2019, Vol. 28
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随着社会的快速发展, 尤其是城市的现代化、都市化进程的加快, 土地利用率越来越高, 工程建设活动日趋频繁[1].在新城建设前对建设区进行工程建设适宜性评价是非常必要的.通过对建设场地的地质条件和地质环境科学地分析研究, 对建设场地合理地评价, 才能够达到合理地规划、开发利用的目的, 才能够在保护地质环境的同时更好地规划人类工程、经济活动, 能够最大限度地控制人类的各种活动对地质环境的影响, 使之更适宜于人类的生产和生活[2-4].
国内外针对建设场地的工程建设适宜性问题, 经历了从定性到半定量的一个过程, 评价方法主要有:多因子加权指数和法、模糊综合评价法、系统聚类分析法[5-7].为了评价结果更加客观, 目前, 层次分析法(AHP)也被频繁地用来确定评价因子的权重.
本次使用的基于GIS和AHP的灰色评估法集合了GIS系统强大的单元格剖分、数据管理、分析、可视化功能[8]和AHP确定权重更加准确客观的双重优点, 将灰色评估法引入评价分区过程, 把模糊的边界半定量化, 减少了人为因素的参与, 评价结果更加科学客观、准确.该方法在几个城市地质调查项目中应用效果较好, 在工程地质建设适宜性评价及其他方面的评价中值得推广.
1 基于GIS和AHP的灰色评估法步骤本次基于GIS和AHP灰色评估法, 是在对影响工程建设的单因素质量优劣等级评估的基础上, 运用层次分析法确定各单因素的权重, 最后用灰色评估法对工作区的工程建设适宜性进行综合评价.该方法在实际操作中的具体步骤如下:
1) 确定评价因子
正确选取影响工程建设的主要因素作为评价因子.
2) 建立评价标准
对各评价因子进行定性评价, 将GIS格网(GRID)作为基本评价单元, 对其评价结果进行剖分, 然后再由专家对剖分后的每个格网按统一的标准进行打分, 确定各个参评因子的分值.
3) 用层次分析法确定权重
采用层次分析法确定权重, 根据两两比对方法, 建立判断矩阵[9], 确定参评因子的权重.
4) 工程建设适宜性灰色综合评估
根据每个格网内各评价因子的实际分值和相应权重, 按(1)式[10]进行灰色评估, 得出每个格网的综合评估值.依据该评估值, 对综合评价结果划分等级.
| $ I = \mathop \Sigma \limits_{i = 1}^n {\alpha _i}{w_i} $ | (1) |
式中: I-综合评估值; αi-第i因素权重; wi-第i因素的评分.
2 实例分析下面以黄山市中心城区工程建设适宜性评价为例, 介绍该方法的具体应用.本次评价区范围为黄山市2009年城市规划中心城区范围, 包括屯溪城区、新城区、岩寺城区, 经度118°13′14″E-118°24′50″E、纬度29°40′39″N-29°52′46″N, 面积145 km2.评价深度为地表以下0~40 m深度范围内.
1) 确定评价因子
区内发育新元古界千枚状粉砂岩、千枚岩, 古生界页岩, 中生界砂岩、泥岩、页岩, 中性火山碎屑熔岩、基性玄武岩、燕山期侵入岩, 第四系砂土、砂砾石层、黏土.第四系松散层厚度不超过9 m.区内大的断裂不甚发育, 浅层地下水水量总体贫乏-极贫乏, 地下水腐蚀性微小.地壳稳定性及水文地质均适宜于开展工程建设.
参照《城乡规划工程地质勘察规范》[11], 结合黄山市中心城区地质背景, 选取场地的地形地貌、地质灾害、水文条件、工程地质作为此次工程建设适宜性评价的评价因子.
2) 建立评价标准
对区内地形地貌条件、水文条件、工程地质条件及地质灾害进行单因子工程建设适宜性评价.根据1: 50 000成图比例尺精度, 在黄山市中心城区建立了710个500 m × 500 m的单元格(图 1)(由于工作区范围不规则, 边界不足500 m × 500 m的格网也算一个单元格).用该单元格对地形地貌条件、地质灾害、水文条件、工程地质条件及评价图件进行剖分, 然后再由专家对剖分后的每个格网按照表 1进行打分(4分制), 分值越大表示工程建设适宜性越好.根据分值对城区工程建设进行适宜性分区(表 2).
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图 1 研究区评价单元格划分 Fig.1 Evaluation cell division of the study area |
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表 1 黄山市中心城区工程建设适宜性评价因子及评分标准 Table 1 Suitability evaluation factors and scoring criteria for engineering construction in the downtown Huangshan City |
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表 2 黄山市中心城区工程建设适宜性分区划分 Table 2 Suitability division of engineering construction in the downtown Huangshan City |
3) 用层次分析法确定权重
根据两两比对方法, 建立判断矩阵, 确定参评因子的权重(表 3).
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表 3 评价因子判断矩阵及权重 Table 3 Judgment matrix and weight of evaluation factors |
根据表 3, 指标值CI=0.0068, RI=0.9, CR=0.0076 < 0.1, 满足一致性检验, 即比较判断矩阵取值合理, 由此计算得出的权向量V=(0.3032, 0.2179, 0.1638, 0.3151)即为参评因子的权重.
4) 工程建设适宜性灰色综合评估
根据每个格网内各评价因子的实际分值(图 2)和相应权重, 按(1)式进行灰色评估, 得出每个格网的综合评估值.依据该评估值, 按照表 2得出工程建设适宜性分区图(图 3).
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图 2 评价因子分值 Fig.2 Scores of evaluation factors a-地形地貌分值(scores for landform); b-地质灾害分值(scores for geological disaster); c-水文条件分值(scores for hydrogeological condition); d-工程地质分值(scores for engineering geology); 1-3.00 < wi≤4.00; 2-2.00 < wi≤3.00; 3-1.00 < wi≤2.00; 4- 0 < wi≤1.00 |
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图 3 工程建设适宜性分区 Fig.3 Suitability division of engineering construction 1-适宜区(suitable area); 2-较适宜区(sub-suitable area); 3-适宜性一般区(moderate-suitability area); 4-适宜性差区(poor-suitability area); 5-河流(river) |
工程建设适宜性可分为适宜区、较适宜区、适宜性一般区、适宜性差区.适宜区主要分布于新安江、横江、率水、丰乐河等河流及其支流两侧的一级阶地、二级阶地经开区等地.较适宜区主要分布于新安江、横江、率水、丰乐河等河流两侧河漫滩, 开展工程建设需注意洪水因素.适宜性差区分布于低丘, 地形坡度多呈20~25°.适宜性差区分布于中高丘, 地形坡度大, 不适宜于大面积开展工程建设, 适宜于建设城市野外探险, 森林公园等休闲场所.
3 结论本研究把基于GIS和AHP的灰色评估法应用到工程建设适宜性评价中, 利用GIS系统强大的单元格剖分与数据管理分析及可视化功能, 通过AHP确定权重更加准确客观, 应用灰色关联分析方法对受多种因素影响的事物从整体观念出发进行综合评价.以黄山市中心城区为例, 介绍了该方法的具体步骤, 获得了黄山市中心城区工程建设适宜性分区图, 与定性认识基本吻合, 取得了较好的效果, 为黄山市城市规划与工程建设提供了可靠的地质数据.该方法在其他几个城市地质调查项目工程地质建设适宜性评价中应用效果较好, 值得推广.
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