国外发达国家城市地质工作总结及其经验借鉴

'国外发达国家城市地质工作总结及其经验借鉴引言人口、资源、环境与社会经济的协调发展是21世纪的重大科学命题。城市作为人口和现代工业集中的地区，在国家建设和人类生存环境水平提高中发挥着巨大作用，城市化的快速发展促使自然环境发生巨变，城市和地质环境不断进行着相互作用。在过去的30多年中，随着中国经济的迅速发展，城市化进程迅速加快，社会和学术界对城市地质问题表现出前所未有的关心。我国进行比较系统的城市地质研究工作起步较晚，就其研究的广度和深度以及全面性而言，与国外发达国家相比尚有较大差距。因此，对国外发达国家开展的主要城市地质工作进行了总结，以期能切实反映出城市地质研究工作的现状和今后的发展趋势，从而为我国城市地质工作的开展提供参考和借鉴。1城市地质的内涵城市地质是地球科学的一个较新的分支，对城市地质的定义和内涵，目前仍在研究和探索之中，关于它是不是一门独立的学科，认识尚不统一。有的认为城市地质属于传统地质学的范畴，不是独立的学科，而是各种地质工作在城市和城市化地区的应用;有的认为它是工程地质学的分支，应称为城市工程地质学;有的认为它是环境地质学的分支，称为城市环境地质学。通过综合诸家意见认为，城市地质已发展成为一门独立的分支科学，有着特定的任务和工作其任务是应用地质科学的理论和方法，以城市地区的地质结构为主要研究对象，将所获得的地质资料和认识，应用于城市的规划、建设和管理，其实质是地质科学和地质学家直接 参与城市的规划、建设和管理工作，为城市发展与控制提供可靠的科学依据。工作内容包括土地的合理利用、城市供水水源地的勘查和利用、区域地质环境安全性评价、城市矿产资源开发利用与论证、城市地质环境质量综合评价与环境保护以及城市地质环境监测等。城市地质学整合了城市管理和发展中所需的一系列地球科学分支，因此它是地球科学中综合性最强的领域之一，涵盖了部分工程地质学、环境地质学及土地管理学等，除此之外还有传统的地层学、构造地质学、岩土力学、水文地质学等。因此，城市地质工作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其产生的影响，为城市规划、建设和管理服务的地质工作.可见，城市地质作为一门应用性的地质学科，它并不是简单的其他地质学分支学科资料的堆积，而是需要针对具体的城市地质问题，进行分析评估和综合集成，并提出合理的解决办法。2国外研究进展城市地质的主体工作是主题应用填图，为城市各类规划、建设和管理提供决策支持.国外最早的城市地质工作大约是在20世纪20年代末开展的，具有代表性的是德国绘制了用于城市规划的特殊土壤分布图.30年代末，德国出版了标示着各种土地利用适宜性的1∶10000和1∶5000的地质图，并用于Bodenatlas的城市扩建规划;第二次世界大战后，随着人口增长和经济复苏，城市地质工作日益频繁，特别是在欧洲和北美地区，如德国、捷克、斯洛伐克和荷兰等国家实施了系统的城市地质填图计划，主要是对城市地区土壤和岩石的自然属性进行填图，用于指导城市规划和建设,其中典型代表是Prague城市的 1∶5000地基填图，包含建设层地基岩土的物理力学参数等工程地质信息，并且该城市大量的数据和图件在不断地更新.这一时期，德国有十多个城市完成了土地利用主题填图.尽管这些图件在城市规划中发挥了重要作用，但总体来说其可读性较差;图件及附注中包含了土壤自然属性和土地利用适宜性的信息，但多为定性描述，这主要是由于土工实验数据以及在原位或实验室条件下水文地质测试数据的有效性较低。随着第二次世界大战后美国经济的高速增长以及其后的城市扩张，大量的地质工作者开始展开对城市地质的研究工作。例如，20世纪60年代末至70年代，仅洛杉矶就有150多名地质学家在从事城市地质研究工作.同期，由于Legget的出版，地质数据在加拿大城市规划和管理中的应用取得了突破性进展.至此，工业化国家更加关注城市中自然环境的改变和大量废弃物造成的污染，废弃物处理场的选址成为城市地质工作者新的研究领域。应用地球化学解决废物污染问题迅速地成为一种发展趋势，最早在德国出现对土壤纳污潜力和污染容量极限的研究，生成地质潜力图来为城市规划服务,这套填图系统后来被其他许多国家应用。这一时期美国地质调查局绘制了许多城市地质图件;许多欧洲国家也开展了一些特殊研究，包括寻求最合适的方法在城市化地区的图件上展现地质数据.西班牙的许多城市地区开展了用于城市规划的1∶25000岩石土壤填图工作,初步查清了不同类型地表浅层岩土的分布范围，如在马德里开展了1∶400000到1∶100000的填图工作.可见，这一时期欧美发达国家的城市地质工作取得了重大进展：首先，城市地质工作内容延伸到水土污染调查评价、地质资源潜力及其开发利用评价、城市废弃物的处置及应用地球化学方法进行污染治理等多个方面，体现了调查与治理的相结合;其次，工作区域从 单个城市扩展到城市群地区，同时注重城市地质为环境规划和土地利用规划服务，提高了成果的实用性;再次，各种专业信息系统相继建立，这一时期约有300个系统投入使用，以获取和处理地质、地理、地形和水资源信息。20世纪70年代末至80年代初，随着水文地质和岩土模型应用的加强，使得定量描述和预测人类活动对地球圈层的影响成为可能，这一时期城市地质工作的一大特点就是主题填图从定性到定量的过渡。例如，荷兰开展了由土地开垦造成的地面沉降的危害研究，并在一些城市地区开展了侵蚀和沉积作用的影响研究.电子数据技术的采用带动了全新的主题填图工作，从而使规划者、决策者和工程师能够比过去更加容易地获取这些主题图，并根据需要及时地提取有用信息。主题图的编制更多地采用了定量化指标，并尽量简化了图面内容，使得非地质专业的用户更加容易地理解图的信息.东南亚和太平洋地区从20世纪80年代中期开始，启动了城市地质的研究工作。这项工作主要是在亚太经社会委员会.该项目的目标是绘制用于土地利用规划、土木工程建设和解决地质环境问题的各种主题图件。这项工作是基于包含2万多份钻孔描述资料的数字化数据库和具有强大功能的GIS与模型技术完成的。德国地质调查局将工作重点由矿产勘查转向环境调查研究，主要开展了城市及其周围地区的环境地球化学调查、污染评价;垃圾场污染的调查、评价及污染监控、治理等环境地质工作;建立了城市行政机关、地质调查所的综合数据库，并获取广泛的其他地学知识，为城市规划建设和地下水利用服务。201X年，英国地质调查局启动了城市地球科学研究项目，旨在为城市发展提供综合的地质信息。 该项目划分为地表矿床特征、三维岩体特征和信息系统研发3类6个主题研究子项目。201X年，QuaternarInternational编辑部出版了《新西兰和澳大利亚东部城市与第四纪地质》以及《TheShapingofSdnebItsUrbanGeo-log》。报告论述了这些地区城市的地质条件和面临的问题，阐述了城市地质如何融入到城市规划、土地利用、防灾减灾中，指出城市空间布局和发展战略要适应地质资源和地质环境条件.201X年8月第33届国际地质大会在挪威奥斯陆召开，大会的主题是地球系统科学---可持续发展的基石.此次大会关于城市地质的内容也很多，其中国外城市地质成果介绍中最具代表性的为挪威国家地质调查局在奥斯陆地区开展城市地质调查项目，项目主要研究内容有10个方面：氡灾害、地面沉降、城市土壤污染、地热、砂矿资源、地下水、矿产地质、基底稳定性与监测、地质教育等。工作思路上在这一时期，一方面注重以整体观点研究城市地质问题。城市地质工作从解决比较简单的规划建设问题深入到解决更为复杂的区域整体开发和决策问题。如美国于1991年开始实施水流域综合保护计划，将分散的水资源保护转向使用水流域的研究，在统一的水文地质单元内共同解决水资源的可供能力、水资源污染和生态环境恶化问题，使管理者能够从整个水流域全面地考虑影响水资源的各种作用.对于城市灾害，则注重对群发或诱发的灾害系统研究，研究灾害的影响面、易损性和对灾害的反应。近年来在国际地科联环境规划地质科学委员会的倡导下，西方国家正着手建立反映地质过程和地质现象变化大小、频率和趋向的地质指标体系，并将地质指标与城市的经济、社会、环境指标结合起来，从整体来考虑城市的建设和发展。另一 方面，实施全面保护城市地质环境、超前服务于城市可持续发展的战略。这一战略的确定正是对过去城市化过程中忽视环境、忽略地学信息，造成城市灾害频发的后果做出的深刻反思。如美国在地下水污染治理方面位居世界前列，最近十几年内仅清理油渗漏造成的土壤和含水层污染的费用就高达数千亿美元。由于对复杂的水文地质条件认识不足，所采用的抽取-处理技术并未达到预期效果。如今美国科学家和立法者已经认识到，最成功的污染治理战略将是对土壤和地下水污染场地及其周围地区实施风险管理战略。类似的如城市快速发展而防灾、减灾措施相对滞后导致的城市灾害影响面扩大和易损性增强，已经影响或制约了城市的可持续发展。为此，地质灾害风险性评估、水土污染风险识别、地下水可供能力、城市脆弱性评价以及建立环境变化的地质指标等作为对城市地质环境实施保护的超前服务工作，成了90年代至今城市地质工作的重点和热点。在技术方法上，多学科、多目标、多种技术方法的交叉配合，提高了城市地质工作的质量和效率，增强了其解决实际问题的能力。如利用探地雷达、高分辨率地震、层析成像等先进技术进行工程和地质灾害勘察取得了显着功效，尤其利用GIS、RS、GPS技术进行城市地质调查、地质灾害监测与防治，采集多学科地学信息，建立GIS平台的地学信息空间数据库和自然灾害风险评估的决策支持系统，较好地满足了城市地质快速适应城市发展的需求。3发展趋势纵观国外城市地质工作的开展历程，经历了工作内容从单纯查清地质条件到涵盖废弃物处置、水土污染防治、地质灾害风险性评估、地下水脆弱性评价、多目标地球化学、生态地质调查等多种内容的 综合调查研究;对城市地质环境的调查与编图从定性描述深入到定量评价;工作思路从调查分析单一的地质问题转变为从整体上综合考虑城市规划、发展的需求，超前服务于城市社会、经济的可持续发展;工作区域从单个城市扩展到城市群地区乃至国土规划经济开发区;技术方法从利用水文地球化学和地球物理技术的勘探开发服务拓展为多学科、多种先进的勘察、检测、分析技术相互结合的多目标服务;地质信息从编制纸介质的图件、报告提升到建立空间数据库和GIS平台上的地学信息系统，实现信息及时更新、动态评价和社会共享。进入21世纪以来，随着世界城市化进程的加快，城市地质灾害问题日益突出，已成为城市可持续发展的重要制约因素，这使得城市地质研究越来越被重视。3.1城市地质工作理论更加系统更加完善城市地质工作秉承科学发展观的基本内涵，融合多学科理论观点，形成以确保城市地质生态安全为主题、实现人与自然和谐发展的理论体系，推崇尊重自然规律和社会规律，实现社会经济在地质环境容量允许、质量良好的前提下加快发展。应特别加强对三维建模、地质灾害风险管理理论研究，建立地下水、土壤污染评价理论体系.3.2城市地质工作的深度及服务应用领域将不断拓展目前城市地质工作更多地侧重于城市基础性地质调查填图和评价工作，如基岩地质、第四纪地质、水文地质与工程地质调查等.同时城市地质信息管理平台如何实现与土地资源管理平台、城市规划管理平台、城市建设管理平台的衔接也是一个重要方向。例如，英国为确保及时满足城市发展对地质科学信息的需求，形成对各种城市地质问题具有快速反应能力、基于GIS平台的地质科学信息基础数据库信息化系 统。英国地质调查局地质工作小组还在泰晤士河口地区开展了地球科学数据信息系统建设项目。这在很大程度上反映了当今发达国家城市地质工作的基本趋势。3.4土壤和地下水污染风险识别与评价及其治理仍是今后城市地质工作的重点近年来，地下水污染治理已成为城市地质工作的重点，并被一些国家提高到保护人类健康和社会持续发展的高度来看待。地下水污染治理走过了以下的历程：20世纪70年代，地下水治理与恢复的战略为识别修复,即识别地下水的污染场地，对其进行治理。到了80年代地下水治理与恢复的战略为预测防治,即对地下水污染场地的污染潜力进行预测，对其进行必要的防治措施，以免污染进步扩大。进入90年代后，采用以风险评价为基础的地下水治理与恢复的战略，即为保护人类健康和生态环境的长期经济可持续发展，对地下水资源进行全面的保护。尤其在美国，科学家和立法者已经认识到，最成功的污染治理战略将是对土壤和地下水污染场地及其周围的地区实施风险管理战略，即通过风险评价，识别减轻污染的途径，并对污染以某种方式进行遏制来保护人类健康和环境。这是最近几年污染治理的新动向。原位生物治理技术是治理地下水污染和土壤污染的一种很有前景的技术;然而，由于对地下环境中做生物的作用过程的认识不够，目前国际上真正费用低、效果好的原位生物治理技术仍有限。动力控制与原位微生物方法联合治理地下水污染是今后的发展方向，未来污染的遏制是降低污染处理费用的有效途径。 3.5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城市发展的初期，经济快速发展，用水量急剧增加，导致大量抽取地下水，使地下水水位普遍下降，从而引起系列的工程和环境问题。如黏土压实引起地面沉降、地裂缝，使工程地基和地下工程不稳定;咸水入侵和水质恶化;水井掉泵等问题。城市发展的成熟阶段，地下水上升会引发一系列的水土、工程和环境效应。人们认为城市化最明显的影响因素是道路铺沥青和浇筑混凝土使土地表面透水性不好。最近的研究表明，城市地区地下水总的补给大多是增加的。原因是：在不透水地方的边缘，入渗增大;供水系统的渗漏;污水系统、化粪池和工业污水处置的渗漏，特别是在发展中国家排污设施条件差或没有排污设施的地方;绿地和树木的过度浇灌，增大补给。城市地下水总补给量的增加可以大大抵消由于城市化地面不透水所引起的任何地下水补给的减少量。这种补给的增加，不仅改变了地下水的动态平衡,也改变了地下水的水质，引起地下水的污染。地下水补给增多对地下工程的稳定性也产生重要的影响，主要表现在：突水对地基和隧道的破坏;承载力的下降和一些建筑物的下沉;对地下构筑物的侵蚀作用增加;地下水构筑物的抬升和结构的破坏;对地下水污水管道和化粪池的破坏，使污染物进入地下水中，使人类健康和环境处于风险之中;污染物和有毒气体从污染的土壤中迁移。这一系列问题都将是未来城市地质工作的研究热点。3.6城市地质调查正在更多地区不同类型的城市开展 城市地质调查从20世纪开始到现在，已经近百年，世界上许多城市已经开展过城市地质调查，如洛杉矶、柏林、东京、伦敦和莫斯科等都开展过相对综合的城市地质调查并出版了相关着作，如《莫斯科城市地质》。目前有更多的城市正在开展城市地质调查工作，如我国的上海、北京、天津、广州、南京和杭州，国外如挪威的奥斯陆、芬兰的赫尔辛基和日本的东京等。其中挪威奥斯陆城市地质调查覆盖了地质结构、地质资源、地质灾害等方面非洲的许多国家城市地质也正在许多城市开展，比如尼日利亚的拉各斯、埃及的开罗等。由我国国土资源部组织开展、中国地质科学院水文地质环境地质研究所承担的全国306座城市地质问题摸底调查工作，历经8年于201X年完成，此次调查将我国城市按所处地貌环境分为平原、盆地、低山、丘陵、山地和高原等类型,对各类型城市地质问题现状和危害进行了调查评价。调查发现位于不同地貌类型地区的城市，其地质问题各具特点，城市发展适宜性也不同，在进行城市地质工作时有必要分类进行研究。3.7地质灾害调查与监测是城市地质的重要内容之一地震、滑坡、泥石流、地面沉降、水土污染和岸带冲淤等地质灾害将直接影响城市的可持续发展，每个城市都面临不同的地质灾害。调查发现，中国地级以上城市建成区范围内，近10年间，滑坡、崩塌、泥石流和塌陷等地质灾害共造成529人死亡，规划区范围内造成3681人伤亡，毁坏房屋24万余间;近30年来，城市规划区范围内各类城市地质问题累计造成经济损失约3.2万亿元。可见，地质灾害调查与监测仍将是未来城市地质的重要内容之一，并且，今后除继续开展地质灾害调查之外，更应侧重地质灾害动态监测与预警预报。如何将地面沉降监测与轨道交通安 全运营结合起来开展预警预报工作，如何建立覆盖不同建设用地类型、农用地类型的土地质量动态监测网，海岸带冲蚀淤积监测如何与跨海大桥、重点岸堤保护结合等，地震、滑坡、泥石流等地质灾害如何监测及如何启动应急响应机制等。3.8调查、监测和测试等方法技术会不断革新随着城市管理的要求逐步提高，城市地质调查对方法技术要求越来越高，比如通过提升地球物理探测技术获得工程地质、水文地质、土壤污染等参数信息,通过卫星遥感技术的改进监测区域地面沉降、水土污染、岸带冲淤等，如何在现场快速圈定受污染土壤的范围，地震、滑坡及泥石流的监测预警预报技术的需求也非常迫切。另外测试质量水平将直接影响地质评价的结果，如目前土壤地球化学元素测试技术还不能完全满足土地质量动态监测的较高要求，某元素的检出限误差可能比实际年度变化量高许多，年代测试的准确与否将直接决定地层归属，水土有机污染物测试结果的重复性检验较差将直接影响结果的准确性。调查、监测及测试等方法技术的不断革新，将是今后完善城市地质工作的重要途径之一。3.9城市地质工作机制建设越来越被重视城市地质如何融入到城市规划建设与管理的机制建设将是决定城市地质发展动力关键所在，今后城市地质服务机制的建立和完善将是一个重要的发展趋势。如城市地质工作模式由问题推动型到理念发展型的发展,城市地质工作与区域经济发展规划结合机制的形成，城市地质工作如何融入到城市规划管理流程、土地资源管理流程等政府管理主流程,城市地质信息更新与共享服务机制建设等.4结论与讨论 综上所述，城市地质兼有自然科学与应用科学的双重属性，随着科技与社会的进步，城市地质学的概念不断变化和拓展，而城市地质学的核心仍是地质学，其最大特点是综合性，其发展的动力要依托机制的创新，应注重它的应用性、方法技术的革新。我们既要研究现有地学成果和技术手段如何应用于城市建设，又要研究如何更新技术手段以满足城市建设新的需求。从整体而言，我国城市地质工作水平仍落后于发达国家，但差距正在逐步缩小。20世纪60年代，主要是以抓基础地质为主，科研方向为基础地质理论。70-80年代，国内有关专家和地质科研机构对地震地质愈来愈重视。20世纪90年代以来，随着城市化战略的提出，大规模工程建设活动则使城市环境岩土工程问题及地质灾害问题成为优先研究方向.如今，建设富裕、安全、和谐社会这一建设目标的提出，使现阶段科研规划中资源环境仍为优先领域，资源、环境、污染成为优先主题。我国未来城市地质工作的重点、内容应根据城市、经济区具体的地质问题和发展需求而定。北方资源型缺水城市，解决地下水水源、可持续开发利用地下水资源是城市地质的重要任务，查明含水层的空间分布，进行地下水源地的勘查，优选和评价地下水库等成为城市地质调查的主要西部地区生态环境脆弱，在西部大开发的形势下，城市地质要围绕生态环境保护做工作，工作内容拟包括地质环境组成要素的脆弱性调查评价、城市建设适宜性评价等。矿山城市要重点调查开矿产生的地质灾害，如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、水土污染等，进行地质环境安全性评价，提出治理对策;对将要闭坑的矿山城市，为生态环境恢复，可 进行土地复垦、地面塌陷治理条件、治理方法适宜性的调查评价等。总体而言，城市地质工作应在3个层面上展开：基础地质调查、主题填图、综合评价与研究。各层面之间相互联系，彼此依托，互为促进.可见，城市地质工作的全面推进，有赖于将地质调查评价结果与城市的经济、社会、环境指标相结合，通过资源系统的承载力、地质环境容量的评价和地质灾害预警，实现城市地质与城市国民经济系统的融合，全面保护城市地质环境，服务于城市可持续发展。参考文献：孙培善。城市地质工作概论.北京：地质出版社，201X:50-6王孔忠。城市地质工作的需求与目标.地质通报，201X,22:597-600.Honingen-HuenePFVon.UbersihtskartierungimGebietderMetishbltterKempen,Krefeld,Viersen,WillihnebstRandgebieten:BriefeLandesplanungsverb.Berlin:Dsseldorf:1931:5-11.BrdningK.BodenatlasvonNiedersahsen.Gottingen:Wirtshaftsiss,1940:7-9.'