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摘要：地质环境质量评价对城市环境规划有着重要意义。在分析塘沽地区地质环境质量影响因素的基础上，采用模糊数学评判方法，建立评价模型，评价塘沽地区地质环境质量。
关键词：地质环境质量，影响因素，模糊数学评价
中图分类号：P624 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2017）06-0072-76 收稿日期：2017-05-02
地质环境是自然环境中影响人类生活发展的最重要的一个组成部分，地质环境系统通过人类各种活动与社会、经济发生紧密联系，并互相制约和影响。地质环境评价是按照一定的原则和方法，对环境质量的优劣程度进行定性与定量描述，了解区域地质环境的基本态势和变化趋势，为环境管理和城市规划等提供依据。
本文以塘沽地区为研究区，在野外地质调查基础上，通过收集整理地质资料，筛选出影响塘沽地区地质环境的主要控制因素，建立评价模型，对研究区地质环境质量进行综合性评价。
1 影响塘沽地区城市地质环境质量的主要因素
1.1 研究区概况
塘沽地区位于天津市东部，是天津滨海新区的中心区。东临渤海，西邻东丽、津南区，南接大港地区，北抵汉沽地区和宁河区。塘沽地区境内南北长50km，东西宽25km，拥有92.16km海岸线。研究区位于华北准地台，黄骅坳陷。在地貌分区上属堆积低平原区。属温带季风型大陆性气候，四季分明。多年平均气温11.1-13.0℃，平均年降水量为500-690mm，平均蒸发量为1683-1912mm。
1.2 影响塘沽地区城市地质环境质量的主要因素分析
1.2.1 活动断裂
依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定，塘沽地区按8度进行抗震设防，设计基本地震加速度为0.2g。直接影响塘沽地区城市建设规划的活动断裂为：沧东断裂、海河断裂。
1.2.2 地基稳定性
研究区表层陆相沉积层厚度较薄，一般为2-4m，由新近沉积的粘土和粉土组成。普遍分布厚度不等的杂填土，局部有吹填土和杂填土，其下为湖沼相沉积层，以粘土为主，局部夹少量粉土，部分地区淤泥质土。该层天然地基条件较差。
1.2.3 软土震陷
研究区淤泥质土具流塑状态，含水量31.0%-53.0%，孔隙比0.94-1.59，压缩系数0.45-1.35；粘性土具软塑-可塑状态，含水量22.0%-40.0%孔隙比0.75-1.34，压缩系数0.25-0.80。属于高压缩性，低强度土。
1.2.4 砂土（粉土）液化
研究区20m以浅广泛发育全新统3段故河道、洼淀沉积层、全新统2段海相沉积层和全新统1段陆相冲积层。上述地层中普遍发育粉砂土沉积层。严重液化区主要分布于海河河道和天津港沿海。
1.2.5 土壤盐渍化
根据调查结果显示，研究区土壤盐渍化达到五级，cl含量>5400mg/kg。土壤盐渍化成为制约塘沽地区土地质量的最大问题。
1.2.6 地面沉降
2010-2014年研究区平均沉降量为24mm，其中2014年最大沉降速量为54mm，位于塘沽胡家园街西部，平均沉降量为18mm。
1.2.7 水土腐蚀
研究区浅水为咸水，水化学类型为Cl-Na，TDS普遍在10g/l以上，地下水位埋深一般小于2m。地下水SO42-、Cl-含量较高，对钢筋及混凝土均具有较高的腐蚀性。
2 地质环境质量评价模型
研究区地质环境条件较复杂，地质环境影响因素较多，将其建立成层次机构，更有利于理解和研究。另外，从研究区地质环境现状看，部分影响因素的研究不够深入，还处于定性阶段，或因子本身特点使其难以定量表达。这些因素决定采用模糊数学评判法更适宜开展地质环境质量评价。
2.1 模糊数学评判法原理
模糊数学评判法是一种运用模糊变换原理分析和评价模糊系统的方法。根据模糊评价法的基本思路就是引入模糊集合的概念，使模糊集合的特征函数在[0，1]区间上连续取值，从而使地质环境质量分级呈现渐变特点。
模糊评价的数学模型：设给定两个有限论域为：
（1）
（2）
U代表综合评价所设计的因子集合，即参加地质环境评价所选定的因子；V代表等級划分集合。取U上的模糊子集A和V上的模糊子集B，通过模糊关系矩阵R，则有如下模糊变换：
（3）
其中，A为U中诸因素Ui按其影响程度，分别赋予不同权重所组成的模糊子集；模糊向量为最终综合评价的结果；R为总的单因子隶属矩阵。
综合评价的目的是求得模糊向量B，B是由因子权重集A与模糊关系矩阵R的合成。
2.2 模糊数学评判法评价步骤
2.2.1 评价网格的划分
为了提纲评价分辨率，将研究区按一定标准剖分成网格单元，利用GIS方法将每个评价因子的实际值均赋到每个网格单元上，然后采用微机编程对每个网格单元进行模糊评价运算。
2.2.2 确定评价因子权重集A
根据评价因子作用大小分别给予不同的权重。地质环境综合评价一般分为三级或五级，按因子贡献率求各评价因子权重，计算公式为：
（4）
对Wki做归一化处理：
（5）
式中：Cki—K网格单元中第i个评价因子的实际值；
Piz-中间级地质环境质量中第i个评价因子的标准值；
Aki—K网格单元中i个评价因子的权重值。
将各评价因子的实际值和选定的评价标准值分别带入式4和式5，便可求得每个网格单元中各评价因子的权重值，并组成评价因子权重集A。 2.2.3 求取隶属矩阵R
根据评价因子的实际值和标准值，可以求出其对各级别的隶属度，首先要建立隶属函数通式。设某一评价因子i的j级标准值分别为，则评价因子对各级地质环境的隶属函数如下：
对Ⅰ级的隶属函数，即j=1时
对j级隶属函数，即j=2，3，…，m-1时
（7）
对m级隶属函数，即j=m时
可以根据以上隶属函数求出隶属度后，确定模糊关系矩阵R。根据改写的隶属函数可以求出每个网格单元中第i个评价因子的隶属度，然后合在一起组成模糊关系矩阵：
R：
2.2.4 求取模糊向量B
對因子权重集A和隶属矩阵R进行复合运算，计算出模糊向量B，从而得到每个网格单元的模糊评价结果，即确定每个网格单元是属于哪个等级。
2.2.5 地质环境综合评价结果
利用GIS或其他技术，将所有网格单元的评价结果进行同级合并，得到研究区地质环境质量不同等级的分布范围。
3 塘沽地区地质环境质量评价
3.1 评价因子量化分级
以影响塘沽地区地质环境质量的因子地面沉降、地壳稳定性、地基稳定性、软土震陷、砂土（粉土）液化和土壤盐渍化等6个指标作为评价因子，采用模糊数学评判法进行城市地质环境评价的过程。
根据评价因子的特点进行量化分级（见表1），将地质环境质量等级分为三级，即Ⅰ级（地质环境质量较好）、Ⅱ级（地质环境质量中等）、Ⅲ级（地质环境质量一般）。
3.2 评价网格的划分
将塘沽地区按公里网划分，剖分成1km×1km的网格单元，利用GIS地理数据处理方法（Geoprocessing）将6个评价因子的实际值均赋到每个网格单元上，然后采用微机编程对每个网格单元进行模糊评价运算。
3.3 地质环境综合评价结果
利用GIS技术，将网格单元的评价结果进行同级合并，得到塘沽地区地质环境质量较好、中等和一般的分布范围（见表2）。
4 结论
本文系统分析影响塘沽地区地质环境质量后主要因素，利用模糊数学评价方法对塘沽地区地质环境质量进行综合评价，得到了塘沽地球地质环境质量分区特征，可以为城市规划建设提供地质信息支持。
参考文献：
1.王文科 廖健榕.模糊分析在水文地质学中的应用.西安地图出版社.1996
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11.杨志辉 徐辉.基于最优模糊聚类的地下水评价.水利经济.2006.24.01
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14.蔡鹤生 周爱国 唐朝晖.地质环境质量评价中的专家-层次分析定权法.地球科学-中国地质大学学报.1998.23.03
15.杨澍 初禹 杨湘奎 娄本君.层次分析法（AHP）在三江平原地质环境质量评价中的应用.地质通报.2005.24.05
16.黄鹏飞 马栋和 王子佳 巩浩波.层次分析法在民勤绿洲地下水功能评价中的应用.中国环境管理.2006.1-5
The Geological Environment Evaluation in Tanggu
District Based on the Assessment Method of Fuzzy Mathematics
Yang Shuchang
Abstract：The evaluation about the geological environment and its quality play an important role in city environmental planning. Based on the analysis about the influencing factors of geological environment and its quality in Tanggu area， the method of fuzzy mathematics is used in this paper.While the geological environmental quality in Tanggu area is evaluated through the evaluation model.
Keywords：Geological environment quality，Influencing factors，Fuzzy mathematics
关键词：地质环境质量，影响因素，模糊数学评价
中图分类号：P624 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2017）06-0072-76 收稿日期：2017-05-02
地质环境是自然环境中影响人类生活发展的最重要的一个组成部分，地质环境系统通过人类各种活动与社会、经济发生紧密联系，并互相制约和影响。地质环境评价是按照一定的原则和方法，对环境质量的优劣程度进行定性与定量描述，了解区域地质环境的基本态势和变化趋势，为环境管理和城市规划等提供依据。
本文以塘沽地区为研究区，在野外地质调查基础上，通过收集整理地质资料，筛选出影响塘沽地区地质环境的主要控制因素，建立评价模型，对研究区地质环境质量进行综合性评价。
1 影响塘沽地区城市地质环境质量的主要因素
1.1 研究区概况
塘沽地区位于天津市东部，是天津滨海新区的中心区。东临渤海，西邻东丽、津南区，南接大港地区，北抵汉沽地区和宁河区。塘沽地区境内南北长50km，东西宽25km，拥有92.16km海岸线。研究区位于华北准地台，黄骅坳陷。在地貌分区上属堆积低平原区。属温带季风型大陆性气候，四季分明。多年平均气温11.1-13.0℃，平均年降水量为500-690mm，平均蒸发量为1683-1912mm。
1.2 影响塘沽地区城市地质环境质量的主要因素分析
1.2.1 活动断裂
依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定，塘沽地区按8度进行抗震设防，设计基本地震加速度为0.2g。直接影响塘沽地区城市建设规划的活动断裂为：沧东断裂、海河断裂。
1.2.2 地基稳定性
研究区表层陆相沉积层厚度较薄，一般为2-4m，由新近沉积的粘土和粉土组成。普遍分布厚度不等的杂填土，局部有吹填土和杂填土，其下为湖沼相沉积层，以粘土为主，局部夹少量粉土，部分地区淤泥质土。该层天然地基条件较差。
1.2.3 软土震陷
研究区淤泥质土具流塑状态，含水量31.0%-53.0%，孔隙比0.94-1.59，压缩系数0.45-1.35；粘性土具软塑-可塑状态，含水量22.0%-40.0%孔隙比0.75-1.34，压缩系数0.25-0.80。属于高压缩性，低强度土。
1.2.4 砂土（粉土）液化
研究区20m以浅广泛发育全新统3段故河道、洼淀沉积层、全新统2段海相沉积层和全新统1段陆相冲积层。上述地层中普遍发育粉砂土沉积层。严重液化区主要分布于海河河道和天津港沿海。
1.2.5 土壤盐渍化
根据调查结果显示，研究区土壤盐渍化达到五级，cl含量>5400mg/kg。土壤盐渍化成为制约塘沽地区土地质量的最大问题。
1.2.6 地面沉降
2010-2014年研究区平均沉降量为24mm，其中2014年最大沉降速量为54mm，位于塘沽胡家园街西部，平均沉降量为18mm。
1.2.7 水土腐蚀
研究区浅水为咸水，水化学类型为Cl-Na，TDS普遍在10g/l以上，地下水位埋深一般小于2m。地下水SO42-、Cl-含量较高，对钢筋及混凝土均具有较高的腐蚀性。
2 地质环境质量评价模型
研究区地质环境条件较复杂，地质环境影响因素较多，将其建立成层次机构，更有利于理解和研究。另外，从研究区地质环境现状看，部分影响因素的研究不够深入，还处于定性阶段，或因子本身特点使其难以定量表达。这些因素决定采用模糊数学评判法更适宜开展地质环境质量评价。
2.1 模糊数学评判法原理
模糊数学评判法是一种运用模糊变换原理分析和评价模糊系统的方法。根据模糊评价法的基本思路就是引入模糊集合的概念，使模糊集合的特征函数在[0，1]区间上连续取值，从而使地质环境质量分级呈现渐变特点。
模糊评价的数学模型：设给定两个有限论域为：
（1）
（2）
U代表综合评价所设计的因子集合，即参加地质环境评价所选定的因子；V代表等級划分集合。取U上的模糊子集A和V上的模糊子集B，通过模糊关系矩阵R，则有如下模糊变换：
（3）
其中，A为U中诸因素Ui按其影响程度，分别赋予不同权重所组成的模糊子集；模糊向量为最终综合评价的结果；R为总的单因子隶属矩阵。
综合评价的目的是求得模糊向量B，B是由因子权重集A与模糊关系矩阵R的合成。
2.2 模糊数学评判法评价步骤
2.2.1 评价网格的划分
为了提纲评价分辨率，将研究区按一定标准剖分成网格单元，利用GIS方法将每个评价因子的实际值均赋到每个网格单元上，然后采用微机编程对每个网格单元进行模糊评价运算。
2.2.2 确定评价因子权重集A
根据评价因子作用大小分别给予不同的权重。地质环境综合评价一般分为三级或五级，按因子贡献率求各评价因子权重，计算公式为：
（4）
对Wki做归一化处理：
（5）
式中：Cki—K网格单元中第i个评价因子的实际值；
Piz-中间级地质环境质量中第i个评价因子的标准值；
Aki—K网格单元中i个评价因子的权重值。
将各评价因子的实际值和选定的评价标准值分别带入式4和式5，便可求得每个网格单元中各评价因子的权重值，并组成评价因子权重集A。 2.2.3 求取隶属矩阵R
根据评价因子的实际值和标准值，可以求出其对各级别的隶属度，首先要建立隶属函数通式。设某一评价因子i的j级标准值分别为，则评价因子对各级地质环境的隶属函数如下：
对Ⅰ级的隶属函数，即j=1时
对j级隶属函数，即j=2，3，…，m-1时
（7）
对m级隶属函数，即j=m时
可以根据以上隶属函数求出隶属度后，确定模糊关系矩阵R。根据改写的隶属函数可以求出每个网格单元中第i个评价因子的隶属度，然后合在一起组成模糊关系矩阵：
R：
2.2.4 求取模糊向量B
對因子权重集A和隶属矩阵R进行复合运算，计算出模糊向量B，从而得到每个网格单元的模糊评价结果，即确定每个网格单元是属于哪个等级。
2.2.5 地质环境综合评价结果
利用GIS或其他技术，将所有网格单元的评价结果进行同级合并，得到研究区地质环境质量不同等级的分布范围。
3 塘沽地区地质环境质量评价
3.1 评价因子量化分级
以影响塘沽地区地质环境质量的因子地面沉降、地壳稳定性、地基稳定性、软土震陷、砂土（粉土）液化和土壤盐渍化等6个指标作为评价因子，采用模糊数学评判法进行城市地质环境评价的过程。
根据评价因子的特点进行量化分级（见表1），将地质环境质量等级分为三级，即Ⅰ级（地质环境质量较好）、Ⅱ级（地质环境质量中等）、Ⅲ级（地质环境质量一般）。
3.2 评价网格的划分
将塘沽地区按公里网划分，剖分成1km×1km的网格单元，利用GIS地理数据处理方法（Geoprocessing）将6个评价因子的实际值均赋到每个网格单元上，然后采用微机编程对每个网格单元进行模糊评价运算。
3.3 地质环境综合评价结果
利用GIS技术，将网格单元的评价结果进行同级合并，得到塘沽地区地质环境质量较好、中等和一般的分布范围（见表2）。
4 结论
本文系统分析影响塘沽地区地质环境质量后主要因素，利用模糊数学评价方法对塘沽地区地质环境质量进行综合评价，得到了塘沽地球地质环境质量分区特征，可以为城市规划建设提供地质信息支持。
参考文献：
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The Geological Environment Evaluation in Tanggu
District Based on the Assessment Method of Fuzzy Mathematics
Yang Shuchang
Abstract：The evaluation about the geological environment and its quality play an important role in city environmental planning. Based on the analysis about the influencing factors of geological environment and its quality in Tanggu area， the method of fuzzy mathematics is used in this paper.While the geological environmental quality in Tanggu area is evaluated through the evaluation model.
Keywords：Geological environment quality，Influencing factors，Fuzzy mathematics