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“透明城市”離我們還有多遠?—— 聚焦我國城市地質調查

2020-03-16 11:29:00    來源: 中國自然資源報    作者:王少勇

【核心閱讀】2019年下半年以來,我國多個城市接連發生地面塌陷,造成人員傷亡和財產損失,近期發生的“12·1”廣州地面塌陷、“1·13”西寧地面塌陷等事故讓城市地質安全成為關注焦點。在城市規劃和建設中,如何規避地質災害風險,防范地質災害威脅?辦法就是對城市地質的“健康”狀況進行全面“體檢”和持續監測,打造“透明城市”,這也是城市地質調查的主要任務和努力方向。那么,我國城市地質調查開展到了什么程度?面臨哪些困難?今后的發展方向是什么?

進 程 

我國城市地質調查迎來3.0時代

“軟土沉降、砂土液化、涌水突水等工程地質問題,土地質量異常、水質惡化等環境地質問題,地面塌陷、滑坡崩塌等地質災害問題及活動斷裂等影響城市安全的問題等等,這些都是城市地質調查要搞清楚的問題。”中國地質調查局城市地質調查工程首席、南京地質調查中心城市地質室主任葛偉亞說。

2004~2012年,中國地質調查局牽頭組織開展了全國306個地級以上城市地質環境資源摸底調查,初步查明了城市環境地質問題及地質資源狀況,為城市規劃建設提供了重要的地質資料。近20年來,城市地質調查的方式經歷了幾次轉變。從2003年開始,北京、上海、天津、廣州、南京、杭州等6個城市,開展了以三維地質模型構建為主的城市地質調查試點,可稱為“城市地質1.0版”。2008年以來,以中央與地方合作的方式又開展了福州、廈門、蘇州等城市地質調查,并以城市群為單元,相繼開展了京津冀、長三角、珠三角、海峽西岸、北部灣、長江中游、關中平原、中原、成渝等重點城市群綜合地質調查工作;上海、江蘇等地方政府主導的城市地質工作不斷深化。此時的城市地質調查進一步從資源、環境等方面拓展了調查內容,基本實現了綜合性地質資料的信息化集群化,可稱為“城市地質2.0版”。2018年以來,中國地質調查局與相關省、市政府合作,在雄安新區、成都、西安、杭州、延安、南昌等19個城市開展多要素城市地質調查示范,城市地質調查進入了多要素綜合調查、全過程支撐服務、多層級協調推進的“城市地質3.0版”。

“城市地質調查工作的升級與城市發展需求密切相關。” 中國地質調查局副總工程師、中國地質環境監測院院長郝愛兵說,隨著城市規劃建設的新需求,特別是地下空間利用的需求,新時期城市地質調查更加體現出整體性、立體性,突出地下空間調查,要求科學統籌地上、地下空間立體開發利用,滿足城市土地利用由平面向三維立體開發轉變的需求,也就是打造地上地下一體化的“透明城市”。傳統地質調查主要是查清地質環境現狀,為城市建設提供地質基礎資料,而新時期城市地質工作不僅要查清現狀還要求掌握動態變化規律、建設好城市地質要素監測預警網絡,為城市功能定位和城市規劃、建設、管理和運營提供地質依據和有關地質的解決方案。

“城市地質3.0版”有哪些任務呢?郝愛兵指出,一是探明城市地質條件和地下空間資源稟賦特征,詳細掌握地質災害和環境地質問題的發育分布,構建地下地上一體的“透明城市”,拓展城市發展空間,支撐服務城市工程建設和地下空間開發利用。二是開展地熱清潔能源、優質土地和地下水、地質遺跡等優勢地質資源調查,支撐服務城市綠色發展,提升城市宜居水平。三是開展空天地一體化資源環境監測,及時掌握城市資源環境變化情況,支撐建立可感知的智慧城市。四是開展資源環境承載能力評價和國土空間開發適宜性評價,提出優化國土空間格局和劃定(調整)“三區、三線”的科學建議,服務國土空間規劃、用途管制、生態保護修復和地質災害防治。五是建立地質數據資料信息服務平臺和決策支持系統,為城市的集約、智能、綠色、低碳和安全發展提供精準支撐服務產品。

欠 缺

調查覆蓋率和精度亟待提高

記者了解到,近年來,各省級自然資源主管部門積極推進轄區內城市地質調查。北京、上海等城市持續強化城市地質工作,江蘇省13個地級市城市地質工作都已開展,福建9個地級市也已開展。廣東省自然資源廳把推進城市地質工作列為政府督辦事件。山東省自然資源廳聯合7部門制定印發的《關于進一步加強山東地質工作的意見》中,把城市地質工作作為重點。

盡管近年來做了大量工作,但目前我國城市地質工作還沒有做到全國地級市全覆蓋。根據中國地質調查局統計數據,全國338個地級市1∶5萬城市地質基礎填圖全覆蓋需要1020個圖幅,截至2019年,只完成了449個圖幅,完成率為44%,而且主要集中于東部經濟發達地區。真正系統開展多要素城市地質調查,建立城市地質信息平臺的城市更少。

目前城市地質調查的覆蓋面不足,那么調查精度能夠滿足城市發展需求嗎?葛偉亞說,調查精度與當地政府對地質工作的投入密切相關。我國城市地質調查的精度多為1∶5萬的中小比例尺,能宏觀地反映城市的區域地質條件,可為城市總體規劃提供服務,但還不能夠很好地滿足城市發展的需求,還不能很好地支撐城市詳細規劃和專項規劃。北京、上海等城市由于地方政府的持續投入,工作精度相比其他城市高一些,以工程地質為例,其有效鉆孔的密度可達到1∶2.5萬。雄安新區是中國地質調查局開展的多要素城市地質調查重要示范區,核心區的工作精度已達到1:1萬。正在開展的成都、杭州等示范區精度在重點區也達到了1∶2.5萬。城市地質工作需要地方政府重視并投入資金,開展大比例尺的地質調查,為城市規劃建設和運行管理提供更精準的地質資料。此外,由于城市地質條件會受到自然環境變化和人類工程活動的影響,城市地質調查并不能一勞永逸,比如地質災害、地下水位、水土質量的變化等都需要進行動態的調查并做好監測工作。

困 難

城市地質調查需要解決四大難題

葛偉亞認為,我國城市地質調查主要面臨四個方面的難題。

一是部分城市的政府對城市地質工作的重視程度不夠,工作機制不完善,需要建立城市地質工作新體系。城市地質工作是城市規劃建設的重要基礎,一些地方政府及相關部門尚未能充分認識到地質工作、地質資料、地質信息在城市規劃、建設、運行、管理中的重要性和關鍵作用。應促進國家地方立法,明確要求城市規劃、建設、救災及城市管理必須開展相應尺度和精度的地質工作,將地質工作納入城市管理主流程。

二是城市地質尚沒有建立完整的城市地質理論體系,城市地區的綜合地質調查缺乏指導,需要建立統一的以地球系統科學為指導的城市地質理論體系。當前的城市地質還沒有形成獨立的學科,城市地質工作仍主要基于區域地質、水文地質、工程地質、環境地質等原有的理論開展,各專業調查獲取的指標僅能滿足各自專業評價的要求,缺少城市全空間資源與環境評價理論與標準,亟需通過試點示范,建立包括調查、評價、監測、信息服務在內的城市地質工作新體系。

三是常規的地球物理勘探方法難以解決城市地區信號干擾大的問題,探測的地質信息精度不高,難以精準地探測地下空間地質結構,應探索創新城市地球物理、鉆探、遙感、監測等探測技術方法,在城市多場干擾環境下,精準獲取地質結構和地下病害信息,支撐服務城市地下空間開發和安全利用。

四是城市地質信息共享和更新程度難以滿足城市規劃建設管理需求,需要建立城市地質資料更新、匯交和共享機制。城市的不同部門存儲了多種類型的地質、地下空間資料,但多數城市尚未建立數據匯交共享機制,多頭數據分散管理,數據集成、更新和利用程度都比較低,難以建立動態的多要素城市地質信息大數據平臺,難以滿足城市地上地下統籌規劃、資源環境協調開發與保護等需求。

方 向

構建三維城市地下空間模型

“城市土地、地下空間、地熱、地下水等資源合理開發和城市面臨的活動斷裂、地質災害、水土污染等安全問題的科學防治,都需要三維地質模型的支持,因此必須重視三維城市地下空間地質建模和模擬預測、預警預報,為城市發展決策提供更好的解決方案。”葛偉亞認為,構建三維城市地下空間模型是城市地質調查的努力方向。

葛偉亞說,三維城市地下空間模型將隨著大數據技術、物聯網技術以及地質勘探測繪技術的發展,向實用化、網絡平臺化、模型精細化、地上地下一體化等方向發展。實用化指三維城市地下空間模型將更加注重解決城市建設過程中的實際問題,能夠在規劃設計、市政管理、城市安全、應急調度、資源管理等方面發揮積極作用,推動地下空間資源利用的產業化發展。網絡平臺化是指三維地下空間模型的構建和管理將“云”化,通過建立云平臺,更利于地下空間信息的實時監測、動態更新,更利于信息挖掘、多源數據融合和消除信息孤島,同時借助計算機網絡、手機APP等工具,更利于面向多用戶多終端發布信息。模型精細化是指利用大量的勘察資料建立高精度城市地下空間模型,能詳細刻畫城市地下不良地質體的分布與變化情況,可滿足工程施工、市政管理等精細化管理需要。地上地下一體化是指地下空間模型能與城市BIM模型等進行一體化建設和數據分析管理。

“受軟件技術、數據質量、計算能力等限制,三維城市地質空間模型構建也面臨著一些技術瓶頸。” 葛偉亞指出,一是高效構建高精度三維城市地下空間模型的技術需要突破,以目前的地質勘察技術和經費投入狀況,獲取的地質數據仍不足以建立工程應用級的三維地下空間高精度模型,需要依靠數值模擬方法來補充,數值模擬算法問題和模型精準度問題需要攻關,高效的數據存儲、管理、更新和調度等技術問題也急需解決。二是三維城市地下空間模型數據包括BIM、傾斜攝影、地質模型、地形等多種數據類型,各類數據的生產與處理存在不同的技術方法,造成了三維城市地下空間模型的多源異構問題,跨部門的多源數據整合利用技術需要突破。

葛偉亞認為,作為智慧城市建設、自然資源信息化、城市地質信息化中的關鍵技術,三維城市地下空間建模技術創新發展前景很好。在技術方法方面將帶動GIS技術革新,提升空間分析、精準分析、精細建模等技術水平,提高城市管理水平;在服務支撐方面將更加有效,三維城市地下空間模型直觀形象、化繁為簡、通俗易懂,能很好拓展城市地質的服務范圍,提升城市治理能力。

前 行

構建中央引領、地方主導、多方參與新機制

“總結多年來的城市地質調查工作,有四方面心得體會,對我們未來的工作有所啟示。”郝愛兵說。一是要建立地方政府主導、多部門協調聯動機制。政府的重視與支持至關重要,自然資源部門應主動作為,積極引導,協調推進,形成多部門聯動機制。要制定地質工作服務城市規劃管理的方案,并在行政審批與業務辦理流程中予以固化,形成常態機制。二是要堅持需求導向,精準服務城市規劃建設與管理。針對城市國土空間規劃、土地管理、重大工程安全運營、地質災害防治等需求,設計好每一個管理環節的城市地質服務產品,提供精準、及時的地質解決方案。三是要建立信息共享更新服務平臺。要構建地質資料的匯交機制,打通自然資源、水利、住建、交通等部門的地質資料信息共享渠道,強化城市地質資料及時匯交,實現地質信息動態更新,構建不斷完善的三維城市地質信息服務共享系統,并納入政府管理平臺,為行政審批、監督管理提供決策依據。四是要加強城市地質科技創新。充分運用現代地球物理、航空遙感、信息通訊、虛擬現實等先進技術手段,不斷提高城市地質信息采集、傳輸和分析處理的能力。

“目前城市地質調查正在以中央示范引領,地方主導,多方參與的形式推進。”中國地質調查局水文地質環境地質部主任邢麗霞說,中央資金以基礎性地質調查、理論創新、技術攻關、試點示范、技術標準制定、信息平臺開發為主;省級政府相關部門統籌推進轄區內城市地質工作;城市財政資金以重點區調查、長期監測、信息系統建設維護運營為主。要充分發揮財政資金的引領帶動作用,健全政府和社會資本合作(PPP)模式,積極引導社會資本投入,探索構建“政府引導、政策扶持、社會參與、市場運作”的城市地質和地下空間資源開發利用新機制。

“下一步,中國地質調查局將進一步與地方政府深化合作多要素城市地質調查示范,在工作理念、內容、技術方法、政策機制、服務方式、信息平臺等多方面總結形成示范經驗,及時向全國推廣。”邢麗霞表示,同時還要加強城市地質規范標準制定,完善城市地質調查技術標準體系,制定三維城市地質模型建設、地質資源與環境監測預警、地質信息共享服務等技術規程,修訂城市地質調查行業標準;加強城市地質基礎理論和核心技術方法研究,重點構建資源協同開發利用理論、資源環境承載能力評價理論及城市地區地質探測與監測技術、城市國土空間開發地質適宜性評價技術、城市地下空間開發利用地質安全評價技術、三維城市地質建模與公共服務技術等,建立現代化的城市地質調查技術支撐體系。

城市地質調查的寶貴經驗

上海市 充分發揮規劃、土地和地礦管理職能融合的體制優勢,構建了地質工作服務城市規劃建設管理的常態化機制,實現了地質調查工作融入政府管理主流程。出臺《上海市地質資料管理辦法》,建立了商業性地質資料的匯交管理機制;整合各類地質信息,建立了上海市地質數據中心,實現了地質信息集群化;建成了上海市地質綜合信息平臺,為城市安全、城市發展、城市管理等提供多元化支撐服務。

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雄安新區 創新城市地質工作理念,提出“構建世界一流的‘透明雄安’、打造地熱資源利用的全球樣板、建成多要素城市地質調查示范基地、為雄安新區規劃建設運行管理提供全過程地質解決方案”四大目標愿景。系統開展了工程地質、水文地質、土地質量、地熱資源等調查,全面掌握了新區地質條件和資源環境本底,初步構建了資源環境監測網絡;探索構建了地下地上一體化“透明雄安”城市地質信息平臺,搭建了萬米深度三維地質結構框架和地下200米精細化三維地質結構模型;根據新區規劃建設輕重緩急確定相關地質調查工作的時序和精度,有效支撐了新區總體規劃和相關專項規劃編制。

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丹陽市 查明了土地質量狀況,有效服務土地利用規劃;查明了主要化工場地污染狀況,有效服務低效能土地再開發利用;查明了淺層地熱資源狀況,有效服務重點企業綠色轉型發展。此外,針對小城市地質管理基礎薄弱的特點,提出了“共同策劃、共同出資、聯合實施、突出應用、宣傳轉化”的工作推進模式。

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南昌市 通過地質調查工作,圈定了應急水源地和富硒土地,提出蔬菜基地和高標準農田建設建議,保障城市供水安全和農產品安全;形成了《服務地鐵規劃建設的地質調查產品清單》,編制《南昌市地鐵規劃建設的地質建議報告》,保障重大工程規劃建設安全;主動推進地方標準制定,積極融入政府管理主流程。

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關鍵詞: 地質調查
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