城市建设用地地质环境质量评价方法研究

城市建设用地规划后评价方法~

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。

一、环境风险评价方面，国外研究比较发达，国内比较晚;在地质环境风险评价方面，国内外研究比较少
环境风险评价是当前环境保护工作中一个新兴领域，它的诞生一方面是环境保护的迫切需要，另一方面也是环境科学发展的必然结果，标志着环境保护的一次重要战略转折，由原先污染的治理转变为污染前的预测和实行有效管理。因此愈来愈受到许多国家环保机构和有关国际性组织的重视。
风险评价兴起于20世纪70年代几个工业发达国家，尤以美国在这方面的研究独领风骚。在短短20多年中，就环境风险评价技术而言，大体上经历了三个时期:20世纪70年代至80年代初，风险评价处于萌芽阶段，风险评价内涵不甚明确，仅仅采取毒性鉴定的方法;20世纪80年代中，风险评价得到很大的发展，为风险评价体系建立的技术准备阶段［102、109、110、169～176、188～206］。1983年，美国国家科学院(NAS)提出风险评价由四个部分组成，称为风险评价“四步法”即危害鉴别，剂量—效应关系评价，暴露评价和风险表征［190～193］，并对各部分都作了明确的定义。由此，风险评价的基本框架已经形成。在此基础上，美国EPA制定和颁布了有关风险评价的一系列技术性文件、准则或指南［190～193］。但大多是人体健康风险评价方面的。例如，1986年发布了致癌风险评价、致畸风险评价、化学混合物健康风险评价、发育毒物健康风险评价、暴露评价、超级基金场地危害评价和风险评价等指南［180、190～193］。1988年又发布了内吸毒物(sytemictoxicants)和男女生殖性能毒物等评价指南。1989年，美国EPA还对1986年指南进行了修改。因此，从1989年起，风险评价的科学体系基本形成，并处于不断发展和完善的阶段。
近几年来，环境风险评价业已被人们所重视，已处在同人体健康风险评价同等的地位。美国EPA从1989年以来一直致力于环境风险评价指南的制订工作，1992年确定了一个环境风险评价指南制订工作大纲，原则上给出了环境风险评价的框架。从研究内容上看，大致上与NAS提出的“四步法”相同，但每一方面的重点和方法又有不同的内容。该大纲将环境风险评价过程分为三步:第一步为问题阐述(Problem for Evolution)，描述目标污染物特性和有风险环境系统，进行终点选择和有关评价中假设的提出。问题阐述是确定评价范围和制订计划的过程;第二步为分析阶段，(analysis phase)，主要从暴露表征和环境效应表征两个方面进行;第三步为风险表征。显然，目前国外环境风险评价主要包括人体健康风险评价和环境风险评价两方面，风险评价的科学体系已基本形成。相对来说，人体健康风险评价的方法已基本定型，环境风险评价正处在总结、完善阶段。
总之，随着环境保护进入一个新的时代，可以预见，环境风险评价研究必将对人类生存及自然环境的保护和改善做出新的贡献，并将对环境科学理论研究有新的推进。
我国在这方面的系统研究正处于起步阶段［197～206］。“六五”时期我国开展了化学品风险管理和风险控制的研究以及农药的毒性鉴定与评价等工作，国内一些单位已建立了可与国际水平相比的陆生生态、水生生态和环境毒理学实验室，卫生、化学、环境保护系统正在开展有关工作，拥有一支专业配套的科研队伍，近几年国内“数据库”建设取得了长足的进展。所有这些都为开展环境风险评价研究打下了良好的基础。我们应该清醒地看到，目前我国开展风险评价水平，与国外发达国家相比，还有相当大的差距，开展这方面的工作还有许多困难。归纳起来有:各基础学科发展不平衡、专业之间不配套、基础学科研究成果与风险评价的要求不适应、有关研究部门之间不配套、风险评价与风险管理不配套，还没有一套适合中国的有关风险评价的程序、方法等技术性文件。
我国的风险评价研究起步与20世纪90年代，且主要以介绍和应用国外的研究成果为主，目前，还没有一套适合中国的有关风险评价程序和方法的技术性文件。环境风险评价在我国得到真正重视是在1990年以后［197～206］。一是国家环境保护局于1990年下发第057号文件，要求对重大环境污染事故隐患进行环境风险评价，进一步推动我国环境风险评价的研究与开展。
由现有可查询的资料可看出，对于环境风险评价的调查和研究基本上都集中在一些石化企业发生的事故进行风险评价，如化工原料的运输与存放、易燃易爆和有毒有害物质的生产和运输、核电站的建设和运行等一些具有突发性强、危害性大、有害化学品类型多、行为复杂等特点的事件可能存在的风险进行评价。
二、发展趋势
1.目前国内外环境风险评价具有以下的特点和趋势［102、103、197～206］
(1)研究热点已由人体健康风险评价转移到生态风险评价;
(2)从污染数量上来说，已由单一污染物作用进一步考虑到多种污染物的复合作用;
(3)从环境风险类型来说，不仅考虑化学污染物，特别是有毒有害化学物，而且考虑到非化学因子对环境的不利影响;
(4)从评价范围方面来说，由局部环境风险发展到区域性环境风险，乃至全球环境风险;
(5)技术处理上由定性向半定量、定量方向发展。
随着我国城市化进程的发展，有关城市土地利用和规划合理性的环境评价工作越来越受到重视。如对城市土地可持续利用评价的指标体系与方法研究、城市化进程中土地资源持续利用问题研究以及对城市土地适宜性评价等研究工作。由此可见，早期的风险评价主要局限于人体健康的风险评价，城市土地的环境评价逐渐受到重视，而对城市土地利用的地质环境风险评价研究工作并不多见。
2.地质环境风险经济学评价研究的进展概况
地质环境风险评价属于环境风险评价的组成部分。近十年来，国外对地质环境风险评价已零星可见，如对垃圾处置场环境风险评价等，但对城市地质环境风险的全面、系统评价还没有见到。
我国在地质环境风险评价这方面的研究正处于起步阶段。20世纪80年代来，国内对地质环境质量评价、城市建设用地的地质环境适宜性评价等研究较多，也有一些学者对地质灾害的风险和生态风险评价开展研究，取得了不少成果，但至今仍没有对地质环境风险评价方法和指标体系的建立做过系统、深入的研究工作，不能满足当今城市规划建设和城市经济发展、环境保护等的需求。
环境经济学在我国也是一门新兴学科，突破古典的劳动价值论，把自然资源和自然环境看做一种既有使用价值，又有交换价值的资源，最近几年来才逐渐被人们接受。利用自然资源与自然环境价值理论，对自然资源与自然环境的价值及人类活动影响的环境生态功能价值及其退化所造成的经济损失进行评价的研究成果，也是最近几年来才见到报道。把环境经济学、自然环境资源价值理论、原理和方法，引入地质环境质量和地质环境风险评价，在国外极少见到报道，国内还没有。

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X_l，X₂，…，X_n，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λ_max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w_i代表判断矩阵的特征向量。

(2)计算判断矩阵的最大特征值（λ_max）

计算并比较特征值λ得到判断矩阵最大特征值λ_max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＝（λ_max－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

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