模糊聚类理论下的地质工程适宜性研究

朱志松，潘金匹

（安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，安徽 芜湖 241000）

随着当代经济带产业转移的高速发展，进一步贯彻工业企业发展的主导思想，强调要坚持生态优先、绿色发展、把产业转移和提高可持续发展的能力结合起来[1，2]。为此，本文以地质工程建设适宜性为例，运用模糊聚类理论下的地质工程建设适宜性研究，为沿江经济带地质工程建设的合理布局提供参考。

1 评价原则及指标的选取

1.1 评价原则

包括地质周围生态优先原则、适宜性与限制性相结合原则、评价结果可比性原则、综合分析与主导因素相结合原则。

1.2 评价指标的选取

按照地质环境因子对地质工程建设建设的敏感性程度划分为：敏感因子、重要因子和一般因子。确定地质地形坡度和已有资源为敏感因子[3]。地形地貌、岩土体类型、地质地下水、潜在的工程地质问题作为重要因子，评价标准见表1。

表1 地质结构重要因子及其评价等级划分表

地质灾害 地质灾害易发区 不 易发区低易发区中易发区 高易发区水文地质 地下水埋深（m） ≥10 5～10 3～5 1～3 ＜1

1.3 评价因子权重确定

本次评价采用层次分析法综合确定各评价因子的权重值见表2。各因子适宜性等级对应的分值见表3。

表2 评价因子权重值表

表3 各因子适宜性等级对应分值表

2 评价模型

2.1 评价单元划分及赋值

对于特殊地貌单元和地形地质界线则按照不规则多边形网格划分法来处理，单元的合并和拆分以单元中权重最大的评价因子为准。根据以上单元划分方法，将评价区划分为92 个评价单元。

利用收集的钻孔采用工程地质条件类比分析结合1：50000 地形图，对各评价单元格的基岩埋深、2m～5m 承载力特征值、水位埋深、地面高程、相对高度、坡度等参数予以赋值[4]。

2.2 评价数学模型

本次评价采用了多目标决策的敏感因子—模糊聚类综合评判法，其具体步骤如下：

第一步：通过对评价工程地质环境条件分析，对其构成要素和环境因子进行定性描述，将它们分为敏感因子、重要因子和一般因子。

第二步：划分评价单元。

第三步：选择敏感因子进行敏感因子评价。对评价区就所有的敏感因子逐个进行检验评价，凡是评价单元中有一个敏感因子存在，即判定该单元为地质工程建设用地适宜性差，不存在敏感因子的则进行下一步评价。

第四步：对不存在敏感因子的单元，选择重要因子进行模糊聚类综合工程建设评价。

第五步：综合敏感因子和重要因子的评价结果，将相同等级的评价单元合并，编制适宜性评价分区图。

当进行完敏感因子评价后，选定加权平均数学模型开展重要因子的模糊聚类综合评价。加权平均型：为本次采用的数学模型，此模型考虑到地质工程建设中各种因素对最后结果的贡献，实践证明该法对于影响因素众多的地质环境评价是一种行之有效的评价模型[5]。

3 地质工程建设适宜性分区

3.1 适宜性分级

根据上述评价方法，进行计算评价，将地质工程建设适宜性相同的单元连成片，并按工程地质条件进行了适当修正，编制成地质工程建设适宜性分区图。

评价结果分为五级：适宜、较适宜、基本适宜、适宜性较差和适宜性差，其中：①适宜区面192.7km2，占评价区总面积的17.3%。②较适宜区面积512.0km2，占评价区总面积的45.8%。③基本适宜区面积185.1km2，占评价区总面积的16.6%。④适宜性较差区面积98.8km2，占评价区总面积的8.8%。⑤适宜性差区面积128.6km2，占评价区总面积的11.5%，评价结果见表4。

表4 地质工程建设适宜性评价结果表

3.2 适宜性分区评价

3.2.1 地质工程建设适宜区（Ⅰ）

主要分布于马塘街道—四褐山、三山经济开发区、新港—芜湖长江大桥综合开发区、漳河东侧—鲁港街道、黄山寺—大塘—孙庄、土桥社区—三房李等。

该区主要地处一级阶地、河漫滩，地形较平坦，坡度小于5°；地层岩性为第四系更新统下蜀组（Qpx）的硬塑状粉质粘土及全新统芜湖组（Qhw）的粉质粘土，无软土，部分地段基岩埋藏浅或出露地表，地基承载力高。地下水位埋深一般在2m～5m，对地质工程建设问题不突出。该工程地质条件优越，工程建设施工难度小，成本低，且安全性较高。

3.2.2 地质工程建设较适宜区（Ⅱ）

工程区域主要分布无铜界、汪家庄、新港西、芜湖高新产业开发区等。

该区主要地处河漫滩，地形平坦。该区域地质环境条件较为优越、工程建设施工难度较小，成本较低。局部软土厚度小，埋藏浅，易于处理。

3.2.3 地质工程建设基本适宜区（Ⅲ）

该区主要位于河漫滩，部分位于山前斜地，河漫滩地形平坦、主要地层为第四系全新统芜湖组（Qhw）的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂组成，地层厚度一般在10m～20m，地基承载力较低。地下水位埋深一般在1m～3m。该区域地质环境条件一般，地质工程建设阶段应查明区内结构的分布，并采取相应的措施加以处理。

3.2.4 地质工程建设适宜性较差区（Ⅳ）

该区主要位于地势低洼区域，其地下水水网发育良好。地层岩性为第四系全新统芜湖组（Qhw）的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂组成，软土深厚、基岩埋藏深。该区域地质环境条件较差，施工难度较大，地基处理等费用较高。地质工程建设阶段应查明区内地质结构的分布及物理力学性质等特征。

3.2.5 地质工程建设适宜性差区（Ⅴ）

主要分布于边坡崩岸段、生态湿地保护区，以及获港低山丘陵区、赭山、神山等地区、大荆山、白马山等丘陵区。

该区边坡部分岸线崩塌严重，边坡的稳定性较差，部分地段软土分布较厚，工程地质条件差；研究区域受冲淤影响，岸线变化大，地质工程建设条件差，部分地段为湿地保护区，生态环境敏感；低山丘陵区地形起伏大，地形地势条件复杂，局部人工切坡发生小规模崩塌。

4 结论

通过对敏感因子及重要因子的选取，采用加权平均型数学模型，对地质工程建设建设适宜性影响因子进行相应的赋值，建立模糊聚类理论下的地质工程建设适宜性的确定方法。

通过实践及实地复查：用模糊聚类综合评判所确定的工程建设适宜性影响因子权重，相较于常规的专家打分法所确定的权重，更具有客观性、精准性，以模糊聚类综合评判所确定的工程建设适宜性结果是可行的。