南昌市地下空间开发地质环境适宜性评价——以九龙湖新城为例

姜 烈，胡 芬，廖 斌

(江西省地质环境监测总站，江西 南昌 330095)

0 引言

南昌是江西的省会城市，是全省的政治、经济、文化、科技和交通中心，也是中国重要的综合交通枢纽和现代制造业基地，是长江经济带中游地区重要的中心城市。南昌市开发利用地下空间起步较早，早期以普通地下室、人防工程、过街地下通道等地下空间利用为主，具有开发深度浅、分布散乱、不成规模等特点。进行南昌市地下空间开发与地质环境的互馈机制研究，科学引导地下空间开发，为南昌市重大工程建设、规划新区建设、城市地上地下空间一体化协同规划利用等提供地学建议，为推进南昌市立体发展和地下空间安全利用提供服务。城市地下空间资源开发利用的好坏直接关系到城市土地资源利用率，实现城市空间的三维式拓展，缓解城市发展中的各种矛盾，保护和改善城市生态环境和城市集约化发展、可持续发展，最终大幅度提高整个城市的生活质量。因此，对城市地下空间资源开发利用进行适宜性评价具有重要意义[1-5]。

1 研究区地质背景概况

1.1 地质构造

工作区南部南昌市区及南昌县域内第四系十分发育，大多数断裂为隐伏断裂，根据地貌、物探、遥感等资料综合解译，该区域内断裂构造非常发育，还发育一系列规模较大的陡倾斜断裂，按断裂带延伸方向大体可划分为北东向、北北东向、北西-北北西(南北向)北东东向及近南北向等几组，其中以前三组断裂为主。从形成时间上来看，北东向和近东西向断裂带最早形成，北西向断裂带最晚形成(图1)。

1.2 水文地质条件

南昌市根据含水岩组的岩性组合、地下水赋存条件、水理性质和水力特征，区内有松散岩类孔隙水、红层溶蚀孔隙裂隙水、碳酸盐岩岩溶水和基岩裂隙水四大类型。

1.3 工程地质条件

南昌市依据岩性组合及物质成份划分为岩浆岩类、变质岩类、碳酸盐岩类、一般碎屑岩类、红色碎屑岩类、松散岩类。

2 地下空间适宜性评价

2.1 评价空间域确定

根据相关规划，南昌其开发利用深度一般不超过 30 m。因此，本次地下空间评价空间域为 30 m 以内的地下空间。

根据地下空间开发类型不同，又分为浅层地下空间和中层地下空间两个评价空间域[6]：

(1) 浅层地下空间。开发深度为 0～15 m，是民用建筑与地下服务设施主要利用的空间域。

(2) 中层地下空间。开发深度为 15～30 m，是地铁及大型地下设施利用的空间域。

图1 南昌市地质构造图

2.2 评价指标体系建立

运用层次分析法建立南昌城市地下空间的开发利用潜力评价的分析模型，根据上述地质环境与地下空间开发相互作用的分析，按分级、分序、抓主、淡次的原则[7]，将南昌城市地下空间开发潜力等级划分为适宜性、较适宜性、适宜性较差、适宜性差四级(见表1和图2)。

表1 单项评分标准

图2 南昌市地下空间开发地质环境适宜性评价指标体系

2.3 评价指标权重

选择“专家-加权平均统计法”和“专家-层次分析法”两种方法对比来最终确定评价因子的权重。

2.3.1 专家-加权平均统计法

专家-加权平均统计法的专家打分表见表2，由五位专家进行打分，打分结果见表3。

表2 专家-加权平均统计定权法专家打分表

说明：权重ξ=0.05 +0.025n(n=0，1，2，3，…)，加权平均统计定权法打分规则：该法是由每位专家独立给出各评价因子的权重，权重大，则表示在评价中该因素的影响大，所有因子权重之和为1。

表3 专家-加权平均统计定权法专家打分结果

2.3.2 层次分析定权法

层次分析定权法的专家打分见表4和表5。由五位专家进行打分，分析结果见表6。

表4 层次分析定权法专家打分表

表5 层次分析定权法专家打分表

表6 层次分析定权法专家打分表

2.3.3 综合分析法

经综合分析后确定的最终权重见表7。

表7 综合分析后确定的最终权重

将综合评分结果按表8所示标准划分为高开发利用潜力区、较高开发利用潜力区、中等开发利用潜力区、较低开发利用潜力区。

2.4 评价数学模型确定

隶属关系的确定就是建立模糊矩阵的过程，这是开展模糊聚类评价的基础。隶属函数的确定方法有很多种，如矩形分布隶属函数、г型分布隶属函数、正态型分布隶属函数、柯西分布隶属函数、梯形分布隶属函数、半领型分布隶属函数等。在地质环境评价的实际工作中，梯形分布的隶属函数应用最为广泛，且获得了较好的效果。梯形分布的隶属函数构建模糊矩阵的求解公式如下：

(1)

(2)

下面举例说明怎样确定隶属函数，构建模糊矩阵：

假设选择了地基承载力为参评因子，其分级状态见表9。

表9 地基承载力的分级状态

现有一个评价单元的地基承载力为38 MPa，首先确定其属于中到差这个等级，那么通过上面的公式就可确定它与这两个等级的具体隶属度值。

与中等的隶属度为：(40-38)/(40-20)=0.1

与差等的隶属度为：(38-20)/(40-20)=0.9

则其隶属函数为(0，0，0.1，0.9，0)

如果有一个评价单元的地基承载力为50MPa，则属于良这个等级，

其隶属函数为：(0，1，0，0，0)

经过实际工作的检验，在确定南昌城市建设用地地质环境质量等级时，采用多目标决策的敏感因子-模糊聚类综合评判法能够得出较为切合实际的结果。实例研究中选定梯形分布的隶属函数来构建模糊矩阵，用加权平均模型来进行模糊聚类综合评价。

通过上述确定的模糊聚类函数在南昌市建设用地实际计算中发现存在如下问题：在模糊聚类函数 中 在一定的条件下将会出现两个最大的且数值相差极小的隶属值，并且两个数分别位于不同的位置，如形式：

(0.393 313，0.378 047，0.110 84，0.117 8，0.000 00)

或(0.398 467，0.245 723，0.324 49，0.031 320，0.000 00)

或(0.294 533，0.260 827，0.014 64，0.307 473，0.122 527)

或(0.326 000，0.229 360，0.102 09，0.074 670，0.267 880)等4种情况，这样在按照上节模糊聚类方法进行计算时，将不能体现第二大值对评价结果的贡献，特别是当两者间隔较远时，得到的结果更是很难反应实际情况。因此，实例研究中对其方法进行了如下改进，改进的具体内容与方法是：

设两个最大数，其中当≤20%时，改进最大隶属关系；

当两者之间间隔为奇数(1，3)时，则取中间的隶属函数值；

当两者之间间隔为零时，取两者中最大的隶属函数值；

当两者之间间隔为偶数2时，则取两者之间靠近最大的隶属函数值。

上述判定方法可通过程序自动完成。

图3 九龙湖新城0～15 m地下空间适宜性评价分区图

图4 九龙湖新城15～30 m地下空间适宜评价分区图

(1)九龙湖0-15m地下空间开发潜力评估(见表10和图3)

表10 九龙湖0-15地下空间开发潜力评估评价表

(2)九龙湖15～30 m地下空间开发潜力评估(见表11和图4)

表11 九龙湖15-30地下空间开发潜力评估评价表

3 结语

评价结果表明，南昌市九龙湖新城地下空间开发适宜性分为适宜性、较适宜性、适宜性较差、适宜性差四级。浅层(0～15 m)，适宜性面积为9.13 km2，占比12.38%；较适宜性面积为44.63 km2，占比60.53%；适宜性较差面积为15.66 km2，占比21.24%；适宜性差面积为4.31 km2，占比5.85%，中层(15～30 m)：适宜性面积为70.25 km2，占比94.75%；较适宜性面积为3.89 km2，占比5.25%。