城市地质调查工作方法探讨

汪庆华——以杭州城市地质调查项目为例内容提要1国内外城市地质工作研究历史及进展2城市地质调查的工作目标与任务3城市地质调查的主要工作内容5城市地质调查的主要工作方法4城市地质工作部署与精度要求城市是政治、经济、文化和信息的中心，其形成是产业革命和经济发展的必然结果，世界上近70亿人口中约有50%居住在城市地区，因此，人类社会的可持续发展重点和关键在城市。地质条件是城市生态环境存在与稳定的基本因素，是建设城市的物质基础。城市化的迅速发展，引发了诸多的城市地质问题与灾害，制约着未来城市的发展。城市中心的许多问题或灾害直接或间接与城市地区的地质或水文地质条件以及人类活动相关城市地质工作的概念城市地质工作是在城市及其周边地区或城市潜在化地区的特定空间范围内，综合考虑各种地质要素，研究其对城市发展所提供的地质环境、资源，所施加的约束条件以及城市发展对其产生的影响，为城市规划、建设和管理服务的地质工作。国内外城市地质工作研究历史及进展为解决和减少城市地区出现的地质问题或灾害，世界各地积极开展城市及周边地区的地质工作，解决对城市人口和财产造成的物理和财政损害。最早的城市地质工作可以追溯到二十世纪20年代末期，以德国出版的特殊土壤图用于城市规划为代表。但现代意义上的城市地质工作主要是在二战以后发展起来的，以德国为代表的东欧国家实施了系统的城市地质填图计划。编制了城市1:1万和1:5千的地质图、地基图和土地类型图，反映土壤和岩石的自然属性，图面内容以定性描述为主。60－70年代，欧洲各国，开展了针对如何使用最适当的方法在图上展现城市地区地质数据的研究，并随着水文地质和岩土模型的应用增加，进行了城市地质信息的定量描述和预测人类活动对城市发展的影响。这一时期的代表性成果；美国的“加利福尼亚城市地质总体规划”、“旧金山湾地区定量土地潜力分析”德国的“下萨克森州和不莱梅市自然环境潜力地质科学图系（1:20万）”国外城市地质发展历史与研究现状70－80年代，欧洲各国及部分发展中国家相继开展了全新的主题城市填图工作，开展城市地区地质数据的专门研究，对地质数据进行多学科综合和理解，并进行定量描述和预测人类活动对地球圈层的影响，采用GIS信息技术与模型技术，用于解决城市地质环境问题及土地利用规划、土木工程建设等相关问题，为城市规划、政府决策提供比过去更通俗的城市地质主题图。90年代以来，是国际城市地质工作目标进一步明确，工作思路和工作方法也有所创新。以保障人类生命财产安全、促进城市社会、经济、环境可持续发展为城市地质工作目标。特点：注重以整体观点研究城市地质问题，保护城市地质环境、超前服务于城市可持续发展的战略技术方法：多学科、多目标、多种技术方法的交叉配合，GIS、RS、GPS技术广泛应用国外城市地质发展历史与研究现状世界城市地质工作的发展趋势工作内容从早期的工程地质为主，向多内容的综合性研究发展，促进地学信息为城市规划和管理服务。工作范围突破了单一城市的局限，扩展到更大的地域，出现了与国土区域规划接轨的趋势；城市综合地学主题填图工作发展迅速，如荷兰、印度尼西亚、马来西亚和泰国等国的城市综合地学主题填图工作。采集多学科地学信息，从区域填图、评价到局部监测，形成决策支持系统。如加拿大的“城市地质计划”，洛杉矶、东京、伦敦和莫斯科等城市的“地下深部调查和填图项目”等。利用现代信息技术和手段、以GIS为平台的数字化空间数据库和计算机成图，已成为现代城市地质工作新的主流工作模式。国内城市地质研究现状与国外相比，中国的城市地质工作起步较晚，80年代以来，中国城市地质工作发展迅速，成效显著。在地面沉降、海水入侵和岩溶塌陷等问题的研究已进入国际先进水平。1984～1985年全国30多个中心城市开展了1∶5万区域地质调查工作。80年代后期，在100余座城市中开展了城市规划、建设和管理服务的综合勘查、地质论证、供水勘查、工程地质及环境地质勘查等的工作；北海、三亚、石家庄等38个城市开展了为城市规划决策服务的综合评价工作。90年代以来，城市地质工作越来越多地考虑社会、经济、环境等因素，围绕着城市地下水资源的可持续利用、地面沉降、垃圾处置等为主题城市地质工作在中国东部地区有了较快的发展；上海、天津、苏锡常、杭嘉湖等地区和城市的地面沉降研究取得了重要进展2001年，南京成立了城市环境研究中心，主要开展重要城市和经济发达区环境地质调查及评价，建立以数字空间数据库、计算机成图和GIS等现代技术为依托的为城市规划、建设、管理服务的决策支持系统等。2003年，中国地质调查局启动了北京、上海、杭州，2005年又启动了天津、广州、南京共六个城市的多参数三维城市地质调查试点工作这一轮城市地质调查在工作内容、方法技术上与以往的城市地质有很大差别，信息技术、深部探测技术、多参数、三维地质结构等理念的引入，标志着我国城市地质工作进入了一个新的历史时期。研究进展及态势我国城市地质工作存在的主要问题但整体而言，中国的城市地质工作水平仍落后于发达国家，主要表现在：城市地质调查研究工作与城市规划结合不甚紧密，调查评价体系恪守固定模式，实用性较差，成果多被束之高阁。缺乏超前服务意识，城市地质工作未主动地延伸到相关方面，成果不能及时转变为重大决策和规划服务的有效信息。城市水文地质、工程地质、环境地质单一领域的研究成果多，综合性研究少、成果集成研究更少，对城市复杂的地质条件缺乏整体的研究和了解，成果信息不易转化大多数城市地质图（图系）主要表现纯地质内容，图面复杂，专业性强，城市规划和管理者难以应用。城市地质工作的方法手段相对落后，建立城市地质空间数据库和信息系统的工作刚刚起步，地质资料标准化程度亟待提高。城市地质调查是一项为城市规划、城市建设和管理提供科学依据的基础性工作，对高起点、高标准推进城市建设具非常重要的意义。目前开展的多参数三维城市地质调查不仅是一项查清城市资源与环境家底的重要工作，而且可以通过对地质调查数据进行多学科的综合与理解，从根本上协调和缓解城市经济开发、空间开发与地质环境载体之间的矛盾，使之向良性方向发展。城市地质调查的工作目标与任务当前城市建设亟待解决城市地质相关问题区域稳定性及城市建设（地下空间利用和地面建设）的工程地质问题（如软土基）地表水与地下水污染、城市固体废弃物的地质处置与重污染型旧厂址的污染危害性问题岩溶塌陷、滑坡等地质灾害调查，城市周边矿产资源规划、利用及矿山环境治理都市农业规划、布局选址及河湖淤积物的可利用性评价问题海平面升降对未来城市发展的影响问题（河流变迁、海水入侵，咸潮频繁）人与生态环境和谐问题城市地质工作的特点城市地质涉及社会、经济、地质、地理、环境、生态、信息等诸多领域，需要多学科联合，具有学科的综合性和方法的多样性；受城市规模、类型、发展阶段等社会特征和地质环境特征的双重因素影响，不同城市地质调查评价的对象、内容、工作方法也有所不同，具有地域的独特性；城市地质工作具有持久性；随着城市人口、资源、工程活动强度的改变，地质环境呈动态变化，需要投入的地质工作是不间断的，工作内容也是变化的面对不同的服务对象，需要了解对方需求，获得对方支持，提供针对性、实用性强的成果，因此城市地质又具有开放性。城市地质的工作目标以科学发展观为指导，以服务于城市社会与经济可持续发展为宗旨；围绕城市发展战略和目前面临的紧迫地质问题，开展城市自然及空间资源、空间安全、环境质量及承载力的调查与评价建立城市三维地质结构模型，评价与城市发展有关的国土资源潜力和地质环境容量与质量，建立开放、动态、综合的地学数据库和三维可视化的信息管理服务系统，为城市规划、建设与管理提供基础数据和科学的决策平台。城市地质调查的主要任务采用区域地质、水文地质与工程地质、环境地质、地球物理、地球化学和钻探等方法，查明区域基础地质特征、地质构造与区域稳定性状况、工程地质结构与参数、水文地质结构与地下水赋存状态、城市地质环境与地质灾害现状查明城市地质结构特征，建立三维地质结构模型、工程地质结构模型、地下水结构模型，为城市地下空间资源的合理开发利用提供基础资料建立三维可视化的城市地质信息管理系统，为城市规划、建设、管理提供决策平台数字化：建立包含空间数据、拓扑关系及属性数据库在内的城市地质图、文数据库立体化：在二维或三维空间内将不同的地质地理对象相互之间进行拓扑连接,建立立体化的地质模型可视化：在三维空间内展示地质体横纵向的变化智能化：利用地理信息系统(GIS)的数据库和空间分析功能，针对城市建设对地质环境的要求,建立评价的目标与指标体系，进行智能化评价。城市地质调查的主要工作内容归纳起来，城市地质工作主要研究四个方面的问题一是城市的基础地质条件（资源开发利用条件）二是城市选址、规划布局和建设过程中所遇到的工程地质问题（城市安全性）三是城市发展过程中出现的城市环境地质问题（灾害与人居环境）四是城市地质信息的服务与管理（信息集成）城市地质涉及到区域地质学、水文地质学、工程地质学、环境地质学、第四纪地质学、地貌学、土壤学、地球物理学、地球化学、信息技术等多门学科领域，城市基础地质调查基础地质填图、工程地质填图、农业地质填图城市立体地质图的填绘地下调查地面调查钻探、地球物理勘查研究长、短气候变化规律，以及与海平面升降的耦合关系，探求气候变化及海平面升降对城市未来发展的影响第四纪研究覆盖区基岩及起伏面变化特征、基底构造与活动性及对地面稳定性的影响，分析判断地壳运动的稳定性，评价区域性地壳升降运动趋势，划分稳定区和活动区区域稳定性评价第四纪沉积物岩土结构、工程地质性状、各类地质灾害对地基稳定性的影响；划分工程地质功能区块，编制工程应用图件；建立工程地质评价、监测管理信息系统。地基稳定性评价城市自然资源调查与评价地下水资源调查评价在第四纪沉积物结构模型的基础上，研究第四系的含水层及其空间展布，补给排泄条件，计算其储量，提出合理开采与保护方案旅游资源的调查评价地质遗迹调查与评价，重塑地质演变过程，丰富旅游资源的自然科学内涵调查采矿、边坡治理和矿山还绿现状、河堤、岸线稳定性评价，提出城市自然资源开发利用与保护科学合理方案城市地质资源调查评价开展不同用地类型的质量区划研究，为土地资源的综合利用及从量的管护向质的管护转变提供依据。土地资源质量评价研究城市地质环境调查与评价土壤污染调查与评价水土污染调查评价地下、地表水污染调查与评价地质灾害危险性评价重点对岩溶塌陷、地面沉降等地质灾害调查评价，采用遥感遥测及物探等手段，调查地质灾害分布范围，对城市安全的影响，提出防治的方法和建议固体垃圾填埋场场址的选择、布局调查与评价污染场地及垃圾堆放场的污染扩散评价建立土壤、地下水测量系统，评价污染物扩散模型。划分出固体垃圾场建设“适宜区”调查评价不同介质中元素地球化学特征，分析研究污染来源与成因，评价城市地质环境容量城市环境地球化学调查评价城市地质信息管理与服务系统目标是建立三维立体地质平台，实现动态、定量、高精度地管理城市地质信息，及时、直观地为城市规划、建设和经济社会发展提供科学依据。空间数据库建设，实现多元地学信息的一体化管理建立三维可视化地质结构模型，实现地质过程的三维模拟和空间分析开发综合分析、评价和决策系统，实现地质数据分析应用和动态交换建立城市地质信息发布系统，实现城市地质信息的社会化服务和共享城市地质工作部署与精度要求城市地质调查工作部署的基本原则调查工作范围原则上与城市的行政区划一致，根据城市功能分区，重点开展城市建成区、新城规划区、经济开发区、重大工程建设区、环境保护区的调查评价工作依据城市不同功能区的地质特征、现有资料基础和不同调查深度，确定相应的调查比例尺和调查范围。一般按“平面分区、垂向分层”开展调查工作；一般情况下以1∶5万作为基本比例尺，在充分利用现有资料基础上进行工作部署，城市地区大多均进行过程度不同的区域地质、水文地质、工程地质、环境地质调查和大量的勘查工作，应充分利用已有地质和工程调查、勘查成果资料，在基本掌握已有资料的基础上，进行工作部署，避免重复。应根据城市特点、需求和制约城市可持续发展的主要地质、资源与环境