城市建设用地地质环境质量评价方法研究(定密权三大原则)

苏晶文1 刘红樱1 沈莽庭1 梁合诚2 李东红3 周建伟2 龙浔莲3

（1.南京地质矿产研究所，南京210016；2.中国地质大学＜武汉＞，武汉430074；3.江西省地质环境监测总站，九江330012）

摘要：通过对九江市城市建设用地地质环境质量评价方法的试点研究，拟建立一整套城市建设用地地质环境质量评价方法及指标体系，以求对不同类型城市的地质环境做出客观合理评价，从而为城市规划、建设、管理提供相应的地质环境信息方面的决策支持，最大限度实现城市建设与地质资源环境的优化配置，达到城市建设安全、合理、经济的目的。

关键词：城市建设用地；评价方法；九江

江西九江市位于长江中下游南岸，以长江为界，与湖北和安徽相邻，是一座具有2200多年历史的江南文化名城和旅游城市，集名山（庐山）、名江（长江）、名湖（鄱阳湖）于一体，总体地形南高北低，由庐山的中低山过度到丘陵、垅岗和冲积平原。地表水体主要有长江、鄱阳湖、赛湖和七里湖等。随着社会经济的快速发展，城市化不断加速，九江市城市建设用地资源日益紧张，原有的建设用地地质环境质量也呈现出错综复杂的情况，因此拟尝试建立一整套城市建设用地地质环境质量评价方法及指标体系，以求对城市的地质环境作出客观合理评价，从而为城市规划、建设、管理提供相应的地质环境信息方面的决策支持，最大限度地实现城市建设与地质资源环境的优化配置，达到城市建设安全、合理、经济的目的是具有十分重要意义的。

1 评价方法的确定

1.1 工作流程

对于本次城市建设用地地质环境质量评价的方法研究工作步骤见图1所示。

1.2 评价指标体系分析

评价城市建设用地地质环境质量的影响因素主要有：(1)气象的如气温、降雨量、蒸发量、气压带、气候分区、风力等；(2)水文的如地表水体面积、流域面积、地表径流量、水力特征、水位、水体污染情况如污染物质成分、污染源、污染途径、污染程度、污染范围及污染的发展趋势等；(3)地形如类型、地表高程、地面坡度、地形切割密度等；(4)地貌如微地貌形态、地貌单元、总体地势等；(5)地层岩性如第四系堆积物厚度、岩石成因类型等；(6)地质构造如断层、褶皱、节理裂隙等；(7)地震的烈度、动峰值加速度、历史地震活动情况等；(8)水文地质诸如地下水赋存类型、含水层的埋藏条件、水位埋深、单井涌水量、地下水类型、矿化度、腐蚀性等级、地下水开采现状、水位变幅、地下水的补给、径流和排泄等；(9)工程地质的方面如区域地壳稳定性、基岩埋深、主要持力层岩性、承载力、岩土体工程地质分区、不良地质与特殊性岩土等方面的因素。地下水环境问题主要包括水资源短缺、利用不合理、水质恶化、管理落后等因素；地质灾害问题主要包括地面沉降、地裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、咸水入侵、斜坡不稳定性、港口侵蚀与堆积、砂土液化、黄土湿陷、水土流失等地质因素；矿山环境地质问题；放射性污染问题以及江海岸坍塌与河口海岸的冲淤变化等的影响评价因子体系。

图1 城市建设用地地质环境质量评价流程图

要建立一个包含所有地质环境因素的模型来评价地质环境质量在实际工作中几乎是不可能的。因为，一方面某些因素的参数难以取得；另一方面，参数过多存在错综复杂的协同或相互影响。这就要求在进行评价时根据具体问题进行具体分析，尽量找出影响地质环境的主要因素，舍去次要因素。因此按照地质环境因子对地质环境影响的敏感性程度一般划分为：敏感因子、重要因子和一般因子。通过对九江的地质环境条件的调查与实际情况分析，认为其敏感因子主要有：地形坡度、地质灾害、已有资源，河流侵蚀作用（表1）。

表1 敏感因子及其评价标准

重要因子主要涉及地形地貌、工程地质、水文地质、土地利用、地质灾害、河流侵蚀和人类活动对环境的影响等方面（表2）。

表2 重要因子及其评价等级划分

注：δ表示最高洪水位。

一般因子包括：地基土均匀性、地下水的腐蚀性问题等。另外表中还对其评价标准作了规定。

1.3 评价因子定权方法的确定

在地质环境质量评价中，往往要选择多个环境要素和环境因子一起参与评价，在这些评价因素综合时，对各个变量具有权衡轻重作用的数值，即称为“权重”。权值所要反映的“重要”程度本身就有着明显的不确定性。权值的获取过程就是一种对不同评价因子间“重要性”程度进行分析的过程。合理确定各参评因子的权重系数是城市建设用地地质环境质量评价工作的关键环节之一。确定权重系数的方法有经验法、统计法（算术平均统计法和加权平均统计法）、回归分析法、层次分析法等。本次评价工作根据实际情况选择“专家－层次分析法”方法来最终确定评价因子的权重。其大致经过以下几个步骤：

（1）明确问题

分析城市建设用地多目标综合评价主要影响因子以及由这些影响因子构成的相互联系和制约关系，并将其所包含的影响因子进行分类，每类作为一个层次。一般而言，包括最高层A（目标层）、中间层B（准则层1，准则层2……）以及最低层C（候选方案层），建立评价问题的递阶层次结构。

（2）构造判断矩阵

设有评价目标的若干个影响因子Xl，X2，…，Xn，它们重量标度为M1，M2，…Mn。若将同层因子两两比较，其比值可构成n×n阶矩阵A：

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

评价矩阵影响因子的重量标度值根据表3来确定。表中的标度确定是根据心理学家的研究，人们区分信息登记的极限能力为7±2。例如i因子与j因子同样重要时，标度为1，i因子比j因子略重要时，标度为3，介于其间的可以标度为2等。

表3 相对重要评价因子标度值

（3）计算判断矩阵被比较评价影响因子的权重

实质是计算各判断矩阵的特征向量。假设有一同阶正规向量W，存在AW＝λW，解此特征方程所得到最大特征值λmax和其所对应的特征向量W，将W经归一化处理后则分别代表本层各评价影响因子权重值。步骤包含两个方面：

(1)归一化处理

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

式中wi代表判断矩阵的特征向量。

(2)计算判断矩阵的最大特征值（λmax）

计算并比较特征值λ得到判断矩阵最大特征值λmax是为检验矩阵的一致性。为了防止构造的判断矩阵偏离一致性过大，导致一些问题的产生，定义检验公式CI＝（λmax－n）/（n一1），C.R＝CI/R.I，式中C.R为一致性指标，R.I为平均随机一致性指标（对1－9阶矩阵，R.I取值见表4）。当C.R＝0，可判定为完全一致，C.R值愈大，判断矩阵的完全一致性愈差，一般只要求C.R不大于0.1，就认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则必须重新进行构造矩阵直至满意为止。

表4 层次分析法中R.I的取值

通过以上层次分析法最终得出九江市各评价因子权重值见表5。

表5 九江市确定的权重

1.4 隶属关系的确定

隶属关系的确定就是建立模糊矩阵的过程，这是开展模糊聚类评价的基础。隶属函数的确定方法有很多种，如矩形分布隶属函数、r型分布隶属函数、正态型分布隶属函数、柯西分布隶属函数、梯形分布隶属函数、半领型分布隶属函数等。

在地质环境评价的实际工作中，梯形分布的隶属函数应用最为广泛，且获得了较好的效果，研究中选择梯形分布的隶属函数来构建模糊矩阵。求解公式如下：

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

1.5 评价数学模型确定

经过实际工作的检验，在确定九江城市建设用地地质环境质量等级时，采用多目标决策的敏感因子－模糊聚类综合评判法能够得出较为切合实际的结果［1］［2］。下面介绍模糊聚类评判的具体过程。

（1）通过对评价区地质环境系统分析，对其构成要素和环境因子进行定性描述，将它们分为敏感因子、重要因子和一般因子。

（2）划分评价单元。

（3）选择敏感因子进行敏感因子评价。对评价区就所有的敏感因子逐个进行检验评价，凡是评价单元中有一个敏感因子存在，其检验就不予以通过，判定该单元为不适宜或极不适宜城市用地，不存在敏感因子的单元则参与下一步评价。

（4）对不存在敏感因子的单元，选择重要因子进行模糊聚类综合评价。

（5）综合敏感因子和重要因子的评价结果，将相同等级的评价单元合并，编制评价图。

其评价流程见图2所示。

进行完敏感因子评价后，选定加权平均型数学方法开展重要因子的模糊聚类综合评价。其分析公式为 ，其中权重系数和为 rij评价因子实际贡献隶属度。此模型考虑了各种因素对最后结果的贡献，经过诸多实践，证明该法对于影响因素众多的地质环境评价是一种行之有效的评价模型。研究中选定加权平均模型来进行模糊聚类综合评价。具体的评价过程如下：

设有4个因子参与模糊聚类分析（Y1、Y2、Y3、Y4），

对评价结果分为5个等级（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）

模糊矩阵为：

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

假设4个参与评价因子的权重为：

A=(A1 A2 A3 A4)

则模糊聚类评价结果为：B＝A·R

图2 模糊聚类综合评价法流程图

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

经过计算得到B＝（b1b2b3b4b5）

结果判断：

如果max（b1b2b3b4b5）＝b1，则此评价单元为Ⅰ级；

如果max（b1b2b3b4b5）＝b2，则此评价单元为Ⅱ级；

如果max（b1b2b3b4b5）＝b3，则此评价单元为Ⅲ级；

如果max（b1b2b3b4b5）＝b4，则此评价单元为Ⅳ级；

如果max（b1b2b3b4b5）＝b5，则此评价单元为Ⅴ级。

2 评价结果与分析

在本次九江的建设用地地质环境质量评价计算中，因数据相当多，且整个计算过程较为繁琐，我们主要通过编好的计算程序CityGeology来进行计算，将结果统一整理汇总。

在MapGIS平台上形成城市建设用地地质环境质量评价分区图，以体现规划区内的城市用地的地质环境对城市建设适宜性的差异。最终的评价结果、等级划分及说明见表6。

表6 九江市城市建设用地地质环境质量评价结果的等级划分及说明

3 结束语

通过运用敏感因子－模糊聚类综合评判法对九江市建设用地地质环境质量评价，获得比较满意的结果，此数学模型能够反映出建设用地质量评价的优劣好坏，是解决城市建设用地质量评价问题一种好的理论方法和手段。

参考文献

［1］许嘉巍，刘惠清.长春市城市建设用地适宜性评价.经济地理，1992，19（6），101～104

［2］陈桂华，徐椎利.城市建设用地质量评价研究.自然资源，1995，5（4）：22～30

Research of Geological Environmental Quality Evaluation of Urban Development Land

Su Jingwen1, Liu Hongying1, Shen Mangting1,Liang Hecheng2, Li Donghong3, Zhou Jianwei2, Long Xunlian3

(1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016; 2. China University of Geosciences, Wuhan 430074; 3. Jiangxi General Monitoring Station for Geo-environment, Jiujiang 330012)

Abstract: Through the experimental research of geological environmental quality evaluation of urban development land of JiuJiang, a suit of evaluation method and index system are trying to establish. So the geological environment of different type of cites can be evaluated objectively. The research will provide the decision-support in the aspect of geological environment information for city-planning, city-construction and city-management, and the optimizing configuration between city-construction and geological environment in the largest extent will be realized. The intention of secure, reasonable and economic city-construction also will be achieved.

In this research, the mathematics model of fuzzy clustering evaluation is used. In this model we choose four sensitive factors and eleven important factors. All these factors are the main influencing factors of geological environment of urban development land. Sensitive factors can negate construction suitability directly. The weighing of important factors is decided by the method of “expert-arrangement analysis”.

Because of the large number of data, we use the program CityGeology to calculate these data. Then the results form a subarea map of city construction suitability on the platform of MapGIS.

It is proved that the method of fuzzy clustering evaluation can attain relatively satisfactory result. The result can reflect the geological environment quality of urban development land. It is a good theoretical method and means to solve the problem of geological environment quality evaluation of urban development land.

Key words: Urban development land; Evaluation method; Jiujiang

一、城市规划地质环境评估

城市规划地质环境评估主要是指在城市规划编制出来之后还没有实施时或实施初期，针对城市现有规划，对比城市地质环境的评价成果、图件等，从符合环境地质规律的角度，指出城市现有规划布局与城市目前地质环境的协调性、适宜性，为城市发展、规划、建设和管理提出合理建议、措施或对策。这一观念主要是针对在城市规划编制过程中常常忽视了地质环境要素，或由于规划专家不熟悉地质资料的现象提出的。

城市规划地质环境评估可分为定量评估和定性评估，定量评估主要是指通过量化地质环境指标的综合分析对规划进行评估;定性评估是通过对规划实施后可能造成的地质环境问题或由于地质环境条件不适宜可能造成的损失进行分析来对城市规划进行评估。本书中的城市规划地质环境评估主要指前者。

单从城市规划与地质环境的适宜性考虑，基于地质环境的城市规划评估是通过对地质环境要素和因子的综合分析，进行基于城市建设不同功能目的的地质环境质量评价，将评价结果与城市规划进行叠加比较，从而对城市建设用地规划的合理性进行评估，并系统分析城市用地规划中的功能布设与地质环境条件不相适宜的地方，分析指出不合理之处可能面临的地质环境风险，并给出不同功能区的规划调整建议。在此基础上，进一步以各功能用地评价结果为母板，按照取优原则，给出基于地质环境评价的城市不同功能区优化布局建议，并绘制优化布局建议图。

二、规划地质环境评估区划

《中国地质调查局标准》对于地质环境质量等级分区做出了统一规定，即分为地质环境质量好、较好、较差、差四级。但在实际评价过程中，通过对地质环境条件的分析，结合不同功能用地对地质环境条件的要求，在用于对城市规划进行地质评估过程中，通常将城市地质环境质量分为以下五级。

Ⅰ类为好，是指地质环境条件优越，能够很好地满足该功能区的地质环境质量要求、适合该功能区的建设。

Ⅱ类为较好，是指地质环境条件基本满足建设该功能区的地质环境质量要求，简单改善后可建设。

Ⅲ类为中等，是指地质环境条件一般，需采取一定工程措施整治后才可进行建设。

Ⅳ类为较差，是指地质环境条件较差，不满足建设该功能用地的地质环境质量要求，或工程整治费用偏高，不适宜该功能区的建设。

Ⅴ类为差，是指地质环境条件差，不满足该功能用地的地质环境质量要求，整治费用过高或无法保障地质安全稳定性，极不适宜该功能区的建设。

地质环境质量的等级划分不是一成不变的，应根据评价区地质环境的复杂程度、制图效果等进行综合考虑。城市用地评价的结果主要以图件形式给出，即对评价结果进行后处理并制图输出，图件编制应在GIS支持下进行。

在整个城市规划地质评估过程中，应解决的关键问题是:

1)如何将不同功能用地的地质环境评价结果与土地利用现状、城市总体规划进行综合比较、分析整合。

2)将城市某种功能用地的地质环境质量评价分区图与城市总体规划图进行比较，重点指出规划中该功能用地布局不合理的区域，深入分析规划区域内制约该功能用地建设的地质环境因素。某些制约因素对于城市规划具有硬约束作用，例如，活动断裂的分布、成灾风险性很大的滑坡体等具有严重的危害性，城市不同功能用地的规划布局应尽量避开这些区域;而还有一些制约因素对于城市规划只有软约束作用，例如，根据土壤地球化学特征可划分为程度不同的污染区，污染程度轻、生态环境良好的地区可规划为旅游绿化区和农作物种植区，污染严重区则可规划为工业建设区或废物堆放区等。

3)通过分析制约因素的影响程度，可对城市总体规划提出基于地质环境角度的修改意见和建议，针对具有硬约束作用的地质环境因素，主要是地质灾害的发育，可以通过对地质灾害形成与发生机制、影响规模的分析，制定相应得城市防灾规划，其核心内容是在搞清城市灾害性质及背景的基础上，对城市环境治理及城市土地利用进行科学的控制;对于具有软约束作用的地质环境因素，可采取一定的整治措施改善地质环境，使其适宜某种功能用地的建设，或是规划为适宜该区域地质环境条件的功能用地。

具体依据标准里面没有，可根据具体地块的开发强度控制指标（主要是容积率和建筑密度的上限）来倒推人均商业服务用地的面积的大致范围。