)城市發(fā)展影響是否有利的表征。

城市地質(zhì)環(huán)境健康度，是直接衡量城市地質(zhì)環(huán)境各項(xiàng)功能是否正常的一個(gè)量化指標(biāo)。它是通過(guò)分析地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)在維持生態(tài)平衡、為人類(lèi)發(fā)展提供資源方面是否仍具有穩(wěn)定性和可持續(xù)性，反映出當(dāng)前城市地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與功能健全的程度。

在城市發(fā)展與日常運(yùn)行管理中，所處的地質(zhì)環(huán)境常常受到水文地質(zhì)條件、地下結(jié)構(gòu)、地上建筑、人類(lèi)活動(dòng)等的影響，發(fā)生一系列可預(yù)見(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)城市建設(shè)管理、居民生活帶來(lái)不同程度的影響，本文在地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，從整體上進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境健康與否的評(píng)價(jià)，是當(dāng)前針對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展提出的一種全新的城市管理評(píng)價(jià)體系。

通過(guò)城市地質(zhì)環(huán)境健康度的定量綜合評(píng)價(jià)，可以幫助我們了解城市發(fā)展中地質(zhì)環(huán)境的制約因素，分析城市地質(zhì)環(huán)境的承載能力，為城市規(guī)劃創(chuàng)造合適的地質(zhì)基礎(chǔ)，促使城市健康和諧發(fā)展。健康的城市地質(zhì)環(huán)境是城市穩(wěn)定發(fā)展的最基本組成部分，對(duì)其進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，劃定不安全區(qū)域及影響范圍，以及制定必要的預(yù)防和管理措施，對(duì)于城市管理與發(fā)展、居民生活與安全都至關(guān)重要。

1.2 城市地質(zhì)環(huán)境健康度內(nèi)涵解析

1.2.1 城市地質(zhì)環(huán)境健康度含義

健康不僅可以用于對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物身體狀況的評(píng)價(jià)，還可以將其用于評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)、工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)環(huán)境等，是對(duì)健康一詞的擬人化運(yùn)用。城市地質(zhì)環(huán)境是由眾多相互影響的要素組成的有機(jī)整體。若各個(gè)要素在一定的新陳代謝、能量交換和信息傳遞規(guī)律中，能夠保持穩(wěn)定，則城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力就可以持續(xù)發(fā)揮作用，具備對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展的支撐能力，以此實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

城市發(fā)展的過(guò)程，是人類(lèi)開(kāi)發(fā)和利用地質(zhì)環(huán)境的過(guò)程，一方面，人類(lèi)在不斷占有地質(zhì)環(huán)境區(qū)域空間，另一方面，人類(lèi)同時(shí)也在不斷地與地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換。如果地質(zhì)環(huán)境的物質(zhì)與人類(lèi)之間物質(zhì)、能量和信息的交換能夠在滿(mǎn)足城市發(fā)展需求的同時(shí)，還能保證城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的自我恢復(fù)性，維護(hù)地質(zhì)環(huán)境的健康，那么便可以認(rèn)為當(dāng)前城市區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境健康度等級(jí)較高，城市管理、居民生活都處于健康狀態(tài)。相反，如果人類(lèi)的使用破壞了地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)各組成部分之間的正常關(guān)系，影響了他們與外部物質(zhì)進(jìn)行能量和信息交換，阻礙了地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)本身的正常新陳代謝，那么此時(shí)地質(zhì)環(huán)境將會(huì)制約著城市的正常發(fā)展，可以認(rèn)為這樣狀態(tài)下的城市地質(zhì)環(huán)境健康度等級(jí)較低，無(wú)法做到為城市的可持續(xù)發(fā)展提供物質(zhì)保障。

由于城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)與恢復(fù)功能，只要人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度在其自我調(diào)節(jié)的框架內(nèi)，就不會(huì)危及生態(tài)基礎(chǔ)，以確保地質(zhì)環(huán)境的可持續(xù)利用，確保城市的可持續(xù)發(fā)展。由此可見(jiàn)，確定城市地質(zhì)環(huán)境健康度首先有以下3個(gè)方面的內(nèi)容：

(1)城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)是否仍然處于良性循環(huán)當(dāng)中，是否存在失去平衡的表現(xiàn)。

(2)城市地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)在受到人類(lèi)活動(dòng)的影響過(guò)程中，是否仍然具有良好的自我恢復(fù)能力，能夠抵抗外界因素影響，保持地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。

(3)對(duì)周邊城市地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否有危害。

2 城市地質(zhì)環(huán)境健康度影響因素分析

2.1 全因素分析

城市地質(zhì)環(huán)境健康度的影響因素是多方面的，通常情況下，它會(huì)受到區(qū)域地理位置、地形地貌、水文條件、地質(zhì)構(gòu)造、巖土條件、人類(lèi)活動(dòng)等的影響，而本文主要以上海市為例，從自然環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害、社會(huì)屬性、生態(tài)屬性4個(gè)大方面展開(kāi)分析，對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境健康度的影響因素進(jìn)行全面分析。

2.2 主因素分析

城市地質(zhì)環(huán)境健康度影響因素眾多，在建立評(píng)價(jià)體系時(shí)需要進(jìn)行合理的篩選。本文擬通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查與層次分析法兩種形式，遵循全面性、客觀性、可行性、科學(xué)性與實(shí)用性的原則，完成對(duì)上述全因素的分析比較，選出滿(mǎn)足上海市當(dāng)前發(fā)展需求的健康度評(píng)價(jià)主因素。

2.2.1 專(zhuān)家調(diào)查表

本次影響因素的調(diào)查，共回收20張來(lái)自不同部門(mén)、不同研究方向的專(zhuān)家們填寫(xiě)的調(diào)查表。其中有來(lái)自城市管理部門(mén)、設(shè)計(jì)單位、施工單位、科研單位及其他部門(mén)的多位專(zhuān)家；其中有年輕工作者，也有經(jīng)驗(yàn)豐富的老教授，充分保證了本次調(diào)查的全面性與科學(xué)性。通過(guò)結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，來(lái)自政府管理部門(mén)的專(zhuān)家比較重視地質(zhì)災(zāi)害與城市社會(huì)發(fā)展涉及的多方面因素；來(lái)自科研系統(tǒng)的專(zhuān)家比較重視地理環(huán)境的基本狀況；來(lái)自設(shè)計(jì)與施工單位的專(zhuān)家也非常重視地質(zhì)環(huán)境的基本信息與相關(guān)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行主因素分析時(shí)，應(yīng)充分考慮全面性原則，滿(mǎn)足不同部門(mén)的要求。

2.2.2 層次分析法

層次分析法(Analytical Hierar-chy Process，簡(jiǎn)稱(chēng)AHP)是通過(guò)研究分析與計(jì)算，將復(fù)雜的體系模型化、數(shù)量化，從而進(jìn)行定性和定量分析的一種方法。通過(guò)使用這種方法，可以將復(fù)雜的問(wèn)題劃分為多個(gè)層次和多個(gè)因素，繼而在劃分好的因素之間進(jìn)行比較和計(jì)算，能夠得到不同因素的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上得到符合要求的最佳方案。該方法在20世紀(jì)由美國(guó)托馬斯塞蒂研究提出，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析的各個(gè)方面(Saaty，1980)。

層次分析法的主要步驟有以下4步：首先是將最終目標(biāo)分解為多個(gè)層次；其次是反復(fù)比較各級(jí)要素，可以通過(guò)不同專(zhuān)家給出的意見(jiàn)，進(jìn)行比較之后確定相關(guān)要素的權(quán)重；然后是收集所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)指標(biāo)值，從而得到最終的評(píng)價(jià)系數(shù)；最后是根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行最終評(píng)估(何曄，2021)。

2.2.2.1 構(gòu)建層次體系

為確定上海市城市地質(zhì)環(huán)境健康度分區(qū)，本文需要進(jìn)行健康度評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建。體系主要由3層構(gòu)成，分別是資源層、指標(biāo)層和目標(biāo)層，本文將二級(jí)因素作為資源層，將三級(jí)因素作為指標(biāo)層，以此求得目標(biāo)層——城市地質(zhì)環(huán)境健康度。

2.2.2.2 確定權(quán)重

一般情況下，可通過(guò)式(1)～式(4)平均分配資源層與指標(biāo)層的權(quán)重。本文在全因素分析與專(zhuān)家調(diào)查表的基礎(chǔ)上，確定上海市各因素權(quán)重時(shí)采取以專(zhuān)家調(diào)查表為主輔以公式計(jì)算的方式。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：Wa(i)是第i個(gè)資源的權(quán)重；Wb(i，j)是第i個(gè)資源第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；Ni是第N個(gè)資源指標(biāo)數(shù)。采用上述公式平均分配因素權(quán)重，是針對(duì)一般城市地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、城市建筑等自然與社會(huì)因素?cái)?shù)據(jù)獲取不全面，難以確定具體權(quán)重的情況。采用上述公式計(jì)算，只要確定了資源層與指標(biāo)層的數(shù)量，就能獲得相應(yīng)權(quán)重，簡(jiǎn)單便捷，適用于一般情況。本文已經(jīng)通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查表，獲得了較為詳細(xì)的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合具體的影響因素分析，對(duì)于上海市的特定情況需適當(dāng)調(diào)整相應(yīng)權(quán)重。

2.2.2.3 計(jì)算城市地質(zhì)環(huán)境健康度系數(shù)

計(jì)算上海市的地質(zhì)環(huán)境健康度系數(shù)ε，其大小在0～1范圍支內(nèi)，當(dāng)系數(shù)為0時(shí)，表示城市地質(zhì)環(huán)境處于不健康狀態(tài)；當(dāng)系數(shù)為1時(shí)，表示城市地質(zhì)環(huán)境非常健康。所用計(jì)算公式如下：

εb(x)=xj

(5)

(6)

(7)

式中：xj為三級(jí)因素的變量，據(jù)上文上海市各因素的實(shí)際情況分析所得，取值范圍為0～1；εa和εb分別為各個(gè)指標(biāo)層與資源層的系數(shù)。

2.2.2.4 城市地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)估

通過(guò)上述公式計(jì)算所得上海市城市地質(zhì)環(huán)境健康度各因素?cái)?shù)據(jù)如表 1所示。

表 1 上海市城市地質(zhì)環(huán)境健康度影響因素Table1 Urban geological environment health factors of Shanghai

續(xù)表1

由表 1可以得到上海市城市地質(zhì)環(huán)境健康度系數(shù)ε為0.36，從總體上來(lái)看，雖然上海市自然條件優(yōu)越，近年經(jīng)濟(jì)、生態(tài)發(fā)展均取得了很大的成就，但是仍存在很多的問(wèn)題，例如地層與巖土條件差、地面沉降頻繁、人口規(guī)模過(guò)大等，限制了上海市的地質(zhì)環(huán)境健康，如果要真正實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，則需充分考慮上述各級(jí)因素，科學(xué)地進(jìn)行上海市分區(qū)管理與建設(shè)。

2.2.3 主因素選取

參考上述專(zhuān)家意見(jiàn)表與層次分析法所得的各因素權(quán)重，充分考慮全面性原則、客觀性原則與可行性原則，本文擬選取如下5個(gè)主因素：B.1地面沉降、C.1人口規(guī)模、A.7水文條件、C.2人類(lèi)活動(dòng)和D.2城市綠化，用于城市區(qū)域劃分。通過(guò)這些主因素建立城市地質(zhì)環(huán)境健康度的評(píng)價(jià)體系，從而為城市建設(shè)與管理提供意見(jiàn)。

3 城市地質(zhì)環(huán)境健康度評(píng)價(jià)體系

3.1 地面沉降評(píng)價(jià)

對(duì)于B.1地面沉降因素，選取其累計(jì)沉降量(s)、沉降速率(v)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩者都是定量指標(biāo)，每個(gè)城市都可直接在政府工作年鑒或文獻(xiàn)中找到具體數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)上海市內(nèi)地面沉降相關(guān)數(shù)據(jù)的整理與分析，在本文中，擬將上海市各區(qū)域的沉降狀況分為5個(gè)等級(jí)，Ⅴ級(jí)是大沉降區(qū)，累計(jì)沉降量大、沉降速率快；Ⅳ級(jí)是較大沉降區(qū)，累計(jì)沉降量較大、沉降速率較快；Ⅲ是中等沉降區(qū)，累計(jì)沉降量中等、沉降速率中等；Ⅱ級(jí)是較低沉降區(qū)，累計(jì)沉降量較低、沉降速率較低；Ⅰ級(jí)是低沉降區(qū)，累計(jì)沉降量低、沉降速率低。各個(gè)等級(jí)確定其對(duì)應(yīng)的健康分?jǐn)?shù)G1，用于后期地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)價(jià)。具體分級(jí)數(shù)據(jù)如表 2所示。

3.2 人口評(píng)價(jià)

對(duì)于C.1人口規(guī)模因素，擬選取人口總數(shù)(r)、人口密度(ρ)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩者都是定量指標(biāo)，其數(shù)據(jù)來(lái)源可參考各個(gè)城市政府官網(wǎng)或是相關(guān)的文獻(xiàn)與報(bào)告。以上海市人口狀況為例，本文擬對(duì)上海市各區(qū)域人口形勢(shì)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，共有5個(gè)等級(jí)，分別是Ⅴ級(jí)高人口區(qū)，其人口總數(shù)大、人口密度高；Ⅳ級(jí)較高人口區(qū)，其人口總數(shù)較大、人口密度較高；Ⅲ級(jí)中等人口區(qū)，其人口總數(shù)中等、人口密度中等；Ⅱ級(jí)較低人口區(qū)，其人口總數(shù)較少、人口密度較低；Ⅰ級(jí)低人口區(qū)，人口總數(shù)少，人口密度低。各個(gè)等級(jí)確定對(duì)應(yīng)的健康分?jǐn)?shù)，用于后期地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)價(jià)。具體分級(jí)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 3。

表 2 地面沉降分區(qū)評(píng)價(jià)表Table2 Zoning grading evaluation of land subsidence

表 3 人口規(guī)模分區(qū)評(píng)價(jià)表Table3 Zoning grading evaluation of population size

3.3 水文條件評(píng)價(jià)

對(duì)于A.7水文條件因素，選取水污染程度(D)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中D作為一個(gè)定性指標(biāo)，將其直接用于城市區(qū)域評(píng)價(jià)分級(jí)主觀性太強(qiáng)，因此可以使用分級(jí)描述法、等級(jí)評(píng)價(jià)法、數(shù)量化理論等，使評(píng)價(jià)指標(biāo)D更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。數(shù)量化理論I模型：

(8)

式中：yi為因變量；bjk為j項(xiàng)目k類(lèi)目的得分值；ξi是第i次的隨機(jī)誤差；δ(j，k)為自變量的反應(yīng)矩陣。i=1，2，3，…n為樣本數(shù)，j=1，2，3，…m為目數(shù)，k=1，2，3，…ri為類(lèi)目數(shù)。根據(jù)上述模型使用最小二乘法回歸原理求得bjk，如下：

(9)

δ(j，k)為自變量的反應(yīng)矩陣公式如下：

(10)

式中：1表示所調(diào)查的原始數(shù)據(jù)中，第i個(gè)樣品第j個(gè)項(xiàng)目的定性數(shù)據(jù)為k類(lèi)目；0是指第i個(gè)樣品第j個(gè)項(xiàng)目的定性數(shù)據(jù)不為k類(lèi)目。

以上海市水文數(shù)據(jù)為例，本文擬對(duì)上海市各區(qū)域水污染形勢(shì)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，共有5個(gè)等級(jí)。分別為水污染Ⅴ級(jí)防范區(qū)，水污染Ⅳ級(jí)防范區(qū)，水污染Ⅲ級(jí)防范區(qū)，水污染Ⅱ防范區(qū)，水污染Ⅰ級(jí)防范區(qū)。具體分級(jí)數(shù)據(jù)如表 4所示。

表 4 水文條件分區(qū)評(píng)價(jià)表Table4 Zoning grading evaluation of hydrologic condition

3.4 人類(lèi)活動(dòng)評(píng)價(jià)

對(duì)于C.2人類(lèi)活動(dòng)因素，選取人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度(Ⅰ)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，I作為一個(gè)定性指標(biāo)，評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)D類(lèi)似。其有5個(gè)等級(jí)，分別為人類(lèi)活動(dòng)Ⅴ級(jí)強(qiáng)度區(qū)，其城市人口活動(dòng)最強(qiáng)；人類(lèi)活動(dòng)Ⅳ級(jí)強(qiáng)度區(qū)，其城市人口活動(dòng)較強(qiáng)；人類(lèi)活動(dòng)Ⅲ級(jí)強(qiáng)度區(qū)，其城市人口活動(dòng)中等強(qiáng)度；人類(lèi)活動(dòng)Ⅱ級(jí)區(qū)，其城市人口活動(dòng)較低；人類(lèi)活動(dòng)Ⅰ級(jí)區(qū)，其城市人口活動(dòng)強(qiáng)度低。具體分級(jí)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表 5 人類(lèi)活動(dòng)分區(qū)評(píng)價(jià)表Table5 Zoning grading evaluation of human activities

3.5 城市綠化評(píng)價(jià)

對(duì)于D.2城市綠化因素，選取綠化覆蓋率(p)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，p為定量指標(biāo)，城市綠化數(shù)據(jù)可以從各城市官網(wǎng)、政府部門(mén)工作報(bào)告等中獲取。通過(guò)對(duì)上海市綠化覆蓋率數(shù)據(jù)的整理分析，本文擬將上海市各區(qū)域的綠化覆蓋率劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為Ⅴ級(jí)低覆蓋率區(qū)，Ⅳ級(jí)較低覆蓋率區(qū)，Ⅲ級(jí)中等覆蓋率區(qū)，Ⅱ較高覆蓋率區(qū)，Ⅰ級(jí)高覆蓋率區(qū)。具體分級(jí)數(shù)據(jù)如表 6所示。

表 6 城市綠化分區(qū)評(píng)價(jià)表Table6 Zoning grading evaluation of urban greening

3.6 城市地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)地面沉降、人口規(guī)模、水文條件、人類(lèi)活動(dòng)、城市綠化5個(gè)主因素的分級(jí)評(píng)價(jià)，已經(jīng)明確了城市當(dāng)前自然與社會(huì)的主要狀態(tài)。通過(guò)層次分析法，可以將5個(gè)主因素按相應(yīng)的權(quán)重整合到綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，這就形成了對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境健康度的完整評(píng)價(jià)體系。由表 7可得各因素在綜合評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重，本文選取地面沉降占總評(píng)的38%，人口規(guī)模占總評(píng)的18%，水文條件占總評(píng)的16%，人類(lèi)活動(dòng)占總評(píng)的16%，城市綠化占總評(píng)的12%。

表 7 主因素權(quán)重Table7 Weights of main factors

確定綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Z，通過(guò)整合上述數(shù)據(jù)，將城市地質(zhì)環(huán)境健康度評(píng)價(jià)劃分為4個(gè)等級(jí)。分別為Ⅰ級(jí)健康地區(qū)、Ⅱ級(jí)亞健康地區(qū)、Ⅲ級(jí)潛在風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和Ⅳ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。計(jì)算公式為：

Z=0.38G1+0.18G2+0.16G3+

0.16G4+0.12G5

(11)

具體分級(jí)數(shù)據(jù)如表 8所示。

表 8 城市地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)價(jià)Table8 Comprehensive evaluation of urban geological environment health

Ⅰ級(jí)健康地區(qū)表明該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況良好；Ⅱ級(jí)亞健康地區(qū)表明該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況一般；Ⅲ級(jí)潛在風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)表明該區(qū)域存在一些地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題或發(fā)生不良地質(zhì)現(xiàn)象的可能性較高；Ⅳ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)表明該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況差、問(wèn)題多。

4 城市地質(zhì)環(huán)境健康度應(yīng)用

4.1 上海市地質(zhì)環(huán)境健康度評(píng)價(jià)單因素分區(qū)

4.1.1 地面沉降分區(qū)

首先，需要明確上海市區(qū)域范圍，根據(jù)上海市地理底圖，繪制出每一個(gè)區(qū)的邊界，如圖1所示，用于對(duì)每個(gè)區(qū)域的沉降、人口等因素進(jìn)行健康等級(jí)分區(qū)；結(jié)合上海地形圖，如圖2所示，劃分管控區(qū)域。

圖1 上海市行政區(qū)劃Fig.1 Administrative region of shanghai

圖2 上海市地形地貌Fig.2 Landform of Shanghai

接著，運(yùn)用上述的評(píng)價(jià)體系，對(duì)上海市的16個(gè)區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，劃分上海市地面沉降區(qū)域見(jiàn)圖3。

圖3 上海市地面沉降區(qū)域劃分圖Fig.3 Zoning grading of land subsidence of Shanghai

得到的地面沉降分區(qū)圖，等級(jí)越低，其區(qū)域越健康(圖3)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合上海市沉降現(xiàn)狀，可以得出上海市沉降分級(jí)管控區(qū)域圖，有效防治沉降問(wèn)題，具體如圖4所示。

圖4 地面沉降管控區(qū)域圖Fig.4 Zoning grading of land subsidence management and control of Shanghai

針對(duì)上海市地面沉降較為嚴(yán)重的中心城區(qū)以及浦東新區(qū)，需要適當(dāng)提高其管控區(qū)域等級(jí)，管控等級(jí)越高，其地質(zhì)環(huán)境健康度則相應(yīng)降低一定等級(jí)。需要完善相應(yīng)的監(jiān)測(cè)措施，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將所獲得的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及時(shí)分析，若超過(guò)臨界值則及時(shí)給予警報(bào)。對(duì)于已有的較大累計(jì)沉降量，上海市政府采取了切實(shí)有效的治理手段，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)執(zhí)行。例如合理布局對(duì)區(qū)域地下水的采集與利用點(diǎn)，采取人工回灌地下水措施，合理布局工程建設(shè)密度。

4.1.2 人口規(guī)模分區(qū)

根據(jù)上海市常住人口數(shù)據(jù)，運(yùn)用評(píng)價(jià)體系，劃分上海市人口規(guī)模區(qū)域見(jiàn)圖5。

圖5 上海市人口區(qū)域劃分圖Fig.5 Zoning grading of population size of Shanghai

通過(guò)上海市人口區(qū)域圖可知，等級(jí)越低，則區(qū)域地質(zhì)環(huán)境越健康。針對(duì)人口數(shù)量問(wèn)題集中的浦東新區(qū)、閔行區(qū)、寶山區(qū)，可以采取以下措施優(yōu)化人口規(guī)模：

(1)對(duì)外來(lái)居民轉(zhuǎn)移到其他區(qū)域給予政策傾斜，同時(shí)給予相應(yīng)補(bǔ)貼。

(2)優(yōu)化城市產(chǎn)業(yè)布局，將勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)遷出高密度人口區(qū)。

(3)降低高層住宅的密度，減少居民生活區(qū)的高度聚集。

4.1.3 水文條件分區(qū)

根據(jù)上海市的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用上述3.3的評(píng)價(jià)體系，劃分上海市水文地質(zhì)區(qū)域。

圖6 污水處理防范分區(qū)Fig.6 Zoning grading of hydraulic conditions of Shanghai

根據(jù)上海市污水處理五級(jí)防范區(qū)，可知防范等級(jí)越低，則區(qū)域地質(zhì)環(huán)境越健康。城市污水處理防范區(qū)的建立，一方面與城市內(nèi)各區(qū)域的水源污染現(xiàn)狀密切相關(guān)，另一方面與其所處地理位置、區(qū)域內(nèi)人口規(guī)模相互影響，而上海市處于長(zhǎng)江入海口，位置十分重要。因此，上海市內(nèi)五級(jí)污水處理防范區(qū)應(yīng)充分考慮海陸水源之間的相互影響、地下水與地表水的相互關(guān)系、產(chǎn)業(yè)布局。

4.1.4 人類(lèi)活動(dòng)分區(qū)

根據(jù)上海的城市人口活動(dòng)形勢(shì)，運(yùn)用評(píng)價(jià)體系，劃分上海市人口活動(dòng)強(qiáng)度分區(qū)。

由圖7可知，人口活動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)越低，則人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響就越弱，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境越健康。上海市人口活動(dòng)強(qiáng)度與區(qū)域面積、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、城市產(chǎn)業(yè)布局密切相關(guān)，中心城區(qū)人口活動(dòng)強(qiáng)度過(guò)于集中，對(duì)地質(zhì)環(huán)境要求高；而郊區(qū)不僅人口少，活動(dòng)強(qiáng)度低，對(duì)自然環(huán)境的要求也低。為此，在城市建設(shè)布局時(shí)，可以在郊區(qū)建立相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，分?jǐn)傊行某菂^(qū)壓力，鼓勵(lì)前往就業(yè)；同時(shí)，對(duì)于外來(lái)投資商，對(duì)其人口活動(dòng)強(qiáng)度低的地區(qū)投資與發(fā)展給予政策支持。

圖7 上海市人口活動(dòng)強(qiáng)度Fig.7 Zoning grading of human activities of Shanghai

4.1.5 城市綠化分區(qū)

根據(jù)上海市城市綠化情況，運(yùn)用評(píng)價(jià)體系，劃分上海市綠化分區(qū)。

從圖8可知綠化覆蓋率等級(jí)越高，則區(qū)域地質(zhì)環(huán)境越健康。十四五以來(lái)，上海市總體的綠化覆蓋率不斷上升，以達(dá)到19.5%為目標(biāo)，但是，不同區(qū)域受到政策等的影響仍有較大差距。針對(duì)綠化覆蓋率低的奉賢區(qū)等應(yīng)給予一定的政策傾斜，保證城市綠化發(fā)展平衡；對(duì)于綠化覆蓋率高的崇明等區(qū)要合理制定養(yǎng)護(hù)政策，穩(wěn)住來(lái)之不易的成果。

圖8 上海市城市綠化分區(qū)圖Fig.8 Zoning grading of urban greening of Shanghai

4.1.6 城市地質(zhì)環(huán)境健康度綜合評(píng)價(jià)

綜合上述主因素分級(jí)評(píng)價(jià)，全面考慮自然、社會(huì)、生態(tài)因素，對(duì)上海市各區(qū)域地質(zhì)環(huán)境健康度分區(qū)。

圖9 上海市城市地質(zhì)環(huán)境健康度分區(qū)示意圖Fig.9 Zoning grading of geological environmental health of Shanghai

由圖9可知，上海市大部分地區(qū)地質(zhì)環(huán)境健康度屬于潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，存在隱患。其中郊區(qū)地質(zhì)環(huán)境健康度高，各項(xiàng)條件優(yōu)越；而中心城區(qū)問(wèn)題集中，人口過(guò)密，沉降問(wèn)題突出，水源形勢(shì)一般，總體來(lái)說(shuō)是上海市地質(zhì)環(huán)境健康度最低的區(qū)域，且對(duì)臨近地區(qū)有輻射影響，需要采取切實(shí)有效的管理措施。建立健全完備的地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)預(yù)警，及時(shí)處理，針對(duì)每個(gè)區(qū)的特定問(wèn)題采取特定解決措施，才能夠提高上海市整體的地質(zhì)環(huán)境健康度。

5 結(jié) 論

5.1 結(jié) 論

(1)本文建立了完整的城市地質(zhì)環(huán)境健康度概念理論體系，從定義到內(nèi)涵，再到使用，其符合現(xiàn)代城市發(fā)展的需要。

(2)針對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境健康影響因素眾多且每個(gè)城市都有其特殊性的現(xiàn)狀，本文描述的全因素分析和主因素分析，適用于一般的城市地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)。

(3)本文選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)與構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系，經(jīng)過(guò)舉例使用，符合上海市地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，能夠滿(mǎn)足城市分區(qū)管理的最基本需求。

(4)綜上所述，本文提出的這一套完整的城市地質(zhì)環(huán)境健康度理論體系，經(jīng)研究分析、應(yīng)用舉例，可見(jiàn)其在城市建設(shè)與管理、居民生活與安全中能夠發(fā)揮一定的作用，可以作為城市可持續(xù)發(fā)展的一種輔助分析手段。

5.2 展 望

(1)本文提出的城市地質(zhì)環(huán)境健康度概念，是針對(duì)當(dāng)前較發(fā)達(dá)城市追求可持續(xù)化發(fā)展的現(xiàn)狀提出的，對(duì)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、工程建設(shè)條件、社會(huì)調(diào)查形勢(shì)相對(duì)較差的小城市不具有普遍適用性。希望在未來(lái)能夠有適用性更廣的城市地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)，能運(yùn)用到全國(guó)城市管理中。

(2)本文影響因素的選擇與分析具有一定的局限性與主觀性，期望在以后能有更加客觀、更加全面、更加科學(xué)的研究與分析。

(3)本文的評(píng)價(jià)體系中選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體運(yùn)用到城市區(qū)域劃分中時(shí)，可行性與實(shí)用性還是存在一定的欠缺，在后期仍需要做一定的優(yōu)化，增強(qiáng)評(píng)價(jià)體系的實(shí)用性。

(4)在具體劃分城市防范區(qū)域和管控區(qū)域時(shí)，存在某些區(qū)域數(shù)據(jù)不足或是數(shù)據(jù)難以獲得的情況，所以劃分出的區(qū)域仍可能存在問(wèn)題，希望在未來(lái)能夠完善城市監(jiān)測(cè)與調(diào)查手段，擴(kuò)大數(shù)據(jù)搜集范圍，爭(zhēng)取覆蓋到城市的每一個(gè)區(qū)域。