2016年01月13日 星期三

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国际大都市的地质支撑

——上海市构建城市地质成果服务体系综述

来源:中国国土资源报 作者:卢为民 张天风 发布时间:2017-02-07

加强城市地质工作是今年全国国土资源工作的一项重要内容。不久前,城市地质调查工作研讨会在上海召开,揭开了2017年城市地质调查工作的序幕。会上,地调工作者研讨了城市地质调查工作思路和技术方法,并以上海市三维城市地质调查项目为例,交流了城市地质调查工作在优化城市群结构和空间布局、拓展城市地下发展空间、建设绿色低碳城市、提高城市安全保障水平等方面的成果和经验。

上海市三维城市地质调查项目是全国城市地质调查试点之一,是由中国地质调查局、上海市规划和国土资源管理局共同组织实施的。中国地质调查局与上海市规划和国土资源管理局共同组建了项目领导小组、联合办公室、专家咨询组,保障项目顺利实施和成果广泛运用,指导重大地质问题科技攻关,协助监督检查项目成果和质量。项目由上海市地质调查研究院承担。

项目实施期间,上海市以地球系统科学为指导,现代地质理论和科学技术为支撑,在三维地质结构、水土环境地球化学背景、城市环境容量评价、地面沉降监测与生命线工程安全预警、信息系统建设等方面取得了突破性进展和创新性成果。项目成果在城市规划与建设、城市安全、土地利用规划与资源管理、生态农业与城市环境保护以及一些专业研究等方面得到应用,切实服务城市发展。

此外,上海市还建成了地质资料信息共享平台,积极推进地质资料信息服务集群化和产业化,探索地质资料信息服务多元化。

提高工作精度、建立土地质量监测网、全方位监测地面沉降、监测预警海岸带地质环境,一系列项目成果取得了突破和创新

——建立一系列地质结构模型,进行地下空间开发适应性评价。项目实施过程中,重新厘定和统一了上海基础地质、工程地质、水文地质划分系统,首次建立了上海三维基岩地质、第四纪地质、工程地质和水文地质结构模型,提高了城市地质调查工作的精度;重点开展了活动性断裂构造与地震活动性规律研究、第四纪沉积模式研究和区域工程地质结构及其空间变化规律研究,使上海地质调查和研究提升到一个新的水平。基于全市海量钻孔数据的工程地质实时动态建模,项目组还建立了高精度三维工程地质结构模型。

上海特有的地质条件和一系列的环境地质问题给城市地下空间的开发建设带来极大的难度,加大了开发建设成本,并严重威胁着地下工程的正常运营。对此,上海市结合中心城区地下空间开发规划,围绕地下空间开发中所面临的典型地质问题,首次开展了地下空间开发的地质环境适宜性评价。

——系统开展环境地球化学调查与地质环境容量评价。项目期间,首次系统开展了上海土壤和浅层地下水地球化学调查,初步建立了土地质量动态监测网络。2004年以来,上海开展了全市的地球化学调查工作,摸清该市土壤环境质量现状特征;2009年以来,上海开展了基本农田环境质量监测工作;2010年,上海开展了青浦、松江、嘉定、奉贤4个区县的土地质量监测工作,建立了覆盖全区所有土地利用类型的土地质量监测网,同时开展了基本农田一级监测点采样工作。

此外,项目还系统开展了上海地质环境容量评价研究,建立了评价体系和评价模型,建立了地下水环境容量、土壤环境容量、地面建筑容量评价方法,并对上海市城市规划开展了后评估研究。

——深度推进地面沉降防治,严格防控城市地质灾害。上海地区的地质灾害以地面沉降、地裂缝为主,其产生多与人类工程建设活动有关。其中,自1921年进入快速沉降时期以来,地面沉降成为上海城市地质灾害的主要类型。

上海地面沉降发生在约250~350米厚的第四纪松散沉积地层中,主要由于不合理开采地下水而致。上海市地面沉降监测以点、面结合的监测方式为主,综合应用GPS、GIS和自动化等多种技术,立体、全方位监测地面沉降、地下水位和地下水环境变化。“点”上以基岩标、分层标组精确测量不同埋深度含水层及隔水层的变形动态;“面”上采用精密水准仪、GPS技术定期测量,结合合成孔径雷达干涉卫星遥感测量技术进行大面积沉降探测。

自2000年以来,上海市广泛运用地面沉降自动化检测技术,目前共建造25座自动化地面沉降综合监测站,地面沉降和地下水位监测逐渐由自动化监测技术替代。此外,上海市创新了三维地质结构与属性耦合模型构建方法,建立上海三维地面沉降模型;建立长江三角洲地面沉降监测联动机制,开发了长江三角洲地面沉降信息系统,并已投入运营。

——启动海岸带地质调查与监测预警。在整合了近百年长江口及海岸带地质环境数据的基础上,项目组建立了不同时期的海岸带三维地质模型,启动海岸带地质环境监测工作,跟踪监测海岸带地质环境变化,及时预警地质灾害。

在上海市财政资金支持下,上海市海岸带地质环境监测工作自2009年正式启动,监测内容主要包括海岸带海(河)床冲淤、沉积物环境质量、海堤地面沉降等内容,同时围绕重点后备土地资源潜力区、重大涉海工程沿线地区开展重点监测工作。每两年对全区进行一次系统的水下地形监测,对青草沙水库、东海大桥和金山石化3个典型工程周边的水下地形每年进行一次监测。

成果转化对接社会需求,项目成果全面服务于城市规划建设、城市安全以及土地利用规划与资源管理

上海地区复杂的地质结构,对城镇体系布局和规划、地下空间开发和重大工程选址有明显的制约和影响。

本次三维城市地质调查进行了建筑和地下空间开发适宜性分区评价,调查成果服务于城市总体规划、分区规划、地下空间开发和地下水供水规划等不同层面,为实现城市可持续发展,降低城市建设和运营维护成本提供了强有力的技术支撑。例如,世博会址地质调查成果为2010年上海世博会顺利注册发挥了作用。目前,各新城规划区地质调查成果已提交相关单位,临港新城、嘉定、青浦等新城地质调查成果已及时应用于其总体规划。

现阶段,上海市地下空间开发利用主要集中在地表以下50米范围内,该范围内土体以饱含地下水的软土和砂土为主,施工时易发生流砂和地基变形问题。项目根据地质结构特征编制的地下空间开发地质环境适宜性评价成果,直观地反映了地下空间开发的风险程度,为地下空间开发和建设提供了科学依据。

本次调查建立和完善了“三网合一”:区域地质环境监测网、生命线工程地面沉降骨干监测网及其安全运营监测网,建立了生命线工程安全运营监测和预警机制,多次成功预报地质险情;建立了地质灾害应急处置机制和地质信息平台。调查成果已广泛应用于城市轨道交通、高架道路和天然气管网安全运营、黄浦江防汛安全、城市应急保障等工作中。目前,地面沉降监测系统维护着上海各生命线工程的安全运营;地质灾害应急处置机制在轨道交通、防汛等突发事件中发挥了关键作用。

土地管理承担着保护资源和保障发展的双重责任。上海市依据本次调查获得了不同土地利用类型的地球化学现状特征,对耕地、工业用地、住宅用地等土地质量现状进行了全面评价;针对中心城地下空间开发利用,进行了“地上地籍图—地下地籍图—地质图”的三图合一尝试。

尤其在滩涂等后备土地资源方面,项目建立了长江河口系统的多源、多比例尺、多时间尺度、多空间分辨率的地形数据库,系统调查了上海的滩涂资源现状与变化规律。根据长江河口泥沙运移、滩涂延伸方向,针对目前上海后备土地资源开发利用与保护面临的形势,项目组提出应遵循长江口杭州湾河势演变自然规律,统筹兼顾耕地占补平衡,生态保护等对滩涂资源的需求,加快促淤,合理圈围,科学利用滩涂资源。

本次调查首次全面深入地对上海市全市表层土壤、深层土壤、湖积物、近岸滩涂、地表示、浅层地下水及部分植物样品进行了系统采样,并对全市水土体的环境质量现状进行了调查和评价,为上海市创建资源节约型、环境友好型社会奠定了坚实的地球化学基础。

通过获取土壤母质元素、农业营养元素、重金属元素及有机污染物的现状信息,可为高效生态农业的区域规划、特色农产品的适宜性评价等方面提供决策判别,让合适的土地种最合适的作物,才能够最终实现生态优良、农村稳定、农业增收、农民增收。通过对上海市土地质量环境特征的研究,项目初步提出了上海市生态住宅建设土壤环境质量评价指标及其评价方法,并进行了试点评价,通过该方法,可以间接达到土壤治理的目的。

开发地质信息管理与服务系统,探索地质资料信息服务多元化

上海市三维城市地质信息管理与服务系统基于三维GIS平台开发,是实现城市数据向城市发展价值转化的三维数字化工作环境,为社会公众、政府决策及专业应用分析提供地质信息可视化工具及应用服务平台。

服务于社会公众——上海城市地质信息网现有主要地质数据资源与位置信息系统融合在一起,作为窗口向社会公众提供基于位置的地质信息服务,为社会公众提供了高效、直观的掌握和使用信息的有力工具。

服务于政府管理决策——根据政府管理决策需要,通过专业人员分析研究,利用城市三维地质信息平台提供可视化的地质成果,为政府地下水资源管理、地质环境保护、土地资源和城市规划建设管理决策提供技术支持。

服务于专业应用研究——城市三维地质信息平台集地表和地下空间信息于一体,为城市地质及相关人员提供分析研究辅助工具,提供地表特征、地质结构、地下构筑物、土壤成分、地面沉降、河口海岸等多项专题数据的查询、统计和专业分析功能。

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