潍坊城市地质环境质量综合评价

位才波

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室，山东 潍坊 261021)

地质环境质量是地球演化的产物，人类和其他生物依赖地质环境而生存发展，人类所有的经济—工程活动都是以地质环境为背景而展开的[1]。地质环境质量评价的目的，就是要通过评价城市的地质环境质量状况，为合理地利用地质环境优势，控制地质环境劣势，治理主要的环境地质问题，进而为城市建设规划方案提供依据[1]。潍坊市地处黄河三角洲高效生态经济区和山东半岛蓝色经济区两大国家战略经济区的重要交会处，是半岛城市群地理中心，近年来随着人类工程活动的不断增多，潍坊城市地质环境也出现了不同程度的恶化，因此开展城市地质调查，对潍坊城市地质环境质量进行综合评价具有重要意义。

1 研究区概况

研究区范围以潍坊市城区为主，涉及14个1∶5万图幅，总面积2605km2。

1.1 气象水文

研究区属暖温带大陆性季风气候区，气候干燥，具大陆性半干旱气候特征，北部滨海经济技术开发区距海洋较近，夏季多东南风，冬季多西北风，具有海洋与内陆气候的特点；南部峡山生态经济开发区具有明显的大陆性气候特征。多年年平均降水量为650mm，年内降雨多集中在7—8月份，其中，春季降水量在25.9～176.1mm之间，夏季降水量在232.5～629.7mm之间，秋季降水量在22.6～205.8mm之间，冬季降水量在3.0～72.6mm之间；多年年平均气温12.3℃左右，多年年平均蒸发量为1802.6mm，蒸发量大于降水量；多年最大冻土厚度45～54cm。

1.2 地形地貌

研究区地处泰沂山北麓，地形自南向北由高到低，缓缓倾入渤海莱州湾，形成了几个明显的台阶，南部为低山丘陵区，地形起伏变化大，地形标高在海拔100～212m，坡度一般5°～15°；胶济铁路以北至莱州湾依次为冲积、洪积平原，滨海海积低地，地形平坦微向北倾斜，地形标高一般在+4m～+100m，坡度一般小于5°[2-4]。

1.3 地质构造

研究区境内地层发育比较齐全，从老到新由太古界、元古界、中生界、新生界组成，并伴有不同时期的火成岩出露[2-4]。沂沭断裂带纵贯潍坊市南北，由数条主干断裂组成，自东向西为昌邑-大店断裂、安丘-莒县断裂、沂水-汤头断裂、鄌郚-葛沟断裂[2,5]。

1.4 水文地质

研究区地处山东省三大水文地质区交会处，区内地层、岩性较复杂，构造发育。南部为低山丘陵区，地下水质良好，矿化度小于1g/L，水化学类型为HCO3-Ca型水；地下水以碎屑岩类孔隙裂隙水为主，主要分布在潍城区望留镇、坊子老城区--涌泉庄一带及峡山水库东西两侧，单井涌水量一般<100m3/d，仅望留一带的玄武岩风化强烈，气孔连通性好，有利于地下水赋存和运动，富水性增强，单井涌水量100～500m3/d之间；碳酸盐岩裂隙岩溶水和侵入岩类裂隙水在研究区西南部和东南部小范围分布，寒武纪灰岩由于其补给范围有限，富水性一般较差，单井涌水量<500m3/d，侵入岩因裂隙窄小，富水性弱，单井涌水量一般<100m3/d，局部受构造影响，水量较大[2]。北部为河流冲洪积及海积平原区，地下水类型为松散岩类孔隙水，潍北平原区中上部冲洪积扇的轴部及外围、河流两侧富水性强，单井涌水量一般1000～3000m3/d，强富水地段可达5000m3/d，矿化度一般<1～2g/L，水位埋深11～25m；北部滨海平原区蕴藏着丰富的卤水资源，单井涌水量一般500～1000m3/d，近年来随着卤水资源的大量开采，水位逐年下降，静埋深一般>30m，矿化度一般>2g/L[2]。

1.5 工程地质

研究区地处鲁中南低山丘陵、鲁东丘陵山区及鲁西北平原三大工程地质区结合部位，沂沭断裂带纵贯南北，工程地质条件较为复杂，地震烈度Ⅶ度。南部丘陵山区浅覆盖或出露多种类型岩组，地基承载力均大于400kPa，工程地质条件良好。北部平原区分布多种成因类型的第四纪堆积物，多为良好的地基土层，粘性土一般坚硬—可塑状态，中压缩性，地基承载力180～300kPa；砂性土密实度一般为密实--中密，中--低压缩性，地基承载力150～260kPa；区内存在淤泥类土、砂土液化和盐渍土等工程地质问题。

1.6 地震及地壳变形场

地震动峰值加速度：根据《中国地震动参数区划图(GB18306-2015)》,潍坊市主城区及以南地震动峰值加速度0.20g，以北地震动峰值加速度0.15g。

地壳变形场：王华林等[6]采用动态平插法对青岛、潍坊、临沂地区水准测量资料进行了计算，绘制了区域垂直变形图(图1)。从图中可以看出，研究区南部坊子一带为隆起区，北部为沉降区。

图1 研究区近邻区垂直形变图

1.7 地质灾害

研究区地质灾害仅发育地面采空塌陷，分布在坊子区煤矿开采区，发生时间集中为1985—1994年，导致多处房屋开裂等问题，塌陷中心深度0.5～1.5m。近年来，随着开采深度的增加，对地表的影响逐渐减小。2016年坊子新方煤矿已闭坑，地质灾害易发程度较低。

2 评价方法

地质环境质量评价与预测,特别是定量或半定量评价与预测一直是环境地质学研究的难点和瓶颈。目前国内外地质环境质量评价研究,一方面向多指标综合性评价方向发展,另一方面向定量和半定量模型化方向发展[7-15]。地质环境由于其因素较多,而且因素分级界限具有一定的模糊性。因此,模糊数学综合评判法被认为是较为合理的评价方法[7-9,11,15,16]。该次评价采用模糊数学综合评判法，结合MapGIS软件的矢量分析、栅格分析、统计分析等功能。

2.1 评价指标

根据潍坊市实际情况及调查取得的数据，选取4个影响环境质量的单环境要素，即工程建设适宜性、地下水富水性、地下水质量和地壳稳定性。

2.2 综合评价指数计算

根据工程建筑适宜性、地壳稳定性、地下水富水性和地下水质量等4个单环境要素质量评价结果，采用引进加权因子的综合指数法[1]，其计算公式为：

(1)

式中：E—综合地质环境质量指数；Pi—单环境要素质量指数；Qi—单环境要素的权重值；k—地质环境要素的数量[1]。

3 单环境要素评价

3.1 工程建设适宜性评价

3.1.1 评价方法

采用层次分析法和综合指数法进行评价。结合潍坊市实际情况，选取了地形形态、工程地质、水文地质等3个一级指标(表1)，地形坡度、地面标高、地基承载力、软土厚度、地下水埋深和地下水腐蚀性等6个二级指标建立评级指标体系。综合指数法同2.2，为各二级因子加权求和。

表1 地质评价指标量化

3.1.2 评价指标量化

首先根据研究区实际情况，对各评价因子进行指标量化(表1)，然后利用yaahp软件构建层级分析模型，根据专家打分情况，计算出各评价因子权重(表2),最后进行工程建设适宜性等级划分(表3)。

表2 各评价因素权重结果

表3 工程建设适宜性评价结果等级划分

3.1.3 评价结果

该次评价控制点按2km×2km，重点工程区按加密的原则选取，共选择控制点769个，按上述公式计算后，绘制了工程建设适宜性分区图(图2)。从图2可以看出，研究区工程建设适宜性分为适宜区、较适宜区和较不适宜区3个区。适宜区面积687.89km2，占总面积26.4%，主要分布在南部丘陵、山地区，主体位于峡山水库周边，该区域基岩出露或者浅覆盖，地基承载力高，工程地质条件好；较适宜区面积1262.35km2，占总面积48.5%，主要分布在研究区中部潍坊城区及周边及黄旗堡一带，该区主要为粉土、粉质粘土，地基承载力较小，其余指标较好。工程地质条件良好；较不适宜区面积654.77km2，占总面积25.1%，分布于萧家营--泊子一线向北至莱州湾的广大区域，行政区划以滨海经济开发区为主，该区地面标高多数地段小于4m；主要分布粉土及粉质粘土，地基承载力较小；地下水埋深局部小于2m；地下水腐蚀性多为强。

图2 潍坊市工程建设适宜性分区评价图

3.2 地下水质量评价

3.2.1 评价方法

评价研究采用单因子评价法和F值评分法。

单因子评价法：评价标准采用《地下水环境质量标准(GB/T14848-93)》，按地下水质量分类中Ⅰ～Ⅴ类标准，对各评价因子划分所属类别，并遵循不同类别标准相同时从劣不从优原则，确定单项组分评价分值Fi[17]。

综合评价法：在单因子评价的基础上，按式(2)和式(3)计算综合评价分值F，并按表4判断级别。

(2)

(3)

式中：F—综合评分值，为各单项组分评分值Fi的平均值，为单项组分评价分值Fi中的最大值，n为项数。

表4 F值评分法评分值

3.2.2 评价因子

采用上述评价方法，选取pH、总硬度、总溶解性固体、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物、氨氮、挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬、铅、镉、铁、锰、锌、六六六、滴滴滴等21项因子。

3.2.3 评价结果

研究区北部为海(咸)水入侵区，水质极差，面积827.04km2，中部为主城区，受人类工农业活动影响，水质较差，面积911.52km2，南部水质较好，面积670.46km2，良好区和优良区在区内零星分布，面积52.64km2(峡山水库143.34km2未进行地下水评价)；研究区地下水化学类型自北向南呈带状分布，北部为Cl-Na型水，向南过渡为Cl·HCO3-Ca·Mg型水，最后变为HCO3-Ca型水[2]。

图3 潍坊市地下水质量评价图

3.3 区域地壳稳定性评价

3.3.1 评价方法

采用层次分析法和综合指数法进行评价。

层次分析法：选择构造稳定性、岩土体和地面稳定性2个一级指标，地震动峰值加速度、活动断裂、现代构造应力场、现今地壳变形、岩土体结构特征、地质灾害易发性等6个二级指标构建潍坊城市区域地壳稳定性评价体系[16,18-22]。

综合指数法同2.2，为各二级因子加权求和。

3.3.2 评价标准

求得各因子权重见表5，各因子评价分级标准见表6。

表5 评价因子权重

3.3.3 评价结果

根据上述方法，绘制了潍坊城市区域地壳稳定性分区图(图4)。从图4可以看出，研究区区域地壳稳定性分为稳定区、较稳定区、较不稳定区和不稳定区。稳定区面积724.28km2，位于北部冲洪积、海积平原区，地势平坦，断裂活动性低，区域地壳变形量小，地质体潜在安全度极低，整体稳定性好。较稳定区面积131.12km2，位于东南部峡山水库一带，该区主要为山前平原区，地势平坦，断裂活动性极低，区域地壳变形量小，区域地震活动中等，地质体潜在安全度极低，整体稳定性较好。较不稳定区面积1558.99km2，位于北部平原区和中东部、南部山区；北部平原区地势平坦，断裂活动性极低，区域地壳变形量小，工程地质岩性极差，地质灾害发生可能性较大，区域地震活动低，整体稳定性较差；中东部及南部山区断裂活动性较强，区域地震动活动性中等，地质体潜在安全度较低，区域地壳变形量小，整体稳定性较差。不稳定区面积190.61km2，位于西南部山区，该区断裂活动性极强，地质体潜在安全度极低，现代构造应力场有集中现象，区域地震动活动极强，区域地壳变形量较大，地质灾害发生可能性极大，整体稳定性极差[23]。

表6 区域地壳稳定性模糊数学评价指标标准

图4 潍坊市区域地壳稳定性分区图

3.4 地下水富水性评价

在以往工作的基础上，通过水文地质调查和水文地质钻探工作，查明了研究区地下水含水层岩性、厚度及分布特征；通过抽水试验、样品采集与测试等方法，获取了水文地质参数，计算了地下水涌水量情况，并进行了地下水富水性分区评价(图5)。按照单井涌水量3000～5000m3/d，1000～3000m3/d，500～1000m3/d，<500m3/d等4个级别将研究区划分为地下水强富水区、较强富水区、中等富水区和弱富水区。强富水区主要分布在白浪河、潍河两侧，面积331.27km2；较强富水区主要分布在高里街道一带，面积12.10km2；中等富水区主要分布在北部滨海平原区和南部山前平原区，面积1154.70km2，北部滨海平原区蕴藏丰富的卤水资源，但超量开采易形成地下水降落漏斗，严重可引起地面沉降，影响城市地质安全；弱富水区主要分布在南部丘陵区，面积1106.93km2。

图5 潍坊市地下水富水性分区图

4 地质环境质量综合评价

4.1 评价指标量化

采用离散取值的量化转换方法，将各单地质环境质量评价的定性指标转化为定量指标(表7)[1]。

表7 单环境要素质量定性指标量化分级

4.2 权重分析

基于层次分析法，采用yaahp软件构建层次分析模型，在专家打分的基础上，求出各单环境要素的权重。其中，工程建设适宜性0.32，地壳稳定性0.3，地下水质量0.25，富水性0.13。

4.3 等级划分

根据计算的地质环境质量综合评价指数结果进行等级划分，等级划分按分值区间平均分配的原则进行(表8)。

4.4 评价结果

同工程建设适宜性评价，共选择控制点769个，利用各控制点数据，使用MapGIS的栅格分析、统计分析功能，编制了地质环境质量综合评价图(图6、表9)。从表9、图6可以看出，地质环境质量好区主要分布于城区北部一带，共4个区块，总面积350.39km2；地质环境质量较好区主要分布于地质环境质量好区外围，共7个区块，总面积562.68km2；地质环境质量较差区主要分布于央子街办外围及峡山水库一带，共5个区块，总面积1004.70km2；

地质环境质量差区主要分布于北部沿海区域及萧家营、老坊子区一带，共10个区块，总面积687.23km2。

5 结论

(1)采用层次分析法和综合指数法对研究区工程建设适宜性、区域地壳稳定性分别进行了评价，将研究区工程建设适宜性划分为适宜区、较适宜区和较不适宜区等3个区；区域地壳稳定性划分为稳定区、较稳定区、较不稳定区和不稳定区等4个区。采用单因子评价法和F值评分法将研究区地下水质量划分为优良区、良好区、较好区、较差区和极差区等5个区。地下水富水性按照单井涌水量3000～5000m3/d，1000～3000m3/d，500～1000m3/d，<500m3/d等4个级别划分为地下水强富水区、较强富水区、中等富水区和弱富水区。

表9 地质环境质量综合分区评述

(2)研究区地质环境质量好区主要分布于城区北部一带，包括4个区块，面积350.39km2；地质环境质量较好区主要分布于质量好区外围，包括7个区块，面积562.68km2；地质环境质量较差区主要分布于央子街办外围及峡山水库一带，包括5个区块，面积1004.70km2；地质环境质量差区主要分布于北部沿海区域及萧家营、老坊子区一带，包括10个区块，面积687.23km2。

(3)潍坊市今后的开发建设应该在调整内部用地结构的同时，根据城市地质环境制约因素，合理安排建设项目，努力使城市土地的利用效率达到最佳。