城市區域地質條件適宜性評價方法初探

劉 輝，衛萬順，王繼明，劉宗明，徐吉祥，鄭桂森，于春林

（北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

城市區域地質條件適宜性評價方法初探

劉 輝，衛萬順，王繼明，劉宗明，徐吉祥，鄭桂森，于春林

（北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

城市區域地質條件適宜性評價，是指為了滿足城市布局選址、規劃建設、安全運行、轉型升級對地質資源及地質環境的需求，特別是對城市地質工作成果明確、定量化需求而開展的各項地質要素評價，主要包括保障城市發展的地質資源和制約城市建設發展的地質環境問題，對特定城市某些地質因素在選址布局、規劃中起決定性作用。因此，城市區域地質條件適宜性評價工作，是一項不可或缺的基礎性工作。本文擬通過大量城市地質工作實踐，對國內外相關評價標準、評價方法進行深入分析研究，初步建立了一套地質要素進行定性、定量的評價方法，更好地服務于城市發展需求。

城市地質；區域地質條件；適宜性評價；地質環境；地質資源

0 引言

城市區域地質條件適宜性評價，是指為了滿足城市布局選址、規劃建設、安全運行、轉型升級對地質資源及地質環境的需求，特別是城市地質工作向精細化、定量化發展的需求，對區域各項地質要素進行的評價，主要包括保障城市發展的地質資源和制約城市建設發展的地質環境問題。在系統、完整的地質調查、監測等數據基礎上，通過單因子及綜合評價的方法分析各項地質要素對城市規劃、建設和運行的影響程度，并提出城市可持續化發展、保障城市運行地質安全、優化利用土地資源等方面的地學建議。

在我國中大型城市建設發展過程中不同程度的出現了人口膨脹、交通擁堵、霧霾嚴重、資源短缺、地質災害頻發等問題，因此迫切需要在城市規劃、建設前對擬建區周邊地質環境與地質資源的狀況進行系統調查，合理規避地質災害高風險區、優化利用現有土地資源、注重保持水土環境美好、大力推廣清潔可再生能源，使城市的發展在可持續化基礎上向和諧、宜居發展。

目前，國際上沒有統一的城市區域地質條件適宜性評價方法體系，我國也正處于研究探索階段，在已頒布的國家、地方、行業標準中分別從不同方面對各項地質要素進行評價，而在實際運用過程中卻出現諸多問題：一是各評價方法缺乏有效的關聯性，不同的評價方法有其獨特的成果表達方式，這樣會導致最終成果表達的混亂性；二是各評價方法中主要以定性評價居多，缺乏定量的評價手段?，F代城市地質工作的主要目的是保證城市不同階段建設工作地質安全，提供定量化的地質信息，可靠的結論、科學可行的建議。本文通過大量城市地質工作實踐，結合實際需求，對國內外相關評價標準、評價方法進行深入分析研究，初步建立了一套地質要素進行定性、定量的評價方法，不斷提高城市發展對地質工作需求程度，為城市安全提供可靠自然資源數據支撐。此項工作屬于初步探討，將陸續刊發具體指標、評價方法，以便加強與同行交流提高，不斷完善這套理論方法體系。

1 基本要求和評價原則

1.1 基本要求

區域地質條件適宜性評價是為滿足規劃建設區域的規劃目標，在基礎地質調查工作基礎上，有針對性的開展專項地質工作。工作目標是解決規劃建設區域內地質資源的品質、數量和地質環境問題的性質、規模、危險性、影響范圍等，因此評價流程、評價指標、評價方法必須結合實際需求具體設定。

1.2 評價原則

城市區域地質條件適宜性評價以“需求導向，突出重點，揚長避短，實事求是”為基本原則。

（1）需求導向：系統收集、分析和整理在擬建區所開展的各類地質調查、監測資料，結合擬建區的規劃目標和主要功能，找出影響城市建設、規劃和運行的各類地質要素。

（2）重點突出：在找出的問題中，深入分析提出對規劃建設區域有重大影響的地質要素作為重點評價因子，集中力量部署工作，獲得精準可靠的地質信息，做出明確可靠的結論和有操作性的建議。

（3）揚長避短：在精準、詳細評價的基礎上，對區域內規劃目標和功能設置做出科學的建議，充分利用區域資源環境優勢，規避風險。

（4）實事求是：在評價地質要素時，采用單因子評價、綜合評價結果累加的方法進行評價，結論建議中對有利要素和不利要素都必須有客觀、明確的結論，并提出對選址、規劃、建設、運行的地質安全建議。

2 評價指標

2.1 地質資源

（1）地下水資源

地下水是人類賴以生存的水資源的重要部分，是一種寶貴的自然資源，是城市發展的基礎性資源之一，北京作為國際上為數不多的以地下水作為城市主要供水水源的大都市，地下水資源成為首都發展的重要戰略資源和重要保障。對于地下水資源評價，首先要確定資源的數量，確定地下水儲量資源、地下水可開采資源量；其次要注重地下水的品質，進行地下水無機指標和有機指標的水質評價，而對于沖洪積扇中下游第四系含水層呈多層結構的區域，需按照不同深度進行分層評價。

（2）土地及地下空間資源

土地及地下空間資源是城市的主要載體，是城市可持續發展的重要自然資源，城市地下空間的開發利用是集約利用土地、擴大城市空間容量、改善交通與地面環境品質的有效手段。土地及地下空間資源的評價要綜合考慮土體的巖性、區域地殼穩定性、地面沉降、砂土液化、水文地質條件、工程地質條件、土壤環境質量等多個方面進行評價。

（3）清潔能源

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內巖土體、地下水和地表水中，具有開發利用價值的一般低于25℃的熱能。對于淺層地溫能評價應從地埋管換熱方式、地下水換熱方式適宜性分區兩個方面進行定量評價。

北京市地熱資源以中低溫沉積盆地型資源為主，地熱資源以熱水型賦存于薊縣系白云巖、奧陶—寒武系灰巖中，截至2013年，北京市共計開鑿地熱勘查、鉆井563眼（北京市水文地質工程地質大隊，2014），北京市平原區根據具備地熱開發利用條件（熱儲層埋深小于2500m，儲層溫度大于50℃）劃分了10個地熱田（北京市國土資源局，2006）。對于地熱溫能評價應從溫度、單井出水量、儲層頂板埋深3個方面進行定量評價。

再生水中所蘊藏的低溫熱能，其能量主要來源于城市排熱、污水處理工藝的增熱產熱和太陽輻射等（北京市地質勘察技術院，2011）。對于再生水熱能評價，應從污水處理廠日處理量、再生水輸送距離兩個方面進行定量評價。

2.2 地質環境

（1）地質災害

地面沉降是指在自然和人為因素作用下，由于地殼表層土體壓縮而導致區域地面標高降低的一種環境地質現象（北京市地質礦產勘查開發局等，2008）。地面沉降發展趨勢會造成地形變化，會對城市規劃行洪、排污、地下管網、軌道交通等線性工程造成威脅。對于地面沉降評價從地面沉降造成的危害性角度出發，地面差異性沉降幅度較大的區域會對地表建筑物造成較大的危害，因此對于地面沉降評價，應從1955年至今累計地面沉降量、近3年平均年沉降量、年地面沉降坡度3個方面進行定量評價

活動斷裂是指在全新地質時期（1.2萬年）內有過地震活動或近期正在活動，今后100年可能繼續活動的斷裂叫全新活動斷裂，亦即“工程活斷層”。對于活動斷裂評價從活動斷裂的活動年代、斷裂帶影響寬度、規劃建筑區距活動斷裂的距離3個方面進行定量評價。

地裂縫是指由于自然地質作用和人類工程活動造成的區域性地面開裂的現象（中國地質學會城市地質研究會，2005）。地裂縫按成因可分為構造地裂縫、非構造地裂縫、混合成因地裂縫，其中構造地裂縫是城市中主要的地質災害之一。地裂縫評價從地裂縫分布密度、單個地裂縫長度、地裂縫（帶）寬度、地裂縫活動性4個方面進行定量評價。

砂土液化是指在地表下一定深度內可液化的飽和土層在地震力作用下產生的震動液化。砂土液化會導致農田破壞、地基失穩、建筑物破壞以及工礦企業受損等危害。對于砂土液化的評價采用計算液化指數的方法進行定量評價。

巖溶塌陷是指可溶性巖石或巖層在水的作用下，形成的塌落或沉陷作用。對于巖溶塌陷，通過對可溶性巖層分布、鉆探泥漿漏失、地下“溶洞、土洞、暗河”、地面下陷、上覆松散層厚度5個方面進行定量評價。

崩塌是指巖（土）體離開母體崩落的現象。對于崩塌，從崩塌危巖體不利結構面發育程度、高陡邊坡的地形坡度、崩塌體距地面高度3個方面進行定量評價。

滑坡是指斜坡（含邊坡）上的土體和巖體沿某個面發生剪切破壞向坡下運動的現象。對于滑坡的評價，通過滑坡前緣、滑體平均坡度、后緣變形狀況、滑坡穩定性系數與滑坡穩定性安全系數關系4個方面等進行定量評價。

泥石流是指大量泥沙、石塊和水的混合體流動的現象。對于泥石流，通過發育程度、泥砂沿程補給長度比、溝口泥石流堆積活動程度、河溝縱比降、區域構造、流域植被覆蓋率、河溝近期一次變幅、巖性、松散物儲量、山坡坡度、產沙區溝槽橫斷面、產沙區松散物平均厚度、流域面積、流域相對高差、河溝堵塞程度等方面進行打分定量評價。

采空塌陷是指地下采礦活動引起的地面形變現象。對于采空塌陷，通過對開采層傾角、抗剪強度與承載力比值兩個方面進行定量評價。

（2）區域地殼穩定性

依據區域構造體系、斷裂活動性、地震危險區及地震活動規律等分析推斷。區域地殼穩定性評價主要參考地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度、斷裂活動速率、強震周期、地殼升降速率、水平應力與垂直應力比值7項指標進行定量評價。

（3）工程地質條件

工程地質條件評價是對擬建工程周邊區域與工程建筑有關的地質環境各項因素進行調查評價工作，主要包括，地形地貌評價、地基穩定性評價、地下水位對工程影響評價、腐蝕性評價4個方面。

地形地貌評價從地形地貌類型、起伏性、坡度3個方面進行定性評價。

地基穩定性是指與地基巖土體在承受建筑荷載條件下的沉降變形、深層滑動等對工程建設安全穩定的影響程度。地基穩定性評價應從地基承載力評價、地基壓縮性評價、人工填土影響評價、特殊土影響評價、土均勻性評價5個方面進行定量評價。

地下水位下降時，則會增加土體自重壓力，引起地基附加沉降。當地下水位上升時，浸濕軟化巖土，造成地基土的強度降低、壓縮性增大，嚴重時會導致建筑物沉降變形。

地下水和土壤中的某些離子會對建筑材料（混凝土結構、鋼筋結構）產生侵蝕性，分別從地下水和土壤兩個方面進行對混凝土結構的腐蝕性評價。

3 評價流程

首先根據收集資料和現場工作成果進行基礎地質分析工作，包括基礎地質條件、工程地質條件、水文地質條件。其次進行城市地質條件適宜性評價，包括地質資源評價和地質環境評價，其中地質資源評價要評價資源的數量和品質，再結合開發難易程度評估某一種地質資源的開發適宜性。地質環境評價是一項復雜的工作，主要是評價地質環境容量對城市發展的貢獻和制約，同時要評估城市發展對地質環境產生的負作用。最基本的是水土環境的質量，這是承載城市的根本物質基礎，其次是對地質災害的評價工作，這些都需要定量評價（圖1）。

圖1 城市區域地質條件適宜性評價流程圖Fig. 1 Flowchart of suitability evaluation of geological condition in urban area

4 評價結果

此方法成功應用于北京某重大工程建設新區前期規劃選址工作，并成為重大工程項目選址、控詳規、建設布局前一項必不可少的基礎性工作。其成果被規劃、建設等部門予以充分采納應用，體現了地質部門不可或缺、不可替代的地位和作用。

4.1 評價因子篩選

在評價工作前首先進行評價地質要素種類的篩選：其中地質災害類需對地面沉降、活動斷裂、地裂縫、砂土液化、巖溶塌陷5類進行地質災害評價；工程地質條件類需對地形地貌、地基穩定性、地下水位對工程影響、腐蝕性4類進行工程建設適宜性評價；水土環境類需進行地下水、土壤環境2類進行評價；地質資源類需對淺層地溫能、地熱資源、再生水熱能3類進行資源開發適宜性評價；同時還應包括區域地殼穩定性評價。

4.2 評價結論

將各類地質要素進行單因子適宜性評價，劃分成適宜、基本適宜、不適宜三個等級，再將各因子進行疊加，最后對規劃場地進行地質條件適宜性區劃。經評價規劃建設區地質條件處于“適宜區”和“基本適宜區”（表1、圖2）。

圖2 北京某重大工程建設新區適宜性評價分區圖圖Fig.2 Divisional chart of suitability evaluation of a major construction project in Beijing

表1 北京某重大工程建設新區適宜性評價分級表Tab. 1 Classif i cation table of suitability evaluation of a major construction project in Beijing

“適宜區”指在當前經濟技術條件下，地質資源、地質環境可以滿足規劃目標、設計功能需求；“基本適宜區”指在當前經濟技術條件下，地質資源、地質環境中制約因素可控制；“不適宜區”指在當前經濟技術條件下，地質資源、地質環境中存在某種或幾種制約因素不可控制（控制成本過高）。

5 結論

本文系統研究了城市區域地質條件適宜性評價方法，主要結論如下：

（1）城市區域地質條件適宜性評價是指為了滿足城市布局選址、規劃建設、安全運行、轉型升級對地質資源及地質環境的需求，對區域各項地質要素進行的定量評價工作。

（2）評價對象包括地質環境評價和地質資源評價兩大類，涵蓋水土環境、地質災害、區域地殼穩定性、工程地質條件、清潔能源等諸多地質要素。

（3）通過對現有國內外各項地質評價標準、評價方法進行深入分析研究，擬建立一套能夠對各類地質要素進行客觀定性、定量的評價方法。

（4）運用此方法評價規劃建設區地質條件適宜性，分為“適宜區”、“基本適宜區”、“不適宜區”三級。

北京市國土資源局，2006. 北京市地熱資源2006－2020年可持續利用規劃[S]. 北京市國土資源局.

北京市地質勘察技術院，2011. 北京市再生水熱能利用研究及規劃報告[R].

劉連剛，韋京蓮，葉超，等，2008. 北京地質災害[M]. 北京：中國大地出版社.

北京市水文地質工程地質大隊，2014. 北京市地熱資源現狀調查評價與區劃[R].

中國地質學會城市地質研究會，2005. 中國城市地質[M]. 北京：中國大地出版社.

Suitability evaluation method for urban regional geological conditions

LIU Hui, WEI Wanshun, WANG Jiming, LIU Zongming XU Jixiang, ZHENG Guisen, YU Chunlin

(Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195 China)

Suitability evaluation method for urban regional geological conditions is to meet the needs of geological environment and geological resources for the safe operation of urban location, construction, operation and transition, especially for the evaluation of geological elements for the def i nite results and quantitative requirements of urban geological work. It includes the geological resources that maintain urban development, and also includes the geological environment problems that restrict urban development; It plays a decisive role in urban location,construction of certain geological factors in a given city. Therefore, suitability evaluation method for urban regional geological conditions is an indispensable basic work. Based on a large number of urban geological work practice,the domestic and foreign evaluation standards and evaluation methods are studied in depth. Establish qualitative evaluation and quantitative evaluation methods for geological elements; provide better services for urban development needs.

urban geology; regional geological conditions; suitability evaluation; geological environment;geological resources

A

1007-1903（2017）03-0001-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.001