北京市海淀區地下空間開發地質環境適宜性評價

姜 婷

(西南交通大學, 四川成都 610031)

隨著我國經濟的快速發展和城市化水平的不斷提高，城市空間擁擠、交通堵塞、環境惡化、用地緊缺等“城市病”日趨嚴重，向地下要空間、要資源已成為現代化城市發展的必然趨勢[1]。北京市作為我國的政治文化中心，經濟發展快、人口密度大，一直走在我國城市發展的前列。隨著北京市城市規模持續增長，中心城區過渡集中，建筑布局密集，規劃地面空間容量已趨飽和, 地下空間開發需求較大。

雖然目前我國許多城市已經陸續開發地下空間，但我國對地下空間的研究還不成熟，如許多城市缺乏地質調查、尚未編制地下空間開發規劃、缺乏相關規范條例等。而地下工程可逆性較差,如不能科學合理的開發利用，會造成很大的損失和浪費，這就要求地下空間的開發利用應當統籌在整個城市發展的總體框架之內，適度開發，科學發展[2]。

根據國內外學者的大量研究，目前，地下空間開發利用適宜性評價常用的確定權重的方法為層次分析法；評價模型有綜合指數法、模糊綜合評判法、多目標線性加權函數和灰色評價法等[3-6]。但目前尚未形成一套完整的方法體系。本文利用層次分析法確定評價指標權重、采用綜合指數法進行地下空間開發地質環境適宜性評價。

1 研究區地質概況

1.1 自然地理概況

海淀區位于北京市區西北部，地處北緯39°53′～40°09′、東經116°03′～116°23′；東與西城、朝陽區相鄰，南與西城、豐臺區毗連，西與石景山、門頭溝區交界，北與昌平縣接壤。海淀區地勢西高東低，西部為海拔100 m以上的山地，東部和南部為海拔50 m左右的平原，由于西部山區資料難以收集，故本文以海淀區東部的平原區作為研究區，研究區面積365.42 km2。研究區西部與山地毗鄰，處于山前地帶，海拔在1000 m左右，故本文將研究區分為相對平原區(35～50 m)、低丘陵區(50～200 m)、相對山區(>200 m)和水域。

研究區內交通便利，地鐵、地下快速路成為疏解地面交通壓力的主要手段?！侗本┲行某侵行牡貐^地下空間開發利用規劃(2004～2020年)》將北京市地下空間分為：淺層空間(-10 m以上)、次淺層空間(-10～-30 m)、次深層空間(-30～-50 m)和深層空間(-50～-100 m)等四層[7]。海淀區地下空間開發利用現狀主要以地鐵、地下快速路、地下室、地下商場、地下管網等為主，開發深度一般為30 m以內，本次地下空間評價空間域為50 m以內的地下空間。

1.2 地質構造概況

北京地區的地質構造是由新生代地殼構造運動形成的，區內主要發育著北北東—北東向、北西—東西向兩組斷裂，其中以北北東—北東向斷裂最為普遍。研究區主要發育有東北旺斷裂、清河斷裂、八寶山斷裂和黃莊—高麗營斷裂。

(1)東北旺斷裂：東北旺斷裂由2條平行的分支斷裂組成，走向均為北北東向，斷裂長度為25 km，穿越研究區7.23 km。

(2)清河斷裂：清河斷裂發生在頤和園、圓明園、清河、洼里一帶，呈北東向，傾角近直立，由第四系含水量較高的松散沉積物構成，全長40 km，穿越研究區12.73 km。

(3)八寶山斷裂：八寶山斷裂總體走向北北東至北東向，總長約100 km。根據其構造特點，以永定河為界，將其分成南北兩段，南段大部分出露于地表，北段則隱伏于平原之下，位于研究區的屬于北段，約17.39 km[8]。

(4)黃莊—高麗營斷裂：黃莊—高麗營斷裂分為北七家以北段、永定河-北七家段、永定河以南段三段?？傮w走向為北東-北北東向，大致與八寶山斷裂平行。位于研究區的屬于永定河-北七家段，約14.58 km。

1.3 水文地質條件

北京市平原區水文地質條件主要受永定河、潮白河兩大沖洪積扇控制，大致呈由西向東、由北向南含水巖性顆粒變細、由潛水變承壓水、透水性與富水性由強變弱的特點。北京市平原區可開采的地下水為第四系松散孔隙水，在垂向上分為淺層、中層和深層3個主要含水層組，分別為：

(1)潛水含水層，含水層底板埋深一般在20～40 m，分布于整個平原區；

(2)淺層承壓水，含水層頂板埋深一般在60～100 m，底板埋深一般為80～120 m；

(3)深層承壓水，含水層頂板埋深一般在100～120 m，底板埋深一般為180～250 m，部分地區可達300 m[9]。由于本次研究的深度為地下50 m，故只需考慮潛水對地下空間開發的影響。

1.4 工程地質條件

北京市平原區第四系地層由永定河、潮白河沖洪積扇和馬池口、后沙峪及平谷沉積凹陷構成。海淀區清河以南地區位于永定河Ⅰ號沖洪積扇，扇頂主要沉積物為砂礫石，扇的中部為中砂—細砂—粉砂與黏土互層。通過對北京市水文地質工程地質大隊提供的293個鉆孔資料進行地層統計知，研究區主要地層為砂質黏土、細砂、軟土、黏土和粗砂。

2 評價指標體系的建立

評價指標選取應遵循有針對性、簡明性、普適性以及指標可量化的原則[10]。本次在對研究區地質條件進行綜合分析的基礎上，選取地形地貌、巖土體條件、水文地質條件和不良地質條件作為一級評價指標，并在一級指標下選取若干二級評價指標，采用層次分析法構建適宜性評價指標體系(圖1)。

圖1 海淀區地下空間開發地質環境適宜性評價指標體系

3 地下空間開發適宜性評價

3.1 指標量化分級

根據CJJ 57-2012《城市規劃工程地質勘察規范》及其他相關資料[11-13]，并結合海淀區工程地質條件、水文地質條件和不良地質條件，建立表1所示的分級標準，并按照對地下開發的有利程度賦予分值1～10。在此基礎上繪制各指標單因子圖。

3.2 指標權重的確定

本文采用層次分析法，首先根據各指標之間的邏輯關系，建立層次結構模型，然后構建判斷矩陣，采用成對明智比較法逐級對同一層次的指標相對于上級指標的重要性進行兩兩比較[14]，得出相對客觀的權重值，最后得出最下層指標相對于目標層的權重值，即總排序權重。經計算得出淺層、次淺層和次深層的權重分配值，見表2和表3。

3.3 綜合指數評價法

由于綜合指數評價法具有操作簡單、結果可靠、實用性強等優點，本次海淀區地下空間開發適宜性采用綜合指數評價法進行評價。其評價數學模型如下：

表1 評價指標分級標準及分值

表2 地質環境適宜性評價指標權重分配表(淺層)

表3 地質環境適宜性評價指標權重分配表(次淺層和次深層)

公式中:Si為第i個單元格的適宜性綜合得分，Xij為第j個評價指標在第i個單元格的適宜性分值，Wj為第j個評價指標的權重值，n為評價指標總數，i為研究區的單元格總數。研究區面積365.42 km2，采用正方形網格剖分法，將研究區剖分為406 023個單元格，每個單元格大小為30 m×30 m，故，式中i=406023。

利用ArcGIS10.2中的柵格計算器，將各個評價因子按照以上數學模型進行疊加，將疊加結果根據柵格綜合得分值的突變點作為重分類的依據，將得到的柵格圖形按照適宜(value=10)、較適宜(value=6)、適宜性差(value=3)、不適宜(value=1)四個等級進行重分類，分別得到海淀區淺層、次淺層和次深層地下空間開發適宜性評價分區圖，如圖2～圖4所示。

圖2 淺層地下空間開發適宜性分區

圖3 次淺層地下空間開發適宜性分區

圖4 次深層地下空間開發適宜性分區

4 結論

(1)海淀區地下空間開發地質環境適宜性可劃分為適宜(Ⅰ級)、較適宜(Ⅱ級)、適宜性差(Ⅲ級)和不適宜(Ⅳ級)4個等級。由圖2可知，海淀區淺層地下空間地質環境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級為主(占80.96 %)，地質環境條件總體較好，適宜地下空間開發；不適宜和適宜性較差區集中分布在4條斷裂帶緩沖區內和東部潛水埋深較淺局部地區。

(2)海淀區次淺層地下空間開發地質環境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級為主(占61.29 %)，地質環境條件良好，較適宜地下空間開發；不適宜和適宜性較差區集中分布在4條斷裂帶緩沖區內和中東部土體類型差、潛水埋深淺、軟土厚度大地區。

(3)海淀區次深層地下空間開發地質環境適宜性以Ⅰ～Ⅱ級為主(占58.54 %)，地質環境條件相對較好，較適宜地下空間開發；不適宜和適宜性較差區集中分布在4條斷裂帶緩沖區內和中東部土體類型差、潛水埋深淺地區。綜上所述，活動斷裂對地下空間有較大影響，在地下施工中遇其應盡量繞避，無法繞避時，應采取工程措施加以防護。