地下空间规划全要素生态地质评估方法探索

随着城市建设规模和速度的不断增长，城市建设的生态环境影响日益突出。与此同时由于地下工程深埋地下的建设特性，其利用会受到地下水、地面沉降、活动断裂、地下有害气体、砂土液化等因素的影响。因此，为保障城市生态地质环境安全，应立足生态优先、底线管控思维,系统了解地下空间生态本底条件，科学判断地下空间可利用资源规模与空间分布情况，作为地下空间合理开发利用的必要前提。本文系统梳理和分析地下空间开发利用的生态地质影响因素及其空间分布特征，探索全要素地下空间生态地质评估以及竖向生态控制线的划定方法，以期为协调地下空间开发利用与生态地质环境的关系，促进地下空间资源的可持续利用提供参考。

开展地下空间生态地质条件评估，科学判断地下空间资源环境承载力和地下空间开发适宜性，是城市地下空间可持续发展的重要前提。近年来，随着城市地下空间开发活动的加强，地下空间开发利用对地下生态地质环境的影响也日益明显。特别是地下轨道、长距离运输管线等大型线性工程在规划建设过程中，若未能协调好与地下水流向的关系，则容易导致设施两侧地下水压的变化，从而引起水文地质环境的失衡。另外，随着地下建设深度的不断加大，一些深层地下工程在施工钻孔过程中容易穿透地下隔水层，引起深部水和浅层水的混合与污染。因此，需要将地下空间生态地质调查作为地下空间规划建设的必要前提，有序推进全域及重点地区的地质勘察工作，全面摸清地下生态地质本底条件，协调好地下空间利用与生态环境保护的关系，科学划定城市地下空间的三维生态红线和限制建设区，合理引导、科学规范地下空间资源的可持续利用。

地下空间是城市建设的重要生态基底，也是一个多元化的生态集合。地下空间生态地质影响要素既包括依附于地表、直观可见的农林绿地、河流湖泊等各类生态保护要素，也包括深藏于地下的各类岩土体、含水层、能源以及地质灾害等各类“隐形”要素。与此同时，随着近年城市地下空间开发建设力度的增强，各类地下工程建设也对地下空间的后续利用以及周边生态地质环境也产生了影响，是“人工”形成的生态地质要素。因此，地下空间生态地质评估对象包括了地表以下空间的各类自然和人工系统，涉及生态、岩土、水文、地灾、工程、资源等不同领域，并且随着时间的推移和城市空间的拓展，相关影响要素种类还会不断增多。

地下空间是一个三维空间概念，不同的地下生态影响要素同样具有三维化的空间分布特征。地下空间生态地质评估不仅要理清各类生态地质要素的平面空间关系，同时也要考虑各类要素的竖向埋深情况，结合实际建设需求分析不同竖向埋深区间的生态地质环境特征。比如一些深埋于地下的地质要素对地表建设的影响较小，却是大深度地下工程建设及大型线性工程建设的主要考虑要素；与此同时，地下岩土、水文环境也具有竖向分层特征，在不同的竖向埋深区间内其影响范围和程度各不相同。

地下生态地质环境会随着城市地下空间建设活动而改变，与城市建设具有较强的关联性。比如随着城市浅层地下空间利用的逐渐饱和，地下建构筑物会对周边岩土体及水文环境产生一定的反作用，从而影响地区生态地质环境的整体适宜性；另外随着地下工程建设技术的改进，一些原本不利的生态地质要素也能被有效克服。因此地下空间生态地质评估应统筹考虑城市建设活动的空间分布和演变特征，从整体上把握和协调好地下空间建设与生态本底环境之间的关系。

随着地质勘查技术的提高，我们能够获取更大范围、更详细、更精确的地下生态地质资料，为地下空间生态地质评估提供了有力支撑。另外，实时监测技术也有助于及时了解地下生态地质环境与地下工程建设的最新情况，并通过三维建模和可视化技术直观呈现在城市管理平台，为科学预判地下空间资源条件、及时防范地质灾害风险提供有力条件。

影响地下空间开发利用的生态地质要素主要包括生态保护要素、工程地质要素、水文地质要素、地质灾害要素、工程建设要素，其中活动断裂、地面沉降、砂土液化、隐伏岩溶塌陷等地质灾害要素以及地下水流场、地下水位、地下隔水层等地下水环境要素对地下空间的影响呈现日益明显的态势。

影响地下空间开发利用的生态保护要素主要包括永久基本农田、森林、重要生态绿地、林地、农田等生态农林绿地，河湖水系、一级水源保护区、二级水源保护区、地下水源补给区等水源保护地，以及其他生态保护地区。其中永久基本农田及森林、河湖水系、一级水源保护区等具有重要生态价值的地区除必要的基础设施建设外，原则上不进行地下空间开发利用；重要生态绿地、林地、农田、二级水源保护区、地下水源补给区等生态敏感地区应适当限制地下空间开发利用强度和深度。

各类生态保护要素在空间分布上往往与生态保护红线、永久基本农田等重要控制线相关联，并包括城镇开发边界内的大型城市公园绿地、河湖水系、地下水源一级保护区等具有重要生态价值的区域。这些生态保护地区应限制与生态保护无关的地下空间开发利用活动，并在竖向层面形成一定的安全保护范围，以满足生态保护与修复要求。

地下工程地质环境对地下空间建设的影响主要体现在地下岩土体的工程力学特征，包括岩土类型、透水性、抗压缩能力、抗剪强度、地基承载力等，地下岩土体根据类型的不同主要包括填土、粘性土、粉土、沙土、碎石土等（见下图）。

地下岩土体往往受河流冲积扇的影响，呈现一定的空间渐变特征。在冲积扇顶部，地下岩土体以卵、砾石为主，地层结构较为单一，地下渗水性强，地下水位较深，地表以下几十米范围内普遍适宜地下空间建设；愈向冲积扇边缘，岩土体颗粒愈细，即由卵、砾石层——砾石、砂与粘性土重叠层——砂与粉土——粘性土重叠层进行过渡，岩土体结构逐渐呈现为多层交互的复杂结构（见下图），对地下空间工程建设产生一定的制约作用。

地下水对地下工程建设的影响主要体现在地下水位埋深、地下隔水层分布、地下水流场流向等方面。地下水文地质环境一般呈现明显的竖向分层特征，自地表以下分别为地表滞水、地下潜水、承压水（见图3-2）。其中地下潜水水位较高的地区在建设地下空间时，应考虑抗浮问题；地下承压水往往是重要的地下储水层且由于受隔水层的限制，会承受一定的静水压力，因此地下工程建设应尽量避免对地下承压水隔水层的直接穿透造成地下水涌；大型线性工程选线应关注地下水流场分布情况，尽量避免对地下水流的阻隔作用（见下图）；另外，地下水源井、河湖水系、地下水源保护区等水源保护地区内原则上应禁止地下空间的开发活动。

城市地下空间开发利用应避开不均匀沉降区、地震活动断裂带、砂土液化严重地区、隐伏岩溶塌陷区等地质灾害地区。地质灾害因素的影响范围并不局限于二维平面，而是一个三维空间概念。如地震活动断裂在地面以下往往呈现一定的斜向走势，因此在不同的竖向深度，活动断裂带的位置及其影响范围具有明显的差异（见下图）。地面沉降、沙土液化、岩溶塌陷等地质灾害因素也具有不同的竖向埋深特征，其中地面沉降及砂土液化的影响范围一般在地下30米以上，并与地下浅层及次浅层空间开发利用关联较大；地下岩洞的埋深往往较深，可达地下数百米，少数埋深小于50米的地下岩洞对地下工程建设影响较大，为易发生隐伏岩溶塌陷的敏感区。

为避免地下生态地质灾害要素带来的安全隐患，地下工程建设应尽量避开地质灾害风险地区。其中地震活动断裂带两侧、不均匀地面沉降速度较快地区，应避免大型地下线性工程的穿越（见下图）；随着地下轨道建设的迅速发展，地铁长期、持久性的振动可能引起周围砂土的液化现象，并造成地表建筑物的开裂等地质灾害，应加强对轨道沿线易砂土液化层的工程勘察与监测；埋深较浅的地下岩溶对地下工程施工和其上建筑物造成一定的安全隐患，在该类地区应尽量避免成规模的地下空间建设，并应针对地下岩溶的空间范围及其影响程度开展详细调查。

地下空间现状建（构）筑物及其基础是影响地下空间开发利用的因素之一，建（构）筑物及其基础下一定深度和旁侧一定宽度范围内为持力层，其空间范围根据建（构）筑物的高度及其基础埋深的不同一般在5-20米左右（见图3-6）。为了保证现状建（构）筑物及其基础的安全，该范围内不宜进行地下空间开发利用。另外，地下轨道区间及站点、综合管廊、重要市政管线等线性工程周边应设置一定的安全防范距离，该范围内的建设活动应征求相关工程管理部门意见。

现状建（构）筑物及其基础的空间影响范围呈现由浅至深逐渐递减的特征（见下图）。其中，地下10米以上范围内已有大量地下室、建筑基础、基础设施等建（构）筑物，可利用的地下空间资源有限，宜优先进行存量的优化提升；地下10-30米范围内主要受地下轨道工程、地下长距离市政管线、高层建筑地下室及其基础等的直接影响，具有一定的资源挖掘潜力；地下30米-50米地下空间受现状建（构）筑物影响较小，但由于是城市建设重要的基础持力层且地下水文敏感性较高，应以保护为主，慎重开发利用。地下50米以下地下空间以岩层为主，具有较强的开发不可逆性，应为远期开发科学预留空间。

综合考虑生态保护、地质灾害、水文地质、工程地质、工程建设各类生态地质因素的影响程度及三维空间分布情况，可以初步按照地下0-10米、地下10-30米、地下30-50米、地下50米以下四个主要竖向层次，从适宜建设、有条件建设、限制建设、禁止建设四类主要建设影响程度，建立基于多因素的地下空间生态地质三维评价矩阵（见下图）。

在对各竖向层次、各类生态地质影响要素进行分项评价的基础上，可结合地区发展特征，对各影响要素进行赋值并设定相应权重，通过叠加分析和加权求和，得到地下空间各竖向层次的生态适建性综合评价，并进一步明确适宜建设区、有条件建设区、限制建设区和禁止建设区的空间范围（见图4-1）。其中禁止建设地区可直接叠加，不参与权重分析。

在城市发展建设中，划定城市建设生态控制红线是有效协调城市建设和生态环境保护的关系，促进城市空间可持续发展的重要规划手段。鉴于地下空间利用的特殊性，地下空间生态控制红线不应仅局限于水平（二维）层面，有必要划定三维生态控制线，用以控制和引导地下空间的合理发展。

在城市生态控制线的划定中，建议重点参考两条水文线，一条是地下潜水水位线，一条是地下承压水顶板（隔水层）埋深线，作为地下空间开发建设的三维管控参考。其中，在无地下承压水隔水层的地区可优先依据地下潜水历史最高水位线划定地下空间三维生态控制红线；在有地下承压水隔水层的地区可依据地下较为连续的承压水层的顶板埋深（一般为地下30米左右，依不同地区实际情况而定）划定地下空间的三维生态控制红线（见图5-1）。地下空间三维生态控制红线以下区域从生态保护与远期战略储备考虑，除必要的城市基础设施建设外不进行成规模的开发利用。

地下空间不仅仅是城市重要的空间资源，也是自然生态系统的重要组成部分。城市地下空间开发利用应转变传统工程建设主导思维，以“地下空间生态地质评估”和“地下空间生态适建性分析”为前提，通过健全地下空间生态地质调查机制，全面梳理地下空间生态地质影响因素及其影响范围，明确地下空间生态安全底线，合理预判地质灾害风险并制定预防措施，保障城市地下空间资源的安全、可持续利用。本文仅仅是对相关问题的初步研究和探索，希望能引起有关人士的注意并展开更加深入的研究，为城市地下空间的科学规划、管理和利用提供有力支撑。