張金玲
(北京市地質工程設計研究院,北京 101500)
地質環境為人類提供不可或缺的空間和基本資源,是人類生存和發展的重要基礎環境之一,人類通過地質資源開發與地質體的利用從地質環境中汲取所需[1]。地質環境監測是國土資源開發與地質環境保護的“眼睛”[2],是對自然地質環境或者工程建設影響的地質環境及其變化,進行定期觀察測量、采樣測試、記錄計算、分析評價和預警預報的活動[3],是國土資源主管部門一項重要工作。
隨著經濟建設快速發展和地質資源開發利用強度提高,北京市面臨資源、環境、災害三重壓力,對重要戰略資源和城市地質安全構成威脅。為了在保護中合理開發利用地質資源,保障北京市重要戰略資源可持續利用;為了防災減災,防治措施有的放矢;為了掌握城市快速建設發展下地質環境要素動態變化情況和發展趨勢,保障北京城市地質安全,建設生態文明城市,開展全面的地質環境監測迫在眉睫。
近年來,北京發展成為人口眾多并集中,經濟快速發展,城市建設工程密集、規模大,但又缺乏資源、能源的城市。土地資源緊張、水資源匱乏、地下水超采,并誘發了次生地質災害。突發地質災害易發、閉坑礦山遺留的環境問題隱蔽并長期存在、農業與生產基地的土壤地質安全性應引起重視。新能源的開發利用,將引發新的地質環境問題,城市地下空間大規模開發、地質環境污染加重、緩變地質災害(地面沉降、地裂縫)快速發展、活動斷裂影響地殼穩定。
北京市地質礦產勘查開發局(以下簡稱“北京市地勘局”)是北京市政府的地質工作的技術支撐單位,管理著北京市水文地質工程地質大隊、北京市地質調查研究院、北京市地質研究所等8個專業隊伍,長期承擔著北京市環境監測專業技術工作。在對以往監測工作梳理和結合北京市城市發展規劃的基礎上,北京市地勘局提出了“首都地質資源環境承載能力監測預警平臺的建設工程”戰略。
該預警平臺包括8個監測預警系統。目前,北京市已建成并投入運行的監測預警系統有3個,分別是北京市地面沉降監測預警系統、北京市地下水環境監測預警系統、北京市地熱與淺層地溫能開發利用地質環境影響監測預警系統。2個監測預警系統正在建設中,分別為北京市突發地質災害監測預警系統、北京市平原區活動斷裂監測預警系統。另外,3個正處于擬建、立項階段的監測預警系統,分別是北京市土壤地質環境監測預警系統、北京市重大建構筑物及地下空間地質安全監測預警系統、北京市重大線性工程地質安全監測預警系統。
同時,礦山地質環境作為北京市山區生態環境的重要組成部分,正在開展礦山地質環境監測示范工作。
1.2.1 首都地質資源環境承載能力監測預警平臺建設現狀
(1)已建成并投入運行的監測預警系統
1)地下水環境監測預警系統
自1956年開始,北京市平原區陸續建立了地下水水位監測網,在此基礎上于上世紀70年代初建立了地下水水質監測網。“十一五”期間,根據北京市地下水管理的需要,地勘局在市環保局、水務局和市財政的大力支持下,建成了由822眼監測井(其中國家級40個監測點)組成的區域地下水環境監測網和360眼監測井組成的重點污染源專項監控網,覆蓋全市16個區縣6900km2平原區范圍。主要監測平原區第四系地下水水位、水質,監控50m以淺~300m四個含水層組,突出了“立體分層”,使得地下水水位、水質監測網既獨立又互相補充。監測方法采用自動監測和人工監測結合。
其中,區域地下水環境監測網監測指標包括無機、有機共58項。污染源專項監控網監控平原區部分工業污染點源、污染河流線源、農業污染面源等污染源,監測層位為淺層地下水,監測指標包括無機、有機共75項。
基本構建了一個系統的平原區地下水環境的動態監測體系,基本掌控了北京市平原區地下水開采、超采和污染情況。為政府環境主管部門提供技術支持、基礎依據。
2)地面沉降監測預警系統
2002年北京市開始建設地面沉降監測預警系統。目前,北京市有天竺、王四營、望京、八仙莊、張家灣、平各莊、榆垡七個地面沉降監測站,主要監測對象為朝陽來廣營、東八里莊—大郊亭、昌平沙河-八仙莊、大興榆垡-禮賢沉降區。形成了由地面沉降監測站網、高精度水準測量、GPS測量、InSAR測量和地下水動態監測構成的覆蓋全市平原區的集地下、地表、空中于一體的地面沉降監測網絡。該網絡共包含400多個水準監測點、114個GPS測量點和613眼水位監測井。根據《北京市地面沉降防治規劃(2013—2020)》,近期還將建設海淀和平谷兩個地面沉降監測站。
為了研究地裂縫與地面沉降、活動斷裂之間的關系,目前,在地面沉降監測預警系統的基礎上建成順義高麗營鎮西王路村地裂縫監測系統示范基地,進行地裂縫自動化監測。由地表位移自動化遙測系統、水準點測量系統和裂縫動態自動化監測系統3部分構成。水準點監測系統由13個水準點構成,用于研究地裂縫的水平變形和垂直升降。
3)地熱與淺層地溫能開發利用地質環境影響監測預警系統
地熱資源開發利用地質環境影響監測預警系統:目前,其以開發項目為監測對象,動態監測的目的是對儲量計算結果和資源評價的考核,規律開發、管理熱田,實現持續發展。北京市地熱動態監測和北京市地熱井遠程監控系統,適時監測各地熱井的出水水溫和用水量等數據。主要內容包括:小湯山、東南城區、李遂和良鄉熱田的水位、水質和水溫的動態變化情況,期中水位監測點9個,水質和水溫監測點9個。
淺層地溫能開發利用地質環境影響監測預警系統:目前,北京市初步建成了“2站+40個點”的北京市平原區淺層地溫能開發利用地質環境影響監測預警系統,包括1個地埋管地源熱泵系統監測站、1個地下水地源熱泵系統監測站,以及有代表性的40個監測點的設置。監測站點分布于北京市海淀、昌平、朝陽、順義、懷柔等區。建立了地溫場數據遠程傳輸及采集系統,實現數據實時記錄及傳輸。
(2)正在建設中的監測預警系統
1)突發地質災害監測預警系統
目前,北京市建立了地質災害群測群防體系和應急調查隊伍,開展了突發性地質災害氣象預警預報工作,通過調查評價確定了1094處可用避險場所,并提出汛期避險方案。2014年開始建設專業監測網絡,在密云縣、房山區、門頭溝區130處人類活動頻繁的突發地質災害隱患實施專業監測,包括119條泥石流溝、6處崩塌、1處滑坡、4處采空塌陷。
2015年將啟動覆蓋全北京山區、半山區的專業監測網絡的建設工作,在懷柔區、平谷區、延慶縣、昌平區、海淀區、豐臺區和石景山區等區縣395處人類活動頻繁的突發地質災害隱患實施專業監測(不包括公路兩側),目前正在立項階段。
2)活動斷裂監測預警系統
根據2013年完成的《北京平原區主要活動斷裂監測專項地質調查項目》,在前期活動斷裂精確定位、活動性以及對城市建設安全潛在危害性評估的成果基礎上,擬建設5個監測站和9個監測點對黃莊—高麗營斷裂、夏墊—馬坊斷裂、南口—孫河斷裂、順義斷裂進行監測,初步形成由監測站點、局域水準線和區域GPS監測網三部分構成的點線面結合、多方法綜合監測的監測預警系統。旨在對主要活動斷裂進行實時監測,分析其活動規律,預測發展趨勢,對活動斷裂可能誘發的地質災害進行監測預警預報,為北京市地質安全提供技術支撐。
(3)擬建、立項階段的監測預警系統
1)土壤地質環境監測預警系統
該監測預警系統正處于擬建、立項階段。北京是國內開展土壤背景值監測較早的地區之一,之后開展了以農用土壤監測為主的監測工作,偏重農用地土壤肥力監測,但全面的土壤監測工作一直沒有開展。近60年來北京市不同部門做了一些與土壤環境相關的工作,為土壤地質環境監測的開展奠定了基礎[5]。
2000年以來,北京市地勘局先后開展了平原區土壤地球化學調查評價、北京市農業土地資源綜合調查與評價工作。在上述工作的基礎上,北京市將開展初步建立土壤地質環境監測網絡的工作,范圍為北京市平原區(含延慶盆地)和山前臺地丘陵區,面積10000km2,160個監測點。包括區域監測和重點監測,主要是針對與人類活動密切相關的地區或地段,監測對象包括主城區與縣城區、重要工礦區、重要公路、重要供水水源地、主要蔬菜種植基地、基本農田保護區和特色農產品種植區、土壤環境元素異常區等地。必測指標為酸堿度與重金屬元素;選測指標則視監測區類型、測試指標屬性的相對穩定性而有所不同,包括大量元素與微量元素及其化學形態、有機污染物與土壤理化性質等。
2)北京市重大建構筑物及地下空間地質安全監測預警系統和北京市重大線性工程地質安全監測預警系統
隨著城市建設進程加快,國家和市政府投資建設的重大、重要建設工程增加,包括各類重大建構筑物、管線及軌道交通等建設工程,其中以地下空間開發利用為主的地鐵建設是其中重要部分。
上述工程在建設、運行期間將面臨工程建設引發的地質環境問題的影響;同時,在地質條件不穩定區,如活動斷裂、地裂縫、地面沉降等發育區域,建設工程將受到外部地質環境問題的威脅。所以重大建構筑物及地下空間、重大線性工程地質環境影響不容忽視。
目前,在工程建設期間,出于安全施工的目的,開展較廣泛的是建筑沉降觀測、地下水降水監測、地質災害監測等。但工程建設結束,監測工作結束,在運行期間基本無監測工作,即對工程運行期間是否受到其它地質環境問題的威脅、工程自身引發的地質環境問題沒有開展監測。
目前北京市地勘局在相關部門的支持下,正在開展北京市重大建構筑物及地下空間地質安全監測、北京市重大線性工程地質安全監測的前期研究工作。
1.2.2 其它領域地質環境監測工作——礦山地質環境監測現狀
北京市礦產資源開采歷史悠,主要開采煤礦、金屬礦及非金屬建材礦產。為保護首都生態環境,北京實施政策性停產,2004年以來,北京關閉固體礦山807家[6]。截至2012年底,北京市共有固體礦山企業34家,主要分布在門頭溝、房山、昌平、順義、懷柔和密云6個區縣。
北京市國土資源主管部門、環境保護行政主管部門等相關政府部門按照國家環境保護法、礦產資源法等有關法律、法規規定,對在生產礦山環境進行監督管理。
閉坑礦山地質環境監測工作目前處于剛起步階段。2003年以來,北京市進行了系統的礦山地質環境調查及治理工作,調查歷史關閉、廢棄礦山數量達到1661個,對遺留的地質環境總治理面積已達5萬余畝[6],治理工程以地形地貌重塑,植被恢復,固體廢棄物清理利用,消除或降低次生崩滑塌、泥石流等地質災害危害等為主,未涉及土壤污染、水質污染治理、含水層破壞等治理及監測。
當前北京市礦山地質環境問題主要為廢棄礦山、關閉礦山歷史遺留的地質環境問題,主要分布在西山和北山地區。北山地區主要是密云水庫、應急水源地上游或周圍以鐵礦和金礦為主的金屬礦山開采區、選冶、尾礦堆放引發以水土污染為主的地質環境問題。西山地區主要是以煤礦地下開采、煤矸石及洗煤廢渣等堆放引起的以水土污染、采空塌陷、含水層破壞為主的地質環境問題。
2014年開始啟動礦山地質環境監測示范工作,項目周期2年,在北京北部典型金屬礦山(區)和西部煤炭礦山(區)進行專項調查研究和危害風險評估,開展礦山地質環境監測示范工程建設,為礦山地質環境監測系統建設奠定基礎。
1.2.3 未開展監測工作的領域
目前北京市對部分地質遺跡開展了保護工作,但地質遺跡監測工作處于空白狀態。1999年,北京市編制了《北京市地質遺跡自然保護區規劃(2001—2010)》。近年北京市對地質遺跡資源越來越重視,2014年,北京市國土資源局開展《北京市地質遺跡詳查評價及保護對策研究項目》。
目前北京市地質遺跡保護的主要方式是建設地質公園和地質遺跡自然保護區。自2000年始北京市開展國家地質公園的科考與申報工作,截至2014年底,北京市已建立2個世界地質公園、5個國家地質公園、1個省級地質公園和3個地質遺跡自然保護區[7]。
但地質公園和地質遺跡自然保護區不能覆蓋所有的地質遺跡。地質公園和自然保護區主要集中在具有經濟價值的古生物遺跡、地貌遺跡,尚有眾多地質遺跡未得到有效保護利用,特別是對經濟價值較低、分布零散、不夠形成地質公園和地質遺跡自然保護區規模、但具有科學價值、生態價值、文化價值的地質遺跡的保護工作欠缺。如馬蘭組層型剖面、房山花崗巖地貌、灰峪石炭紀-二疊紀古生物化石產地等逐漸被工程建設、采石場所覆蓋、破壞。
綜上,近10年北京市地質環境監測工作取得了一些進展和成效。北京市在地面沉降、地下水環境監測領域已形成了比較成熟的監測網絡,但在土壤地質環境、突發地質災害、活動斷裂、地熱及淺層地溫能開發利用地質環境影響、重大建構筑物及地下空間地質安全、重大線性工程地質安全、礦山地質環境、地質遺跡領域的監測能力,尚需進一步推進、加強。
地面沉降、地下水環境、地熱及淺層地溫能開發利用對地質環境影響監測預警系統的監測網的監測點、監測站區域覆蓋不全,大范圍、宏觀地質環境監測和區域地質環境綜合分析能力不足。
(1)目前地面沉降監測網還沒有完全覆蓋到整個平原地區。地面沉降目前仍處于快速發展階段,老沉降區繼續發展,新沉降區正在形成,監測點密度不能達到地面沉降監測的精度要求,監測站數量不能滿足區域監測要求。對重點區域、重點工程的專項監測工作不足,如大興南部首都新機場等重大工程區域尚缺少地面沉降監測站,專項地面沉降調查范圍有限,調查區域覆蓋率不夠,不能及時準確的全面掌握北京地面沉降的發展變化趨勢。
(2)地下水監測井空間區域上集中分布在平原區,山前個別地段零星分布,山區基巖地下水監測井基本空白。平原區監測網存在以下問題:平原區隱伏巖溶地下水尚未系統監測;個別潛水監測井由于水位下降導致無法進行監測;監測井的分布密度不能滿足精度需求,特別是重點區,如重要水源地;專項監測網對重點污染源區監測覆蓋不足,如市級的工業園區、大型工業企業搬遷遺留場地、高爾夫球場和畜禽養殖場、地下水水源保護區內潛在污染源等。監測站、點的建設滯后于地下水開發利用趨勢,監測狀況不能滿足履行“監測、監督防止地下水的過量開采與污染,保護地質環境”職能的需要的。
(3)目前地熱資源的動態監測工作集中在小湯山、東南城區、李遂和良鄉熱田,以開發項目為監測目標,監測地熱資源儲量的動態變化為主要目的。對于回灌工作的監測工作開展不足,且回灌的監測是以監測地熱田水質是否受到污染為主要目的,而對于熱污染、化學污染、地面沉降等這類對地熱田外部系統的地質環境的影響未進行監測[8]。雙橋、后沙峪、京西北、天竺等其它6個地區由于地熱井數量少,開發時間短,因而監測工作滯后。
(4)淺層地溫能開發利用對環境影響監測網絡建設落后于資源開發利用速度。北京市截至2012年底已建地源熱泵項目1111個,應用熱泵建筑面積約為3435萬m2[9],工程利用呈點狀分布且較分散,在國家和北京市節能減排的政策支持下,淺層地溫能規模化開發利用將呈發展趨勢。而目前監測工程僅處于示范區建設階段,不能滿足地質環境監測的需求,特別是不能忽視隨著開發利用程度的提高,呈區域開發后由于大面積開發和長時間積累引起對區域地質環境的改變,尤其是地溫場。同時,目前的監測點、監測站的建立主要利用開發建設項目,建設、運行過程中對建設主體、業主等依賴程度大,無自主權,監測工作被動。
(5)已建監測預警系統的信息系統不健全。已建監測預警系統注重監測網中監測點和監測站的建設,信息系統開發工作進度滯后。監測信息時效性差,從監測原始數據采集到資料計算、整理分析,一直到綜合研究,時間跨度長,難以及時反映當時實際情況;動態數據的連續性、準確性和完整性還需加強。預警預報工作基本尚未開展,信息系統還不能實現預警預報功能。各監測預警系統的地質環境監測指標不全面,指標體系尚需完善。
針對在建監測預警系統,尚屬首次建設,建設過程中成因機理和監測預警關鍵技術問題尚待研究,各監測預警系統的地質環境監測指標需要開展研究并逐步建立監測指標體系。正處于擬建、立項階段的監測預警系統,需加強前期論證工作,立項渠道不明確、不順暢。監測領域不全面,“首都地質資源環境承載能力監測預警平臺建設工程”沒有涵蓋地質遺跡、礦山地質環境領域。
監測工作沒有法律保障,北京市沒有專門的地質環境監測方面的法律、管理辦法、規章制度等,地質環境監測缺乏必要的法規制度保證。監測工作技術方面主要依據國家標準,北京尚無地質環境監測相關的地方標準。地質環境監測機構間在業務上存在交叉,地質環境監測機構的管理體制不順,如地勘局、水務局、地震局、農委均長期從事相關領域的地質環境監測工作,監測內容存在交叉情況,但缺乏資料共享機制;北京市國土資源主管部門與市水務局、地震局等其他行政主管部門在職能上存在交叉,造成地質環境監測工作管理體制不順。個別已建監測網絡運行資金得不到保障,如地下水位監測沒有專項經費開展工作,經費投入十分有限,致使阻礙監測網點建設和維護。
總體上,目前北京市地質環境監測預警系統建設滯后于地質資源開發利用程度、工程建設步伐,滯后于地質環境變化的速度和趨勢,尚不足以全面反映地質環境質量狀況;同時缺乏法規制度、管理等方面的保障。北京市整體監測能力尚不能很好地滿足地質環境管理需要,不能滿足社會發展需求。
地質環境監測規劃是指導行業發展的重量級文件,對明確地質環境監測發展方向、提高地質環境管理質量、強化地質環境監測基本公共服務能力意義重大。北京目前沒有戰略性的、全局性地質環境監測規劃。應盡快編制保障北京市重要戰略資源和城市地質安全的地質環境監測規劃,明確北京市地質環境監測的近期和中長期約束性目標,并將其作為城市發展規劃的支撐條件納入城市發展規劃體系之中。
科學規劃北京市地質環境監測工作,統籌安排,按輕重緩急,突出重點,分步實施部署監測工作。規劃編制要結合北京市經濟和社會發展需求,使地質環境監測規劃與北京市經濟社會發展規劃、城市總體規劃、土地利用規劃銜接,使監測工作為城市建設、社會發展服務落到實處。同時,北京市地質環境監測作為全國地質環境監測工作的一部分,應與國家地質環境監測工作銜接;區域上,在“京津冀”一體化的指導下,與天津、河北地質環境監測的銜接,滿足“京津冀”地質環境一體監控與防治要求。同時,地質環境的動態監測應與地質環境防治規劃、地質資源開發利用規劃銜接,滿足資源與環境的管理需求。
不斷完善地質環境監測網絡是地質環境監測工作的中心任務[10]。為了科學合理的部署監測網絡,實現監測工作對防災減災、國土資源開發利用與地質環境保護的服務功能,北京市應建立并完善由專業監測網絡(由地質環境監測點、地質環境監測站和地質環境監測信息系統組成)、信息網絡和政府決策支持與應急響應體系組成地質環境監測網絡。目前北京市監測網絡的建設主要集中在專業監測網絡,信息網絡和政府決策支持與應急響應體系建設工作有待加強。監測的相關機構應努力做好專業監測網絡、信息網絡和政府決策支持與應急響應體系的技術支撐工作。
(1)做好專業監測網絡的技術支撐工作
根據前述各專業監測預警系統的現狀和存在的不足,相關單位應開展以下方面的工作:監測工作的前期論證工作;地質環境問題前期調查、評價、預測、區劃工作;專業監測站點的選址、建設工作;監測后評估工作;新技術、新方法在地質環境監測中的應用研究;示范區建設工作;對已有的監測資料進行深度開發,開展成因機理、致災機理、發展規律等基礎研究工作;監測指標體系研究工作;地質環境監測信息系統研發,監測預警預報信息系統研發工作;開展北京市地質環境監測“一張網”建設研究工作;北京市地質環境承載能力研究等工作。上述工作應貫穿于整個地質環境監測工作期,不斷加深研究程度,實行動態管理,隨著研究程度的深入和領域的拓寬,對地質環境監測網絡進行補充完善。
(2)做好信息網絡和政府決策支持與應急響應體系的技術支撐工作
信息網絡和政府決策支持與應急響應體系主要是通過信息傳輸、發布、服務,實現專業監測網絡為社會發展服務的功能。各專業網絡的監測數據通過無線通信和互聯網的監測信息傳輸系統傳輸到市地質環境信息處理中心進行數據處理、分析研究,制作地質災害預警產品和數據信息服務產品,提供給政府決策與應急響應部門發布地質災害預警預報和開展地質環境影響的監管工作。監測的相關機構應做好數據分析、預警產品和服務產品等的技術支撐工作。北京市監測網絡的信息傳遞流程見圖1。
健全地質環境監測體系是我國地質環境監測工作的總體設想之一,該體系包括五大體系:行政管理體系、工作隊伍體系、監測網絡體系、法規制度體系和技術標準體系[10]。不斷完善地質環境監測體系,是實施地質環境保護和地質災害防治的基本保證[2]。按照國家的地質環境監測體系建設的總體思路,北京市地質環境監測工作,應逐步建設和完善包括上述五大體系的北京市地質環境監測體系。

圖1 北京市地質環境監測網絡信息傳遞圖
其中,行政管理體系是地質環境監測體系中其它四個體系建設完善的推動者。通過政府主導、部門參與的行政管理體系,履行地質環境監督管理職責。理順市國土資源局與水務局、地震局、環保局、規劃委、市重大辦、市應急委等各相關部門,在地質環境監測工作上的管理職能。建立地質環境監測管理機制,制定保障突發地質環境應急監測和常規監測的工作措施;對監測項目前期論證、調查、評價、立項、建設、運行、維護、資金保障、后評估等方面實施全面有效的管理;建立并完善信息網絡和政府決策支持與應急響應體系;推動法規制度建設、工作隊伍培養、監測網絡建設完善、編制北京地區技術標準,使地質環境監測工作有法可依,地質環境監測網絡的建設、運行、預警預報等工作規范化。逐步實現北京市地質環境監測科學、有序的開展,提升地質環境監測服務能力,更好地為城市發展服務。
致謝:本文資料主要來源于北京市地勘局及其下屬單位的項目報告及其提供的其它相關資料,感謝北京市地質礦產勘查開發局及其下屬各單位在提供資料方面的大力支持。感謝地勘局郭萌處長、李宇處長,對本文的指導與幫助。
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