基于GIS的地下空間資源環(huán)境承載力評價分析

王 楠 孫世龍

江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院 江蘇 南京 211100

1 引言

1.1 研究背景與意義

資源環(huán)境承載力，就是指在一定的時期和一定的區(qū)域范圍內(nèi)，在維持區(qū)域資源結(jié)構(gòu)符合持續(xù)發(fā)展需要區(qū)域環(huán)境功能仍具有維持其穩(wěn)態(tài)效應(yīng)能力的條件下，區(qū)域資源環(huán)境系統(tǒng)所能承受人類各種社會經(jīng)濟活動的能力。資源環(huán)境承載力是資源系統(tǒng)和是環(huán)境系統(tǒng)的復合承載力。

對城市地質(zhì)環(huán)境承載力進行綜合評價，以承載力作為衡量地質(zhì)環(huán)境狀況的重要指標，對加強地質(zhì)環(huán)境保護，為城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)展提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)，對社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

1.2 國內(nèi)外研究進展

國內(nèi)外的學者和專家相繼開展了地質(zhì)資源環(huán)境承載力和評價研究,并獲得了一定的成果。

1921年，人類生態(tài)學學者帕克和伯吉斯首次提出了關(guān)于承載力的概念。1974年，Bishop在《環(huán)境管理的承載力》一書中指出：“環(huán)境承載力表明在維持一個可以接受的生活水平的前提下，一個區(qū)域能夠持續(xù)承載的人類活動的強烈程度”。1995年，諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者阿羅等國際知名的生態(tài)學家和經(jīng)濟學家聯(lián)名發(fā)表了《經(jīng)濟增長、承載力和環(huán)境》在這篇文章中，他們呼吁人們關(guān)注經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境的影響，重點關(guān)注環(huán)境的承載力和生態(tài)恢復能力。

國內(nèi)學者也進行了大量研究，如：杜蕾[1]根據(jù)承載力發(fā)展的不同階段，提出了承載力未來的研究發(fā)展方向和著重點。韓景敏[2]在了解山東省地質(zhì)環(huán)境承載力現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了全省地質(zhì)環(huán)境承載力下降的主要原因，并提出對策，為全省的規(guī)劃發(fā)展和地災(zāi)防護提供可靠依據(jù)。高湘昀[3]對有關(guān)資源環(huán)境承載力的研究成果進行了評述發(fā)現(xiàn)目前資源環(huán)境承載力的研究程度尚淺，需要有統(tǒng)一的評價指標體系，在城市發(fā)展中仍有很大的推廣空間。烏蘭[4]以內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市涼城縣為研究區(qū)域，探究涼城縣資環(huán)環(huán)境本底情況。

2 區(qū)域概況與研究方法

2.1 研究區(qū)地理概況

本次研究區(qū)范圍為南通市主城區(qū)，包括南通市崇川區(qū)、經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)和通州區(qū)平潮鎮(zhèn)、川港鎮(zhèn)、先鋒街道、張芝山鎮(zhèn)及興仁鎮(zhèn)和城區(qū)的部分區(qū)域，地理坐標為：北緯31°47′～32°10′，東經(jīng)120°40′～121°7′之間，陸域面積800km2。

2.2 研究數(shù)據(jù)

研究過程需要多方面的數(shù)據(jù)，主要有以下幾類：

①DLG數(shù)據(jù)：南通市1:50000的DLG數(shù)據(jù)，包括各種基礎(chǔ)地理要素。

②DOM數(shù)據(jù)：南通市數(shù)字正射影像圖。

③圖斑資料：南通市土地利用類型數(shù)據(jù)。

④經(jīng)濟數(shù)據(jù)：南通市近幾年統(tǒng)計年鑒資料，包括地均GDP，地均人口，人均GDP等。

⑤人口數(shù)據(jù)：全國人口普查數(shù)據(jù)。

2.3 研究方法

由于城市地下空間開發(fā)利用程度的地質(zhì)環(huán)境評價是一個綜合性的問題，其評價過程涉及到工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)環(huán)境問題等準則，而每個準則又包含諸多指標因素。本文深入剖析其與地下空間開發(fā)的相互制約關(guān)系，構(gòu)建地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價指標體系。（如圖1）

圖1 技術(shù)路線圖

3 地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價和分析

南通市城市地質(zhì)調(diào)查評價區(qū)地下空間在垂向上擬分為三個層次進行開發(fā)：

（1）淺層(0～-10m)：包括人行通道、各類市政管線；

（2）中層(-10～-30m)：包括地下商業(yè)街、地下車庫、倉庫、規(guī)劃建設(shè)地鐵、民防工程、地下道路。

（3）深層(-30m以下)：地下水工程、遠期開發(fā)、特種工程。

由于目前對地下空間的開發(fā)主要在淺層和中層，所以在對南通市地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性評價主要集中在淺層和中層。

3.1 水文地質(zhì)條件評價和分析

城市建設(shè)離不開水源，所以任何工程建設(shè)都必須充分考慮該地區(qū)的水文地質(zhì)條件。而在地下空間開發(fā)工程中水文地質(zhì)條件又在一定程度上影響著開挖的難度和安全性。由潛水位埋深、承壓水埋深和地下水腐蝕性確定。（如圖2，圖3）

圖2 微承壓水含水層頂板埋深圖

圖3 地下水腐蝕性評價圖

3.2 工程地質(zhì)條件評價和分析

地質(zhì)工程對地下空間開發(fā)有著最為直接的影響主要體現(xiàn)在建筑工程安全和造價方面，地質(zhì)工程條件差會導致建筑工程穩(wěn)定性降低，而要改造地質(zhì)工程條件相應(yīng)的開發(fā)成本也會大大增加。由土體均質(zhì)性、土體承載力、軟土厚度、砂土液化程度加權(quán)綜合確定。

3.3 地形地貌評價和分析

地形地貌主要影響著城市建設(shè)的布局問題，尤其是在地形地貌變化很大的地區(qū)如丘陵地區(qū)，地形地貌往往決定著城市建設(shè)的選址與格局，無論是線路工程還是建筑物選址和規(guī)模都在很大程度上受地形地貌的影響。地形地貌主要受地面標高和地形坡度影響。

3.4 地質(zhì)環(huán)境評價和分析

地質(zhì)環(huán)境問題包括漸進性的地質(zhì)環(huán)境問題也包括突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，地下空間的開發(fā)會導致地質(zhì)環(huán)境在諸多方面發(fā)生變化，嚴重的時候即會引發(fā)一系列地質(zhì)災(zāi)害，無論是哪種都會對地下工程造成一定量的破環(huán)，所以在評價過程中需要考慮到各類地質(zhì)災(zāi)害。主要考慮地面沉降量。

3.5 地下空間資源環(huán)境承載力評價體系的建立

根據(jù)層次分析法得到不同層次的各個指標的權(quán)重。擬賦權(quán)重如表1與表2所示。

表1 南通市地下空間資源環(huán)境承載力評價指標權(quán)重(淺層，0～-10m)

表2 南通市地下空間資源環(huán)境承載力評價指標權(quán)重（中層，-10～-30m）

將各單因子圖用ArcGIS進行疊加處理得到綜合權(quán)重下的分區(qū)圖，根據(jù)評價疊加結(jié)果對不同評價單元進行分級處理分為：高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)）、中等承載力區(qū)（適宜性較好區(qū)）、較低承載力區(qū)（適宜性一般區(qū)）、低承載力區(qū)（適宜性較差區(qū)）四個等級。評價結(jié)果如圖4、5所示。

圖4 淺層地下空間開發(fā)承載力評價結(jié)果圖

圖5 中層地下空間開發(fā)承載力評價結(jié)果圖

結(jié)果統(tǒng)計得出南通市城市地質(zhì)調(diào)查評價區(qū)地下空間開發(fā)淺層高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)：305.33km2）、中等承載力區(qū)（適宜性較好區(qū)：285.21km2）占全區(qū)面積的68.1%；而在中層高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)：181.21km2）、中等承載力區(qū)（適宜性較好區(qū)：296.72km2）占全區(qū)面積的48.4%。高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)）地質(zhì)條件良好，開發(fā)過程中發(fā)生地質(zhì)問題的可能性較低；低承載力區(qū)（適宜性較差區(qū)）主要分布在平東鎮(zhèn)以北砂土液化嚴重地區(qū)、興東鎮(zhèn)-興仁鎮(zhèn)連線以北地面沉降嚴重地區(qū)，地下工程建成后易發(fā)生漸進性的地質(zhì)環(huán)境問題，施工過程中應(yīng)針對各類不良地質(zhì)條件進行改良。

4 結(jié)論與建議

結(jié)果表明南通城市地質(zhì)調(diào)查評價區(qū)地下空間開發(fā)高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)）、中等承載力區(qū)（適宜性較好區(qū)）占全區(qū)面積一半左右，具有良好的開發(fā)開發(fā)潛力。結(jié)合南通市城市規(guī)劃建設(shè)地下空間開發(fā)應(yīng)當盡量選址于高承載力區(qū)（適宜性好區(qū)）與中等承載力區(qū)（適宜性較好區(qū)），當較低承載力區(qū)（適宜性一般區(qū)）、低承載力區(qū)（適宜性較差區(qū)）時，應(yīng)當結(jié)合上文評價結(jié)果針對較低承載力區(qū)（適宜性一般區(qū)）、低承載力區(qū)（適宜性較差區(qū)）的地質(zhì)環(huán)境不良條件進行治理、改造。中層較低承載力區(qū)（適宜性一般區(qū)）、低承載力區(qū)（適宜性較差區(qū)）面積相對淺層面積更大，地質(zhì)環(huán)境條件相對更差，當發(fā)生地質(zhì)環(huán)境問題或地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害時中層地下空間受到的威脅也更大，所以在開發(fā)過程中需要更加重視中層的地質(zhì)環(huán)境不良條件，在開發(fā)過程中盡量做到一次治理好不留后患。

不同深度的地下空間的資源稟賦不同，因此，對地下空間進行分層評價是極其重要的，本文基于南通市地下空間開發(fā)的影響因素特征，從其影響機制出發(fā)區(qū)分其在不同深度評價中的重要性差異，得到南通市地下空間開發(fā)承載力的分層評價結(jié)果。評價過程中結(jié)合地下空間在豎向上的功能區(qū)劃，針對不同工程分析各個指標的重要性來進行評價，其結(jié)果更加科學、合理，對南通市地下空間開發(fā)具有很高的參考、運用價值。