寧波市地下空間開發利用地質環境適宜性評價

趙團芝，侯艷聲，胡新鋒

（寧波市地質環境監測站，寧波 315042）

寧波市地下空間開發利用地質環境適宜性評價

趙團芝，侯艷聲，胡新鋒

（寧波市地質環境監測站，寧波 315042）

隨著城市化建設快速推進，地下空間資源開發是解決城市土地資源緊張的合理途徑，而地質環境適宜性評價對地下空間的開發利用具有至關重要的作用。本文分析了城市地下空間開發利用地質環境適宜性評價的影響因素，運用層次分析法確定巖土體特征、水文地質條件、環境地質問題、技術經濟等指標因素的權重，建立模糊綜合評價模型，定量評價寧波東部新城淺層（-15～ 0m）和中層(-30 ～ -15m)的地下空間開發利用地質環境適宜程度。評價結果顯示，東部新城地下空間開發地質環境適宜性等級分為Ⅱ級較適宜和Ⅲ級較不適宜，并根據不同的適宜等級提出了地下空間開發利用方式，為寧波東部新城的地下空間開發利用提供依據。

地下空間；地質環境；適宜性評價；模糊綜合評判；寧波市

0 前言

1 評價區范圍及單元劃分

東部新城作為寧波未來的政治、經濟、文化和商業中心，是城市向東發展最為重要的一個區域。其地理范圍西起世紀大道，東至東外環，南至鐵路，北至通途路，核心區面積8.45km2，總面積15.85km2。根據《寧波市地下空間開發利用管理辦法》規定，寧波市地下空間劃分為淺層、中層和深層。淺層開發深度為0～-15m，民用建筑與地下服務設施主要利用的空間域；近期中層開發深度為-15～-30m,為地鐵及大型地下設施利用的空間域；中遠期深層開發深度-30～-50m及-50m以上,寧波地區對該深度開發利用很少，故此次評價暫不涉及。

為了便于對東部新城各區域進行地下空間開發利用地質環境適宜性評價，以東部新城相關道路為分界線，同時考慮單元地質條件相似性，對評價區進行單元劃分，共劃分了36個評價單元。

2 評價方法

20世紀80年代初，我國學者汪培莊最早提出了綜合評判模型。隨后，針對實際應用中模糊綜合評判模型常遇到的一些問題，一些學者等對其進行了改進，可采用多層次模糊綜合評判模型和廣義合成運算的模糊綜合評判模型，使得模糊綜合評判方法在實踐中得到了廣泛地應用。模糊綜合評判法是模糊數學的一種應用方法，它以模糊集合論為理論基礎，運用模糊變化原理和最大隸屬度原則將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，從多個因素對被評價事物隸屬度等級狀況進行綜合評判，其評判流程如圖1所示。

圖1 模糊綜合評判流程圖Fig. 1 Flow chart of fuzzy comprehensive evaluation

3 地下空間開發利用地質環境適宜性評價

3.1 確定評價集及評語集

城市地下空間開發的地質環境評價系統是一個多層次、多因素的復雜系統，影響和控制地質環境質量優劣的因素較多。在進行地質環境影響分析時，綜合考慮評價區工程地質特征、地下工程現狀調查成果、地下空間開發利用的工程經驗、國家相關標準及行業規范和專家咨詢，按照分級、分序、抓主、淡次原則，構建可地下空間開發利用地質環境適宜性評價的因素集U為：

U={u1，u2，u3，u4}={巖土體特征，水文地質條件，環境地質問題，技術經濟}

模型的計算水位與觀測水位都在設定誤差內，該模型基本能反映相應條件下的地下水流場，所建模型合理可信。由模型可知地下水整體從北東流向南。

而u1={u11，u12，u13}={土質均勻性，軟土厚度，巖性組合}

其他各主題因素集依次類推，逐級反映了影響因素的層次性。由于各次一級因素的提取和奉獻度大小是一個模糊概念和模糊判斷過程，為便于分析必須先建立各次一級因素數值化準則及對應取值，如表1。

根據評價模型計算結果的大小對地下空間開發利用的地質環境適宜性進行等級劃分，建立評語集V如下：

V={v1，v2，v3，v4}={適宜，較適宜，較不適宜，不適宜}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}

采用分值區間平均分配的原則，令地質環境適宜性評價集為[0，1]上的連續區間，地下空間開發地質環境適宜性Ⅰ級（0.75≤Bj＜1）; Ⅱ級（0. 5≤Bj＜0.75）; Ⅲ級（0. 25≤Bj＜0.5）; Ⅳ級（0≤Bj＜0.25）。

3.2 評價因素權重確定

對于權重值的確定，目前，大多由專家憑經驗給出，人為干擾較為嚴重，導致評判結果的出入。本文在模糊綜合評價中采用層次分析法來確定權重，此方法具有較強的邏輯性、實用性和系統性，并能準確地得出各評價指標的權系數。在對淺層地下空間開發利用適宜性評價中，采用專家打分和層次分析法構造兩兩比較判斷矩陣，計算各評價指標的相對權重，得出各級評價指標的權重集見表2。

為使構造的判斷矩陣具有滿意的一致性，還需進行一致性檢驗。表2中層次總排序隨機一致性比率CR滿足：CR=0.028＜0.1 ，層次總排序結果具有滿意的一致性。

根據表2權重的具體計算結果，建立各評價指標權重集W：

W={ Wi}={0.0551，0.1818，0.1, 0.0452，0.1001，0.0289，0.064, 0.0976，0.0307，0.1549, 0.0708，0.0708}

一級模糊綜合評判權向量：WB=（0.3369， 0.2382，0.2833， 0.1416）

表1 地質環境評價指標分級標準及對應取值Tab. 1 Grading standards and corresponding value in geological environmental factors evaluation

表2 各級影響因素權重統計及一致性檢驗Tab. 2 Weight statistics and consistency test of infuencing factors at all levels

指標因素總權重的大小表明該因素對地下空間開發的影響程度。由此可知，B1（巖土體特征）對目標評價的影響較顯著，C6（地下水腐蝕性）對目標評價的影響程度最低。

3.3 評價因素隸屬度確定

根據模糊理論，各單因素對各等級的隸屬程度，是用隸屬函數表示。從表1對地質環境影響因素分析可知，所選取的評價指標有定性指標和定量指標。為了便于計算，假定表1所列的各單因素的隸屬函數相同，均服從線性分析。在參考有關文獻的基礎上，構造隸屬函數如下：

3.4 建立模糊判斷矩陣

地下空間開發利用地質環境適宜性模糊綜合評價所選用“多因素綜合評價”，其概念模型最終是反映次一級因素對地質環境適宜性的控制程度。因此，模糊綜合評價計算所用的模糊矩陣直接由12個次一級因素的4個地質環境適宜性評價級隸屬度值按行排列，形成12×4階矩陣，其模糊判斷矩陣為

其中：n=12；Rj為地質環境第j級適宜區（j=1，2，3，4）的模糊向量，由該級地質環境適宜區中所有因素的隸屬度構成，Rj=（r1j，r2j，r3j，...，rnj）T；rij為第i個次一級影響因素對第j級地質環境適宜區的控制度。

3.5 模糊綜合評價

模糊綜合評判的原理是模糊變換，而模糊變換運算的關鍵是確立模糊合成算子。常見的模糊合成算子有主因素決定型、主因素突出型、不均衡平均型和加權平均型。由于加權平均型對所有因素依權重大小均衡兼顧，適用于兼顧考慮整體因素的綜合評價，在進行地下空間開發利用地質環境適宜性評價時，要考慮不同指標對整體評價的影響，因此，本文選取加權平均型進行模糊綜合運算，將評判因素權重集W與模糊判斷矩陣R進行模糊綜合運算W R，其中，“ ”代表模糊合成算子，東部新城淺層地下空間開發地質環境適宜性綜合評價結果見表3。

表3 東部新城淺層地下空間適宜性評價結果Tab.3 Suitability evaluation results of shallow underground space in eastern new city

中層評價的方法、步驟與淺層評價相同，評價結果見表4。在中層地下空間開發評價過程中，雖然潛水和地下水腐蝕性對中層地下空間的開發利用影響較小，但為了保持與淺層評價的一致性，將水文地質條件在4個指標中的權重保持不變，按相應比例適當提高含水層厚度和承壓水埋深的權重。

表4 東部新城中層地下空間適宜性評價結果Tab.4 Suitability evaluation results of middle underground space in eastern new city

3.6 地質環境適宜性評價分區

根據評價模型計算結果的大小對地下空間開發利用地質環境適宜性進行等級劃分。為了保證各單元評價的合理性，結合寧波市地質環境特點和分值區間平均分配的原則，對各級隸屬度乘于相應的賦分值1、0.67、0.33和0，再相加得到相應的總分值。根據總分值確定各等級區間為：Ⅰ級區間：0.8～1.0，Ⅱ級0.6～0.8，Ⅲ級0.4～0.6，Ⅳ級0.0～0.4，以對部分單元模糊層次評價結論進行適當修正，并在表3淺層和表4中層地下空間適宜性評價結果數據基礎上，利用Arcgis繪制相應的評價結果圖，見圖2、3所示。從圖中可以看出，東部新城無論是淺層還是中層，地下空間開發利用均無適宜區，藍色區域表示較適宜區，可以較為充分地進行淺層地下空間開發；黃色區域為較不適宜區，在該區域通過相關的工程技術措施也可實現地下空間的開發利用，但相對于淺層而言，開發技術要求更高，分布面積更大。

圖2 淺層適宜性評價圖Fig.2 Shallow suitability evaluation map

圖3 中層適宜性評價圖Fig.3 Middle suitability evaluation map

4 結論

（1）城市地下空間開發利用地質環境適宜性受到多種因素的影響，影響寧波市東部新城地下空間開發利用的地質環境適宜性的因素總體上分為巖土體特征、水文地質條件、環境地質問題和技術經濟等，但各個因素對適宜性的影響程度不同，巖土體特征對東部新城適宜性評價較顯著，而地下水腐蝕影響較小。

（2）地下空間開發利用地質環境適宜性評價很難用某個確切的關系表達，而在充分利用城市地形測繪、工程地質勘察、城市規劃建設等第一手資料，采用模糊數學綜合評判方法對地下空間開發地質環境適宜性運用模糊語言進行不同程度的評價，可以得到較為理想、合理的結果。

（3）運用模糊綜合評價模型，對寧波市東部新城地下空間開發地質環境適宜性進行定量評價，并利用Arcgis繪制了評價結果分區圖，得到了評價區適宜性等級為Ⅱ級與Ⅲ級。對于Ⅱ級較適宜區，該區工程地質條件較好，采取合適的處理方法加固第四系松軟土體，可興建各類地下工程。基坑體系較為安全，但需引起關注，各方應對監測數據進行密切關注，分析下一步發展趨勢。施工技術難度一般，造價較高。對于Ⅲ級較不適宜區，該區工程地質條件較差，地下工程建造應采取合理的施工工藝和防水止水措施。常用的明挖基坑支護方法有：排樁、樁錨支護+樁間止水、地下連續墻、重力水泥土墻。對淺埋暗挖工程，應嚴格注意松軟土層塌陷問題，應采取合適的方法加固第四系軟土層，做好防水措施。施工技術難度較高，造價較高。

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Geological Environment Suitability Assessment of Underground Space Development in Ningbo City

ZHAO Tuanzhi, HOU Yansheng, HU Xinfeng
(Ningbo Monitoring Station for Geological Environment, Ningbo 315042)

With the rapid advance of urbanization construction, the development of underground space resources is a reasonable way to solve the problem of urban land resources, and the geological environment suitability assessment plays an important role in the development and utilization of underground space. The factors which infuence the geological environment suitability assessment of underground space are analyzed, analytic hierarchy process is adopted to determines weights of index factors from rock and soil characteristics, hydrogeological conditions, environmental geological problems and technical economy, the fuzzy comprehensive evaluation model is built to evaluate the suitable intensity of the development for the shallow(-15~0 m) and the middle (-30~-15m) underground space in eastern new city. The evaluation results show the geological environment suitability of underground space development in eastern new city can be divided into two grades: the more suitable and the less suitable. The methods of underground space development are put forward according to different suitable grades. The study can provide references for the development and utilization of underground space in eastern new city of Ningbo.

Underground space; Geological environment; Suitability assessment; Fuzzy synthetic discrimination; Ningbo city

TU42

A

1007-1903（2016）04-0088-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.017

項目來源：寧波市政府重點科研項目（NBTC2012CG-1002）

趙團芝(1982- )，男，碩士，工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質等工作。E-mail：zhaotuanzhi@163.com。