濰坊城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

位才波

(1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021；2.山東省地礦局海岸帶地質(zhì)環(huán)境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021)

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量是地球演化的產(chǎn)物，人類和其他生物依賴地質(zhì)環(huán)境而生存發(fā)展，人類所有的經(jīng)濟—工程活動都是以地質(zhì)環(huán)境為背景而展開的[1]。地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的目的，就是要通過評價城市的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況，為合理地利用地質(zhì)環(huán)境優(yōu)勢，控制地質(zhì)環(huán)境劣勢，治理主要的環(huán)境地質(zhì)問題，進而為城市建設(shè)規(guī)劃方案提供依據(jù)[1]。濰坊市地處黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)和山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)兩大國家戰(zhàn)略經(jīng)濟區(qū)的重要交會處，是半島城市群地理中心，近年來隨著人類工程活動的不斷增多，濰坊城市地質(zhì)環(huán)境也出現(xiàn)了不同程度的惡化，因此開展城市地質(zhì)調(diào)查，對濰坊城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)范圍以濰坊市城區(qū)為主，涉及14個1∶5萬圖幅，總面積2605km2。

1.1 氣象水文

研究區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候干燥，具大陸性半干旱氣候特征，北部濱海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)距海洋較近，夏季多東南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)，具有海洋與內(nèi)陸氣候的特點；南部峽山生態(tài)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)具有明顯的大陸性氣候特征。多年年平均降水量為650mm，年內(nèi)降雨多集中在7—8月份，其中，春季降水量在25.9～176.1mm之間，夏季降水量在232.5～629.7mm之間，秋季降水量在22.6～205.8mm之間，冬季降水量在3.0～72.6mm之間；多年年平均氣溫12.3℃左右，多年年平均蒸發(fā)量為1802.6mm，蒸發(fā)量大于降水量；多年最大凍土厚度45～54cm。

1.2 地形地貌

研究區(qū)地處泰沂山北麓，地形自南向北由高到低，緩緩傾入渤海萊州灣，形成了幾個明顯的臺階，南部為低山丘陵區(qū)，地形起伏變化大，地形標高在海拔100～212m，坡度一般5°～15°；膠濟鐵路以北至萊州灣依次為沖積、洪積平原，濱海海積低地，地形平坦微向北傾斜，地形標高一般在+4m～+100m，坡度一般小于5°[2-4]。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)境內(nèi)地層發(fā)育比較齊全，從老到新由太古界、元古界、中生界、新生界組成，并伴有不同時期的火成巖出露[2-4]。沂沭斷裂帶縱貫濰坊市南北，由數(shù)條主干斷裂組成，自東向西為昌邑-大店斷裂、安丘-莒縣斷裂、沂水-湯頭斷裂、鄌郚-葛溝斷裂[2,5]。

1.4 水文地質(zhì)

研究區(qū)地處山東省三大水文地質(zhì)區(qū)交會處，區(qū)內(nèi)地層、巖性較復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育。南部為低山丘陵區(qū)，地下水質(zhì)良好，礦化度小于1g/L，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水；地下水以碎屑巖類孔隙裂隙水為主，主要分布在濰城區(qū)望留鎮(zhèn)、坊子老城區(qū)--涌泉莊一帶及峽山水庫東西兩側(cè)，單井涌水量一般<100m3/d，僅望留一帶的玄武巖風(fēng)化強烈，氣孔連通性好，有利于地下水賦存和運動，富水性增強，單井涌水量100～500m3/d之間；碳酸鹽巖裂隙巖溶水和侵入巖類裂隙水在研究區(qū)西南部和東南部小范圍分布，寒武紀灰?guī)r由于其補給范圍有限，富水性一般較差，單井涌水量<500m3/d，侵入巖因裂隙窄小，富水性弱，單井涌水量一般<100m3/d，局部受構(gòu)造影響，水量較大[2]。北部為河流沖洪積及海積平原區(qū)，地下水類型為松散巖類孔隙水，濰北平原區(qū)中上部沖洪積扇的軸部及外圍、河流兩側(cè)富水性強，單井涌水量一般1000～3000m3/d，強富水地段可達5000m3/d，礦化度一般<1～2g/L，水位埋深11～25m；北部濱海平原區(qū)蘊藏著豐富的鹵水資源，單井涌水量一般500～1000m3/d，近年來隨著鹵水資源的大量開采，水位逐年下降，靜埋深一般>30m，礦化度一般>2g/L[2]。

1.5 工程地質(zhì)

研究區(qū)地處魯中南低山丘陵、魯東丘陵山區(qū)及魯西北平原三大工程地質(zhì)區(qū)結(jié)合部位，沂沭斷裂帶縱貫?zāi)媳保こ痰刭|(zhì)條件較為復(fù)雜，地震烈度Ⅶ度。南部丘陵山區(qū)淺覆蓋或出露多種類型巖組，地基承載力均大于400kPa，工程地質(zhì)條件良好。北部平原區(qū)分布多種成因類型的第四紀堆積物，多為良好的地基土層，粘性土一般堅硬—可塑狀態(tài)，中壓縮性，地基承載力180～300kPa；砂性土密實度一般為密實--中密，中--低壓縮性，地基承載力150～260kPa；區(qū)內(nèi)存在淤泥類土、砂土液化和鹽漬土等工程地質(zhì)問題。

1.6 地震及地殼變形場

地震動峰值加速度：根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2015)》,濰坊市主城區(qū)及以南地震動峰值加速度0.20g，以北地震動峰值加速度0.15g。

地殼變形場：王華林等[6]采用動態(tài)平插法對青島、濰坊、臨沂地區(qū)水準測量資料進行了計算，繪制了區(qū)域垂直變形圖(圖1)。從圖中可以看出，研究區(qū)南部坊子一帶為隆起區(qū)，北部為沉降區(qū)。

圖1 研究區(qū)近鄰區(qū)垂直形變圖

1.7 地質(zhì)災(zāi)害

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害僅發(fā)育地面采空塌陷，分布在坊子區(qū)煤礦開采區(qū)，發(fā)生時間集中為1985—1994年，導(dǎo)致多處房屋開裂等問題，塌陷中心深度0.5～1.5m。近年來，隨著開采深度的增加，對地表的影響逐漸減小。2016年坊子新方煤礦已閉坑，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度較低。

2 評價方法

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價與預(yù)測,特別是定量或半定量評價與預(yù)測一直是環(huán)境地質(zhì)學(xué)研究的難點和瓶頸。目前國內(nèi)外地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價研究,一方面向多指標綜合性評價方向發(fā)展,另一方面向定量和半定量模型化方向發(fā)展[7-15]。地質(zhì)環(huán)境由于其因素較多,而且因素分級界限具有一定的模糊性。因此,模糊數(shù)學(xué)綜合評判法被認為是較為合理的評價方法[7-9,11,15,16]。該次評價采用模糊數(shù)學(xué)綜合評判法，結(jié)合MapGIS軟件的矢量分析、柵格分析、統(tǒng)計分析等功能。

2.1 評價指標

根據(jù)濰坊市實際情況及調(diào)查取得的數(shù)據(jù)，選取4個影響環(huán)境質(zhì)量的單環(huán)境要素，即工程建設(shè)適宜性、地下水富水性、地下水質(zhì)量和地殼穩(wěn)定性。

2.2 綜合評價指數(shù)計算

根據(jù)工程建筑適宜性、地殼穩(wěn)定性、地下水富水性和地下水質(zhì)量等4個單環(huán)境要素質(zhì)量評價結(jié)果，采用引進加權(quán)因子的綜合指數(shù)法[1]，其計算公式為：

(1)

式中：E—綜合地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Pi—單環(huán)境要素質(zhì)量指數(shù)；Qi—單環(huán)境要素的權(quán)重值；k—地質(zhì)環(huán)境要素的數(shù)量[1]。

3 單環(huán)境要素評價

3.1 工程建設(shè)適宜性評價

3.1.1 評價方法

采用層次分析法和綜合指數(shù)法進行評價。結(jié)合濰坊市實際情況，選取了地形形態(tài)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等3個一級指標(表1)，地形坡度、地面標高、地基承載力、軟土厚度、地下水埋深和地下水腐蝕性等6個二級指標建立評級指標體系。綜合指數(shù)法同2.2，為各二級因子加權(quán)求和。

表1 地質(zhì)評價指標量化

3.1.2 評價指標量化

首先根據(jù)研究區(qū)實際情況，對各評價因子進行指標量化(表1)，然后利用yaahp軟件構(gòu)建層級分析模型，根據(jù)專家打分情況，計算出各評價因子權(quán)重(表2),最后進行工程建設(shè)適宜性等級劃分(表3)。

表2 各評價因素權(quán)重結(jié)果

表3 工程建設(shè)適宜性評價結(jié)果等級劃分

3.1.3 評價結(jié)果

該次評價控制點按2km×2km，重點工程區(qū)按加密的原則選取，共選擇控制點769個，按上述公式計算后，繪制了工程建設(shè)適宜性分區(qū)圖(圖2)。從圖2可以看出，研究區(qū)工程建設(shè)適宜性分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)和較不適宜區(qū)3個區(qū)。適宜區(qū)面積687.89km2，占總面積26.4%，主要分布在南部丘陵、山地區(qū)，主體位于峽山水庫周邊，該區(qū)域基巖出露或者淺覆蓋，地基承載力高，工程地質(zhì)條件好；較適宜區(qū)面積1262.35km2，占總面積48.5%，主要分布在研究區(qū)中部濰坊城區(qū)及周邊及黃旗堡一帶，該區(qū)主要為粉土、粉質(zhì)粘土，地基承載力較小，其余指標較好。工程地質(zhì)條件良好；較不適宜區(qū)面積654.77km2，占總面積25.1%，分布于蕭家營--泊子一線向北至萊州灣的廣大區(qū)域，行政區(qū)劃以濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)為主，該區(qū)地面標高多數(shù)地段小于4m；主要分布粉土及粉質(zhì)粘土，地基承載力較?。坏叵滤裆罹植啃∮?m；地下水腐蝕性多為強。

圖2 濰坊市工程建設(shè)適宜性分區(qū)評價圖

3.2 地下水質(zhì)量評價

3.2.1 評價方法

評價研究采用單因子評價法和F值評分法。

單因子評價法：評價標準采用《地下水環(huán)境質(zhì)量標準(GB/T14848-93)》，按地下水質(zhì)量分類中Ⅰ～Ⅴ類標準，對各評價因子劃分所屬類別，并遵循不同類別標準相同時從劣不從優(yōu)原則，確定單項組分評價分值Fi[17]。

綜合評價法：在單因子評價的基礎(chǔ)上，按式(2)和式(3)計算綜合評價分值F，并按表4判斷級別。

(2)

(3)

式中：F—綜合評分值，為各單項組分評分值Fi的平均值，為單項組分評價分值Fi中的最大值，n為項數(shù)。

表4 F值評分法評分值

3.2.2 評價因子

采用上述評價方法，選取pH、總硬度、總?cè)芙庑怨腆w、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物、氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞、六價鉻、鉛、鎘、鐵、錳、鋅、六六六、滴滴滴等21項因子。

3.2.3 評價結(jié)果

研究區(qū)北部為海(咸)水入侵區(qū)，水質(zhì)極差，面積827.04km2，中部為主城區(qū)，受人類工農(nóng)業(yè)活動影響，水質(zhì)較差，面積911.52km2，南部水質(zhì)較好，面積670.46km2，良好區(qū)和優(yōu)良區(qū)在區(qū)內(nèi)零星分布，面積52.64km2(峽山水庫143.34km2未進行地下水評價)；研究區(qū)地下水化學(xué)類型自北向南呈帶狀分布，北部為Cl-Na型水，向南過渡為Cl·HCO3-Ca·Mg型水，最后變?yōu)镠CO3-Ca型水[2]。

圖3 濰坊市地下水質(zhì)量評價圖

3.3 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價

3.3.1 評價方法

采用層次分析法和綜合指數(shù)法進行評價。

層次分析法：選擇構(gòu)造穩(wěn)定性、巖土體和地面穩(wěn)定性2個一級指標，地震動峰值加速度、活動斷裂、現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場、現(xiàn)今地殼變形、巖土體結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等6個二級指標構(gòu)建濰坊城市區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價體系[16,18-22]。

綜合指數(shù)法同2.2，為各二級因子加權(quán)求和。

3.3.2 評價標準

求得各因子權(quán)重見表5，各因子評價分級標準見表6。

表5 評價因子權(quán)重

3.3.3 評價結(jié)果

根據(jù)上述方法，繪制了濰坊城市區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖(圖4)。從圖4可以看出，研究區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性分為穩(wěn)定區(qū)、較穩(wěn)定區(qū)、較不穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)。穩(wěn)定區(qū)面積724.28km2，位于北部沖洪積、海積平原區(qū)，地勢平坦，斷裂活動性低，區(qū)域地殼變形量小，地質(zhì)體潛在安全度極低，整體穩(wěn)定性好。較穩(wěn)定區(qū)面積131.12km2，位于東南部峽山水庫一帶，該區(qū)主要為山前平原區(qū)，地勢平坦，斷裂活動性極低，區(qū)域地殼變形量小，區(qū)域地震活動中等，地質(zhì)體潛在安全度極低，整體穩(wěn)定性較好。較不穩(wěn)定區(qū)面積1558.99km2，位于北部平原區(qū)和中東部、南部山區(qū)；北部平原區(qū)地勢平坦，斷裂活動性極低，區(qū)域地殼變形量小，工程地質(zhì)巖性極差，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性較大，區(qū)域地震活動低，整體穩(wěn)定性較差；中東部及南部山區(qū)斷裂活動性較強，區(qū)域地震動活動性中等，地質(zhì)體潛在安全度較低，區(qū)域地殼變形量小，整體穩(wěn)定性較差。不穩(wěn)定區(qū)面積190.61km2，位于西南部山區(qū)，該區(qū)斷裂活動性極強，地質(zhì)體潛在安全度極低，現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場有集中現(xiàn)象，區(qū)域地震動活動極強，區(qū)域地殼變形量較大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性極大，整體穩(wěn)定性極差[23]。

表6 區(qū)域地殼穩(wěn)定性模糊數(shù)學(xué)評價指標標準

圖4 濰坊市區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖

3.4 地下水富水性評價

在以往工作的基礎(chǔ)上，通過水文地質(zhì)調(diào)查和水文地質(zhì)鉆探工作，查明了研究區(qū)地下水含水層巖性、厚度及分布特征；通過抽水試驗、樣品采集與測試等方法，獲取了水文地質(zhì)參數(shù)，計算了地下水涌水量情況，并進行了地下水富水性分區(qū)評價(圖5)。按照單井涌水量3000～5000m3/d，1000～3000m3/d，500～1000m3/d，<500m3/d等4個級別將研究區(qū)劃分為地下水強富水區(qū)、較強富水區(qū)、中等富水區(qū)和弱富水區(qū)。強富水區(qū)主要分布在白浪河、濰河兩側(cè)，面積331.27km2；較強富水區(qū)主要分布在高里街道一帶，面積12.10km2；中等富水區(qū)主要分布在北部濱海平原區(qū)和南部山前平原區(qū)，面積1154.70km2，北部濱海平原區(qū)蘊藏豐富的鹵水資源，但超量開采易形成地下水降落漏斗，嚴重可引起地面沉降，影響城市地質(zhì)安全；弱富水區(qū)主要分布在南部丘陵區(qū)，面積1106.93km2。

圖5 濰坊市地下水富水性分區(qū)圖

4 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

4.1 評價指標量化

采用離散取值的量化轉(zhuǎn)換方法，將各單地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的定性指標轉(zhuǎn)化為定量指標(表7)[1]。

表7 單環(huán)境要素質(zhì)量定性指標量化分級

4.2 權(quán)重分析

基于層次分析法，采用yaahp軟件構(gòu)建層次分析模型，在專家打分的基礎(chǔ)上，求出各單環(huán)境要素的權(quán)重。其中，工程建設(shè)適宜性0.32，地殼穩(wěn)定性0.3，地下水質(zhì)量0.25，富水性0.13。

4.3 等級劃分

根據(jù)計算的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)結(jié)果進行等級劃分，等級劃分按分值區(qū)間平均分配的原則進行(表8)。

4.4 評價結(jié)果

同工程建設(shè)適宜性評價，共選擇控制點769個，利用各控制點數(shù)據(jù)，使用MapGIS的柵格分析、統(tǒng)計分析功能，編制了地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價圖(圖6、表9)。從表9、圖6可以看出，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好區(qū)主要分布于城區(qū)北部一帶，共4個區(qū)塊，總面積350.39km2；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好區(qū)主要分布于地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好區(qū)外圍，共7個區(qū)塊，總面積562.68km2；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差區(qū)主要分布于央子街辦外圍及峽山水庫一帶，共5個區(qū)塊，總面積1004.70km2；

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差區(qū)主要分布于北部沿海區(qū)域及蕭家營、老坊子區(qū)一帶，共10個區(qū)塊，總面積687.23km2。

5 結(jié)論

(1)采用層次分析法和綜合指數(shù)法對研究區(qū)工程建設(shè)適宜性、區(qū)域地殼穩(wěn)定性分別進行了評價，將研究區(qū)工程建設(shè)適宜性劃分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)和較不適宜區(qū)等3個區(qū)；區(qū)域地殼穩(wěn)定性劃分為穩(wěn)定區(qū)、較穩(wěn)定區(qū)、較不穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)等4個區(qū)。采用單因子評價法和F值評分法將研究區(qū)地下水質(zhì)量劃分為優(yōu)良區(qū)、良好區(qū)、較好區(qū)、較差區(qū)和極差區(qū)等5個區(qū)。地下水富水性按照單井涌水量3000～5000m3/d，1000～3000m3/d，500～1000m3/d，<500m3/d等4個級別劃分為地下水強富水區(qū)、較強富水區(qū)、中等富水區(qū)和弱富水區(qū)。

表9 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合分區(qū)評述

(2)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好區(qū)主要分布于城區(qū)北部一帶，包括4個區(qū)塊，面積350.39km2；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好區(qū)主要分布于質(zhì)量好區(qū)外圍，包括7個區(qū)塊，面積562.68km2；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差區(qū)主要分布于央子街辦外圍及峽山水庫一帶，包括5個區(qū)塊，面積1004.70km2；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差區(qū)主要分布于北部沿海區(qū)域及蕭家營、老坊子區(qū)一帶，包括10個區(qū)塊，面積687.23km2。

(3)濰坊市今后的開發(fā)建設(shè)應(yīng)該在調(diào)整內(nèi)部用地結(jié)構(gòu)的同時，根據(jù)城市地質(zhì)環(huán)境制約因素，合理安排建設(shè)項目，努力使城市土地的利用效率達到最佳。