武汉市地质环境综合评价与区划

童 欣，甘义群，夏 友

(1.中国地质大学(武汉)环境学院，湖北武汉 430074;2.湖南省地质环境监测总站，湖南长沙 410007)

城市地质环境作为人类赖以生存的物质基础，对城市建设和发展具有决定性的影响［1］。目前，我国在国土规划和地质环境评价领域的相关研究工作，取得了很多成果，也为当地的社会、经济发展提供了重要的支撑。随着城市化的快速推进，城市国土规划一方面强调规划管制属性的划分，另一方面要求体现功能分区。但以往的国土规划工作缺乏地质环境因素的考虑，而地质环境评价工作又偏重于从客观上揭示地质环境本身的固有属性，缺少对“人地关系”的研究。因此，在地质工作自身的发展和国家相关需求不断变化的形势下，如何在国土规划中科学合理地进行地质环境评价，构建国土规划中的地质环境评价与区划方法体系已成为当今地质环境工作研究的新课题。

为了更好地服务城市发展和国土规划，探索大型城市地质环境综合评价与区划方法，本文从地质环境角度出发，阐述了大型城市地质环境综合评价与区划的基本思路和流程，并在武汉市开展了实践研究。

1 武汉市地质环境概况

1.1 地质背景

武汉位于江汉平原东部、长江与汉江交汇处，是长江中下游地区特大型城市。总面积8 494.41 km2，全境水域面积2 217.6 km2，占全市市域面积的1/4。地势总体特点是北高南低，以丘陵与平原相间的波状起伏地形为主，山脉近东西向展布，海拔20～197.7 m。该地区属于亚热带季风性湿润气候，四季分明，具有冬冷夏热、春秋多雨等特点。区域四周深大断裂切割强烈，构成断块结构，襄(樊)—广(济)断裂纵贯全区，构造较为复杂。武汉市除少部分分布元古界古老变质岩外，其它地区分布古生界至新生界地层，古生界地层出露不广，以碳酸盐岩为主，多隐伏于新生界地层之下;新近系上新统地层埋伏于第四系堆积物之下，松散堆积物分布广，占总面积70%，局部地段还零星分布有侵入岩和喷出岩。

1.2 地质环境问题

市内地质环境问题以滑坡、崩塌、地面塌陷为主，主要分布于江夏、蔡甸、洪山、新洲等区，其中蔡甸区滑坡最多，新洲区崩塌最多，武昌区地面塌陷最多［2］。市内滑坡均为小型，规模相差悬殊，小的仅90 m3，大者达5.94×104m3，大多以牵引式滑坡为主。崩塌以小型为主，中型仅2处，体积小的仅约152 m3，最大9.0×104m3，规模相差较悬殊。滑坡与崩塌形成原因主要受地形地貌、地层岩性、水文地质条件等因素的控制，此外，人工采掘、切坡等人类工程活动的影响也不容忽视。岩溶塌陷是武汉市内主要的地质环境问题，主要分布于中心城区，市内塌陷均为小型，具有典型覆盖型塌陷的特点。塌陷面积小的仅约660 m2，最大的总面积达4.68×104m2，相差较悬殊且形态各异。20世纪60年代以来，由于人类活动的加剧，触发了岩溶塌陷灾害的频繁发生，而且主要集中出现在城区人口密集地带，严重威胁着城市居民的生命财产安全、直接影响工程建设与城市布局。

2 国土规划和地质环境的相互关系

2.1 国土规划对地质环境的需求

国土规划的概念［3］很大，涉及到经济、资源、区位等，而地质环境是其中一个重要支撑。综观当前国土规划和主体功能区划方面的理论和实践，本文认为当前大型城市的国土规划对地质环境的需求主要是从提供资源(水土)和开发成本(有无地质环境灾害或问题)的角度来进行阐述。一方面，地质环境提供人类生存的物质基础，另一方面，不良地质环境对国土开发又有着限制作用。同时国土开发对地质环境又有一定的改造和反馈作用，二者是相互依存、相互约束、相互促进、相互改造。因此，二者的相互关系最终落脚于地质环境的组成要素:水、土、岩、生四个方面，这为后续地质环境评价与区划目标的确定、指标体系的选取提供依据，而地质环境条件对国土开发建设的制约因素则是后续评价指标等级划分的基础。

2.2 地质环境区划的概念和内涵

地质环境区划是指:在揭示地质环境本身的组分与结构特征及其空间分异规律的基础上，结合人类社会经济活动的类型与强度，按照一定的准则，对地质环境进行空间分区。它是基于社会经济发展程度及发展规划，分析人类活动对地质环境的需求(社会属性);揭示地质环境要素特征及其空间的分异规律(自然属性)，研究地质环境对上述需求的满足程度;将两者相结合，从人-地关系的角度出发，按照一定的准则，对地质环境进行空间分区。

进一步解读地质环境区划的内涵，主要包括3个方面:(1)地质环境区划是基于地质环境的角度来为国土规划服务，因此地质环境是研究的基本出发点。(2)地质环境区划是为国土规划服务，应满足规划中的基本要求;并且区划不是规划本身，是为规划、建设等部门的相关工作提供参考和依据。(3)地质环境评价是地质环境区划的基础，地质环境区划指导地质环境评价工作。

3 武汉市地质环境综合评价与区划

3.1 地质环境综合评价与区划的思路与流程

通过搜集武汉市城市规划和土地利用规划相关资料，从规划属性和用地类型上，基本可以归纳为两个方面:(1)规划管制属性:禁建区(保护区)、限建区、适建区和已建区(中心城区);(2)土地利用类型:居住用地(含商业用地)、工业及仓储用地、农业用地、生态用地［4～5］。为了与武汉市规划良好衔接，满足国土规划的相关要求，针对研究区，首先开展以地质环境问题为导向的一级区划，并根据城市已有的土地利用现状等资料，划分出保护区、限建区、适建区和已建区。其次，由于“保护区”和“限建区”涉及规划相关的要求较多，而从地质环境角度来看，“适建区”内工程地质稳定性良好、基本不存在地质灾害和地质环境问题，总体上适合建设;城市用地又主要集中在居住用地、工业及仓储和农业种植三个类型上，因此对于“适建区”主要进行不同功能用地地质环境适宜性评价，划分出上述三个功能区。对于“已建区(中心城区)”其地面以上部分已有开发利用程度均较高，所以主要进行地下空间开发地质环境适宜性评价，进而对地下空间开发进行区划。最后将区划结果与城市已有规划进行对比分析，从地质环境的角度提出对策及建议。综上，武汉市地质环境评价与区划思路及流程如图1所示。

图1 武汉市地质环境评价与区划思路及流程图Fig．1 Assessment system of geo-environment of Wuhan

3.2 武汉市规划管制属性分类

根据前述区划思路，武汉市地质环境综合评价首先要进行地质灾害或地质环境问题评价，再结合当前城市相关规划要求，划分出“保护区”与“限建区”、“适建区”和“已建区(中心城区)”。对于武汉市，岩溶塌陷、滑坡、崩塌是突出的地质灾害，则在区划时，要针对上述三种地质灾害进行易发性评价。

3.2.1 武汉市地质灾害易发性评价

鉴于滑坡、崩塌、地面塌陷三种地质灾害的形成条件和影响因素等特点，结合武汉市的地质环境背景，考虑到地层岩性、地质构造、地形地貌、水文地质条件和人类经济工程活动等特性，建立了3种地质灾害易发性评价指标体系，并进行量化分级［6］。本次评价采用专家打分-层次分析法来确定各个指标的权重(表1);采用综合指数法，完成了武汉市地质灾害易发性评价［7］。最后结合研究区实际情况，运用MAPGIS平台绘制地质灾害易发性分区图(图2)。

图2 武汉市地质灾害分布与易发区图Fig．2 Classification of geological hazard assessment

3.2.2 规划管制属性分类

《武汉市城市总体规划(2010-2020年)》［4］对下述四类用地进行了相关定义，综合考虑地质环境因素对城市建设的影响，可对相关用地类型进行如下描述:(1)禁建区(保护区):包括河湖湿地、地表水源一级保护区、地下水源核心区、重大地质灾害分布区、地下矿藏分布区、地下文物埋藏区、风景名胜区和自然保护区的核心区、国家和省级生态公益林区、大型市政通道控制带、城市楔形绿地的绿线控制范围等。保护区是武汉生态保育和生态建设的重要地区，原则上禁止任何城市建设行为。(2)限建区:包括地表水源二级保护区、地下水源保护区、蓄滞洪区、风景名胜区和自然保护区的非核心区、森林公园、绿化隔离地区、市级公益林区、机场噪声控制区、基本农田保护区以及地质灾害或地质环境问题中易发区等。(3)适建区:是禁建区(保护区)、限建区以外适宜城镇开发建设，但尚未建设的地区。适建区是城镇发展的优先选择地区，应根据资源环境条件，科学合理地确定开发模式、规模和强度。(4)已建区(中心城区):是现有的城镇建成区。已建区以结构调整、功能优化为主，完善基础设施，提升城市环境，提高集约化发展水平［4］。结合各属性用地相关要求和规定，综合前文地质灾害易发性分区属性，即可划分出上述四类用地得到武汉市规划管制属性分区，如图3。

3.3 “适建区”地质环境评价与区划

从图3可知，武汉市“适建区”规划用地类型以居住用地区、工业仓储区、农业种植区为主。因此，在上述“适建区”划分的基础上，分别开展不同功能用地地质环境适宜性评价。

3.3.1 居住用地区划分

从地质环境角度来看，“适建区”内工程地质稳定性良好、基本不存在地质灾害和地质环境问题，总体上适合居住用地建设。因此，按照武汉市当前城市规划，将中心城外所规划的重点镇及周边一定范围区域可定位为“居住用地区”。主要包括吴家山、蔡甸、常福等11个中心镇，新沟、侏儒、永安等29个一般镇。

3.3.2 工业仓储区划分

图3 武汉市规划管制属性分区图Fig．3 Comprehensive planning of Wuhan

表1 地质灾害易发程度评价表Table 1 Weight and classification of landslide and collapse hazard assessment indexes

在武汉市工业及仓储用地地质环境适宜性评价中，考虑了地形地貌(地形坡度和平均高程)、工程地质条件(地基承载力、黏性土厚度)、环境污染(距离大型地表水体、河流远近)3类共5个指标，采用综合指数模型，完成了适宜性评价［8］。本文建议工业建设应优先考虑地质环境适宜区和较适宜区，尽量避免在不适宜地区进行工业开发建设，因此区划时，将适宜区和较适宜区划入工地仓储区。

3.3.3 农业种植区划分

在武汉市农业用地地质环境适宜性评价中，考虑了地形地貌(地形坡度)、地质环境问题(发育程度)、水文地质条件(含水层富水性、地下水埋深)、土壤环境质量(污染程度)4类共5个指标(表2)。采用综合指数模型，完成了适宜性评价［9］。同上，区划时将适宜区和较适宜区划入农业用地区。

表2 武汉市主要功能用地地质环境适宜性评价指标体系Table 2 Suitability assessment index system of the geo-environment of different function types in Wuhan

3.3.4 区划原则

具体区划时遵循以下原则:(1)居住用地和工业仓储区重合时，已经规划为“中心镇”和“一般镇”的区域均划定为居住用地区，其周边地区为工业仓储区。(2)工业仓储区和农业种植区的适宜性重叠时，距离中心城区较近的重点镇划分为工业仓储区，远离中心城区的划分为农业种植区，且属于基本农田集中区直接划分为农业种植区。(3)所有功能均不适宜的区域，纳入到前述的“保护区”中，所有的“保护区”和“限建区”划定为“生态用地区”。最后，运用ArcGIS属性管理功能导出武汉市地质环境综合区划图(图4)。

3.4 “已建区”地下空间开发地质环境评价与区划

“已建区”一般指建筑物密集、人口集中的中心城区。对于中心城区而言，由于开发强度大，地面的开发潜力和空间均较小。而城市地下空间作为一种尚未大规模开发利用的空间资源，其开发强度较低，潜力巨大，因此主要大型城市地质环境评价与区划对于“已建区”主要进行地下空间开发地质环境评价与区划，旨在为城市地下空间的科学规划、合理开发以及地质环境的有效保护提供科学依据。

3.4.1 地下空间开发适宜性评价

图4 武汉市地质环境综合区划图Fig．4 Comprehensive zoning of the geo-environment of Wuhan

在收集、整理地质环境相关资料的基础上，针对地下空间开发和武汉市地下空间资源的特点，识别城市地下空间开发中的地质环境影响因子，分析武汉市地形地貌条件、水文地质条件、工程地质条件、其他地质环境问题和地面开发现状，构建了中心城区地下空间开发地质环境适宜性评价指标体系;选择基于层次分析法的模糊综合评价法，评价地下空间地质环境适宜性［7］。由于篇幅限制，在此不做详细论述。最后，在MapGIS平台上得到武汉市中心城区地下空间开发利用地质环境适宜性评价分区图(图5)。

图5 中心城区地下空间地质环境适宜性评价分区图Fig．5 Suitability zoning of geo-environment for the underground space in the city center

3.4.2 地下空间开发地质环境功能区划

目前国内外对地下空间开发地质环境区划方面的研究极少，没有可供参考的资料。本文首先对地下空间开发的功能类型进行梳理，然后根据地质环境适宜性评价结果，结合经济、社会方面的因素提出合理的区划原则，最后对武汉市中心城区地下空间开发进行功能区划。

随着社会经济的快速发展，人类已经开发的地下设施功能种类繁多。为了更好的指导地下空间开发的功能区划，本文将功能相近的地下设施进行归类:

Ⅰ类:区划建设地下商业设施，包括地下商业街和文化娱乐等，是人类活动最强烈的地下空间，主要位于地下5～50 m的中层地下空间。

Ⅱ类:区划建设地下交通设施，包括地铁、地下公路等线性工程，是人类活动较多的空间，主要位于地下5～50 m的中层地下空间。

Ⅲ类:区划建设地下防灾设施，包括人防工程、地下避难所以及医疗设施等，人类活动较强烈，主要位于地下5～50 m的中层地下空间。

Ⅳ类:区划建设生产储存设施，人类活动较强烈，主要位于地下5～50 m的中层地下空间。

Ⅴ类:区划建设地下市政基础设施，以地下线性工程居多，无人活动空间，且开发深度位于地下5 m以浅的浅表层，基本与其他开发活动互不影响。

基于地质环境适宜性评价的地下空间开发功能区划是以研究区地质环境适宜性为前提，对地下空间开发利用进行全面规划、统筹安排。具体区划时应遵循以下原则［10～12］:(1)十分注意保障地质环境条件，避免其向不利方向发生改变;(2)保护研究区生态资源，如风景保护区、地质遗产等;(3)充分考虑开发利用现状，注重经济效果;(4)鉴于不同功能在空间上的重叠性，需结合其他条件，如经济、交通等，作进一步判断。

根据前文地下空间开发利用功能分类，综合考虑经济、社会等因素，可以得到城市地下空间区划标准(表3)。

表3 城市地下空间区划标准Table 3 Zoning principles of the urban underground space

最后由上述地下空间开发利用功能区划标准，结合武汉市中心城区地下空间适宜性评价分区(图5)和《武汉市中心城区用地规划(2010-2020)》［4］，对武汉市中心城区地下空间开发进行区划，结果见图6。

图6 武汉市中心城区地下空间区划Fig．6 Underground space zoning in the city center

4 结论与建议

(1)提出了大型城市地质环境综合评价与区划的方法体系:以地质灾害易发性评价为基础的规划管制属性分类，将大型城市划分为“保护区”、“限建区”、“适建区”和“已建区”;以不同功能用地地质环境适宜性评价为基础的功能区划，进而将“适建区”划分为居住用地区、工业仓储区和农业种植区;以及以地下空间开发地质环境适宜性评价为基础的地下空间开发区划。

(2)武汉市各功能用地规划应尽量避开地质环境问题高易发区，优先选择“适建区”。武汉市“适建区”总体条件较好，除部分漫滩、低丘不宜进行工业建设外，大部分平地都适合工业及仓储用地。除少部分垅岗地区地下水资源贫乏，环境水文地质问题较发育，其余大部分地区较适宜进行农业活动。综合考虑经济区位条件，优先选择靠近中心城区的重点镇作为居住及工业仓储用地，再辐射到周边农业种植区。

(3)武汉市“已建区(中心城区)”地下空间开发除江汉区局部、汉阳中部、武昌南部、白沙洲大桥以北以及东湖湖区、长江水域范围不太适宜地下空间开发，其余部分较适宜。其中江汉区受巨厚软土层控制，汉阳中部、武昌南部和白沙洲地区受隐伏岩溶塌陷的影响，东湖湖区和长江水域考虑施工的困难性，也不适合进行地下空间的开发利用。

(4)建议当前城市在具体规划中要综合生态环境敏感性、地质环境安全性、水土资源保障性、功能用地适宜性、经济社会和环境效益等方面因素，不断地修编和完善。没有考虑地质环境因素下的规划在具体执行时，可以对照地质环境区划的结果，明确地质环境方面的影响，实行统一规划、分区管理，指导和规范市域的国土规划和地质环境保护工作。

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