地质通报  2021, Vol. 40 Issue (10): 1636-1643  
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闫金凯, 赵银鑫, 王志恒, 王志辉, 刘凯, 任天翔, 徐博. 银川市地下空间资源综合质量评价[J]. 地质通报, 2021, 40(10): 1636-1643.
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YAN J K, ZHAO Y X, WANG Z H, WANG Z H, LIU K, REN T X, XU B. Comprehensive quality evaluation of underground space resources in Yinchuan City[J]. Geological Bulletin of China, 2021, 40(10): 1636-1643.
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基金项目

中国地质调查局项目《典型地区地下空间资源调查评价》(编号:DD20211314)和宁夏回族自治区财政厅财政专项《银川都市圈城市地质调查》(编号:宁财(预)发[2017]320号)

作者简介

闫金凯(1981-), 男, 博士, 高级工程师, 从事地质灾害及地下空间等方面的研究。E-mail: yanjinkaisw@163.com

文章历史

收稿日期: 2020-06-10
修订日期: 2021-03-25
银川市地下空间资源综合质量评价
闫金凯1, 赵银鑫2, 王志恒3, 王志辉1, 刘凯1, 任天翔1, 徐博1    
1. 中国地质科学院, 北京 100037;
2. 宁夏回族自治区地质调查院, 宁夏 银川 750021;
3. 南京大学, 江苏 南京 210046
摘要: 城市经济的快速发展导致地面用地日趋紧张,对城市地下空间资源进行综合质量评价,进而高效合理地开发地下空间成为解决城市病问题的重要途径。以银川市为例,开展地下空间资源综合质量评价。分别建立了地下空间资源开发难度、潜在价值和综合质量评价模型,确定了包括地质条件、环境条件、社会经济条件等诸多因素在内的评价指标。采用层次分析法,结合专家问卷调查,确定各评价指标的权重。运用GIS技术,评价银川市地下空间资源开发难度和潜在价值,得出银川市地下空间资源综合质量评价结果。结果表明,银川市浅层地下空间资源开发难度主要受岩土体问题的影响,以及受生态保护要求与既有建筑设施因素的制约。潜在价值高的区域为中心城区及永宁县、贺兰县的城区,中心城区的鼓楼周边地区、火车站、汽车站等核心区域的地下空间资源综合质量等级最高。该评价结果对银川城市发展规划和地下空间开发利用具有较高的参考价值。
关键词: 地下空间资源    开发难度    潜在价值    综合质量评价    层次分析法    
Comprehensive quality evaluation of underground space resources in Yinchuan City
YAN Jinkai1, ZHAO Yinxin2, WANG Zhiheng3, WANG Zhihui1, LIU Kai1, REN Tianxiang1, XU Bo1    
1. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. Ningxia Institute of Geological Survey, Yinchuan 750021, Ningxia, China;
3. Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China
Abstract: The rapid development of urban economy has led to the increasing shortage of ground land.The evaluation of comprehensive quality of urban underground space resources for the efficient and reasonable use of underground space becomes an important way to solve the problem of urban diseases.Taking Yinchuan City as an example, the comprehensive quality evaluation of underground space resources was carried out.The difficulty, potential value and comprehensive quality evaluation models of underground space resources development were established respectively, and the evaluation indexes including geological conditions, environmental conditions and social and economic conditions were determined.The weight of each evaluation index was determined by using analytic hierarchy process (AHP).By using GIS technology, the difficulty and potential value of underground space resources development in Yinchuan City were evaluated, and the comprehensive quality evaluation results of Yinchuan underground space resources were obtained.The results show that the development difficulty of shallow underground space resources in Yinchuan City is mainly affected by rock and soil problems, as well as obviously restricted by ecological protection requirements and existing building facilities.The areas with high potential value are the central urban area and the urban areas of Yongning county and Helan County.The underground space resources around drum Tower, railway station, bus station and other core areas in the central urban area have the highest comprehensive quality grade.The evaluation results have high reference value for urban development planning and underground space development and utilization in Yinchuan City.
Key words: underground space resources    development difficulty    potential value    comprehensive quality evaluation    analytic hierarchy process    

随着经济的快速发展和城市化进程的全面推进,城市建筑用地紧张、生存空间压缩、道路交通拥堵等问题日益凸显,严重影响人们的生活质量,制约城市的可持续发展。高效合理地开发利用地下空间已成为解决上述各问题的必要途径。科学评估城市地下空间资源开发潜力、难度、价值及综合质量是实现地下空间合理规划的重要基础工作。

地下空间资源综合质量是描述地下空间开发总体适宜性的指标,主要通过地下空间资源开发利用难易程度和资源开发的潜在价值2个分指标体现。诸多学者对城市地下空间资源综合质量及相关内容开展过研究[1-19]:郭建民等[1]采用层次分析法对北京旧城区的地下空间资源潜在价值进行了评估;廖建三等[2]对影响广州的浅层地下空间开发利用的地质因素进行了分区评价;吴立新等[3]采用模糊综合评估方法对北京CBD地下空间资源质量进行了评估;王永立[4]基于GIS-Fuzzy综合评判模型对天津市地下空间资源展开评估;Bobylev[5-6]对地下空间的质量、数量及地下基础设施深度、功能进行了统计分析,同时进行了数量、质量及历史利用等方面的评价;汪侠等[8-9]分别基于多层次灰色评价方法和模糊综合评价法对南京市鼓楼区地下空间资源开发潜力进行了评价。这些研究多以地下空间资源的潜在价值或开发潜力评价为主,综合考虑地下空间资源开发难度和潜在价值的综合质量评价研究较少。

银川市作为宁夏回族自治区首府,近些年经济发展迅速,城市用地日趋紧张。针对银川市地质条件、城市建设、社会经济发展现状,开展银川市地下空间资源综合质量评价,对银川市城市发展和地下空间的合理有序开发利用具有重要意义。本文采用层次分析法等方法,综合考虑银川市地质特征、地下空间利用现状及社会经济条件等因素,构建银川市地下空间资源评价模型与指标,并运用GIS技术,分别进行银川市地下空间资源开发难度评价和潜在价值评价,在此基础上对银川市浅层(0~15 m)地下空间资源综合质量开展评价研究。

1 研究区概况

本次评价范围为银川市城区。银川市位于黄河上游宁夏平原中部,地形分为山地和平原两大部分。西部、南部较高,北部、东部较低,略呈SW—NE向倾斜。地貌类型多样,自西向东分为贺兰山地、洪积扇前倾斜平原、洪积冲积平原、冲积湖沼平原、河谷平原、河漫滩地等。地层为第四系、新近系和古近系,0~15 m范围内岩性主要为砂土、粘土及砂砾石(图 1)。区内地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水。银川市地下空间资源的开发利用处于初始阶段,开发利用程度低。地下空间利用类型主要为地下车库、地下室、管廊、地下商场和人防工程,具有开发深度浅、分布散乱、不成规模等特点。

图 1 银川市地层岩性分布图 Fig.1 Distribution map of stratum lithology in Yinchuan City
2 评价指标体系 2.1 评价方法

影响地下空间资源综合质量评价的因素较多,这些因素相互联系、相互制约,具有较高的复杂性和多层次性,用精确的数据模型来求各影响因素的权重向量难度较大,一般采用层次分析法来解决该类问题。层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)是一种定性和定量相结合、多准则决策评价方法,通过研究分析决策目标和影响因素的内在关系将复杂问题层次化和数学化,建立简洁明确的层次分析结构模型,构造判断矩阵计算影响因素相对决策目标的权重值,最终排出各方案优劣顺序[20]。然后,采用多因子综合评判模型,将评价指标评分按照权重叠加,利用GIS技术实现评价结果。

2.2 评价模型

(1) 地下空间资源开发难度评价模型

地下空间资源的开发难度主要由工程地质条件和城市环境制约因素构成。对于银川地区来说,影响地下空间资源开发难度的控制指标见表 1,其评价模型为:

表 1 浅层地下空间资源开发难度评价指标 Table 1 Evaluation index of development difficulty of shallow underground space resources
$ {\mathit{S}_\mathit{d}} = \mathit{\alpha }\sum\limits_{\mathit{j} = 1}^\mathit{m} {{\mathit{w}_\mathit{j}}} \sum\limits_{\mathit{k} = 1}^\mathit{n} {{\mathit{w}_{\mathit{jk}}}{u_{\mathit{jk}}}} $ (1)

式中:ujk为第j个指标层中第k个指标的值;wjk为第j个指标层中第k个指标的权重;wj为第j个主题层的权重;Sd为开发难度的评价结果;α为难度折减系数,通常开挖深度越深,其施工难度越大。根据以往经验,本次评价对应于浅层地下空间,折减系数取1。

(2) 地下空间资源潜在价值评价模型

地下空间资源的潜在价值是对地下空间资源所在城市区位可能获得的经济、社会和环境效益期望水平进行的综合评价。通过大量调研,最终确定了银川市地下空间资源开发的潜在价值评价指标(表 2)。利用多因素加权平均的方法,基于社会经济条件的地下空间资源潜在价值评价模型为:

表 2 地下空间资源潜在价值评价指标 Table 2 Evaluation index of potential value of underground space resources
$ {\mathit{S}_\mathit{e}} = \mathit{\alpha }\sum\limits_{\mathit{j} = 1}^\mathit{m} {{\mathit{w}_\mathit{j}}{u_j}} $ (2)

式中:uj为第j个指标的数值;wj为第j个指标的权重;Se为潜在价值的评估结果;α为价值折减系数,开挖深度越深,开发潜在价值越小。

(3) 地下空间资源综合质量评价模型

地下空间资源开发的综合质量通过对地下空间资源开发难度和潜在价值进行叠加计算获得,体现了地下空间资源在地质、环境和社会经济条件等诸多因素影响下的综合价值。地下空间资源综合质量评估模型的计算公式为:

$ \mathit{S} = {\mathit{w}_\mathit{d}}{\mathit{S}_\mathit{d}} + {\mathit{w}_\mathit{e}}{\mathit{S}_\mathit{e}} $ (3)

式中:wdwe分别为自然因素与社会经济因素的权重;SdSe分别为资源开发难度和潜在价值评估值;S为综合质量。

2.3 评价指标权重

本次研究采取层次分析法(AHP)和指标影响程度比较来获取指标权重。层次分析法通过两两对比矩阵确定评价指标权重,可以对人的主观判断(定性分析)进行定量化,帮助决策者保持思维过程的一致性,将各种评价指标之间的差异数值化,从而确定这些指标的权重。各评价指标的权重见表 3表 4表 5

表 3 银川市浅层地下空间资源开发难度指标权重 Table 3 Weight of development difficulty index of shallow underground space resources in Yinchuan City
表 4 地下空间资源潜在价值指标权重 Table 4 Weight of potential value index of underground space resources
表 5 地下空间资源综合质量权重 Table 5 Weight of comprehensive quality index of underground space resources
2.4 评价指标分级量化

对地下空间资源开发难度和潜在价值评价指标进行分级量化,每个指标基本划分为4个级别,并逐一对划分级别后的单个要素指标进行赋值,根据银川市的实际情况,评价指标不同级别的评分情况见表 6表 7。根据银川市城市地质调查成果,制作各评价指标的分区图,部分指标分区如图 2所示。

表 6 地下空间资源开发难度指标分级评分 Table 6 Graded scoring of development difficulty index of underground space resources
表 7 地下空间资源潜在价值指标分级评分 Table 7 Graded scoring of potential value index of underground space resources
图 2 评价指标分区图 Fig.2 Partition maps of evaluation index
2.5 评价结果等级划分

采用前述的评估模型和方法,基于ArcGIS的空间分析功能,将各单因子图层加权叠加,采用分值区间评价分配的原则,对评价结果进行等级划分(表 8)。

表 8 评价结果等级划分 Table 8 Rank classification of evaluated results
3 评价结果及分析 3.1 地下空间资源开发难度评价

银川市浅层地下空间资源开发难度分级如图 3所示,表 9为相应的开发难度分级说明。银川市地下空间资源开发难度评价结果显示以下特征:浅层地下空间资源开发难度受岩土体问题的影响,以及受生态保护要求与既有建筑设施因素的制约明显。

图 3 银川市浅层地下空间资源开发难度评价分区图 Fig.3 Distribution map of development difficulty of shallow underground space resources in Yinchuan City
表 9 银川市浅层地下空间资源开发难度分级结果 Table 9 Grading result of development difficulty of shallow underground space resources in Yinchuan City
3.2 地下空间资源潜在价值评价

通过对研究区的人口、交通、经济、用地类型等因素进行加权整合,可以得出研究区的地下空间资源潜在价值分布图(图 4)。

图 4 银川市地下空间资源潜在价值评价分区图 Fig.4 Distribution map of potential value of underground space resources in Yinchuan City

潜在价值高的区域为中心城区,以及永宁县、贺兰县城区,面积共计213.6 km2,占4.9%。其中,兴庆区鼓楼周围主要为核心区住宅和商业区,受区位地理位置影响,该区域商住用地密集,地下空间的需求比较大,具有较大的开发潜力。

潜在价值较高的区域主要位于中心城区、永宁县、贺兰县城区的周边,面积共125.3 km2,占2.87%。受人口密度的影响,该区域人口密度较集中,考虑到住宅区域的停车、民防需求,该区域具有部分开发潜力。

潜在价值较低的区域面积较大,共2544.81 km2,占58.38%。该区域目前尚无大规模建设,人口密度较低,缺乏大型商业办公设施,如西夏区及金凤区的工业用地,考虑到民防需求及工业区的仓储用途,该区域也有一定的地下空间开发潜力,总体潜在价值较低。

潜在价值低的区域主要为以上地区之外的1475.3 km2的范围,占33.84%。该片区域目前除机场外尚无大规模的开发与规划,土地上多分布农田、保护区和文物遗址,开发价值低。

3.3 地下空间资源综合质量评价

采用本文阐述的评估模型和方法,基于ArcGIS的空间分析功能,将地下空间资源的开发难度和潜在价值进行叠加,生成浅层地下空间资源综合质量分级图(图 5)。图 4反映了研究区的综合资源禀赋。其中,中心城区的鼓楼周边地区、火车站、汽车站等核心区域(共占地150.8 km2)的地下空间资源综合质量等级最高,占3.46%。城市核心区周边区域的地下空间资源综合质量等级次之,面积为162.7 km2,占3.73%。综合质量较低的区域面积为2338.6 km2,占53.65%。镇北堡镇以西的贺兰山山前地带因区位价值最低导致其地下空间资源综合质量低,面积为1706.91 km2,占39.16%。

图 5 银川市浅层地下空间资源综合质量评价分区图 Fig.5 Distribution map of comprehensive quality of underground space resources
4 结论

本文采用层次分析法等方法,运用GIS技术,对银川市浅层地下空间资源综合质量开展评价研究,主要取得了以下认识。

(1) 构建了银川市地下空间资源的数学评价模型,提出了影响地下空间资源开发的指标及权重,开展了银川市地下空间资源的开发难度、潜在价值及综合质量评价。

(2) 银川市浅层地下空间资源开发难度主要受岩土体问题的影响,以及受生态保护要求与既有建筑设施因素的制约明显。

(3) 潜在价值高和较高的区域为中心城区与永宁县、贺兰县的城区及周边地区,其余地区开发程度小,潜在价值较低。

(4) 银川市中心城区的鼓楼周边地区、火车站、汽车站等核心区域的地下空间资源综合质量等级最高,城市核心区周边区域的地下资源综合质量等级次之。

(5) 本文综合考虑银川市地质特征、地下空间利用现状及社会经济条件等因素,在地下空间资源开发难度评价和潜在价值评价的基础上对银川市浅层地下空间资源综合质量进行评价,评价结果对银川市城市发展和地下空间的合理有序开发利用具有一定的参考意义。此外,本文仅针对银川市0~15 m的浅层地下空间资源开展了评价工作,更深层地下空间资源的评价工作有待进一步开展。

致谢: 成文过程中,得到南京大学李晓昭教授的悉心指导与帮助,审稿专家对本文提出了许多宝贵意见与建议,在此一并表示衷心的感谢。

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