朱曉強(qiáng)

（1. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072）

城市是人類文明發(fā)展的標(biāo)志，城市的建設(shè)發(fā)展又與地質(zhì)環(huán)境相互聯(lián)系、相互制約。隨著社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展，現(xiàn)代人類活動(dòng)已成為強(qiáng)大的地質(zhì)營力，強(qiáng)烈地參與到自然地質(zhì)作用之中，共同作用于地質(zhì)環(huán)境，打破了其原有平衡，使城市地質(zhì)環(huán)境所受的影響和壓力與日俱增。因此，如何在不導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境惡化的前提下，科學(xué)合理地規(guī)劃配置、利用各種資源，已成為城市發(fā)展面臨的緊迫問題。

在國家實(shí)施中部崛起的戰(zhàn)略下，鄭州作為河南省省會(huì)、全國重要的交通樞紐，一方面迎來難得的發(fā)展機(jī)遇，另一方面又限于歷史遺留問題，使城市化進(jìn)程面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，對(duì)鄭州市未來城市規(guī)劃建設(shè)而言，進(jìn)行針對(duì)性的地質(zhì)環(huán)境適宜性調(diào)查和評(píng)價(jià)十分必要。

地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)是指在一定的目標(biāo)下，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和方法對(duì)地質(zhì)環(huán)境適合于人類生產(chǎn)、生活的程度進(jìn)行說明和評(píng)價(jià)[1,2]。本文在分析、總結(jié)鄭州市地質(zhì)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，從農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)、生態(tài)建設(shè)及保護(hù)三個(gè)功能類型進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)和功能區(qū)劃，從而有助于科學(xué)合理地開發(fā)利用有限的地質(zhì)資源和土地資源，為鄭州市的城市建設(shè)規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和服務(wù)。

1 研究區(qū)概況

鄭州市地處中原腹地，總面積7446.2km2，下轄上街區(qū)等6個(gè)區(qū)及新鄭、登封、中牟、新密和滎陽等5個(gè)縣（市）。地勢(shì)總體為西南高、東北低，呈階梯狀下降，由西南部侵蝕而成的低山丘陵逐漸向東北部過渡為黃土傾斜平原和黃淮沖積平原。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，境內(nèi)發(fā)育有大小河流124條，分屬黃河和淮河兩大水系。鄭州市自然資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)煤、鋁土礦等礦產(chǎn)40余種，林木種類200多種，林地覆蓋率10.9%。

鄭州市地處中朝準(zhǔn)地臺(tái)、秦嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的東端，東部平原區(qū)位于濟(jì)源-開封凹陷南側(cè)，以隱伏斷裂構(gòu)造為主。該區(qū)除志留、泥盆及侏羅系缺失外，其余地層均有出露。根據(jù)含水介質(zhì)性質(zhì)，地下水可分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水以及基巖裂隙水等三種類型。區(qū)內(nèi)地下水埋藏分布與地形、人類活動(dòng)強(qiáng)度等因素密切相關(guān)，大致表現(xiàn)為由東北到西南埋深逐漸增大。境內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型多樣，主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫等。此外，區(qū)內(nèi)也存在濕陷性黃土、淤泥質(zhì)軟土、液化沙土等特殊類巖土及水土流失、土壤退化等土壤環(huán)境問題。

2 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

鑒于農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)和生態(tài)建設(shè)與保護(hù)等三種地質(zhì)環(huán)境功能類型的特點(diǎn)、屬性和影響因素各異，對(duì)于前兩種功能類型，本文采用敏感因子綜合評(píng)價(jià)模型和綜合指數(shù)模型相結(jié)合的方法進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)（如圖1）；對(duì)于生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型，除包含自然保護(hù)區(qū)、森林公園等國家已劃定且嚴(yán)禁開展工農(nóng)業(yè)活動(dòng)的區(qū)域外，地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)、嚴(yán)重區(qū)也劃入其中，不再單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，只在前兩種功能類型適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合考慮得到生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型的范圍。

圖1 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)途徑Fig.1 The technological approaches for suitability evaluation of geological environment

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

通過分析鄭州市地質(zhì)環(huán)境條件與農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)活動(dòng)之間的關(guān)系，建立基于農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)功能的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（1）農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型

其主要考慮以下方面：

地形地貌：這是最基本和最宏觀的特征，其通過控制土壤中水、熱的分配以及地表環(huán)境中物質(zhì)的遷移，進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物的種植、生長(zhǎng)產(chǎn)生一定程度的影響。

地質(zhì)環(huán)境問題：指由自然因素和人為活動(dòng)作用影響而發(fā)生的，使人類賴以生存的地質(zhì)環(huán)境的質(zhì)量發(fā)生不良變化或遭到破壞，它直接或間接地威脅人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活。

水文地質(zhì)條件：在氣候變化、降水不均等因素引起的地表水?dāng)嗔骰蛉藶榛顒?dòng)導(dǎo)致的地表水源污染的情況下，它的好壞直接限制了農(nóng)業(yè)活動(dòng)的開展。

土壤環(huán)境質(zhì)量：土壤是陸地表面具有肥力、能生長(zhǎng)植物的疏松層，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和生產(chǎn)資料，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的載體。土壤環(huán)境質(zhì)量是表征一個(gè)地區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)綜合能力的指標(biāo)。

由此建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1。

表1 農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 The index system of geo-environmental suitability assessment of agricultural activities function type

（2）城市建設(shè)功能類型

綜合考慮以下因素：

地形地貌：其很大程度上影響并決定著基礎(chǔ)建設(shè)施工條件、土地利用的實(shí)用性以及城市建設(shè)規(guī)劃發(fā)展方向和布局。若地形地貌條件能夠得到合理利用，還可節(jié)約大量填挖土方量，進(jìn)而減少工程投資[3]。

工程地質(zhì)條件：是客觀存在的地質(zhì)因素，它以一定的方式影響工程建筑物的安全穩(wěn)定和正常使用。工程地質(zhì)條件欠佳將提高建筑工程造價(jià)，并可能對(duì)各類工程的長(zhǎng)期有效使用帶來不利影響。

水文地質(zhì)條件：它對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的巖土體承載力有明顯影響，還在基坑降排水方面對(duì)建設(shè)活動(dòng)造成影響。地下水的賦存、滲流、排泄等作用，對(duì)巖土體有軟化作用，從而降低其承載能力；粘性土?xí)S著含水量增加，應(yīng)力應(yīng)變也會(huì)隨之發(fā)生變化；具腐蝕性的地下水對(duì)鋼筋、混凝土等建筑材料腐蝕作用。

地質(zhì)環(huán)境問題：地質(zhì)災(zāi)害是研究區(qū)主要的地質(zhì)環(huán)境問題，區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型包括滑坡、崩塌、泥石流及地面塌陷等，其發(fā)育程度及危害性直接決定著建設(shè)活動(dòng)的安全。一些地區(qū)可采取必要的工程技術(shù)手段得以改善，有些則只能選擇避讓。

由此建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表2。

表2 城市建設(shè)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 2 The index system of geo-environmental suitability assessment index of urban construction function type

2.2 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/h3>

評(píng)價(jià)單元是具有相同特性的最小地域單元。常用的劃分方法主要有正方形網(wǎng)格法及不規(guī)則多邊形網(wǎng)格法兩種。鑒于該區(qū)地質(zhì)條件變化較大，若僅采用正方形網(wǎng)格剖分法，易把評(píng)價(jià)因子性狀相對(duì)不均一的區(qū)段劃分在同一評(píng)價(jià)單元中，而均一性較好的區(qū)段可能被分割開；不規(guī)則多邊形網(wǎng)格法是以地質(zhì)環(huán)境條件突變的界線為邊界（如地形地貌、巖性突變邊界）。因此在本次評(píng)價(jià)中，采用兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行單元?jiǎng)澐帧?duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)因子性狀較為均一的地段，如東部平原地區(qū)，采用正方形網(wǎng)格法進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，單元大小?km×1km；對(duì)于一些地質(zhì)環(huán)境條件變化較大的特殊地段，如地形地貌發(fā)生相對(duì)突變、巖性變化較大的西南低山丘陵區(qū)，則采用不規(guī)則多邊形網(wǎng)格法進(jìn)行剖分。

2.3 權(quán)重確定

采用基于三角模糊數(shù)的層次分析法[4],計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表3、表4）。

表3 農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 3 Weights of geo-environmental suitability assessment index of agricultural activities function type

表4 城市建設(shè)功能類型適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 4 Weights of geo-environmental suitability assessment index of urban construction function type

2.4 評(píng)價(jià)模型

敏感因子評(píng)價(jià)模型是在定性分析的基礎(chǔ)上，首先將所有評(píng)價(jià)單元依據(jù)敏感因子的狀態(tài)（敏感因子）用“一票否決權(quán)”加以區(qū)別，再對(duì)具有可比性的評(píng)價(jià)單元（重要因子）采用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)定性定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法[5]。

考慮到研究區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性的要求及研究區(qū)的實(shí)際條件，選取地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、土地利用現(xiàn)狀作為敏感因子（表5）。區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害一般都屬于突發(fā)性，且一旦發(fā)生對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)的破壞巨大。風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等已有植被資源應(yīng)保持現(xiàn)狀，避免受到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響和破壞。

表5 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)敏感因子及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The sensitive factor of geo-environmental suitability assessment and its Evaluation Standard

綜合指數(shù)法是目前地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)工作中應(yīng)用最多的方法之一[6,7]，具有簡(jiǎn)單、實(shí)用等特點(diǎn)。本文針對(duì)重要因子選取加權(quán)平均綜合指數(shù)模型進(jìn)行鄭州市農(nóng)業(yè)（城市建設(shè)）活動(dòng)功能類型的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。

為便于各因子的比較，分別對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦值評(píng)分ai，按照適宜性等級(jí)從低到高分別賦值1～10（表6）。

計(jì)算綜合評(píng)分Wi，權(quán)值bj的引入可以反映出不同地質(zhì)環(huán)境要素對(duì)農(nóng)業(yè)（城市建設(shè)）活動(dòng)功能類型適宜性的不同作用。

表6 鄭州市地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)因子賦值標(biāo)準(zhǔn)Table 6 The assignment standard of geo-environmental suitability assessment factor in ZhengZhou

綜合指數(shù)法的模型如下式：

式中：Wi為第i單元的綜合評(píng)分；j為評(píng)價(jià)因子；ai為第j單元評(píng)價(jià)因子在第i評(píng)價(jià)單元的賦值；bj為第j個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；p為評(píng)價(jià)因子數(shù)。

2.5 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)以上模型得出各評(píng)價(jià)單元的總分，通過對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)單元的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將閾值均分為五個(gè)等級(jí)，通過MapGΙS軟件繪制出鄭州市農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性等級(jí)分區(qū)圖（圖2、圖3）。

圖2 鄭州市農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)圖Fig.2 Map of geo-environment suitability assessment results for agricultural activities function type in Zhengzhou city

圖3 鄭州市城市建設(shè)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)圖Fig.3 Map of geo-environment suitability assessment results for urban construction function type in Zhengzhou city

3 地質(zhì)環(huán)境適宜性功能區(qū)劃

根據(jù)上述各類功能用地的適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，本著生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型優(yōu)先、農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型次之的原則，進(jìn)行鄭州市地質(zhì)環(huán)境適宜性功能區(qū)劃，把鄭州市評(píng)價(jià)區(qū)范圍劃分為：農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型區(qū)、城市建設(shè)功能類型區(qū)及生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型區(qū)（圖4）。

具體功能區(qū)劃原則如下：

（1）當(dāng)某一區(qū)域?qū)儆谏鷳B(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型，或滿足同時(shí)屬于農(nóng)業(yè)、城市建設(shè)功能類型的較不適宜或不適宜區(qū)時(shí)，則此區(qū)域嚴(yán)禁開展任何工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，將其劃分為生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能區(qū)；

（2）當(dāng)某一區(qū)域不屬于生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能類型，有四種情況：

當(dāng)屬于農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型的適宜至較適宜區(qū)時(shí)，將此區(qū)域劃分為農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能區(qū)；

屬于農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型的一般適宜區(qū)，若同時(shí)屬于城市建設(shè)功能類型的適宜或較適宜區(qū)時(shí)，將此區(qū)域劃分為城市建設(shè)功能區(qū)；若同時(shí)屬于城市建設(shè)功能類型的一般適宜或不適宜區(qū)時(shí)，將此區(qū)域劃分為農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能區(qū)；

屬于農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型的較不適宜區(qū)，且同時(shí)屬于城市建設(shè)功能類型的適宜或一般適宜區(qū)時(shí)，將此區(qū)域劃分為城市建設(shè)功能區(qū)；

屬于農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型的不適宜區(qū)，且同時(shí)屬于城市建設(shè)的適宜或一般適宜區(qū)時(shí)，將此區(qū)域劃分為城市建設(shè)功能區(qū)。

圖4 鄭州市地質(zhì)環(huán)境適宜性功能區(qū)劃圖Fig.4 Map of functional zoning of geo-environment suitability in Zhengzhou city

4 結(jié)論

本文結(jié)合鄭州市地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)、建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，從地學(xué)角度將研究區(qū)分為農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)及生態(tài)建設(shè)及保護(hù)三種功能類型，并分析了各種功能類型的特點(diǎn)。運(yùn)用基于三角模糊數(shù)的層次分析法，采用敏感因子-綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型，結(jié)合MapGΙS空間疊加技術(shù)，對(duì)研究區(qū)開展評(píng)價(jià)工作，將評(píng)價(jià)結(jié)果分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、較不適宜區(qū)及不適宜區(qū)五個(gè)等級(jí)，最終得到鄭州市農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖、鄭州市城市建設(shè)功能類型地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖。

依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，鄭州市農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能類型適宜區(qū)與較適宜區(qū)占全市總面積的32.33%；一般適宜區(qū)占15.92%；而較不適宜區(qū)與不適宜區(qū)占51.75%；城市建設(shè)功能類型的適宜區(qū)與較適宜區(qū)占全市面積的45.12%，一般適宜區(qū)占24.57%，較不適宜區(qū)與不適宜區(qū)占30.31%。

地質(zhì)環(huán)境適宜性功能區(qū)劃圖顯示：鄭州市農(nóng)業(yè)活動(dòng)功能區(qū)的面積占全市總面積的39.02%，城市建設(shè)功能區(qū)占30.92%，生態(tài)建設(shè)與保護(hù)功能區(qū)占30.06%。

分析研究成果可為鄭州市的城市發(fā)展規(guī)劃的制定與決策提供技術(shù)支持。

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