秦品瑞，高帥,2，徐軍祥，李常鎖，徐秋曉，丁冠濤

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八○一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì), 山東 濟(jì)南 250014；2.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；3.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)不少城市城區(qū)面積急劇擴(kuò)張，出現(xiàn)用地緊張，地價(jià)攀升的現(xiàn)象，城市的生存環(huán)境日趨惡化，交通擁擠、能源缺乏、水資源污染等矛盾層出不窮。因此，要解決以上諸多矛盾，走城市發(fā)展的可持續(xù)道路，必然要對(duì)城市地下空間資源進(jìn)行充分開發(fā)與利用[1-6]。

從廣義的角度看，地表以下一定范圍的巖土體，包括巖土體的密實(shí)部分和無(wú)巖土體的空間部分。而從開發(fā)和利用的角度來(lái)看，地下空間是指地球表面以下的土層或巖層中天然形成或人工開發(fā)形成的空間場(chǎng)所。開發(fā)利用地下空間資源，首先要清楚地掌握研究區(qū)域地下空間資源開發(fā)利用過(guò)程中所涉及到的影響因素及所存在的問(wèn)題，對(duì)未開發(fā)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)并制定開發(fā)利用規(guī)劃，保障城市地下水空間資源合理有序開發(fā)利用，保障城市健康發(fā)展[7-11]。因此，該文在系統(tǒng)地分析濟(jì)南市水文及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、人類工程活動(dòng)等因素的基礎(chǔ)上，考慮濟(jì)南泉水保護(hù)影響因素，建立濟(jì)南市地下水空間資源開發(fā)利用評(píng)價(jià)模型，并提出濟(jì)南市地下空間資源各適宜區(qū)的開發(fā)利用建議，為未來(lái)濟(jì)南市地下空間資源開發(fā)利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)方法

由于涉及地下空間資源開發(fā)利用的影響因素較多，各個(gè)評(píng)價(jià)因素具有不同屬性、不同度量標(biāo)準(zhǔn)、不同定性或定量標(biāo)準(zhǔn)，而且評(píng)價(jià)因素之間具有復(fù)雜性及多層次性等問(wèn)題，采用精確的確定性模型來(lái)求評(píng)價(jià)因素的權(quán)重是不現(xiàn)實(shí)的。因此，可以對(duì)各評(píng)價(jià)因素進(jìn)行統(tǒng)一化和規(guī)范化，并對(duì)整體問(wèn)題進(jìn)行層次分解和重新構(gòu)造，建立多目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型來(lái)解決這一問(wèn)題[12-13]。基于以上分析，該文采用層次分析法、專家調(diào)查法，構(gòu)造了城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行城市地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)。

1.1 層次分析法

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，AHP)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty教授20世紀(jì)70年代提出的一種為處理多目標(biāo)問(wèn)題的系統(tǒng)分析方法[12-14]。該方法基于對(duì)問(wèn)題的全面考慮，將定量與定性分析相結(jié)合，把人的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)和處理，將決策者的經(jīng)驗(yàn)予以量化。層次分析法在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、工程安全評(píng)價(jià)、水質(zhì)評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別適宜于具有分層結(jié)構(gòu)的評(píng)估指標(biāo)體系，而且評(píng)估指標(biāo)又難于定量描述的決策問(wèn)題[15-20]。

層次分析法是把復(fù)雜問(wèn)題分解成若干因素，按隸屬關(guān)系將這些因素分組，使之形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)(圖1)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)兩兩比較的方式，判斷各層次中各個(gè)因素的相對(duì)重要程度，建立判斷矩陣，通過(guò)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及特征向量，得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)[15,21]。

圖1 AHP的遞階層次結(jié)構(gòu)

(1)分析和確定參與定權(quán)的環(huán)境因子。通過(guò)咨詢行業(yè)專家，把研究問(wèn)題分解為若干影響因素，再把影響因素按類別分成若干組，以形成不同層次，從而建立遞階層次結(jié)構(gòu)，明確評(píng)估目標(biāo)、評(píng)估準(zhǔn)則、評(píng)估指標(biāo)，把整體問(wèn)題系統(tǒng)化、條理化、層次化。

(2)確定判斷矩陣。在建立遞階層次結(jié)構(gòu)后，就確定了上下層因素之間的隸屬關(guān)系，邀請(qǐng)地下空間、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的專家，按照1～9標(biāo)度值，對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行兩兩判斷，構(gòu)造判斷矩陣(表1)[16]。

根據(jù)打分表，構(gòu)造判斷矩陣：

(1)

式中：uij—ui對(duì)uj的相對(duì)重要性數(shù)值(標(biāo)度值)；m—評(píng)價(jià)因子數(shù)。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

(3)層次分析法確定權(quán)值。根據(jù)判斷矩陣，求出判斷矩陣的最大特征值及特征向量，所求特征向量即為各評(píng)價(jià)因素的重要性排序，歸一化后，也就是權(quán)值分配。

由于客觀事物的復(fù)雜性或?qū)κ挛镎J(rèn)識(shí)的片面性，通過(guò)所構(gòu)造的判斷矩陣求出的特征向量(權(quán)值)是否合理，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性和隨機(jī)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)為公式(2)：

CR=CI/RI

(2)

式中：CR—判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；CI—判斷矩陣一致性指標(biāo)。CI由式(3)計(jì)算：

CI=1/(m-1)(λmax-m)

(3)

式中：λmax—最大特征根；m—判斷矩陣階數(shù)；RI—判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

RI由大量試驗(yàn)給出，對(duì)于低階判斷矩陣，RI取值列于表2。當(dāng)CR<0.1時(shí)，即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說(shuō)明權(quán)值分配是合理的；否則，就需要調(diào)整判斷矩陣，直到取得滿意的一致性為止[22-23]。

表2 層次分析法的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值

1.2 排除法

在地下空間資源開發(fā)利用過(guò)程中，地下空間的開發(fā)會(huì)受到各種因素的影響，排除已有建筑物、地下管線、已建設(shè)地下建筑、生態(tài)用地、特殊保護(hù)用地等限制后，剩下的地下空間范圍就是可以進(jìn)一步開發(fā)利用的資源，這一過(guò)程就是排除法。

濟(jì)南以泉水聞名于世，泉水對(duì)濟(jì)南市具有十分重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益，泉水保護(hù)對(duì)濟(jì)南市地下空間開發(fā)利用具有制約作用。因此，該文采用排除法將泉水保護(hù)制約區(qū)進(jìn)行排除，再對(duì)剩余地下空間的開發(fā)利用進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

2 評(píng)價(jià)模型

2.1 評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)層次分析法的基本原理，并考慮評(píng)價(jià)體系中不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間資源開發(fā)利用的影響程度不同，采用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)建立評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型。

(4)

式中：S—評(píng)價(jià)目標(biāo)總體得分(0≤S≤1)；Cj—第j個(gè)主題的權(quán)重；Aji—第j個(gè)主題中第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分值；Bji—第j個(gè)主題中第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；m—主題的數(shù)量；n為某主題中評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合前人對(duì)濟(jì)南地下空間資源開發(fā)利用影響因素的研究，采用專家調(diào)查法，依據(jù)水文及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、人類工程活動(dòng)等條件，結(jié)合城市本身的特點(diǎn)，按分級(jí)、分序、抓主、淡次的原則，構(gòu)建了城市地下空間資源開發(fā)利用多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖2)。

圖2 城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 指標(biāo)的量化

在進(jìn)行城市地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)時(shí)，需要對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，而對(duì)于不同地形、地質(zhì)、水文條件的城市，即使相同指標(biāo)，其量化情況也相差甚大?，F(xiàn)以濟(jì)南市為例，對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)量化情況如表3所示。

2.3.1 地下水富水性

地下水富水性是反應(yīng)地下含水層出水能力的指標(biāo)，該指標(biāo)的大小直接影響地下水空間開發(fā)地下水控制的難度。在富水性對(duì)地下空間開發(fā)的影響主要為2個(gè)方面，一是地下工程施工過(guò)程中，地下水水動(dòng)力條件的改變，易造成滲流潛蝕突涌和管涌等，造成基坑邊坡失穩(wěn)或支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞等安全事故；二是地下水會(huì)給地下結(jié)構(gòu)施加浮托作用，如果結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或抗浮措施不夠，易造成地下結(jié)構(gòu)破壞。因此，地下水富水性越小，對(duì)地下空間開發(fā)越有利，根據(jù)地區(qū)富水性情況，對(duì)地下水富水性進(jìn)行量化。

2.3.2 地下水腐蝕性

2.3.3 地下水位最小埋深

地下水位最小埋深的大小將直接影響到地下工程的控水措施及施工成本，地下水位最小埋深對(duì)地下空間開發(fā)利用的影響與地下水富水性類似。同時(shí)，地下水位的變化會(huì)改變地下結(jié)構(gòu)所受的浮托作用，地基的強(qiáng)度及受力條件，影響地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，將地下水位最小埋深作為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

2.3.4 地表水體

雖然地下空間開發(fā)利用主要針對(duì)地面以下的空間資源，但是地表水體也會(huì)影響地下空間開發(fā)利用。該文將地表水體分為主要水體和次要水體，主要水體包括城市范圍內(nèi)的湖泊、水庫(kù)、大型河流，而次要水體包括支流、溝渠等，并建立水體緩沖范圍的概念，分別建立主要水體分為50m，100m和次要水體30m，50m緩沖范圍等級(jí)，建立的指標(biāo)量化如表3所示。

表3 地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

2.3.5 斷裂構(gòu)造

斷裂構(gòu)造對(duì)地下工程的影響主要表現(xiàn)為：一是斷裂錯(cuò)動(dòng)引起的地下結(jié)構(gòu)的破壞，二是斷裂活動(dòng)引起的次生效應(yīng)，例如崩塌、滑坡、地裂縫、地基失穩(wěn)等，三是斷裂破碎帶巖土體強(qiáng)度低，而且一般為地下水富集帶，對(duì)地下工程產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患等等。根據(jù)對(duì)斷裂構(gòu)造性質(zhì)的分析，將斷裂構(gòu)造分為一般性斷裂和活動(dòng)性斷裂，并根據(jù)地表水體的研究方法，分別建立10m，50m，100m和50m，250m，500m緩沖范圍等級(jí)，具體指標(biāo)量化如表3所示。

2.3.6 巖土層綜合分區(qū)

土體和巖體是地下工程的環(huán)境載體，巖土體的性質(zhì)直接影響到地下工程的安全性、穩(wěn)定性等。通過(guò)搜集研究區(qū)的鉆孔資料，對(duì)各個(gè)鉆孔的地層進(jìn)行聚類匯總并對(duì)地層進(jìn)行賦值，根據(jù)巖土層綜合得分進(jìn)行等級(jí)劃分。

2.3.7 軟土

軟土具有含水量大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等工程特征，在附加載荷或較強(qiáng)震動(dòng)作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形，對(duì)地下工程穩(wěn)定性和安全性造成很大影響，不同程度地降低地下空間環(huán)境工程質(zhì)量。因此，根據(jù)有無(wú)軟土分布進(jìn)行等級(jí)劃分。

2.3.8 濕陷性黃土

黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物，對(duì)地下空間的影響主要為，濕陷性黃土浸水后，結(jié)構(gòu)迅速破壞、強(qiáng)度明顯降低，并發(fā)生顯著附加下沉現(xiàn)象，對(duì)建筑物安全與施工會(huì)造成不良影響和危害。故根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025—2004)對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行指標(biāo)量化。

2.3.9 采空塌陷

采空塌陷是指由于地下挖掘形成空間,造成上部巖土層在自重作用下失穩(wěn)而引起的地面塌陷現(xiàn)象。可以根據(jù)采空塌陷的分布范圍、自然和人類活動(dòng)等條件，將研究區(qū)劃分為采空塌陷高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)。

2.3.10 巖溶塌陷

巖溶塌陷由于可溶巖(以碳酸鹽巖為主，其次有石膏、巖鹽等)中存在的溶洞引發(fā)地面塌陷而產(chǎn)生的。巖溶塌陷對(duì)地下工程的結(jié)構(gòu)安全會(huì)造成較大影響。首先，溶洞頂板厚度不足，易發(fā)生頂板塌陷造成地下工程地基突然失穩(wěn)，喪失承載力；其次，巖溶形態(tài)復(fù)雜，溶洞分布無(wú)規(guī)律，灰?guī)r層交錯(cuò)起伏，地下工程施工困難。

2.3.11 崩滑流

崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害在我國(guó)分布廣泛，常發(fā)生于低山丘陵地區(qū)。崩滑流對(duì)地下空間開發(fā)的影響主要表現(xiàn)在易造成工程施工事故、影響地下結(jié)構(gòu)的正常使用等。因此，采用災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3.12 地裂縫

地裂縫是地表巖層、土體在自然因素(地殼活動(dòng)、水的作用等)或人為因素(抽水、灌溉、開挖等)作用下產(chǎn)生開裂，并在地面形成一定長(zhǎng)度和寬度裂縫的一種宏觀地表破壞現(xiàn)象。地裂縫對(duì)地下空間開發(fā)的影響主要表現(xiàn)在地裂縫錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致的地下工程的結(jié)構(gòu)變形甚至破壞。

2.3.13 地面空間地物類型

地下空間的開發(fā)利用會(huì)受到地面空間利用現(xiàn)狀不同程度的影響，例如高層建筑、高架立交橋、水面、鐵路、機(jī)場(chǎng)、工業(yè)廠區(qū)和歷史街區(qū)的分布狀況。以遙感影像數(shù)據(jù)為基本資料，結(jié)合地面調(diào)查的有關(guān)資料和圖件進(jìn)行分析，對(duì)地物類型進(jìn)行聚類匯總，得到地面空間地物類型的指標(biāo)量化結(jié)果。

2.3.14 已開發(fā)地下工程

隨著城市規(guī)模、人口的不斷發(fā)展，城市內(nèi)地下空間資源已經(jīng)部分被開發(fā)，包括地鐵、綜合管廊、高層建筑地下室、地下商場(chǎng)、人防工程等。根據(jù)地下空間是否被開發(fā)及開發(fā)類型等條件，對(duì)已開發(fā)地下工程進(jìn)行分類匯總，得到該評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化結(jié)果，如表3所示。

2.4 權(quán)重參數(shù)的確定

針對(duì)城市地下空間分布情況，將地下空間開發(fā)分為淺層和次淺層，淺層開發(fā)深度為0～15m，次淺層開發(fā)深度為15～30m。通過(guò)構(gòu)造指標(biāo)判斷矩陣，求得最大特征值、特征向量，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)，最終進(jìn)行層次總排序(表4、表5)。

表4 淺層(0～15m)各級(jí)影響因素權(quán)重統(tǒng)計(jì)

表5 次淺層(15～30m)各級(jí)影響因素權(quán)重統(tǒng)計(jì)

2.5 評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分

通過(guò)前述計(jì)算結(jié)果，對(duì)地下空間資源開發(fā)利用適宜性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分級(jí)，采用分值區(qū)間平均分配原則將研究區(qū)劃分為4個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)，即地下空間開發(fā)利用適宜性優(yōu)區(qū)、良區(qū)、中區(qū)、差區(qū)。評(píng)價(jià)得分(S)，適宜性優(yōu)區(qū)為0.75～1，適宜性良區(qū)為0.5～0.75，適宜性中區(qū)為0.25～0.5，適宜性差區(qū)為0～0.25。

2.6 泉水保護(hù)制約

地下空間開發(fā)對(duì)泉水保護(hù)影響是研究濟(jì)南地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，對(duì)濟(jì)南市城市地下空間資源開發(fā)具有一票否決制，因此需要對(duì)地下空間開發(fā)利用制約區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)中需要考慮地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性，如地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、隔水層因素、巖溶發(fā)育情況、灰?guī)r頂板埋深等多種因素。以下選取灰?guī)r頂板埋深、巖溶地下水位最小埋深、底板隔水層厚度及巖溶發(fā)育深度4個(gè)因素進(jìn)行地下空間開發(fā)對(duì)泉水保護(hù)影響分析。

2.6.1 灰?guī)r頂板埋深

灰?guī)r頂板埋深對(duì)地下空間開發(fā)利用的限制主要表現(xiàn)在地層中原始的地應(yīng)力平衡被打破，地應(yīng)力進(jìn)行了重新分布，底板隔水巖層可能受到破壞，另一方面，地下空間開發(fā)深度越大，一旦進(jìn)入灰?guī)r含水層，則會(huì)造成巖溶水過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的減小，直接影響含水層對(duì)泉群的有效補(bǔ)給。因此，灰?guī)r頂板埋深小于15m或30m的區(qū)域不適宜進(jìn)行地下空間開發(fā)。

2.6.2 巖溶地下水位最小埋深

考慮到地下水位的是隨年際不斷變化，采用巖溶地下水位最小埋深作為泉水保護(hù)制約因素之一。當(dāng)?shù)叵驴臻g穿過(guò)奧陶紀(jì)巖溶地層時(shí)，如果地下空間開發(fā)深度位于巖溶地下水位以下，必然會(huì)減小巖溶水過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，有可能引發(fā)水動(dòng)力條件的變化及水化學(xué)場(chǎng)的改變，不利于泉水保護(hù)。同時(shí)巖溶地下水多為微承壓或承壓水，在地下施工過(guò)程中，可能因封堵不良或斷層影響引發(fā)巷道突水，對(duì)工程主體的穩(wěn)定性造成影響。

2.6.3 底板隔水層厚度

該文所指底板隔水層厚度為地下空間開發(fā)底板與巖溶含水地層之間隔水層厚度，它是反應(yīng)隔水性能的主要指標(biāo)，是唯一起阻水作用的主要因素。有效的隔水層將很大程度上隔絕巖溶含水層與上部地層之間的聯(lián)系，減少地下空間開發(fā)過(guò)程中地層開挖對(duì)含水層水力聯(lián)系的破壞，也可以有效減少上層污染物進(jìn)入巖溶含水層中，從而可以有效保護(hù)泉水。該指標(biāo)是根據(jù)研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)、泉水成因等水文地質(zhì)條件確定，該文根據(jù)研究區(qū)條件，將有效隔水性能的隔水層厚度定為19m。

2.6.4 巖溶發(fā)育深度

巖溶發(fā)育層位不同，在地下空間開發(fā)過(guò)程中對(duì)泉水影響也有所不同。對(duì)于地下空間開發(fā)而言，巖溶含水層的發(fā)育深度愈大，工程建設(shè)開挖層位離巖溶含水層巖溶發(fā)育通道愈遠(yuǎn)，工程建設(shè)對(duì)巖溶含水層造成破壞的潛在風(fēng)險(xiǎn)愈小，對(duì)泉水保護(hù)愈有利。可根據(jù)研究區(qū)巖溶發(fā)育特征和泉水成因等因素確定巖溶發(fā)育深度，該文根據(jù)研究區(qū)條件，將對(duì)泉水影響較大的巖溶發(fā)育深度定為40m。

根據(jù)對(duì)灰?guī)r頂板埋深、巖溶地下水位最小埋深、底板隔水層厚度及巖溶發(fā)育深度4個(gè)因素，進(jìn)行地下空間開發(fā)對(duì)泉水保護(hù)影響分析(表6、表7)。

表6 淺層地下空間開發(fā)對(duì)泉水影響評(píng)價(jià)

表7 次淺層地下空間開發(fā)對(duì)泉水影響評(píng)價(jià)

3 模型應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市位于山東省中部，南倚泰山，北臨黃河，市內(nèi)分布有趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍?zhí)端拇笕?，以“泉城”而著稱于世，是我國(guó)著名的旅游城市。濟(jì)南市地下空間資源評(píng)價(jià)范圍以《濟(jì)南市城市發(fā)展總體規(guī)劃(2006—2020)》劃定的濟(jì)南市中心城區(qū)范圍為基礎(chǔ)并適當(dāng)外擴(kuò)，東至章丘區(qū)，西南至南大沙河以東(歸德鎮(zhèn)界)，西北至黃河，南至雙尖山、興隆山一帶山體及規(guī)劃的濟(jì)萊高速公路，北至黃河以北青銀高速及濟(jì)青高速公路，面積1829km2(圖3)。

圖3 研究區(qū)范圍交通位置圖

利用GIS空間分析功能，分別對(duì)淺層和次淺層14個(gè)因子圖進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到整體評(píng)價(jià)圖。然后將整體評(píng)價(jià)圖與泉水影響的制約區(qū)進(jìn)行疊加，最終生成地下空間資源開發(fā)綜合適宜性分區(qū)圖。

3.2 泉水保護(hù)制約區(qū)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)大量水文地質(zhì)鉆孔、工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)，得到地下空間開發(fā)制約區(qū)，即對(duì)濟(jì)南泉水水量可能有影響的范圍(圖4)?？梢钥闯觯芯繀^(qū)淺層地下空間開發(fā)制約區(qū)主要分布在段店鎮(zhèn)以南黨家莊鎮(zhèn)以北、市區(qū)四大泉群集中排泄區(qū)一帶、王舍人鎮(zhèn)以北及白泉泉域排泄區(qū)一帶。以濟(jì)南四大泉群南部經(jīng)十路一線為例，從該線地質(zhì)剖面圖(圖5)可以看出，該段地層灰?guī)r隱伏于第四系之下，而且灰?guī)r頂板埋深大部分小于15m，同時(shí)根據(jù)鉆孔資料可知，該灰?guī)r地層溶孔、裂隙發(fā)育，是泉水主要補(bǔ)給含水層之一，因此該區(qū)域劃分為泉水保護(hù)制約區(qū)。

1—基于泉水保護(hù)的地下空間制約區(qū)；2—剖面線圖4 淺層(0～15m)地下空間資源開發(fā)泉水保護(hù)制約區(qū)分布圖

1—第四紀(jì)、新近紀(jì)粉質(zhì)粘土；2—奧陶紀(jì)馬家溝群北奄莊組；3—寒武-奧陶紀(jì)九龍群三山子組；4—寒武-奧陶紀(jì)九龍群炒米店組；5—輝長(zhǎng)巖；6—溶洞；7—斷裂；8—混合水位線；9—地層界限；10—鉆孔孔號(hào)及孔深圖5 Ⅰ-Ⅱ'地質(zhì)剖面圖

次淺層地下空間開發(fā)制約區(qū)主要分布在平安店鎮(zhèn)西南名莊—潘村一帶、黨家—七賢—市區(qū)四大泉群集中排泄區(qū)一帶、白泉泉域排泄區(qū)一帶及在姚家、東十里河、石河嶺一帶零星分布(圖6)。上述區(qū)域一般為灰?guī)r頂板埋深小于30m，隔水層厚度小或無(wú)隔水層，巖溶地下水水位埋深小于30m，且部分地區(qū)40m以內(nèi)巖溶裂隙較發(fā)育。

圖6 次淺層(15～30m)地下空間資源開發(fā)泉水保護(hù)制約區(qū)分布圖

3.3 綜合適宜性分區(qū)

3.3.1 淺層地下空間適宜性分區(qū)

從表7可以看出，該層地下空間適宜性優(yōu)的面積為293.38km2，占研究區(qū)面積的16.04%，從圖7可以看出，該分區(qū)主要分布在研究區(qū)南部低山丘陵區(qū)，該區(qū)域一般基巖裸露，區(qū)內(nèi)無(wú)大型斷裂發(fā)育，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件優(yōu)良，地表和地下無(wú)人類開發(fā)活動(dòng)，這些有利條件可使該區(qū)地下空間開發(fā)難度小，降低開發(fā)成本。適宜性為良的面積為760.4km2，占研究區(qū)面積的41.58%，是分布面積最廣的區(qū)域，該區(qū)主要分布在市區(qū)及市區(qū)周圍片區(qū)，其大部分區(qū)域工程地質(zhì)條件較好，但是部分地區(qū)會(huì)出現(xiàn)砂土、粉質(zhì)粘土等工程地質(zhì)條件復(fù)雜的土層以及采空、巖溶塌陷區(qū)，在該區(qū)進(jìn)行地下空間開發(fā)利用時(shí)，需要充分調(diào)查清楚水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件。

圖7 地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)統(tǒng)計(jì)柱狀圖

適宜性為中的面積為456.50km2，占研究區(qū)面積的24.96%，該區(qū)主要分布在北部黃河北崔寨、東部西巴漏河沖洪積扇一帶、西部玉符河—北大沙河沖洪積扇一帶、大型高速公路、鐵路一線以及各大斷層兩側(cè)影響區(qū)。該區(qū)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地下水位埋深淺、斷裂分布、土體厚且土體結(jié)構(gòu)復(fù)雜并存在軟土分布等。適宜性為差的面積為264.48km2，占研究區(qū)的14.46%，該區(qū)主要分布在北部黃河兩岸附件及小清河附近、東部西巴漏河沖洪積扇軸部官莊—棗園—賈鎮(zhèn)一帶、中部煤礦開采區(qū)及活動(dòng)斷裂兩側(cè)，同時(shí)市區(qū)已建高層建筑、防空設(shè)施和歷史保護(hù)建筑等也列入此區(qū)。該區(qū)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地層富水性強(qiáng)、水位埋深淺，且存在濕陷性黃土、軟土等，在該區(qū)進(jìn)行地下空間開發(fā)中，施工技術(shù)復(fù)雜，施工成本高，特別是注意突水、防止降排水引起的坍塌等問(wèn)題。

3.3.2 次淺層地下空間適宜性分區(qū)

從圖8可以看出，次淺層地下空間各分區(qū)面積與淺層地下空間基本一致，不過(guò)次淺層地下空間適宜性差的分布面積較小，但是泉水保護(hù)制約區(qū)分布面積卻相對(duì)較大。從圖8和圖9對(duì)比來(lái)看，次淺層地下空間中，適宜性優(yōu)和適宜性良的區(qū)域分布與淺層基本一致，適宜性中的區(qū)域增加了長(zhǎng)清—平安店北側(cè)區(qū)域，適宜性差的區(qū)域主要分布在東部西巴漏河沖洪積扇軸部官莊—棗園—賈鎮(zhèn)一帶，其他地區(qū)只在河流、湖泊零星分布。

1—適宜性差區(qū)；2—適宜性中區(qū)；3—適宜性良區(qū)；4—適宜性優(yōu)區(qū)；5—地下空間開發(fā)制約區(qū)圖8 淺層(0～15m)地下空間資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖

1—適宜性差區(qū)；2—適宜性中區(qū)；3—適宜性良區(qū)；4—適宜性優(yōu)區(qū)；5—地下空間開發(fā)制約區(qū)圖9 次淺層(15～30m)地下空間資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)圖

4 討論

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

地下空間資源開發(fā)利用涉及的地質(zhì)問(wèn)題十分復(fù)雜，需要地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等多領(lǐng)域理論相互結(jié)合，但是在不同地區(qū)各種因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)、影響程度不盡相同。因此，在進(jìn)行地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)時(shí)，需要因地制宜地選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且保證評(píng)價(jià)指標(biāo)量化準(zhǔn)確。若評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠準(zhǔn)確、全面，量化不夠合理，則可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生較大的偏差。同時(shí)，在進(jìn)行地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)時(shí)，所選取的參數(shù)在研究區(qū)內(nèi)均為離散數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)分布具有較強(qiáng)的不均勻性，因此，可能存在局部地下空間條件與評(píng)價(jià)結(jié)果不相符的情況。

4.2 泉水保護(hù)制約因素

泉水保護(hù)主要是水量和水質(zhì)兩個(gè)方面的保護(hù)，同時(shí)地下空間開發(fā)對(duì)泉水的影響也應(yīng)該體現(xiàn)在水量和水質(zhì)2個(gè)方面，由于研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件特殊，灰?guī)r埋深較淺且大部分與第四系直接接觸，特別是在研究區(qū)南部，灰?guī)r裸露于地表，而地下工程在施工期間不可避免地會(huì)對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，均會(huì)影響到泉水水質(zhì)，一般來(lái)說(shuō)其對(duì)地下水環(huán)境所產(chǎn)生的影響是局部范圍內(nèi)的，但是某些特殊地下工程所造成的影響是長(zhǎng)期存在的。該文選取的4個(gè)制約因素僅與泉水水量有關(guān)，缺少對(duì)泉水水質(zhì)制約因素的評(píng)價(jià)，需要進(jìn)一步研究濟(jì)南地區(qū)地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)。

5 結(jié)論及建議

(1)該文基于水文及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、人類工程活動(dòng)等條件，結(jié)合濟(jì)南市泉水保護(hù)的制約性，建立了城市地下空間資源開發(fā)利用綜合評(píng)價(jià)模型，并利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)濟(jì)南市地下空間資源開發(fā)利用進(jìn)行了環(huán)境地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)。

(2)通過(guò)對(duì)泉水保護(hù)制約區(qū)的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)淺層地下空間開發(fā)制約區(qū)主要分布在段店鎮(zhèn)以南黨家莊鎮(zhèn)以北、市區(qū)四大泉群集中排泄區(qū)一帶、王舍人鎮(zhèn)以北及白泉泉域排泄區(qū)一帶。次淺層地下空間開發(fā)制約區(qū)主要分布在平安店鎮(zhèn)西南名莊—潘村一帶、黨家—七賢—市區(qū)四大泉群集中排泄區(qū)一帶、白泉泉域排泄區(qū)一帶及在姚家、東十里河、石河嶺一帶零星分布。次淺層制約面積要大于淺層制約區(qū)，并且濟(jì)南市地下空間開發(fā)利用制約區(qū)(淺層、次淺層)大多分布在泉域地下水徑流區(qū)、泉群排泄區(qū)域。

(3)從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果看，濟(jì)南城市規(guī)劃區(qū)擁有數(shù)量可觀的地下空間資源，優(yōu)良的地下空間資源占整個(gè)研究區(qū)60%以上，大多分布在研究區(qū)中部及南部區(qū)域，但考慮到濟(jì)南泉水保護(hù)的重要性，對(duì)于研究區(qū)南部泉域補(bǔ)給區(qū)不易進(jìn)行大規(guī)模的地下空間開發(fā)，只適宜進(jìn)行必要的線狀局部性開發(fā)利用，如埋設(shè)城市基礎(chǔ)設(shè)施管線，建設(shè)軌道交通等。

(4)該文選取的泉水保護(hù)制約因素主要體現(xiàn)在水量方面，缺少對(duì)水質(zhì)方面的制約，考慮到濟(jì)南泉水具有文化教育、旅游、科研等多方面的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義，下一步工作建議引入泉水水質(zhì)制約因素，更加完善地建立泉水保護(hù)制約體系，同時(shí)保護(hù)泉水水量和水質(zhì)問(wèn)題。