北京市海淀区地下空间开发地质环境适宜性评价

姜 婷

(西南交通大学, 四川成都 610031)

随着我国经济的快速发展和城市化水平的不断提高，城市空间拥挤、交通堵塞、环境恶化、用地紧缺等“城市病”日趋严重，向地下要空间、要资源已成为现代化城市发展的必然趋势[1]。北京市作为我国的政治文化中心，经济发展快、人口密度大，一直走在我国城市发展的前列。随着北京市城市规模持续增长，中心城区过渡集中，建筑布局密集，规划地面空间容量已趋饱和, 地下空间开发需求较大。

虽然目前我国许多城市已经陆续开发地下空间，但我国对地下空间的研究还不成熟，如许多城市缺乏地质调查、尚未编制地下空间开发规划、缺乏相关规范条例等。而地下工程可逆性较差,如不能科学合理的开发利用，会造成很大的损失和浪费，这就要求地下空间的开发利用应当统筹在整个城市发展的总体框架之内，适度开发，科学发展[2]。

根据国内外学者的大量研究，目前，地下空间开发利用适宜性评价常用的确定权重的方法为层次分析法；评价模型有综合指数法、模糊综合评判法、多目标线性加权函数和灰色评价法等[3-6]。但目前尚未形成一套完整的方法体系。本文利用层次分析法确定评价指标权重、采用综合指数法进行地下空间开发地质环境适宜性评价。

1 研究区地质概况

1.1 自然地理概况

海淀区位于北京市区西北部，地处北纬39°53′～40°09′、东经116°03′～116°23′；东与西城、朝阳区相邻，南与西城、丰台区毗连，西与石景山、门头沟区交界，北与昌平县接壤。海淀区地势西高东低，西部为海拔100 m以上的山地，东部和南部为海拔50 m左右的平原，由于西部山区资料难以收集，故本文以海淀区东部的平原区作为研究区，研究区面积365.42 km2。研究区西部与山地毗邻，处于山前地带，海拔在1000 m左右，故本文将研究区分为相对平原区(35～50 m)、低丘陵区(50～200 m)、相对山区(>200 m)和水域。

研究区内交通便利，地铁、地下快速路成为疏解地面交通压力的主要手段。《北京中心城中心地区地下空间开发利用规划(2004～2020年)》将北京市地下空间分为：浅层空间(-10 m以上)、次浅层空间(-10～-30 m)、次深层空间(-30～-50 m)和深层空间(-50～-100 m)等四层[7]。海淀区地下空间开发利用现状主要以地铁、地下快速路、地下室、地下商场、地下管网等为主，开发深度一般为30 m以内，本次地下空间评价空间域为50 m以内的地下空间。

1.2 地质构造概况

北京地区的地质构造是由新生代地壳构造运动形成的，区内主要发育着北北东—北东向、北西—东西向两组断裂，其中以北北东—北东向断裂最为普遍。研究区主要发育有东北旺断裂、清河断裂、八宝山断裂和黄庄—高丽营断裂。

(1)东北旺断裂：东北旺断裂由2条平行的分支断裂组成，走向均为北北东向，断裂长度为25 km，穿越研究区7.23 km。

(2)清河断裂：清河断裂发生在颐和园、圆明园、清河、洼里一带，呈北东向，倾角近直立，由第四系含水量较高的松散沉积物构成，全长40 km，穿越研究区12.73 km。

(3)八宝山断裂：八宝山断裂总体走向北北东至北东向，总长约100 km。根据其构造特点，以永定河为界，将其分成南北两段，南段大部分出露于地表，北段则隐伏于平原之下，位于研究区的属于北段，约17.39 km[8]。

(4)黄庄—高丽营断裂：黄庄—高丽营断裂分为北七家以北段、永定河-北七家段、永定河以南段三段。总体走向为北东-北北东向，大致与八宝山断裂平行。位于研究区的属于永定河-北七家段，约14.58 km。

1.3 水文地质条件

北京市平原区水文地质条件主要受永定河、潮白河两大冲洪积扇控制，大致呈由西向东、由北向南含水岩性颗粒变细、由潜水变承压水、透水性与富水性由强变弱的特点。北京市平原区可开采的地下水为第四系松散孔隙水，在垂向上分为浅层、中层和深层3个主要含水层组，分别为：

(1)潜水含水层，含水层底板埋深一般在20～40 m，分布于整个平原区；

(2)浅层承压水，含水层顶板埋深一般在60～100 m，底板埋深一般为80～120 m；

(3)深层承压水，含水层顶板埋深一般在100～120 m，底板埋深一般为180～250 m，部分地区可达300 m[9]。由于本次研究的深度为地下50 m，故只需考虑潜水对地下空间开发的影响。

1.4 工程地质条件

北京市平原区第四系地层由永定河、潮白河冲洪积扇和马池口、后沙峪及平谷沉积凹陷构成。海淀区清河以南地区位于永定河Ⅰ号冲洪积扇，扇顶主要沉积物为砂砾石，扇的中部为中砂—细砂—粉砂与黏土互层。通过对北京市水文地质工程地质大队提供的293个钻孔资料进行地层统计知，研究区主要地层为砂质黏土、细砂、软土、黏土和粗砂。

2 评价指标体系的建立

评价指标选取应遵循有针对性、简明性、普适性以及指标可量化的原则[10]。本次在对研究区地质条件进行综合分析的基础上，选取地形地貌、岩土体条件、水文地质条件和不良地质条件作为一级评价指标，并在一级指标下选取若干二级评价指标，采用层次分析法构建适宜性评价指标体系(图1)。

图1 海淀区地下空间开发地质环境适宜性评价指标体系

3 地下空间开发适宜性评价

3.1 指标量化分级

根据CJJ 57-2012《城市规划工程地质勘察规范》及其他相关资料[11-13]，并结合海淀区工程地质条件、水文地质条件和不良地质条件，建立表1所示的分级标准，并按照对地下开发的有利程度赋予分值1～10。在此基础上绘制各指标单因子图。

3.2 指标权重的确定

本文采用层次分析法，首先根据各指标之间的逻辑关系，建立层次结构模型，然后构建判断矩阵，采用成对明智比较法逐级对同一层次的指标相对于上级指标的重要性进行两两比较[14]，得出相对客观的权重值，最后得出最下层指标相对于目标层的权重值，即总排序权重。经计算得出浅层、次浅层和次深层的权重分配值，见表2和表3。

3.3 综合指数评价法

由于综合指数评价法具有操作简单、结果可靠、实用性强等优点，本次海淀区地下空间开发适宜性采用综合指数评价法进行评价。其评价数学模型如下：

表1 评价指标分级标准及分值

表2 地质环境适宜性评价指标权重分配表(浅层)

表3 地质环境适宜性评价指标权重分配表(次浅层和次深层)

公式中:Si为第i个单元格的适宜性综合得分，Xij为第j个评价指标在第i个单元格的适宜性分值，Wj为第j个评价指标的权重值，n为评价指标总数，i为研究区的单元格总数。研究区面积365.42 km2，采用正方形网格剖分法，将研究区剖分为406 023个单元格，每个单元格大小为30 m×30 m，故，式中i=406023。

利用ArcGIS10.2中的栅格计算器，将各个评价因子按照以上数学模型进行叠加，将叠加结果根据栅格综合得分值的突变点作为重分类的依据，将得到的栅格图形按照适宜(value=10)、较适宜(value=6)、适宜性差(value=3)、不适宜(value=1)四个等级进行重分类，分别得到海淀区浅层、次浅层和次深层地下空间开发适宜性评价分区图，如图2～图4所示。

图2 浅层地下空间开发适宜性分区

图3 次浅层地下空间开发适宜性分区

图4 次深层地下空间开发适宜性分区

4 结论

(1)海淀区地下空间开发地质环境适宜性可划分为适宜(Ⅰ级)、较适宜(Ⅱ级)、适宜性差(Ⅲ级)和不适宜(Ⅳ级)4个等级。由图2可知，海淀区浅层地下空间地质环境适宜性以Ⅰ～Ⅱ级为主(占80.96 %)，地质环境条件总体较好，适宜地下空间开发；不适宜和适宜性较差区集中分布在4条断裂带缓冲区内和东部潜水埋深较浅局部地区。

(2)海淀区次浅层地下空间开发地质环境适宜性以Ⅰ～Ⅱ级为主(占61.29 %)，地质环境条件良好，较适宜地下空间开发；不适宜和适宜性较差区集中分布在4条断裂带缓冲区内和中东部土体类型差、潜水埋深浅、软土厚度大地区。

(3)海淀区次深层地下空间开发地质环境适宜性以Ⅰ～Ⅱ级为主(占58.54 %)，地质环境条件相对较好，较适宜地下空间开发；不适宜和适宜性较差区集中分布在4条断裂带缓冲区内和中东部土体类型差、潜水埋深浅地区。综上所述，活动断裂对地下空间有较大影响，在地下施工中遇其应尽量绕避，无法绕避时，应采取工程措施加以防护。