渭南市地下空间开发利用的地质环境适宜性分析评价

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(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710016)

我国已进入全面建设小康社会的决胜阶段，而面临日趋严重的生存空间拥挤、交通堵塞、环境恶化等“城市病”现象，北、上、广等一线城市先后以城市地质调查为先导，统筹地上地下，逐步将城市地下空间纳入土地利用规划[1-2]。渭南市现以地下车库、人防工程、浅埋管线的形式开发利用，深度浅、分布零散、沟通性不强。据“陕西省地下空间十三五规划”，渭南市地下空间开发将主要继续以公共地下停车场为重点，到2020年，完成人均3.5 m2的地下空间开发量。

地质环境是地下空间开发利用的载体，其诸多脆弱敏感因素亦制约着地下空间的开发，且具不可逆性，易遭受破坏难以恢复。目前，国内外对城市地下空间开发利用适宜性评价常用方法为层次分析法，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、灰色评价法及人工神经网络法等[3-5]，本文采用层次分析法进行评价。

1 地质环境因素分析

1.1 水文地质条件

1.1.1 地表水

渭河系常年流水过境河流，水量充沛，水位、流量随季节性变化明显，具暴涨暴落、多泥沙特征。三门峡建库后，加剧了渭河下游泥沙的淤积，抬高了淤积重心，主槽过洪能力不断衰减，导致渭河河床摆动加剧。

1.1.2 潜水

含水岩组以砂土为主，南岸砂土夹卵砾石层，含水层厚度18.0～48.0 m，水位埋深1.2～20.2 m(图1)，隔水底板埋深42～65 m，岩性为粉质黏土，分布较连续，渗透系数13.8～98.1 m/d，单位涌水量4.96～27.88 m3/h·m；地下工程对地下水的环境效应常以管涌、坑壁渗水、地面沉降、基坑突涌等灾害形式显现。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地形地貌

渭南市地形平坦、开阔，地貌主要有渭河河谷、漫滩、一级阶地。

1.2.2 岩土体结构空间特征

对渭南市60m以浅的地层进行土体结构类型划分。其中单层结构分布于河谷区，如砂土单层结构土体；互层结构多分布于渭河北岸高漫滩，如粘性土-砂土互层结构；双层结构多分布于渭河南岸一级阶地，如黄土类土-砂土双层结构，局部砂土以厚层-巨厚层状中细砂为主。

图1 渭南市潜水富水性分区图

1.2.3 地质构造

渭南市地处固市断凹西南部。研究区存在2条断裂，渭河断裂及泾阳-渭南断裂[6-7]。

1.3 不良地质作用

1.3.1 黄土类土湿陷

黄土类土湿陷性主要分布于渭河南岸一级阶地中后部。湿陷类型和等级由北而南呈非自重-自重湿陷和轻微-中等-严重的分布规律，渭南市城区地基土湿陷等级以Ⅱ级中等自重湿陷为主，局部为Ⅲ、Ⅳ级中等自重湿陷[6-7](见图2)。

1.3.2 砂土液化

渭河一级阶地潜水位埋深多数大于10 m，据相关资料，在地震基本烈度为8度近震条件下，液化区只集中在渭河漫滩和局部一级阶地上，液化等级为轻微-中等[6-7](图2)。

1.3.3 土壤盐渍化

土壤盐渍化呈面状连续分布于规划区北部大寨子、大田村一带，为轻度盐渍化(图2)。

图2 渭南市工程地质分区图

2 评价方法及地质环境影响因素指标权重

的取值

2.1 评价空间域的确定

依据“渭南总体规划(2010-2020)”，本次研究范围包括渭南市中心城区、高新区及经开区。研究深度分浅层(0～15 m)和次浅层(15～30 m)两个地下空间开发层次。

2.2 评价方法

2.2.1 层次分析法

考虑层次分析法是一种系统性、简洁实用的决策方法，其具体步骤为：建立评价指标体系，根据评价指标构建两两判断矩阵，计算判断矩阵最大特征值所对应的特征向量，并进行一致性检验，最后确定各指标相对总目标层的权重值[8-12]。

图3 渭南市地下空间开发浅层地质环境适宜性分区图

表1 渭南市地下空间开发的地质环境质量评价体系结构表

2.2.2 总体数学模型

在层次分析法的基础之上，采用多目标线性加权函数法建立各指标对地下空间开发的地质环境质量评估的总体数学模型：

(1)

式中：ujk为第j个属性层中第k个指标的值；wjk为第j个属性层中第k个指标的权重；wj为第j个属性层的权重；S为影响地下空间开发的地质环境质量评估结果；α为难度折减系数，浅层、次浅层分别取值1、0.85[2]。

2.3 评价指标体系及其取值标准

城市地下空间开发的地质环境质量评价体系是一个多层次、多因素的复杂体系，综合渭南市上述各类地质条件，识别了影响渭南市地下空间开发的主要敏感地质环境要素，并构建了相应的地质环境质量评价指标体系(表1)。

评价指标的取值标准，原则上以相关标准规范为准，对每一划分区间赋值，对无法直接量化的评估指标，可采用专家打分法来定性分级及赋值。依上述地质环境问题，确定了影响渭南市地下空间开发利用的地质环境质量评价指标的量化标准(表2)。

2.4 指标权重的取值

通过层次分析法确定了本次评价中间属性层判断矩阵，之后当层次总排序通过一致性检验，层次总排序具有满意的一致性[8-12]，即可得到渭南市浅层、次浅层影响地下空间开发的地质环境评估指标体系的权重(表3)。

3 渭南市地下空间开发地质环境适宜性评价结果

开展渭南市地下空间开发的地质环境质量评价之前，将研究区坐标化和网格化，采用MAPGIS的空间分析功能，将各影响因素图层进行加权叠加，最终生成浅层及次浅层的地下空间开发的地质环境评估图，经对综合评估分S按照0.1分的间隔进行分级统计与分析，适宜性级别划分标准采用“适宜(S≥0.75)、适宜性较好(0.50≤S<0.75)、适宜性较差(0.25≤S<0.50)和适宜性差(S≤0.25)”。地质适宜性分区特征及评价结果见表4、图3、图4。

表2 地质环境质量评价指标量化标准

表3 渭南市地下空间开发的地质环境质量评价体系权重取值

图4 渭南市地下空间开发次浅层地质环境适宜性分区图

表4 渭南市地下空间开发的地质环境适宜性分区及评价表

4 结语

(1)本文基于工程地质环境质量评价原理，识别了影响渭南市地下空间开发利用的地质环境主控因素，分析了地下空间不同开发层次的地质环境质量状况。

(2)研究区地表下30m以内地层主要由粘性土、砂土组成，渭南市中心城区地层结构主要为粘性土-砂土结构，富水性中等，潜水埋深较浅，地质环境整体上适宜性较好，但地下工程施工难度较大。

(3)研究区场地基本稳定，应避让沿断裂带规划开发地下空间。

(4)构建了渭南市地下空间开发利用的地质环境质量指标体系，对地质环境质量进行了区划评价，浅层：适宜区占10.1%、适宜较好区占22.6%、适宜较差区占30.9%、适宜差区占36.4%，次浅层：适宜区占23.1%、适宜较好区占12.1%、适宜较差区占64.8%。

(5)在地质环境适宜性差区、较差区，规划建设大型地下工程所面临的风险大，成本高；建议在地下工程施工时，要做好工程降水、基坑支护设计及对既有地表建(构)筑物的沉降变形监测。