Geological suitability evaluation of underground space resources based on the entropy weight optimization method
-
摘要:
对城市地下空间资源进行科学、合理的评价，是有效利用地下空间资源、编制地下空间规划的重要依据。基于影响地下空间资源开发利用的地质条件，分别构建了普通因子和敏感因子的地下空间资源地质适宜性评价体系，并对指标体系加以量化，采用熵权法计算指标权重，并利用AHP对熵权法进行优化。在此基础上，利用多目标线性加权函数法和最不利等级判别法进行地下空间地质适宜性评价，并以广东深圳市南山区为例开展地下空间资源评价。评价结果表明，深圳市南山区地下空间资源适宜性好的区域占47.81%，适宜性一般的区域占43.63%，适宜性差的区域仅占1.92%，禁建区占3.30%。该评价结果可为深圳市南山区的地下空间规划提供参考，评价模型和权重确定方法对未来地下空间资源地质适宜性评价具有一定借鉴意义。
Abstract:Scientific and reasonable evaluation of urban underground space resources is an important basis for effectively utilizing underground space resources and preparing underground space planning.Based on the geological conditions of the development and utilization of underground space resources, this paper constructs an evaluation system of geological suitability of underground space resources based on conventional factors and sensitive factors, quantifies the index system, uses the entropy weight method to quantify the index weight, and uses AHP to optimize the entropy weight method.On this basis, the multi-objective linear weighting function method and the most unfavorable grade discrimination method are used to evaluate the geological suitability of underground space, and the Nanshan District of Shenzhen is taken as an example to evaluate the underground space resources.The evaluation results show that 47.81% of the areas with good suitability of underground space resources in Nanshan District of Shenzhen, 43.63% of areas with general suitability, only1.92% of areas with poor suitability, and 3.30% of areas with prohibited construction.The evaluation results can provide some reference for the underground space planning in Nanshan District, Shenzhen.The evaluation model and weight determination method in this paper have certain reference significance for the geological suitability evaluation of underground space resources in the future.
-
-
表 1 南山区斜坡类地质灾害易发程度分区
Table 1. Zoning of slope geological hazard susceptibility in Nanshan District
地质灾害类型分区 面积/ km2 亚区名称 斜坡类地质灾害高易发区 29.2 大南山崩塌、滑坡地质灾害高易发区 塘朗山崩塌、滑坡地质灾害高易发区 麒麟山崩塌、滑坡地质灾害高易发区 斜坡类地质灾害中易发区 19.3 留仙洞一带崩塌、滑坡地质灾害中易发区 白芒一带崩塌、滑坡地质灾害中易发区 斜坡类地质灾害低易发区 37.4 桃源红花岭-塘朗山崩塌、滑坡地质灾害低易发区 铁岗水库东侧-西丽水库周边崩塌、滑坡地质灾害低易发区 羊台山崩塌、滑坡地质灾害低易发区 斜坡类地质灾害不易发区 82.5 白石洲-大磡地质灾害不易发区 注：整理自《深圳市地质灾害防治规划(2016—2025)》 
下载: 导出CSV
表 2 地下水类型及富水等级划分
Table 2. Groundwater type and water rich grade classification
地下水类型 富水等级 富水等级指标 单井涌水量
/(m3·d-1)地下水径流模数
/(L·(s·km2)-1)松散岩类孔隙水 水量中等 100~1000 \ 水量贫乏 ＜100 \ 基岩裂隙水 层状岩类裂隙水 水量贫乏 ＜100 ＜3 块状岩类裂隙水 水量丰富 100~1000 5~61.21 水量中等 ＜100 ＜3
下载: 导出CSV
表 3 水对混凝土结构的腐蚀性评价标准
Table 3. Evaluation standard for corrosiveness of water to concrete structures
腐蚀等级 腐蚀介质 腐蚀性标准 微 总矿化度/(mg·L-1) < 20000 弱 20000~50000 中 50000~60000 强 >60000
下载: 导出CSV
表 4 地下空间开发地质适宜性评价指标的分级量化标准
Table 4. Graded scoring of geological suitability evaluation index for underground space development
指标层 地下空间开发地质适宜性评价等级 优(9) 良(7) 中(5) 较差(3) 差(1) 地形地貌 平原 台地 残丘 丘陵 人工改造地貌 砂土液化 不液化 \ 轻微液化
(ILE＜6)中等液化
(ILE＝6~18)严重液化
(ILE>18)地质灾害易发性 不易发区 \ 低易发区 中易发区 高易发区 地下水富水性/(m3·d-1) 基岩裂隙水 \ 水量贫乏
(＜100)水量中等
(100~1000)\ 地下水腐蚀性 微腐蚀区 \ 弱腐蚀区 \ \ 年代地层 侵入岩 中元古界 白垩系 更新统 全新统 软土层厚度 < 2 m 2~6 m 6~10 m 10~14 m >14 m 断裂构造 非断裂区域 \ \ 影响区域 避让区域 水源地分布 非保护区 \ \ 二级保护区 一级保护区
下载: 导出CSV
表 5 平均随机一致性指标取值(赵静等，2000)
Table 5. Average random consistency index value
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RI 0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 1.49
下载: 导出CSV
表 6 分区结果等级划分
Table 6. Graded scoring of zoning results
因子 分区结果 普通因子 0≤Cp < 4 4≤Cp < 7 7≤Cp≤10 总体复杂 总体一般 总体简单 敏感因子 0≤Cm < 3 3≤Cm < 6 6≤Cm≤10 总体复杂 总体一般 总体简单
下载: 导出CSV
表 7 二级指标熵值及权重
Table 7. Entropy value and weight of secondary index
指标 熵值 权重 地形地貌 0.988 0.069 砂土液化程度 0.973 0.160 地质灾害易发性 0.968 0.189 地下水富水性 0.971 0.170 地下水腐蚀性 0.975 0.149 年代地层 0.988 0.070 软土层厚度 0.967 0.193
下载: 导出CSV
表 8 一级指标判断矩阵及一致性检验
Table 8. Judgment matrix and consistency test of first-order index
指标 工程地质条件 水文地质条件 岩土体条件 权重 工程地质条件 1 2 2 0.471 水文地质条件 1 1 0.264 岩土体条件 1 0.264 λmax=3.008 RI=0.52 CR=0.008
下载: 导出CSV
表 9 二级指标权重
Table 9. Secondary index weight
一级指标 权重ωx 二级指标 权重ωxy 权重ωj 工程地质条件 0.471 地形地貌 0.169 0.080 砂土液化程度 0.387 0.183 地质灾害易发性 0.443 0.209 水文地质条件 0.264 地下水富水性 0.500 0.132 地下水腐蚀性 0.500 0.132 岩土体条件 0.264 年代地层 0.167 0.044 软土层厚度 0.833 0.220
下载: 导出CSV
表 10 敏感因子熵值和权重
Table 10. Entropy and weight of sensitive factors
指标 熵值 权重 断裂构造 0.992 0.457 水源地保护区 0.990 0.543
下载: 导出CSV
-
[1] Admiraal H, Cornaro A. Why Underground Space Should Be Included in Urban Planning Policy-And How This Will Enhance an Urban Underground Future[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 55: 214-220. doi: 10.1016/j.tust.2015.11.013
[2] Broere W. Urban underground space: Solving the problems of today's cites[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 55: 245-248. doi: 10.1016/j.tust.2015.11.012
[3] Roberts D V. Sustainable development and the use of underground space [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1996, 11(4): 383-390. doi: 10.1016/S0886-7798(96)00039-9
[4] Sterling R L, Nelson S. Planning the development of underground space[J]. Underground Space, 1982, 7(2): 86-103.
[5] Youssef A M, Pradhan B, Tarabees E. Integrated evaluation of urban development suitability based on remote sensing and GIS techniques: contribution from the analytic hierarchy process[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2011, 4(3/4): 463-473.
[6] Zhao J, Lee K W. Construction and Utilization of Rock Caverns in Singapore, Part C: Planning and location Selection [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1996, 11(1): 81-84. doi: 10.1016/0886-7798(96)00056-9
[7] 陈舞, 张国华, 王浩, 等. 基于粗糙集条件信息熵的山岭隧道坍塌风险评价[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3549-3558. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTLX201909028.htm
[8] 陈小坤. 城市地下空间开发适宜性评价方法研究[D]. 广州大学硕士学位论文, 2022.
[9] 陈绪钰, 王东辉, 倪化勇, 等. 长江经济带上游地区丘陵城市工程建设适宜性评价——以泸州市规划中心城区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(1): 194-207. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CCDZ202001016.htm
[10] 国家地质总局. 综合水文地质图编图方法与图例[M]. 北京: 地质出版社, 1979.
[11] 郭建民, 祝文君. 基于层次分析法的地下空间资源潜在价值评估[J]. 地下空间与工程学报, 2005, (5): 655-659, 664. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE200505001.htm
[12] 何静, 周圆心, 郑桂森, 等. 北京市地下空间资源利用地质适宜性评价研究[J]. 地下空间与工程学报, 2020, 16(4): 955-966. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE202004001.htm
[13] 洪文二, 严惠, 苏学权. 安庆西高铁新区工程地质评价及空间开发建议[J]. 安徽地质, 2019, 29(2): 122-127. doi: 10.3969/j.issn.1005-6157.2019.02.011
[14] 胡学祥, 刘干斌, 陶海冰. 基于ArcGIS宁波市地下空间开发适宜性评价研究[J]. 地下空间与工程学报, 2016, 12(6): 1439-1444. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE201606002.htm
[15] 黄静莉, 王清. 基于粗糙集的地下空间岩土体属性重要性评估[J]. 地下空间与工程学报, 2015, 11(3): 547-550, 556. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE201503002.htm
[16] 黄于新, 郑伟锋, 郑先昌. 深圳宝安区地下空间评估的地质环境因子评价[J]. 广东土木与建筑, 2009, 16(3): 46-49. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDTM200903015.htm
[17] 黄玉田, 张钦喜, 孙家乐. 北京市中心区地下空间资源评估探讨[J]. 北京工业大学学报, 1995, (2): 93-99. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJGD502.014.htm
[18] 建筑抗震设计规范GB50011—2010[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.
[19] 姜云, 吴立新, 车德福. 地下空间资源质量熵权与可变模糊集组合评估[J]. 中国矿业大学学报, 2009, 38(6): 872-877, 896. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGKD200906023.htm
[20] 蒋旭, 王婷婷, 穆静. 地下空间开发利用适宜性与资源量的应用研究[J]. 地下空间与工程学报, 2018, 14(5): 1145-1153. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE201805001.htm
[21] 廖建三, 彭卫平, 林本海. 影响广州市浅层地下空间开发利用的地质因素分析及分区评价[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, (S2): 3357-3362. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX2006S2002.htm
[22] 刘健, 魏永耀, 高立, 等. 苏州城市规划区地下空间开发适宜性评价[J]. 地质学刊, 2014, 38(1): 94-97. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSDZ201401017.htm
[23] 刘运来, 吴江鹏, 彭培宇, 等. 基于地质环境要素的地下空间利用适宜性评价[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(5): 58-62+67. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CJKB201705014.htm
[24] 柳昆, 彭建, 彭芳乐. 地下空间资源开发利用适宜性评价模型[J]. 地下空间与工程学报, 2011, 7(2): 219-231. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE201102004.htm
[25] 马邦闯, 谭飞, 焦玉勇, 等. 基于粗糙集与AHP的地下空间开发地质适宜性评价模型构建方法研究[J]. 安全与环境工程, 2020, 27(6): 153-159. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KTAQ202006022.htm
[26] 马莎, 刘聪聪, 张润华, 等. 基于熵权-层次分析法的地下空间适宜性评价[J]. 科学技术与工程, 2021, 21(23): 10013-10020. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS202123047.htm
[27] 唐嘉锋, 魏会龙, 许大雄, 等. 深圳市南山区工程地质适宜性分区[J]. 福建建设科技, 2017, (3): 7-9. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJJK201703003.htm
[28] 童林旭. 城市地下空间资源评估与开发利用规划[M]北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
[29] 王法, 张亚芹, 王军辉, 等. 北京市中心城基坑工程地质条件适宜性评价方法研究[J]. 岩土工程学报, 2012, 34(S1): 739-743. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC2012S1144.htm
[30] 王学良, 韩振华, 张路青, 等. 高放废物地质处置阿拉善预选区工程地质适宜性评价[J]. 工程地质学报, 2018, 26(6): 1715-1723. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCDZ201806035.htm
[31] 王寓霖, 阳富强. 基于熵权物元可拓模型的地下空间火灾安全评价[J]. 安全, 2019, 40(1): 54-57, 61. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ANQU201901016.htm
[32] 吴炳华, 张水军, 徐鹏雷, 等宁波市地下空间开发地质环境适宜性评价[J]. 地下空间与工程学报, 2017, 13(S1): 16-21. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BASE2017S1003.htm
[33] 吴立新, 姜云, 车德福, 等. 城市地下空间资源质量模糊综合评估与3D可视化[J]. 中国矿业大学学报, 2007, (1): 97-102. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGKD200701019.htm
[34] 张玉敏. 哈尔滨市核心城区三维工程地质结构及地下空间适宜性研究[D]. 吉林大学硕士学位论文, 2012.
[35] 赵慧娟. 城市地下空间开发工程地质条件适宜性综合评价模型研究[D]. 南京师范大学硕士学位论文, 2018.
[36] 赵静, 但琦. 数学建模与数学实验[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.
[37] 甄艳, 鲁小丫, 李胜, 等. 城市地下空间开发利用适宜性评价[J]. 测绘科学, 2018, 43(5): 62-67, 86. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHKD201805011.htm
[38] 中华人民共和国建设部. 岩土工程勘察规范(GB50021—2011)[M]. 北京: 中华计划出版社, 2009.
[39] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规范(GB50011—2010)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.
[40] 朱恒华, 刘娅楠, 贾超, 等. 基于模糊数学和改进层次的地下空间评价[J]. 工程建设与设计, 2022, (15): 83-86. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCJS202215025.htm
[41] 祝文君, 童林旭. 北京旧城区浅层地下空间资源调查[C]//中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集, 1992: 54-59.
-
图(5)
表(10)
计量
- 文章访问数: 1774
- PDF下载数: 107
- 施引文献: 0