渭南市地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性分析評(píng)價(jià)

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(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710016)

我國(guó)已進(jìn)入全面建設(shè)小康社會(huì)的決勝階段，而面臨日趨嚴(yán)重的生存空間擁擠、交通堵塞、環(huán)境惡化等“城市病”現(xiàn)象，北、上、廣等一線城市先后以城市地質(zhì)調(diào)查為先導(dǎo)，統(tǒng)籌地上地下，逐步將城市地下空間納入土地利用規(guī)劃[1-2]。渭南市現(xiàn)以地下車庫(kù)、人防工程、淺埋管線的形式開發(fā)利用，深度淺、分布零散、溝通性不強(qiáng)。據(jù)“陜西省地下空間十三五規(guī)劃”，渭南市地下空間開發(fā)將主要繼續(xù)以公共地下停車場(chǎng)為重點(diǎn)，到2020年，完成人均3.5 m2的地下空間開發(fā)量。

地質(zhì)環(huán)境是地下空間開發(fā)利用的載體，其諸多脆弱敏感因素亦制約著地下空間的開發(fā)，且具不可逆性，易遭受破壞難以恢復(fù)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)常用方法為層次分析法，評(píng)價(jià)模型有綜合指數(shù)法、模糊綜合評(píng)判法、多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)、灰色評(píng)價(jià)法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[3-5]，本文采用層次分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)環(huán)境因素分析

1.1 水文地質(zhì)條件

1.1.1 地表水

渭河系常年流水過(guò)境河流，水量充沛，水位、流量隨季節(jié)性變化明顯，具暴漲暴落、多泥沙特征。三門峽建庫(kù)后，加劇了渭河下游泥沙的淤積，抬高了淤積重心，主槽過(guò)洪能力不斷衰減，導(dǎo)致渭河河床擺動(dòng)加劇。

1.1.2 潛水

含水巖組以砂土為主，南岸砂土夾卵礫石層，含水層厚度18.0～48.0 m，水位埋深1.2～20.2 m(圖1)，隔水底板埋深42～65 m，巖性為粉質(zhì)黏土，分布較連續(xù)，滲透系數(shù)13.8～98.1 m/d，單位涌水量4.96～27.88 m3/h·m；地下工程對(duì)地下水的環(huán)境效應(yīng)常以管涌、坑壁滲水、地面沉降、基坑突涌等災(zāi)害形式顯現(xiàn)。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌

渭南市地形平坦、開闊，地貌主要有渭河河谷、漫灘、一級(jí)階地。

1.2.2 巖土體結(jié)構(gòu)空間特征

對(duì)渭南市60m以淺的地層進(jìn)行土體結(jié)構(gòu)類型劃分。其中單層結(jié)構(gòu)分布于河谷區(qū)，如砂土單層結(jié)構(gòu)土體；互層結(jié)構(gòu)多分布于渭河北岸高漫灘，如粘性土-砂土互層結(jié)構(gòu)；雙層結(jié)構(gòu)多分布于渭河南岸一級(jí)階地，如黃土類土-砂土雙層結(jié)構(gòu)，局部砂土以厚層-巨厚層狀中細(xì)砂為主。

圖1 渭南市潛水富水性分區(qū)圖

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

渭南市地處固市斷凹西南部。研究區(qū)存在2條斷裂，渭河斷裂及涇陽(yáng)-渭南斷裂[6-7]。

1.3 不良地質(zhì)作用

1.3.1 黃土類土濕陷

黃土類土濕陷性主要分布于渭河南岸一級(jí)階地中后部。濕陷類型和等級(jí)由北而南呈非自重-自重濕陷和輕微-中等-嚴(yán)重的分布規(guī)律，渭南市城區(qū)地基土濕陷等級(jí)以Ⅱ級(jí)中等自重濕陷為主，局部為Ⅲ、Ⅳ級(jí)中等自重濕陷[6-7](見(jiàn)圖2)。

1.3.2 砂土液化

渭河一級(jí)階地潛水位埋深多數(shù)大于10 m，據(jù)相關(guān)資料，在地震基本烈度為8度近震條件下，液化區(qū)只集中在渭河漫灘和局部一級(jí)階地上，液化等級(jí)為輕微-中等[6-7](圖2)。

1.3.3 土壤鹽漬化

土壤鹽漬化呈面狀連續(xù)分布于規(guī)劃區(qū)北部大寨子、大田村一帶，為輕度鹽漬化(圖2)。

圖2 渭南市工程地質(zhì)分區(qū)圖

2 評(píng)價(jià)方法及地質(zhì)環(huán)境影響因素指標(biāo)權(quán)重

的取值

2.1 評(píng)價(jià)空間域的確定

依據(jù)“渭南總體規(guī)劃(2010-2020)”，本次研究范圍包括渭南市中心城區(qū)、高新區(qū)及經(jīng)開區(qū)。研究深度分淺層(0～15 m)和次淺層(15～30 m)兩個(gè)地下空間開發(fā)層次。

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 層次分析法

考慮層次分析法是一種系統(tǒng)性、簡(jiǎn)潔實(shí)用的決策方法，其具體步驟為：建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建兩兩判斷矩陣，計(jì)算判斷矩陣最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后確定各指標(biāo)相對(duì)總目標(biāo)層的權(quán)重值[8-12]。

圖3 渭南市地下空間開發(fā)淺層地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖

表1 渭南市地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)表

2.2.2 總體數(shù)學(xué)模型

在層次分析法的基礎(chǔ)之上，采用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)法建立各指標(biāo)對(duì)地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估的總體數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中：ujk為第j個(gè)屬性層中第k個(gè)指標(biāo)的值；wjk為第j個(gè)屬性層中第k個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；wj為第j個(gè)屬性層的權(quán)重；S為影響地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果；α為難度折減系數(shù)，淺層、次淺層分別取值1、0.85[2]。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其取值標(biāo)準(zhǔn)

城市地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系是一個(gè)多層次、多因素的復(fù)雜體系，綜合渭南市上述各類地質(zhì)條件，識(shí)別了影響渭南市地下空間開發(fā)的主要敏感地質(zhì)環(huán)境要素，并構(gòu)建了相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值標(biāo)準(zhǔn)，原則上以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為準(zhǔn)，對(duì)每一劃分區(qū)間賦值，對(duì)無(wú)法直接量化的評(píng)估指標(biāo)，可采用專家打分法來(lái)定性分級(jí)及賦值。依上述地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，確定了影響渭南市地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

2.4 指標(biāo)權(quán)重的取值

通過(guò)層次分析法確定了本次評(píng)價(jià)中間屬性層判斷矩陣，之后當(dāng)層次總排序通過(guò)一致性檢驗(yàn)，層次總排序具有滿意的一致性[8-12]，即可得到渭南市淺層、次淺層影響地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境評(píng)估指標(biāo)體系的權(quán)重(表3)。

3 渭南市地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

開展渭南市地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)之前，將研究區(qū)坐標(biāo)化和網(wǎng)格化，采用MAPGIS的空間分析功能，將各影響因素圖層進(jìn)行加權(quán)疊加，最終生成淺層及次淺層的地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境評(píng)估圖，經(jīng)對(duì)綜合評(píng)估分S按照0.1分的間隔進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)與分析，適宜性級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)采用“適宜(S≥0.75)、適宜性較好(0.50≤S<0.75)、適宜性較差(0.25≤S<0.50)和適宜性差(S≤0.25)”。地質(zhì)適宜性分區(qū)特征及評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4、圖3、圖4。

表2 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)

表3 渭南市地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系權(quán)重取值

圖4 渭南市地下空間開發(fā)次淺層地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖

表4 渭南市地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)及評(píng)價(jià)表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本文基于工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)原理，識(shí)別了影響渭南市地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境主控因素，分析了地下空間不同開發(fā)層次的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況。

(2)研究區(qū)地表下30m以內(nèi)地層主要由粘性土、砂土組成，渭南市中心城區(qū)地層結(jié)構(gòu)主要為粘性土-砂土結(jié)構(gòu)，富水性中等，潛水埋深較淺，地質(zhì)環(huán)境整體上適宜性較好，但地下工程施工難度較大。

(3)研究區(qū)場(chǎng)地基本穩(wěn)定，應(yīng)避讓沿?cái)嗔褞б?guī)劃開發(fā)地下空間。

(4)構(gòu)建了渭南市地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)體系，對(duì)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了區(qū)劃評(píng)價(jià)，淺層：適宜區(qū)占10.1%、適宜較好區(qū)占22.6%、適宜較差區(qū)占30.9%、適宜差區(qū)占36.4%，次淺層：適宜區(qū)占23.1%、適宜較好區(qū)占12.1%、適宜較差區(qū)占64.8%。

(5)在地質(zhì)環(huán)境適宜性差區(qū)、較差區(qū)，規(guī)劃建設(shè)大型地下工程所面臨的風(fēng)險(xiǎn)大，成本高；建議在地下工程施工時(shí)，要做好工程降水、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及對(duì)既有地表建(構(gòu))筑物的沉降變形監(jiān)測(cè)。