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“透明城市”离我们还有多远?—— 聚焦我国城市地质调查

2020-03-16 11:29:00    来源: 中国自然资源报    作者:王少勇

【核心阅读】2019年下半年以来,我国多个城市接连发生地面塌陷,造成人员伤亡和财产损失,近期发生的“12·1”广州地面塌陷、“1·13”西宁地面塌陷等事故让城市地质安全成为关注焦点。在城市规划和建设中,如何规避地质灾害风险,防范地质灾害威胁?办法就是对城市地质的“健康”状况进行全面“体检”和持续监测,打造“透明城市”,这也是城市地质调查的主要任务和努力方向。那么,我国城市地质调查开展到了什么程度?面临哪些困难?今后的发展方向是什么?

进 程 

我国城市地质调查迎来3.0时代

“软土沉降、砂土液化、涌水突水等工程地质问题,土地质量异常、水质恶化等环境地质问题,地面塌陷、滑坡崩塌等地质灾害问题及活动断裂等影响城市安全的问题等等,这些都是城市地质调查要搞清楚的问题。”中国地质调查局城市地质调查工程首席、南京地质调查中心城市地质室主任葛伟亚说。

2004~2012年,中国地质调查局牵头组织开展了全国306个地级以上城市地质环境资源摸底调查,初步查明了城市环境地质问题及地质资源状况,为城市规划建设提供了重要的地质资料。近20年来,城市地质调查的方式经历了几次转变。从2003年开始,北京、上海、天津、广州、南京、杭州等6个城市,开展了以三维地质模型构建为主的城市地质调查试点,可称为“城市地质1.0版”。2008年以来,以中央与地方合作的方式又开展了福州、厦门、苏州等城市地质调查,并以城市群为单元,相继开展了京津冀、长三角、珠三角、海峡西岸、北部湾、长江中游、关中平原、中原、成渝等重点城市群综合地质调查工作;上海、江苏等地方政府主导的城市地质工作不断深化。此时的城市地质调查进一步从资源、环境等方面拓展了调查内容,基本实现了综合性地质资料的信息化集群化,可称为“城市地质2.0版”。2018年以来,中国地质调查局与相关省、市政府合作,在雄安新区、成都、西安、杭州、延安、南昌等19个城市开展多要素城市地质调查示范,城市地质调查进入了多要素综合调查、全过程支撑服务、多层级协调推进的“城市地质3.0版”。

“城市地质调查工作的升级与城市发展需求密切相关。” 中国地质调查局副总工程师、中国地质环境监测院院长郝爱兵说,随着城市规划建设的新需求,特别是地下空间利用的需求,新时期城市地质调查更加体现出整体性、立体性,突出地下空间调查,要求科学统筹地上、地下空间立体开发利用,满足城市土地利用由平面向三维立体开发转变的需求,也就是打造地上地下一体化的“透明城市”。传统地质调查主要是查清地质环境现状,为城市建设提供地质基础资料,而新时期城市地质工作不仅要查清现状还要求掌握动态变化规律、建设好城市地质要素监测预警网络,为城市功能定位和城市规划、建设、管理和运营提供地质依据和有关地质的解决方案。

“城市地质3.0版”有哪些任务呢?郝爱兵指出,一是探明城市地质条件和地下空间资源禀赋特征,详细掌握地质灾害和环境地质问题的发育分布,构建地下地上一体的“透明城市”,拓展城市发展空间,支撑服务城市工程建设和地下空间开发利用。二是开展地热清洁能源、优质土地和地下水、地质遗迹等优势地质资源调查,支撑服务城市绿色发展,提升城市宜居水平。三是开展空天地一体化资源环境监测,及时掌握城市资源环境变化情况,支撑建立可感知的智慧城市。四是开展资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价,提出优化国土空间格局和划定(调整)“三区、三线”的科学建议,服务国土空间规划、用途管制、生态保护修复和地质灾害防治。五是建立地质数据资料信息服务平台和决策支持系统,为城市的集约、智能、绿色、低碳和安全发展提供精准支撑服务产品。

欠 缺

调查覆盖率和精度亟待提高

记者了解到,近年来,各省级自然资源主管部门积极推进辖区内城市地质调查。北京、上海等城市持续强化城市地质工作,江苏省13个地级市城市地质工作都已开展,福建9个地级市也已开展。广东省自然资源厅把推进城市地质工作列为政府督办事件。山东省自然资源厅联合7部门制定印发的《关于进一步加强山东地质工作的意见》中,把城市地质工作作为重点。

尽管近年来做了大量工作,但目前我国城市地质工作还没有做到全国地级市全覆盖。根据中国地质调查局统计数据,全国338个地级市1∶5万城市地质基础填图全覆盖需要1020个图幅,截至2019年,只完成了449个图幅,完成率为44%,而且主要集中于东部经济发达地区。真正系统开展多要素城市地质调查,建立城市地质信息平台的城市更少。

目前城市地质调查的覆盖面不足,那么调查精度能够满足城市发展需求吗?葛伟亚说,调查精度与当地政府对地质工作的投入密切相关。我国城市地质调查的精度多为1∶5万的中小比例尺,能宏观地反映城市的区域地质条件,可为城市总体规划提供服务,但还不能够很好地满足城市发展的需求,还不能很好地支撑城市详细规划和专项规划。北京、上海等城市由于地方政府的持续投入,工作精度相比其他城市高一些,以工程地质为例,其有效钻孔的密度可达到1∶2.5万。雄安新区是中国地质调查局开展的多要素城市地质调查重要示范区,核心区的工作精度已达到1:1万。正在开展的成都、杭州等示范区精度在重点区也达到了1∶2.5万。城市地质工作需要地方政府重视并投入资金,开展大比例尺的地质调查,为城市规划建设和运行管理提供更精准的地质资料。此外,由于城市地质条件会受到自然环境变化和人类工程活动的影响,城市地质调查并不能一劳永逸,比如地质灾害、地下水位、水土质量的变化等都需要进行动态的调查并做好监测工作。

困 难

城市地质调查需要解决四大难题

葛伟亚认为,我国城市地质调查主要面临四个方面的难题。

一是部分城市的政府对城市地质工作的重视程度不够,工作机制不完善,需要建立城市地质工作新体系。城市地质工作是城市规划建设的重要基础,一些地方政府及相关部门尚未能充分认识到地质工作、地质资料、地质信息在城市规划、建设、运行、管理中的重要性和关键作用。应促进国家地方立法,明确要求城市规划、建设、救灾及城市管理必须开展相应尺度和精度的地质工作,将地质工作纳入城市管理主流程。

二是城市地质尚没有建立完整的城市地质理论体系,城市地区的综合地质调查缺乏指导,需要建立统一的以地球系统科学为指导的城市地质理论体系。当前的城市地质还没有形成独立的学科,城市地质工作仍主要基于区域地质、水文地质、工程地质、环境地质等原有的理论开展,各专业调查获取的指标仅能满足各自专业评价的要求,缺少城市全空间资源与环境评价理论与标准,亟需通过试点示范,建立包括调查、评价、监测、信息服务在内的城市地质工作新体系。

三是常规的地球物理勘探方法难以解决城市地区信号干扰大的问题,探测的地质信息精度不高,难以精准地探测地下空间地质结构,应探索创新城市地球物理、钻探、遥感、监测等探测技术方法,在城市多场干扰环境下,精准获取地质结构和地下病害信息,支撑服务城市地下空间开发和安全利用。

四是城市地质信息共享和更新程度难以满足城市规划建设管理需求,需要建立城市地质资料更新、汇交和共享机制。城市的不同部门存储了多种类型的地质、地下空间资料,但多数城市尚未建立数据汇交共享机制,多头数据分散管理,数据集成、更新和利用程度都比较低,难以建立动态的多要素城市地质信息大数据平台,难以满足城市地上地下统筹规划、资源环境协调开发与保护等需求。

方 向

构建三维城市地下空间模型

“城市土地、地下空间、地热、地下水等资源合理开发和城市面临的活动断裂、地质灾害、水土污染等安全问题的科学防治,都需要三维地质模型的支持,因此必须重视三维城市地下空间地质建模和模拟预测、预警预报,为城市发展决策提供更好的解决方案。”葛伟亚认为,构建三维城市地下空间模型是城市地质调查的努力方向。

葛伟亚说,三维城市地下空间模型将随着大数据技术、物联网技术以及地质勘探测绘技术的发展,向实用化、网络平台化、模型精细化、地上地下一体化等方向发展。实用化指三维城市地下空间模型将更加注重解决城市建设过程中的实际问题,能够在规划设计、市政管理、城市安全、应急调度、资源管理等方面发挥积极作用,推动地下空间资源利用的产业化发展。网络平台化是指三维地下空间模型的构建和管理将“云”化,通过建立云平台,更利于地下空间信息的实时监测、动态更新,更利于信息挖掘、多源数据融合和消除信息孤岛,同时借助计算机网络、手机APP等工具,更利于面向多用户多终端发布信息。模型精细化是指利用大量的勘察资料建立高精度城市地下空间模型,能详细刻画城市地下不良地质体的分布与变化情况,可满足工程施工、市政管理等精细化管理需要。地上地下一体化是指地下空间模型能与城市BIM模型等进行一体化建设和数据分析管理。

“受软件技术、数据质量、计算能力等限制,三维城市地质空间模型构建也面临着一些技术瓶颈。” 葛伟亚指出,一是高效构建高精度三维城市地下空间模型的技术需要突破,以目前的地质勘察技术和经费投入状况,获取的地质数据仍不足以建立工程应用级的三维地下空间高精度模型,需要依靠数值模拟方法来补充,数值模拟算法问题和模型精准度问题需要攻关,高效的数据存储、管理、更新和调度等技术问题也急需解决。二是三维城市地下空间模型数据包括BIM、倾斜摄影、地质模型、地形等多种数据类型,各类数据的生产与处理存在不同的技术方法,造成了三维城市地下空间模型的多源异构问题,跨部门的多源数据整合利用技术需要突破。

葛伟亚认为,作为智慧城市建设、自然资源信息化、城市地质信息化中的关键技术,三维城市地下空间建模技术创新发展前景很好。在技术方法方面将带动GIS技术革新,提升空间分析、精准分析、精细建模等技术水平,提高城市管理水平;在服务支撑方面将更加有效,三维城市地下空间模型直观形象、化繁为简、通俗易懂,能很好拓展城市地质的服务范围,提升城市治理能力。

前 行

构建中央引领、地方主导、多方参与新机制

“总结多年来的城市地质调查工作,有四方面心得体会,对我们未来的工作有所启示。”郝爱兵说。一是要建立地方政府主导、多部门协调联动机制。政府的重视与支持至关重要,自然资源部门应主动作为,积极引导,协调推进,形成多部门联动机制。要制定地质工作服务城市规划管理的方案,并在行政审批与业务办理流程中予以固化,形成常态机制。二是要坚持需求导向,精准服务城市规划建设与管理。针对城市国土空间规划、土地管理、重大工程安全运营、地质灾害防治等需求,设计好每一个管理环节的城市地质服务产品,提供精准、及时的地质解决方案。三是要建立信息共享更新服务平台。要构建地质资料的汇交机制,打通自然资源、水利、住建、交通等部门的地质资料信息共享渠道,强化城市地质资料及时汇交,实现地质信息动态更新,构建不断完善的三维城市地质信息服务共享系统,并纳入政府管理平台,为行政审批、监督管理提供决策依据。四是要加强城市地质科技创新。充分运用现代地球物理、航空遥感、信息通讯、虚拟现实等先进技术手段,不断提高城市地质信息采集、传输和分析处理的能力。

“目前城市地质调查正在以中央示范引领,地方主导,多方参与的形式推进。”中国地质调查局水文地质环境地质部主任邢丽霞说,中央资金以基础性地质调查、理论创新、技术攻关、试点示范、技术标准制定、信息平台开发为主;省级政府相关部门统筹推进辖区内城市地质工作;城市财政资金以重点区调查、长期监测、信息系统建设维护运营为主。要充分发挥财政资金的引领带动作用,健全政府和社会资本合作(PPP)模式,积极引导社会资本投入,探索构建“政府引导、政策扶持、社会参与、市场运作”的城市地质和地下空间资源开发利用新机制。

“下一步,中国地质调查局将进一步与地方政府深化合作多要素城市地质调查示范,在工作理念、内容、技术方法、政策机制、服务方式、信息平台等多方面总结形成示范经验,及时向全国推广。”邢丽霞表示,同时还要加强城市地质规范标准制定,完善城市地质调查技术标准体系,制定三维城市地质模型建设、地质资源与环境监测预警、地质信息共享服务等技术规程,修订城市地质调查行业标准;加强城市地质基础理论和核心技术方法研究,重点构建资源协同开发利用理论、资源环境承载能力评价理论及城市地区地质探测与监测技术、城市国土空间开发地质适宜性评价技术、城市地下空间开发利用地质安全评价技术、三维城市地质建模与公共服务技术等,建立现代化的城市地质调查技术支撑体系。

城市地质调查的宝贵经验

上海市 充分发挥规划、土地和地矿管理职能融合的体制优势,构建了地质工作服务城市规划建设管理的常态化机制,实现了地质调查工作融入政府管理主流程。出台《上海市地质资料管理办法》,建立了商业性地质资料的汇交管理机制;整合各类地质信息,建立了上海市地质数据中心,实现了地质信息集群化;建成了上海市地质综合信息平台,为城市安全、城市发展、城市管理等提供多元化支撑服务。

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雄安新区 创新城市地质工作理念,提出“构建世界一流的‘透明雄安’、打造地热资源利用的全球样板、建成多要素城市地质调查示范基地、为雄安新区规划建设运行管理提供全过程地质解决方案”四大目标愿景。系统开展了工程地质、水文地质、土地质量、地热资源等调查,全面掌握了新区地质条件和资源环境本底,初步构建了资源环境监测网络;探索构建了地下地上一体化“透明雄安”城市地质信息平台,搭建了万米深度三维地质结构框架和地下200米精细化三维地质结构模型;根据新区规划建设轻重缓急确定相关地质调查工作的时序和精度,有效支撑了新区总体规划和相关专项规划编制。

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丹阳市 查明了土地质量状况,有效服务土地利用规划;查明了主要化工场地污染状况,有效服务低效能土地再开发利用;查明了浅层地热资源状况,有效服务重点企业绿色转型发展。此外,针对小城市地质管理基础薄弱的特点,提出了“共同策划、共同出资、联合实施、突出应用、宣传转化”的工作推进模式。

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南昌市 通过地质调查工作,圈定了应急水源地和富硒土地,提出蔬菜基地和高标准农田建设建议,保障城市供水安全和农产品安全;形成了《服务地铁规划建设的地质调查产品清单》,编制《南昌市地铁规划建设的地质建议报告》,保障重大工程规划建设安全;主动推进地方标准制定,积极融入政府管理主流程。

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关键词: 地质调查
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