宁波市地下空间开发利用地质环境适宜性评价

赵团芝，侯艳声，胡新锋

（宁波市地质环境监测站，宁波 315042）

宁波市地下空间开发利用地质环境适宜性评价

赵团芝，侯艳声，胡新锋

（宁波市地质环境监测站，宁波 315042）

随着城市化建设快速推进，地下空间资源开发是解决城市土地资源紧张的合理途径，而地质环境适宜性评价对地下空间的开发利用具有至关重要的作用。本文分析了城市地下空间开发利用地质环境适宜性评价的影响因素，运用层次分析法确定岩土体特征、水文地质条件、环境地质问题、技术经济等指标因素的权重，建立模糊综合评价模型，定量评价宁波东部新城浅层（-15～ 0m）和中层(-30 ～ -15m)的地下空间开发利用地质环境适宜程度。评价结果显示，东部新城地下空间开发地质环境适宜性等级分为Ⅱ级较适宜和Ⅲ级较不适宜，并根据不同的适宜等级提出了地下空间开发利用方式，为宁波东部新城的地下空间开发利用提供依据。

地下空间；地质环境；适宜性评价；模糊综合评判；宁波市

0 前言

1 评价区范围及单元划分

东部新城作为宁波未来的政治、经济、文化和商业中心，是城市向东发展最为重要的一个区域。其地理范围西起世纪大道，东至东外环，南至铁路，北至通途路，核心区面积8.45km2，总面积15.85km2。根据《宁波市地下空间开发利用管理办法》规定，宁波市地下空间划分为浅层、中层和深层。浅层开发深度为0～-15m，民用建筑与地下服务设施主要利用的空间域；近期中层开发深度为-15～-30m,为地铁及大型地下设施利用的空间域；中远期深层开发深度-30～-50m及-50m以上,宁波地区对该深度开发利用很少，故此次评价暂不涉及。

为了便于对东部新城各区域进行地下空间开发利用地质环境适宜性评价，以东部新城相关道路为分界线，同时考虑单元地质条件相似性，对评价区进行单元划分，共划分了36个评价单元。

2 评价方法

20世纪80年代初，我国学者汪培庄最早提出了综合评判模型。随后，针对实际应用中模糊综合评判模型常遇到的一些问题，一些学者等对其进行了改进，可采用多层次模糊综合评判模型和广义合成运算的模糊综合评判模型，使得模糊综合评判方法在实践中得到了广泛地应用。模糊综合评判法是模糊数学的一种应用方法，它以模糊集合论为理论基础，运用模糊变化原理和最大隶属度原则将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属度等级状况进行综合评判，其评判流程如图1所示。

图1 模糊综合评判流程图Fig. 1 Flow chart of fuzzy comprehensive evaluation

3 地下空间开发利用地质环境适宜性评价

3.1 确定评价集及评语集

城市地下空间开发的地质环境评价系统是一个多层次、多因素的复杂系统，影响和控制地质环境质量优劣的因素较多。在进行地质环境影响分析时，综合考虑评价区工程地质特征、地下工程现状调查成果、地下空间开发利用的工程经验、国家相关标准及行业规范和专家咨询，按照分级、分序、抓主、淡次原则，构建可地下空间开发利用地质环境适宜性评价的因素集U为：

U={u1，u2，u3，u4}={岩土体特征，水文地质条件，环境地质问题，技术经济}

模型的计算水位与观测水位都在设定误差内，该模型基本能反映相应条件下的地下水流场，所建模型合理可信。由模型可知地下水整体从北东流向南。

而u1={u11，u12，u13}={土质均匀性，软土厚度，岩性组合}

其他各主题因素集依次类推，逐级反映了影响因素的层次性。由于各次一级因素的提取和奉献度大小是一个模糊概念和模糊判断过程，为便于分析必须先建立各次一级因素数值化准则及对应取值，如表1。

根据评价模型计算结果的大小对地下空间开发利用的地质环境适宜性进行等级划分，建立评语集V如下：

V={v1，v2，v3，v4}={适宜，较适宜，较不适宜，不适宜}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}

采用分值区间平均分配的原则，令地质环境适宜性评价集为[0，1]上的连续区间，地下空间开发地质环境适宜性Ⅰ级（0.75≤Bj＜1）; Ⅱ级（0. 5≤Bj＜0.75）; Ⅲ级（0. 25≤Bj＜0.5）; Ⅳ级（0≤Bj＜0.25）。

3.2 评价因素权重确定

对于权重值的确定，目前，大多由专家凭经验给出，人为干扰较为严重，导致评判结果的出入。本文在模糊综合评价中采用层次分析法来确定权重，此方法具有较强的逻辑性、实用性和系统性，并能准确地得出各评价指标的权系数。在对浅层地下空间开发利用适宜性评价中，采用专家打分和层次分析法构造两两比较判断矩阵，计算各评价指标的相对权重，得出各级评价指标的权重集见表2。

为使构造的判断矩阵具有满意的一致性，还需进行一致性检验。表2中层次总排序随机一致性比率CR满足：CR=0.028＜0.1 ，层次总排序结果具有满意的一致性。

根据表2权重的具体计算结果，建立各评价指标权重集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}

一级模糊综合评判权向量：WB=（0.3369， 0.2382，0.2833， 0.1416）

表1 地质环境评价指标分级标准及对应取值Tab. 1 Grading standards and corresponding value in geological environmental factors evaluation

表2 各级影响因素权重统计及一致性检验Tab. 2 Weight statistics and consistency test of infuencing factors at all levels

指标因素总权重的大小表明该因素对地下空间开发的影响程度。由此可知，B1（岩土体特征）对目标评价的影响较显著，C6（地下水腐蚀性）对目标评价的影响程度最低。

3.3 评价因素隶属度确定

根据模糊理论，各单因素对各等级的隶属程度，是用隶属函数表示。从表1对地质环境影响因素分析可知，所选取的评价指标有定性指标和定量指标。为了便于计算，假定表1所列的各单因素的隶属函数相同，均服从线性分析。在参考有关文献的基础上，构造隶属函数如下：

3.4 建立模糊判断矩阵

地下空间开发利用地质环境适宜性模糊综合评价所选用“多因素综合评价”，其概念模型最终是反映次一级因素对地质环境适宜性的控制程度。因此，模糊综合评价计算所用的模糊矩阵直接由12个次一级因素的4个地质环境适宜性评价级隶属度值按行排列，形成12×4阶矩阵，其模糊判断矩阵为

其中：n=12；Rj为地质环境第j级适宜区（j=1，2，3，4）的模糊向量，由该级地质环境适宜区中所有因素的隶属度构成，Rj=（r1j，r2j，r3j，...，rnj）T；rij为第i个次一级影响因素对第j级地质环境适宜区的控制度。

3.5 模糊综合评价

模糊综合评判的原理是模糊变换，而模糊变换运算的关键是确立模糊合成算子。常见的模糊合成算子有主因素决定型、主因素突出型、不均衡平均型和加权平均型。由于加权平均型对所有因素依权重大小均衡兼顾，适用于兼顾考虑整体因素的综合评价，在进行地下空间开发利用地质环境适宜性评价时，要考虑不同指标对整体评价的影响，因此，本文选取加权平均型进行模糊综合运算，将评判因素权重集W与模糊判断矩阵R进行模糊综合运算W R，其中，“ ”代表模糊合成算子，东部新城浅层地下空间开发地质环境适宜性综合评价结果见表3。

表3 东部新城浅层地下空间适宜性评价结果Tab.3 Suitability evaluation results of shallow underground space in eastern new city

中层评价的方法、步骤与浅层评价相同，评价结果见表4。在中层地下空间开发评价过程中，虽然潜水和地下水腐蚀性对中层地下空间的开发利用影响较小，但为了保持与浅层评价的一致性，将水文地质条件在4个指标中的权重保持不变，按相应比例适当提高含水层厚度和承压水埋深的权重。

表4 东部新城中层地下空间适宜性评价结果Tab.4 Suitability evaluation results of middle underground space in eastern new city

3.6 地质环境适宜性评价分区

根据评价模型计算结果的大小对地下空间开发利用地质环境适宜性进行等级划分。为了保证各单元评价的合理性，结合宁波市地质环境特点和分值区间平均分配的原则，对各级隶属度乘于相应的赋分值1、0.67、0.33和0，再相加得到相应的总分值。根据总分值确定各等级区间为：Ⅰ级区间：0.8～1.0，Ⅱ级0.6～0.8，Ⅲ级0.4～0.6，Ⅳ级0.0～0.4，以对部分单元模糊层次评价结论进行适当修正，并在表3浅层和表4中层地下空间适宜性评价结果数据基础上，利用Arcgis绘制相应的评价结果图，见图2、3所示。从图中可以看出，东部新城无论是浅层还是中层，地下空间开发利用均无适宜区，蓝色区域表示较适宜区，可以较为充分地进行浅层地下空间开发；黄色区域为较不适宜区，在该区域通过相关的工程技术措施也可实现地下空间的开发利用，但相对于浅层而言，开发技术要求更高，分布面积更大。

图2 浅层适宜性评价图Fig.2 Shallow suitability evaluation map

图3 中层适宜性评价图Fig.3 Middle suitability evaluation map

4 结论

（1）城市地下空间开发利用地质环境适宜性受到多种因素的影响，影响宁波市东部新城地下空间开发利用的地质环境适宜性的因素总体上分为岩土体特征、水文地质条件、环境地质问题和技术经济等，但各个因素对适宜性的影响程度不同，岩土体特征对东部新城适宜性评价较显著，而地下水腐蚀影响较小。

（2）地下空间开发利用地质环境适宜性评价很难用某个确切的关系表达，而在充分利用城市地形测绘、工程地质勘察、城市规划建设等第一手资料，采用模糊数学综合评判方法对地下空间开发地质环境适宜性运用模糊语言进行不同程度的评价，可以得到较为理想、合理的结果。

（3）运用模糊综合评价模型，对宁波市东部新城地下空间开发地质环境适宜性进行定量评价，并利用Arcgis绘制了评价结果分区图，得到了评价区适宜性等级为Ⅱ级与Ⅲ级。对于Ⅱ级较适宜区，该区工程地质条件较好，采取合适的处理方法加固第四系松软土体，可兴建各类地下工程。基坑体系较为安全，但需引起关注，各方应对监测数据进行密切关注，分析下一步发展趋势。施工技术难度一般，造价较高。对于Ⅲ级较不适宜区，该区工程地质条件较差，地下工程建造应采取合理的施工工艺和防水止水措施。常用的明挖基坑支护方法有：排桩、桩锚支护+桩间止水、地下连续墙、重力水泥土墙。对浅埋暗挖工程，应严格注意松软土层塌陷问题，应采取合适的方法加固第四系软土层，做好防水措施。施工技术难度较高，造价较高。

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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

项目来源：宁波市政府重点科研项目（NBTC2012CG-1002）

赵团芝(1982- )，男，硕士，工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质等工作。E-mail：zhaotuanzhi@163.com。