北京市海淀區(qū)地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

姜 婷

(西南交通大學(xué), 四川成都 610031)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，城市空間擁擠、交通堵塞、環(huán)境惡化、用地緊缺等“城市病”日趨嚴(yán)重，向地下要空間、要資源已成為現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。北京市作為我國(guó)的政治文化中心，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快、人口密度大，一直走在我國(guó)城市發(fā)展的前列。隨著北京市城市規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，中心城區(qū)過渡集中，建筑布局密集，規(guī)劃地面空間容量已趨飽和, 地下空間開發(fā)需求較大。

雖然目前我國(guó)許多城市已經(jīng)陸續(xù)開發(fā)地下空間，但我國(guó)對(duì)地下空間的研究還不成熟，如許多城市缺乏地質(zhì)調(diào)查、尚未編制地下空間開發(fā)規(guī)劃、缺乏相關(guān)規(guī)范條例等。而地下工程可逆性較差,如不能科學(xué)合理的開發(fā)利用，會(huì)造成很大的損失和浪費(fèi)，這就要求地下空間的開發(fā)利用應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌在整個(gè)城市發(fā)展的總體框架之內(nèi)，適度開發(fā)，科學(xué)發(fā)展[2]。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的大量研究，目前，地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)常用的確定權(quán)重的方法為層次分析法；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)和灰色評(píng)價(jià)法等[3-6]。但目前尚未形成一套完整的方法體系。本文利用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重、采用綜合指數(shù)法進(jìn)行地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 自然地理概況

海淀區(qū)位于北京市區(qū)西北部，地處北緯39°53′～40°09′、東經(jīng)116°03′～116°23′；東與西城、朝陽(yáng)區(qū)相鄰，南與西城、豐臺(tái)區(qū)毗連，西與石景山、門頭溝區(qū)交界，北與昌平縣接壤。海淀區(qū)地勢(shì)西高東低，西部為海拔100 m以上的山地，東部和南部為海拔50 m左右的平原，由于西部山區(qū)資料難以收集，故本文以海淀區(qū)東部的平原區(qū)作為研究區(qū)，研究區(qū)面積365.42 km2。研究區(qū)西部與山地毗鄰，處于山前地帶，海拔在1000 m左右，故本文將研究區(qū)分為相對(duì)平原區(qū)(35～50 m)、低丘陵區(qū)(50～200 m)、相對(duì)山區(qū)(>200 m)和水域。

研究區(qū)內(nèi)交通便利，地鐵、地下快速路成為疏解地面交通壓力的主要手段?！侗本┲行某侵行牡貐^(qū)地下空間開發(fā)利用規(guī)劃(2004～2020年)》將北京市地下空間分為：淺層空間(-10 m以上)、次淺層空間(-10～-30 m)、次深層空間(-30～-50 m)和深層空間(-50～-100 m)等四層[7]。海淀區(qū)地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀主要以地鐵、地下快速路、地下室、地下商場(chǎng)、地下管網(wǎng)等為主，開發(fā)深度一般為30 m以內(nèi)，本次地下空間評(píng)價(jià)空間域?yàn)?0 m以內(nèi)的地下空間。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造概況

北京地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造是由新生代地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育著北北東—北東向、北西—東西向兩組斷裂，其中以北北東—北東向斷裂最為普遍。研究區(qū)主要發(fā)育有東北旺斷裂、清河斷裂、八寶山斷裂和黃莊—高麗營(yíng)斷裂。

(1)東北旺斷裂：東北旺斷裂由2條平行的分支斷裂組成，走向均為北北東向，斷裂長(zhǎng)度為25 km，穿越研究區(qū)7.23 km。

(2)清河斷裂：清河斷裂發(fā)生在頤和園、圓明園、清河、洼里一帶，呈北東向，傾角近直立，由第四系含水量較高的松散沉積物構(gòu)成，全長(zhǎng)40 km，穿越研究區(qū)12.73 km。

(3)八寶山斷裂：八寶山斷裂總體走向北北東至北東向，總長(zhǎng)約100 km。根據(jù)其構(gòu)造特點(diǎn)，以永定河為界，將其分成南北兩段，南段大部分出露于地表，北段則隱伏于平原之下，位于研究區(qū)的屬于北段，約17.39 km[8]。

(4)黃莊—高麗營(yíng)斷裂：黃莊—高麗營(yíng)斷裂分為北七家以北段、永定河-北七家段、永定河以南段三段?？傮w走向?yàn)楸睎|-北北東向，大致與八寶山斷裂平行。位于研究區(qū)的屬于永定河-北七家段，約14.58 km。

1.3 水文地質(zhì)條件

北京市平原區(qū)水文地質(zhì)條件主要受永定河、潮白河兩大沖洪積扇控制，大致呈由西向東、由北向南含水巖性顆粒變細(xì)、由潛水變承壓水、透水性與富水性由強(qiáng)變?nèi)醯奶攸c(diǎn)。北京市平原區(qū)可開采的地下水為第四系松散孔隙水，在垂向上分為淺層、中層和深層3個(gè)主要含水層組，分別為：

(1)潛水含水層，含水層底板埋深一般在20～40 m，分布于整個(gè)平原區(qū)；

(2)淺層承壓水，含水層頂板埋深一般在60～100 m，底板埋深一般為80～120 m；

(3)深層承壓水，含水層頂板埋深一般在100～120 m，底板埋深一般為180～250 m，部分地區(qū)可達(dá)300 m[9]。由于本次研究的深度為地下50 m，故只需考慮潛水對(duì)地下空間開發(fā)的影響。

1.4 工程地質(zhì)條件

北京市平原區(qū)第四系地層由永定河、潮白河沖洪積扇和馬池口、后沙峪及平谷沉積凹陷構(gòu)成。海淀區(qū)清河以南地區(qū)位于永定河Ⅰ號(hào)沖洪積扇，扇頂主要沉積物為砂礫石，扇的中部為中砂—細(xì)砂—粉砂與黏土互層。通過對(duì)北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)提供的293個(gè)鉆孔資料進(jìn)行地層統(tǒng)計(jì)知，研究區(qū)主要地層為砂質(zhì)黏土、細(xì)砂、軟土、黏土和粗砂。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

評(píng)價(jià)指標(biāo)選取應(yīng)遵循有針對(duì)性、簡(jiǎn)明性、普適性以及指標(biāo)可量化的原則[10]。本次在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，選取地形地貌、巖土體條件、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)條件作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在一級(jí)指標(biāo)下選取若干二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法構(gòu)建適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1)。

圖1 海淀區(qū)地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)量化分級(jí)

根據(jù)CJJ 57-2012《城市規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范》及其他相關(guān)資料[11-13]，并結(jié)合海淀區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)條件，建立表1所示的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并按照對(duì)地下開發(fā)的有利程度賦予分值1～10。在此基礎(chǔ)上繪制各指標(biāo)單因子圖。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用層次分析法，首先根據(jù)各指標(biāo)之間的邏輯關(guān)系，建立層次結(jié)構(gòu)模型，然后構(gòu)建判斷矩陣，采用成對(duì)明智比較法逐級(jí)對(duì)同一層次的指標(biāo)相對(duì)于上級(jí)指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較[14]，得出相對(duì)客觀的權(quán)重值，最后得出最下層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重值，即總排序權(quán)重。經(jīng)計(jì)算得出淺層、次淺層和次深層的權(quán)重分配值，見表2和表3。

3.3 綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

由于綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法具有操作簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本次海淀區(qū)地下空間開發(fā)適宜性采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。其評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型如下：

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及分值

表2 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分配表(淺層)

表3 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分配表(次淺層和次深層)

公式中:Si為第i個(gè)單元格的適宜性綜合得分，Xij為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第i個(gè)單元格的適宜性分值，Wj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)總數(shù)，i為研究區(qū)的單元格總數(shù)。研究區(qū)面積365.42 km2，采用正方形網(wǎng)格剖分法，將研究區(qū)剖分為406 023個(gè)單元格，每個(gè)單元格大小為30 m×30 m，故，式中i=406023。

利用ArcGIS10.2中的柵格計(jì)算器，將各個(gè)評(píng)價(jià)因子按照以上數(shù)學(xué)模型進(jìn)行疊加，將疊加結(jié)果根據(jù)柵格綜合得分值的突變點(diǎn)作為重分類的依據(jù)，將得到的柵格圖形按照適宜(value=10)、較適宜(value=6)、適宜性差(value=3)、不適宜(value=1)四個(gè)等級(jí)進(jìn)行重分類，分別得到海淀區(qū)淺層、次淺層和次深層地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)圖，如圖2～圖4所示。

圖2 淺層地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)

圖3 次淺層地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)

圖4 次深層地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)

4 結(jié)論

(1)海淀區(qū)地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性可劃分為適宜(Ⅰ級(jí))、較適宜(Ⅱ級(jí))、適宜性差(Ⅲ級(jí))和不適宜(Ⅳ級(jí))4個(gè)等級(jí)。由圖2可知，海淀區(qū)淺層地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級(jí)為主(占80.96 %)，地質(zhì)環(huán)境條件總體較好，適宜地下空間開發(fā)；不適宜和適宜性較差區(qū)集中分布在4條斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)和東部潛水埋深較淺局部地區(qū)。

(2)海淀區(qū)次淺層地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級(jí)為主(占61.29 %)，地質(zhì)環(huán)境條件良好，較適宜地下空間開發(fā)；不適宜和適宜性較差區(qū)集中分布在4條斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)和中東部土體類型差、潛水埋深淺、軟土厚度大地區(qū)。

(3)海淀區(qū)次深層地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級(jí)為主(占58.54 %)，地質(zhì)環(huán)境條件相對(duì)較好，較適宜地下空間開發(fā)；不適宜和適宜性較差區(qū)集中分布在4條斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)和中東部土體類型差、潛水埋深淺地區(qū)。綜上所述，活動(dòng)斷裂對(duì)地下空間有較大影響，在地下施工中遇其應(yīng)盡量繞避，無法繞避時(shí)，應(yīng)采取工程措施加以防護(hù)。