南昌市地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價
——以九龍湖新城為例

姜 烈，胡 芬，廖 斌

(江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，江西 南昌 330095)

0 引言

南昌是江西的省會城市，是全省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技和交通中心，也是中國重要的綜合交通樞紐和現(xiàn)代制造業(yè)基地，是長江經(jīng)濟(jì)帶中游地區(qū)重要的中心城市。南昌市開發(fā)利用地下空間起步較早，早期以普通地下室、人防工程、過街地下通道等地下空間利用為主，具有開發(fā)深度淺、分布散亂、不成規(guī)模等特點(diǎn)。進(jìn)行南昌市地下空間開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境的互饋機(jī)制研究，科學(xué)引導(dǎo)地下空間開發(fā)，為南昌市重大工程建設(shè)、規(guī)劃新區(qū)建設(shè)、城市地上地下空間一體化協(xié)同規(guī)劃利用等提供地學(xué)建議，為推進(jìn)南昌市立體發(fā)展和地下空間安全利用提供服務(wù)。城市地下空間資源開發(fā)利用的好壞直接關(guān)系到城市土地資源利用率，實(shí)現(xiàn)城市空間的三維式拓展，緩解城市發(fā)展中的各種矛盾，保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境和城市集約化發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，最終大幅度提高整個城市的生活質(zhì)量。因此，對城市地下空間資源開發(fā)利用進(jìn)行適宜性評價具有重要意義[1-5]。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)南部南昌市區(qū)及南昌縣域內(nèi)第四系十分發(fā)育，大多數(shù)斷裂為隱伏斷裂，根據(jù)地貌、物探、遙感等資料綜合解譯，該區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，還發(fā)育一系列規(guī)模較大的陡傾斜斷裂，按斷裂帶延伸方向大體可劃分為北東向、北北東向、北西-北北西(南北向)北東東向及近南北向等幾組，其中以前三組斷裂為主。從形成時間上來看，北東向和近東西向斷裂帶最早形成，北西向斷裂帶最晚形成(圖1)。

1.2 水文地質(zhì)條件

南昌市根據(jù)含水巖組的巖性組合、地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，區(qū)內(nèi)有松散巖類孔隙水、紅層溶蝕孔隙裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水和基巖裂隙水四大類型。

1.3 工程地質(zhì)條件

南昌市依據(jù)巖性組合及物質(zhì)成份劃分為巖漿巖類、變質(zhì)巖類、碳酸鹽巖類、一般碎屑巖類、紅色碎屑巖類、松散巖類。

2 地下空間適宜性評價

2.1 評價空間域確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，南昌其開發(fā)利用深度一般不超過 30 m。因此，本次地下空間評價空間域?yàn)?30 m 以內(nèi)的地下空間。

根據(jù)地下空間開發(fā)類型不同，又分為淺層地下空間和中層地下空間兩個評價空間域[6]：

(1) 淺層地下空間。開發(fā)深度為 0～15 m，是民用建筑與地下服務(wù)設(shè)施主要利用的空間域。

(2) 中層地下空間。開發(fā)深度為 15～30 m，是地鐵及大型地下設(shè)施利用的空間域。

圖1 南昌市地質(zhì)構(gòu)造圖

2.2 評價指標(biāo)體系建立

運(yùn)用層次分析法建立南昌城市地下空間的開發(fā)利用潛力評價的分析模型，根據(jù)上述地質(zhì)環(huán)境與地下空間開發(fā)相互作用的分析，按分級、分序、抓主、淡次的原則[7]，將南昌城市地下空間開發(fā)潛力等級劃分為適宜性、較適宜性、適宜性較差、適宜性差四級(見表1和圖2)。

表1 單項(xiàng)評分標(biāo)準(zhǔn)

圖2 南昌市地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價指標(biāo)體系

2.3 評價指標(biāo)權(quán)重

選擇“專家-加權(quán)平均統(tǒng)計法”和“專家-層次分析法”兩種方法對比來最終確定評價因子的權(quán)重。

2.3.1 專家-加權(quán)平均統(tǒng)計法

專家-加權(quán)平均統(tǒng)計法的專家打分表見表2，由五位專家進(jìn)行打分，打分結(jié)果見表3。

表2 專家-加權(quán)平均統(tǒng)計定權(quán)法專家打分表

說明：權(quán)重ξ=0.05 +0.025n(n=0，1，2，3，…)，加權(quán)平均統(tǒng)計定權(quán)法打分規(guī)則：該法是由每位專家獨(dú)立給出各評價因子的權(quán)重，權(quán)重大，則表示在評價中該因素的影響大，所有因子權(quán)重之和為1。

表3 專家-加權(quán)平均統(tǒng)計定權(quán)法專家打分結(jié)果

2.3.2 層次分析定權(quán)法

層次分析定權(quán)法的專家打分見表4和表5。由五位專家進(jìn)行打分，分析結(jié)果見表6。

表4 層次分析定權(quán)法專家打分表

表5 層次分析定權(quán)法專家打分表

表6 層次分析定權(quán)法專家打分表

2.3.3 綜合分析法

經(jīng)綜合分析后確定的最終權(quán)重見表7。

表7 綜合分析后確定的最終權(quán)重

將綜合評分結(jié)果按表8所示標(biāo)準(zhǔn)劃分為高開發(fā)利用潛力區(qū)、較高開發(fā)利用潛力區(qū)、中等開發(fā)利用潛力區(qū)、較低開發(fā)利用潛力區(qū)。

2.4 評價數(shù)學(xué)模型確定

隸屬關(guān)系的確定就是建立模糊矩陣的過程，這是開展模糊聚類評價的基礎(chǔ)。隸屬函數(shù)的確定方法有很多種，如矩形分布隸屬函數(shù)、г型分布隸屬函數(shù)、正態(tài)型分布隸屬函數(shù)、柯西分布隸屬函數(shù)、梯形分布隸屬函數(shù)、半領(lǐng)型分布隸屬函數(shù)等。在地質(zhì)環(huán)境評價的實(shí)際工作中，梯形分布的隸屬函數(shù)應(yīng)用最為廣泛，且獲得了較好的效果。梯形分布的隸屬函數(shù)構(gòu)建模糊矩陣的求解公式如下：

(1)

(2)

下面舉例說明怎樣確定隸屬函數(shù)，構(gòu)建模糊矩陣：

假設(shè)選擇了地基承載力為參評因子，其分級狀態(tài)見表9。

表9 地基承載力的分級狀態(tài)

現(xiàn)有一個評價單元的地基承載力為38 MPa，首先確定其屬于中到差這個等級，那么通過上面的公式就可確定它與這兩個等級的具體隸屬度值。

與中等的隸屬度為：(40-38)/(40-20)=0.1

與差等的隸屬度為：(38-20)/(40-20)=0.9

則其隸屬函數(shù)為(0，0，0.1，0.9，0)

如果有一個評價單元的地基承載力為50MPa，則屬于良這個等級，

其隸屬函數(shù)為：(0，1，0，0，0)

經(jīng)過實(shí)際工作的檢驗(yàn)，在確定南昌城市建設(shè)用地地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量等級時，采用多目標(biāo)決策的敏感因子-模糊聚類綜合評判法能夠得出較為切合實(shí)際的結(jié)果。實(shí)例研究中選定梯形分布的隸屬函數(shù)來構(gòu)建模糊矩陣，用加權(quán)平均模型來進(jìn)行模糊聚類綜合評價。

通過上述確定的模糊聚類函數(shù)在南昌市建設(shè)用地實(shí)際計算中發(fā)現(xiàn)存在如下問題：在模糊聚類函數(shù) 中 在一定的條件下將會出現(xiàn)兩個最大的且數(shù)值相差極小的隸屬值，并且兩個數(shù)分別位于不同的位置，如形式：

(0.393 313，0.378 047，0.110 84，0.117 8，0.000 00)

或(0.398 467，0.245 723，0.324 49，0.031 320，0.000 00)

或(0.294 533，0.260 827，0.014 64，0.307 473，0.122 527)

或(0.326 000，0.229 360，0.102 09，0.074 670，0.267 880)等4種情況，這樣在按照上節(jié)模糊聚類方法進(jìn)行計算時，將不能體現(xiàn)第二大值對評價結(jié)果的貢獻(xiàn)，特別是當(dāng)兩者間隔較遠(yuǎn)時，得到的結(jié)果更是很難反應(yīng)實(shí)際情況。因此，實(shí)例研究中對其方法進(jìn)行了如下改進(jìn)，改進(jìn)的具體內(nèi)容與方法是：

設(shè)兩個最大數(shù)，其中當(dāng)≤20%時，改進(jìn)最大隸屬關(guān)系；

當(dāng)兩者之間間隔為奇數(shù)(1，3)時，則取中間的隸屬函數(shù)值；

當(dāng)兩者之間間隔為零時，取兩者中最大的隸屬函數(shù)值；

當(dāng)兩者之間間隔為偶數(shù)2時，則取兩者之間靠近最大的隸屬函數(shù)值。

上述判定方法可通過程序自動完成。

圖3 九龍湖新城0～15 m地下空間適宜性評價分區(qū)圖

圖4 九龍湖新城15～30 m地下空間適宜評價分區(qū)圖

(1)九龍湖0-15m地下空間開發(fā)潛力評估(見表10和圖3)

表10 九龍湖0-15地下空間開發(fā)潛力評估評價表

(2)九龍湖15～30 m地下空間開發(fā)潛力評估(見表11和圖4)

表11 九龍湖15-30地下空間開發(fā)潛力評估評價表

3 結(jié)語

評價結(jié)果表明，南昌市九龍湖新城地下空間開發(fā)適宜性分為適宜性、較適宜性、適宜性較差、適宜性差四級。淺層(0～15 m)，適宜性面積為9.13 km2，占比12.38%；較適宜性面積為44.63 km2，占比60.53%；適宜性較差面積為15.66 km2，占比21.24%；適宜性差面積為4.31 km2，占比5.85%，中層(15～30 m)：適宜性面積為70.25 km2，占比94.75%；較適宜性面積為3.89 km2，占比5.25%。