随着城市化发展,城市地质工作越来越重要,了解城市地质工作的研究现状、发展趋势、新技术和新方法的应用以及对我省开展城市地质工作尤为必要。
工作内容
城市地质工作,就是在城市及其周围地区或潜在城市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资源、所施加的约束条件以及城市发展对各种地质要素所产生的影响,为城市规划、建设和管理服务的地质工作。城市地质工作具体研究城市地形地貌及地质构造条件、地基岩土的工程地质性质,岩土体的出露和埋藏条件、地下空间的可利用程度等,使城市土地得到合理利用;研究水文地质结构和水文地质条件、地下水埋藏和分布规律、地下水的水质和水量、地下水的补给和排泄、地下水的可利用程度等,合理开发利用城市供水水源;研究与城市有关的地震、活断层、滑坡、泥石流、洪水、地面沉降、水土流失等,解决城市地质灾害问题;研究城市建筑材料、地热、矿产资源开发利用的经济论证;研究城市中工业和生活垃圾的处理、地下水环境污染等,进行城市地质环境质量综合评价与环境保护。
我国《1∶25万区域地质调查技术要求》(暂行)将城市地质调查分为基础地质调查和专项或重点调查,并对专项或重点调查的内容作了规定,其中包括城市地区地下水和地热资源调查评价、城市环境工程地质质量评价和区划、城市地质灾害调查及对策、废料排放场地选择的调查与规划、城市土地利用类型划分及其利用现状和土地质量评价分级等。
目前,发达国家的城市化进程从以外延式发展为重点转向以城市现代化建设与可持续发展为重点。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。由于现代人类活动已经成为强大的地质营力,强烈地参与到自然地质作用之中,共同作用于地质环境,打破了地质环境的原有平衡,使城市地质环境所受影响和压力与日俱增,与城市土地利用、资源开发、废物处置、环境保护和灾害防治等有关的地质问题日益突出,甚至直接影响和制约着城市的发展和改造。因此,探测、固化和复原被废物处置污染的场地,成为当前城市地质学家的新任务。同时,应用地球化学方法解决废物污染问题也迅速成为一种发展趋势。
新技术新方法
城市地质调查的内容主要涉及环境地质、工程地质、水文地质、土地利用和废弃物处理等多个领域。环境地质调查常采用地质观察、物探、化探、遥感等方法;工程地质调查常采用地质观察、物探、钻探等方法;水文地质(含地热)调查常采用地质观察、物探、钻探等方法;土地利用调查常采用遥感、测绘等方法;废弃物处理场地调查常采用遥感、地质、物探和钻探等方法。
在进行城市地质调查时,人们不希望采用“开挖”方式,而物探和遥感方法正是符合这一要求的无损勘查方法,因此被广泛用于城市地质调查中,特别是在调查的初期。物探方法中使用最多的是浅地震方法和各类电(磁)法。近年来,新发展起来的地质雷达方法(GPR),是一种电磁方法,因其分辨率高,越来越广泛地应用于工程和环境地质调查中。
在上述常用方法中,原始数据通过地理信息系统(GIS)进行多学科信息综合,因此说,城市地理信息系统(UGIS)是城市重要基础设施和实现城市现代化管理的主要技术手段。目前,这种系统已成功地应用到了包括城市资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输等多个城市领域。
在未来的城市地质工作中,数学地质的应用将更加广阔,特别是统计学。数据获取技术也将更加重要,如地质雷达、浅层(5m~50m)三维反射地震技术、精密的锥头贯入实验仪器等。数据解释和表述专家系统以及信息技术将发挥越来越重要的作用。同时,三维可视化技术将在城市环境地质研究中开拓一个全新的研究领域。
研究进展
一、开展城市综合地学主题填图工作,促进地学信息为城市规划和管理服务。如荷兰、印度尼西亚、马来西亚和泰国等都开展了城市综合地学主题填图工作。城市综合地学调查与主题填图主要涉及以下方面:
1.地下水可供能力与污染调查评价。
2.有害废物的安全地质处置、选址及其环境影响调查评价。
3.主要地质灾害(包括洪水、地面沉降、滑坡和地震)风险评价。
4.环境地球化学、地球物理场及其对人类健康影响的调查和评价。
5.地下空间开发利用的工程地质、地球物理调查评价。
6.地下水系统对建筑和基础设施影响调查评价。
7.城市资源(尤其是建筑石料)调查评价等。
二、采集多学科地学信息,建立灾害数据库系统,从区域填图、评价到局部监测,形成决策支持系统。一些国家或城市都将地质灾害填图与评价作为重要内容。如加拿大自然资源部提出的“城市地质计划”,美国科学基金会推出的“城市研究开创性计划”,英国自然环境研究委员会的“城市改造与环境计划”,美国和巴西若干城市的 “地质灾害调查与填图计划”,澳大利亚的“城市社区地质灾害易损性计划”,以及洛杉矶、东京、伦敦和莫斯科等城市的“地下深部调查和填图项目”等。采集多学科地学信息,建立灾害数据库系统,已成为近年来城市地质灾害评价开展工作的主流方向。
三、加强基于GIS平台的地质科学信息基础数据库信息化系统的建设。城市地质数据信息,是城市地质工作的重要组成部分。城市地理信息系统(UGIS)在城市空间基础设施管理、城市规划制定和实施、城市管理功能组织等方面发挥着重要作用。
加拿大地质调查局于20世纪70年代开发了城市地质自动化系统(GAS)并投入使用,以实现城市中心地区的有序和高效发展。目前加拿大地质调查局还更新了国家首都地区的地球科学数据库,通过GIS系统完成了各类地图的数字化。在西欧,已经建立起完整复杂的基于GIS平台的数据库管理系统。如英国在伦敦地区实施了“伦敦计算机化地下与地表地质”项目,以支持伦敦城市地区的土地利用规划、环境管理和工程及土工建设。我国香港从1991年起,就一直在开发地学数据库(GSDB),用于对辖区的地质、地球物理和地球化学数据进行储存、综合、解译和展示。
四、实施地下水资源的监测与保护战略,开展含水层脆弱性填图。为了合理解决未来不断出现的含水层污染问题,有效地管理地下水资源,实施地下水资源的监测与保护战略,已成为当前发达国家城市地质工作的主流。许多国家都建立起了大规模的地下水监测网、站,并采取了一系列行动来实施地下水保护计划,如美国、加拿大、荷兰、英国等北美和西欧国家。目前,美国地下水污染治理战略已从处理(清除)转向防治。美国利用国家或大区域的水质计划(包括水质监测计划),通过含水层的脆弱性评价,进行土地规划或区划,实施井源保护和水流域保护计划,全面保护地下水资源,降低水污染。
从20世纪80年代后期开始,在国际水文协会和联合国教科文组织的推动下,欧美国家陆续开展了地下水脆弱性调查评价与填图。地下水脆弱性评价成为20世纪80年代末以来一些国际会议的主题,并出版了许多大比例尺地下水脆弱性图。
五、地下水动力系统的变化对城市基础设施的影响已引起广泛的关注。大多数城市的地下水资源是易于获取的,即使在那些供水主要靠地表水资源的城市,民用和工业用水也主要靠抽取地下水。城市化使地下水均衡(包括水量和水质)发生了重大的变化。城市输水系统和污水系统的渗漏成为城市地下水的重要补给来源,并使地下水的水质发生了改变。城市地下水在过量开采后,会导致大规模水位下降,引发海水入侵、地面沉降或含水层石化等一系列环境地质问题。
城市地质工作的方向
借鉴世界城市地质工作的经验与教训,对我省今后城市地质工作的方向是:
一、开展城市地质问题现状调查研究,同时,进行大比例尺城市地质主题填图工作,建立城市地学数据库,以便有能力快速响应城市发展的需求。选择不同类型的典型城市或地区进行试点研究,在取得经验的基础上拟定相应的工作指南,以指导其他地区工作的开展。
二、加强地质环境指标体系的研究,建立和健全城市地质环境动态监测系统。首先需要建立一套科学的、便于监测的、可以反映地质环境快速变化的城市地质环境监测指标体系,并将其纳入城市环境质量综合指标体系之中。
三、积极开展特大城市大比例尺自然灾害风险评价工作。特别要加强城市自然灾害的综合风险评价研究。国土资源部需要加强与其他部门的联系,进行联合攻关,特别应加强自然灾害的社会属性和经济属性薄弱环节的研究。
四、积极开展城市地区地下水污染防护与治理工作,开展含水层脆弱性评价与编图的试点研究。
五、加强高科技的推广与应用,提高城市地质工作的精度。运用新技术、新方法建立城市地学态数据库信息化系统,从而提高地质工作在城市规划、建设与管理中的应用水平。
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