層次分析法在工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以廣州市某鎮(zhèn)為例

古曉雯，鄧鐘尉，李志偉

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

地質(zhì)環(huán)境是城市規(guī)劃建設(shè)的載體，如何避免地質(zhì)災(zāi)害，高效合理地開發(fā)利用，是決定規(guī)劃設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理的主要因素之一。城市規(guī)劃的幾項(xiàng)原則：經(jīng)濟(jì)原則、安全原則、美學(xué)原則、整合原則、社會(huì)原則，其中前三項(xiàng)都與城市地質(zhì)環(huán)境有著緊密的聯(lián)系，只有對城市的地質(zhì)情況有著非常清楚的認(rèn)識(shí)才能有效降低城市建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本。

城市工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)以定性和定量分析各項(xiàng)用地條件為基礎(chǔ)，綜合判別地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量。城市工程建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)要因地制宜，尤其要抓住對用地適宜性影響最突出的主導(dǎo)環(huán)境因素，重點(diǎn)分析與評(píng)價(jià)[1，2]。本文選取廣州市某鎮(zhèn)開展研究，在地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量定量計(jì)算的基礎(chǔ)上劃分工程地質(zhì)單元，判別工程建設(shè)適宜性。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣州市北部，地貌以低山丘陵和沖積平原為主，東南部與中部形成北東-南西走向的低山丘陵，西部屬廣花盆地沖積平原，地勢較低，地形較為平坦，地勢總體自東南向西北傾斜。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，局部斷裂發(fā)育，地層與巖石種類較多，從老到新依次有：中元古代片麻雜巖(Ptgn)、前震旦系云開巖群(PtY·)、石炭系下統(tǒng)大賽壩組(C1ds)和古近系寶月組(Eby)等。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)作用較為頻繁，全區(qū)已查明的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共51處，其中，崩塌37處，滑坡8處，泥石流4處，地面塌陷1處，地面沉降1處。地形地貌和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況是研究區(qū)工程建設(shè)適應(yīng)評(píng)價(jià)分區(qū)的主要影響因素[3]。

3 評(píng)價(jià)方法的比選

城市工程建設(shè)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)涉及多種因素、多層次作用，是空間綜合決策的模糊性問題，目前應(yīng)用較多的方法主要有：專家聚類法、因素比較法、多元統(tǒng)計(jì)判別、質(zhì)量系數(shù)法等[4～6]。然而，這些方法大多帶有較強(qiáng)的探索性，實(shí)用性有待加強(qiáng)。本文基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]方法及理念，綜合采用層次分析法及多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)法定量分析評(píng)價(jià)研究區(qū)的工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，判定工程建設(shè)適宜性。

該方法的具體步驟如下：一是要確定各評(píng)價(jià)因子的重要程度，通過比較，得出各因子重要程度的定性判斷；二是確定各評(píng)價(jià)因子的具體權(quán)重，以各因子的重要程度為基礎(chǔ)，采用特定的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出各因子的具體權(quán)重；三是根據(jù)各因子的具體權(quán)重，運(yùn)用加權(quán)指數(shù)和法對評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行量化分析評(píng)價(jià)。該方法的特點(diǎn)在于既能充分發(fā)揮加權(quán)指數(shù)和法的優(yōu)勢，又能減輕定權(quán)過程的人為性。

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系

4.1 公式與判別標(biāo)準(zhǔn)

針對劃分的評(píng)價(jià)單元，應(yīng)用多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)和法，根據(jù)式(1)計(jì)算評(píng)價(jià)單元的適宜性指數(shù)(IS)。

計(jì)算結(jié)果采用百分制評(píng)分，分值越大，對應(yīng)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量越好。

(1)

式中：IS—適宜性指數(shù)；

n—一級(jí)評(píng)價(jià)因子總數(shù)；

m—第i項(xiàng)一級(jí)評(píng)價(jià)因子的二級(jí)評(píng)價(jià)因子總數(shù)；

4.2 評(píng)價(jià)體系

經(jīng)專家綜合研究，評(píng)選出研究區(qū)的一級(jí)因子層和二級(jí)因子層。其中，一級(jí)因子層主要包括地形地貌、水文情況、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、活動(dòng)斷裂和地震效應(yīng)等；二級(jí)因子層是一級(jí)因子所包含的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。

評(píng)價(jià)體系表 表1

4.3 權(quán)重的確定與一致性檢驗(yàn)

(1)權(quán)重的確定

因子權(quán)重取值如表2所示。

因子權(quán)重取值 表2

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重采用層次分析法，根據(jù)權(quán)重判斷矩陣確定。對功能區(qū)各因素相對重要性作出判斷，這些判斷通過引入合適的標(biāo)度進(jìn)行定量化，就形成了判斷矩陣。判斷矩陣表示上一層次的某一因素與本層次有關(guān)因素之間相對重要性的比較。功能區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣如表3所示。

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量判斷矩陣 表3

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量判斷矩陣中各要素{Kij}表示對上層因素Ak有聯(lián)系的因素中，第i個(gè)因素與第j個(gè)因素相比較，對Ak因素的相對重要性。為增強(qiáng)判別的定量化，本文采用Saaty的標(biāo)度方法，如表4所示。

判別矩陣標(biāo)度及含義 表4

根據(jù)形成的判斷矩陣，計(jì)算最大特征根值。最大特征根與特征向量的計(jì)算方法可用線性代數(shù)的方法算出所有特征根，找出最大的非零特征根及對應(yīng)的特征向量。

={kij}n×n

經(jīng)計(jì)算，該矩陣的特征向量為：ωk=[0.45，0.20，0.15，0.10，0.04，0.03，0.03]。

(2)矩陣的一致性檢驗(yàn)

評(píng)價(jià)因子排序完成后，接著用隨機(jī)一致性比率(CR)來判別層次排序的一致性，即CR=CI/RI<0.10時(shí)，認(rèn)為結(jié)果有較好的一致性，否則要調(diào)整判別矩陣的取值。

式中：CI=(λmax-n)/(n-1)，為一致性評(píng)價(jià)指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，用隨機(jī)的方法形成500個(gè)樣本矩陣，再分別以n=1～9為階數(shù)，得到一致性指標(biāo)CI的值，然后求平均值，即得到平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，按下表取值。

RI值表 表5

經(jīng)計(jì)算，CR=0.08<0.10，表明構(gòu)建的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量判別矩陣的一致性滿足要求。

各級(jí)指標(biāo)權(quán)重表 表6

5 量化評(píng)價(jià)與分區(qū)

研究區(qū)工程建設(shè)適宜性的主要影響因素為地形地貌和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性，所以以地形地貌界線和地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)界線作為單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)邊界，根據(jù)工程地質(zhì)資料的類比性，采用 1.0 km×1.0 km的方格網(wǎng)對研究區(qū)進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑卜譃?52個(gè)細(xì)分單元，進(jìn)一步對每個(gè)細(xì)分單元進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

根據(jù)上述過程對本區(qū)152個(gè)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行工程建設(shè)適宜性量化評(píng)分，得分主要在40分～80分，工程建設(shè)適宜性分區(qū)打分圖如圖1所示。

圖1工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)圖

評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量類別按表7規(guī)定的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) 表7

根據(jù)評(píng)分結(jié)果，依據(jù)表7的定量計(jì)算評(píng)判的判定標(biāo)準(zhǔn)，可將功能區(qū)劃分為工程建設(shè)適宜區(qū)(Ⅰ區(qū))、工程建設(shè)較適宜區(qū)(Ⅱ區(qū))和工程建設(shè)適宜性差區(qū)(Ⅲ區(qū))。

Ⅰ區(qū)：本區(qū)面積約39.22 km2，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，主要分布研究區(qū)西部，地貌類型屬?zèng)_積平原，地形較平坦，第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥組成，下伏基巖主要為碎屑巖，屬地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū)。

本區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件優(yōu)良，是良好的建設(shè)用地，可進(jìn)行合理開發(fā)，可規(guī)劃布置各類建(構(gòu))筑物。若采用合理的基礎(chǔ)型式與施工工藝，適宜建設(shè)各類工業(yè)與民用建筑、地下工程、市政管溝、道路等市政工程，但在基礎(chǔ)開挖時(shí)需做好支護(hù)措施。

Ⅱ區(qū)：本區(qū)面積約56.36 km2，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好，主要分布在研究區(qū)西部沖積平原局部、中部和東部地區(qū)丘間沖積平原和較平緩的低丘地帶，分為以下3個(gè)亞區(qū)：

Ⅱ1區(qū)：本區(qū)面積約5.23km2，地貌類型屬?zèng)_積平原，地形較平坦，第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥組成，下伏基巖主要為碎屑巖，局部為灰?guī)r。

本區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件較好，是較好的建設(shè)用地，可合理開發(fā)，規(guī)劃布置各類建(構(gòu))筑物，但本區(qū)內(nèi)局部巖溶發(fā)育，松軟土層相對較厚，存在一定程度的巖溶地面塌陷和地面沉降危險(xiǎn)性，應(yīng)采取必要的工程防護(hù)措施。

Ⅱ2區(qū)：本區(qū)面積約28.96 km2，地貌類型以丘間溝谷為主，局部為低丘，地形起伏相對較大，溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖種類較多，包括碎屑巖、花崗巖和變質(zhì)巖等，屬非巖溶分布區(qū)。

本區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件較好，是較好的建設(shè)用地，可合理開發(fā)，規(guī)劃布置各類建(構(gòu))筑物，但本區(qū)地形起伏較大，地形地貌較復(fù)雜，存在一定程度的崩塌和滑坡危險(xiǎn)性，應(yīng)采取必要的工程防護(hù)措施。

Ⅱ3區(qū)：本區(qū)面積約22.17 km2，地貌類型以丘間溝谷和低丘為主，地形起伏較大，溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖以變質(zhì)巖為主，局部為花崗巖等，屬非巖溶分布區(qū)。

本區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件較好，是較好的建設(shè)用地，可合理開發(fā)，規(guī)劃布置各類建(構(gòu))筑物，但本區(qū)地形起伏較大，地形地貌較復(fù)雜，存在一定程度的崩塌和滑坡危險(xiǎn)性，應(yīng)采取必要的工程防護(hù)措施。

Ⅲ區(qū)：本區(qū)面積約59.79 km2，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，地貌類型以低山丘陵為主，局部為丘間溝谷，地形地貌條件復(fù)雜，相對高差大，坡度大于30°。溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖以變質(zhì)巖為主，局部為碎屑巖和花崗巖。

本區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件較差，是較差的建設(shè)用地，應(yīng)嚴(yán)格控制開發(fā)強(qiáng)度。工程建設(shè)易誘發(fā)崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，為工程建設(shè)適宜性差區(qū)，不宜進(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)。

6 結(jié) 語

地質(zhì)環(huán)境是城市規(guī)劃與建設(shè)的載體，也是地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)作用發(fā)育和發(fā)生的載體，開展地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，判定工程建設(shè)適宜性，降低城市建設(shè)成本與風(fēng)險(xiǎn)，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、精細(xì)化、品質(zhì)化城市設(shè)計(jì)的有效手段，也是順應(yīng)自然規(guī)律的必然選擇。本文以廣州某鎮(zhèn)為案例，采用層次分析法對地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量計(jì)算，以計(jì)算結(jié)果為判別指標(biāo)，分析研究區(qū)各地的工程建設(shè)適宜性，對同類項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。