海綿城市建設下城市地質調查工作方向與支撐作用
——以徐州市為例

安守林,黃敬軍,張 麗,繆世賢,姜 素

（1、徐州市國土資源局，江蘇徐州 221006；2、國土資源部地裂縫地質災害重點實驗室，江蘇南京 210018；3、江蘇省地質調查研究院，江蘇南京 210018；)

海綿城市建設下城市地質調查工作方向與支撐作用
——以徐州市為例

安守林1,黃敬軍2，3,張 麗2，3,繆世賢2，3,姜 素2，3

（1、徐州市國土資源局，江蘇徐州 221006；2、國土資源部地裂縫地質災害重點實驗室，江蘇南京 210018；3、江蘇省地質調查研究院，江蘇南京 210018；)

海綿城市——低影響開發雨水系統構建是一種新型的城市建設理念，是基于城市雨洪管理的一種可持續的城市建設模式，已被認為是破解水生態與城市發展失衡的最佳方式。在此背景下，城市地質調查工作需轉型發展，應圍繞海綿城市建設規劃目標及低影響設施建設可能面臨的地質問題，開展相應的調查工作。本文在分析海綿城市建設途徑的基礎上，提出了城市地質調查工作的發展方向，并以徐州城市地質調查工作為例，闡述了城市地質調查工作在海綿城市建設中的支撐作用。

海綿城市建設；城市地質調查；徐州市；支撐作用

0 引言

隨著新型城鎮化建設及城鄉一體化進程加快，城市規模及人口迅速增加，大量硬質鋪裝改變了原有的自然生態本底和水文特征，破壞了自然“海綿體”，導致眾多城市“逢雨必澇、雨后即旱”，也帶來了水資源緊缺、徑流污染、雨水流失、水生態惡化等諸多雨水問題，城市建設中構建完善的雨洪管理系統刻不容緩。2012年，黨的“十八大”報告明確提出“面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，把生態文明建設放在突出地位，……。”。2013年，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上提出：解決城市缺水問題，必須順應自然，要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市。為此，住房城鄉建設部于2014年印發了《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》，旨在指導各地新型城鎮化建設中海綿城市的建設。但海綿城市建設是一個嶄新的科學命題，概念內涵仍在發展之中，所實施的各類低影響開發設施不僅涉及氣象水文計算、建模等諸多工作，而且工程建設與地質環境互饋作用機理復雜，如何影響缺少監測、試驗等技術數據支撐，如有不慎必將引起地質環境改變或破壞，甚至誘發重大地質災害或環境地質問題。因此，海綿城市的建設必須在全面掌握城市地質環境條件的基礎上開展，即海綿城市建設必須以城市地質調查成果為基礎，城市地質調查工作應貫穿海綿城市建設的規劃、工程實施和運營管理的整個過程。本文以徐州市為例，圍繞海綿城市建設目標及要求，提出城市地質調查工作轉型方向及在海綿城市建設中支撐作用，供大家討論，從而起到拋磚引玉作用，以期對海綿城市建設及城市地質調查發展方向有所貢獻。

1 海綿城市內涵及建設途徑

1.1 海綿城市內涵

海綿城市是從城市雨洪管理角度來描述的一種可持續的城市建設模式，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設就是針對城市地下水涵養、雨洪資源利用、雨水徑流污染控制、排水能力提升與內澇風險防控等問題，構建從源頭到末端的全過程控制雨水系統，通過城市規劃、建設的管控，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等六位一體的綜合排水措施，控制城市雨水徑流，實現城市良性水文循環，即現代城市應該具有像海綿一樣吸納、凈化和利用雨水的功能，以及應對氣候變化、極端降雨的防災減災、維持生態功能的能力。

1.2 海綿城市的建設目標及途徑

海綿城市建設目標包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等，重點是構建低影響開發雨水系統，其本質是解決城鎮化與資源環境的協調和諧，目的是讓城市彈性適應環境變化與自然災害，因此，必須轉變城市排水防澇的思路，保證開發前后的水文特征基本不變。主要建設途徑有：

一是保護原有水生態系統。通過科學合理劃定城市的“藍線”、“綠線”等開發邊界和保護區域，最大限度地保護原有河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水生態敏感區，留有足夠涵養水源、應對較大強度降雨的林地、草地、湖泊、濕地，維持城市開發前的自然水文特征；二是恢復被破壞水生態。對傳統粗放城市建設模式下已經受到破壞的城市綠地、水體、濕地等，綜合運用物理、生物和生態等的技術手段，使其水文循環特征和生態功能逐步得以恢復和修復，并維持一定比例的城市生態空間，促進城市生態多樣性提升；三是推行低影響開發。在城市開發建設過程中，合理控制開發強度，減少對城市原有水生態環境的破壞。留足生態用地，適當開挖河湖溝渠，增加水域面積，促進雨水的積存、滲透和凈化；四是通過多種低影響措施及其系統組合有效減少地表水徑流量，減輕暴雨對城市運行的影響[1]。

2 海綿城市建設下城市地質調查發展方向

2.1 以往城市地質調查概況

城市地質調查指在城市及其周邊地區或未來城市化地區的特定空間范圍內，綜合考慮各種地質要素，研究其對城市發展所提供的資源，所施加的約束條件以及城市發展對各種地質要素所產生的影響，為城市規劃、建設和管理服務的地質工作[2]，是解決城市規劃、建設和運營管理中遇到的或面臨的地質環境條件、地質資源、環境地質問題和地質災害的一門交叉的應用性的地質學科。不同城市及同一城市不同的發展階段，其研究的內容和側重不盡相同，需要針對具體的城市地質問題進行評估，并提出合理的解決辦法。因此，城市地質調查向來與經濟社會的發展緊密結合，是城市發展的需求驅動。

城市地質工作得到重視是在2002年后的城市地質調查試點工作，國土資源部選擇上海、北京、天津、廣州、杭州、南京等6個不同地質背景城市作城市地質調查示范工作，圍繞城市發展規劃和建設急需，建立了松散層的三維地質結構、工程地質結構與水文地質結構，開展區域地殼穩定性評價和建筑場地適宜性評價，科學評價地下空間開發利用的適宜性程度，系統提出地下空間開發利用過程中所可能遇到或誘發的地質問題的防治對策和措施，系統獲得了城市生態地球化學數據，建立了城市地質動態數據庫和城市三維可視化的地學信息管理和服務系統，為城市生活規劃建設提供基礎數據和可視化決策平臺，為企事業單位和社會公眾提供城市地質信息服務[3]。2008年以來各省廳市合作城市地質調查的城市已達30多個，圍繞“地質資源保障與地質環境安全”兩大重點部署地質調查，從基礎地質、地質資源、地質環境、綜合研究、信息系統等五個層面上展開工作。

2.2 海綿城市建設下城市地質調查方向

海綿城市建設雖然是針對城市水的問題，但絕不能“就水論水”，要實現有效的“徑流控制”，不僅要從形成雨水匯流的源頭著手，而且要考慮“海綿體”承載體（巖土）的物性，其滲透雨水能力（大氣降雨入滲系數）、儲存雨水能力（地下含水層儲存空間大小）及儲存雨水的危險性（誘發環境地質問題）等，這些核心內容與城市地質調查工作密切相關，是城市地質調查工作在海綿城市建設形勢下的工作轉型和戰略調整方向。海綿城市建設為城市地質調查工作提供了新的契機與舞臺，在海綿城市建設背景下，城市地質調查工作可考慮下列方面予以進一步充實和提高：

（1）開展淺層地下水調查評價，服務于海綿城市建設的低影響開發雨水系統布局。

淺層地下水由于埋藏淺，出水量較小, 難以形成規模性開采，開發利用程度較低。以往城市地質調查工作重點在于城市供水水源的深層地下水的水文地質條件分析研究及資源評價，而對淺層地下水資源的分析研究沒有給予足夠的重視，忽略了它的供水作用和環境效應。因此，在海綿城市建設背景下要加強城市區域淺層地下水的水文地質調查，研究淺層地下水的補徑排條件，尤其是土地硬質化后的補給、地下工程建設后的徑流排泄條件的變化；研究淺層地下水水化學空間分布及城市化后的水循環演變特征，建立淺層地下水含水層空間結構模型，評價淺層地下水含水層儲存雨水能力及開采條件下可激發的儲存空間，為海綿城市建設的低影響開發雨水系統提供布局依據。

（2）加強淺表水土環境調查評價，服務于城市生態系統的恢復和修復

海綿城市建設——低影響開發雨水系統提出的雨水利用模式不外乎雨水集蓄利用（直接）和雨水滲透利用（間接）兩種模式，其中，雨水滲透利用在增強徑流雨水的自然滲透的同時，也將抬高潛水水位，可能造成土壤鹽漬化，同時，城市化使城市區域內淺表水及土壤污染日趨嚴重，造成城市水質型缺水。以往城市地質調查工作側重中深部地質環境要素的調查研究，查明地質環境承載能力（工程地質條件）、地質資源保障（評價深層地下水資源）及地質結構（區域地殼穩定性），而對人-地相互作用密切的淺表水及土壤環境的調查研究不夠深入，或將兩個相互聯系的環境要素單獨研究，土壤環境偏向于農業地球化學特征調查，淺表水環境偏向水質評價，忽略了淺表水與土壤污染的耦合關系的研究。因此，在海綿城市建設背景下要開展污染源特征調查、開展城市各類廢棄物地質處置的實驗研究和應用示范，評價水土污染的修復能力，為海綿城市建設的城市生態系統的恢復和修復提供依據。

（3）加強城市建城區及水系變遷調查，服務于城市原有生態系統的保護

城市化進程使許多河流被填埋、淤堵或自然消亡，河流數量減少，水域面積大大縮小，同時，隨著建城區擴大，土地硬質化，嚴重影響城市水系的河網調蓄、防洪排水能力，這對城市的發展產生了深遠的影響。因此，城市地質調查要從以往側重資源保障，轉向生態環境質量的綜合研究，注重城市建城區變遷、水系（河流、湖泊等）變遷調查，注重城市未來發展區域的地質環境背景條件及城鄉生態隔離帶的生態地質環境調查，為海綿城市建設途徑（城市原有生態系統的保護）提供依據，將城市地質調查融入到城市規劃建設與管理之中，拓展城市地質調查服務領域。

（4）加強“四水”轉化關系研究，服務于城市低影響開發

大氣降水落于地表后的側向及垂向運動受陸面地形、地貌、植被、土壤質地等影響、入滲、蒸散發、徑流等水文過程受控于土壤非飽和帶、飽和帶及地表水體[4]，城市化后水文過程又受控于地表硬質化程度。因此，城市地質調查要從以往側重于地學領域研究，轉向跨學科的集成研究，研究大氣降水-土壤水-地表水-地下水之間轉化與反饋作用，尤其要研究包氣帶巖性結構與降水入滲能力的關系，研究極端氣候及下墊面變化（硬質化程度）下，水文響應及水資源演變規律。把地表水文過程與地下水動力過程相耦合，建立地表水與地下水耦合模型，更精確模擬水文循環過程，反映水循環過程各要素之間的動態聯系，為城市低影響開發（合理控制開發強度，控制硬質化）提供依據。

3 徐州城市地質調查在海綿城市建設中支撐作用

3.1 建設海綿城市的必要性

徐州市是重要的綜合性交通樞紐和淮海經濟區的中心城市，多年平均降雨量為889mm，多年平均水資源總量116.70×108m3，多年平均可供水資源量37.22×108m3，人均水資源占有量424m3，一般干旱年份缺水約5.70×108m3，特殊干旱年份缺水12.00×108m3，是全國40座嚴重缺水的城市之一[5]。據相關資料分析，城市開發前僅20%～30%的雨水形成徑流外排，而城市開發建設后，70%～80%的降雨形成徑流外排。目前我國99%的城市采用“雨水排的越多，越快，越順暢”的傳統市政模式，實際上忽略了雨水的循環利用，間接造成水資源短缺。

徐州城市空間擴張模式為“攤大餅式”，1987～2000年硬質鋪裝建設用地的比例由11.9%增加到24.7%，而林地、耕地等有具有較好蓄水防洪能力的土地面積減少，林地比重由15.5%下降到10.9 %，耕地由56.1%下降到46.3%。城市擴張導致的下墊面變化使得水循環中的降水-徑流過程發生了巨大改變，經計算，市區徑流系數由0.22增加到0.69，毋庸置疑，增大的徑流系數造成市區洪澇災害和積水[6]。如1997年7月7日，市區24小時降水345mm，造成市區平均積水深0.5 m，部分地區達1.65m，積水面積37km2；其中建成區受淹面積18 km2，近5萬人被圍困，7人死亡，219人受傷，市區大多數單位被迫停止工作和生產，直接經濟損失11億元[7]。因此，作為干旱半干旱地區的徐州，雖然降雨量不是十分充沛，但建設海綿城市，構建低影響開發雨水系統，可解決水資源短缺和城市內澇問題。

3.2 地質調查在海綿城市建設中支撐作用

（1）查明淺層地下水水文地質條件，進行低影響開發設施建設適宜性評價

海綿城市建設必須要以淺層地下水水文地質條件為基礎，在查明淺層地下水的入滲能力（包氣帶巖性、地下水水位）和儲水能力（含水層巖性、厚度）的基礎上，研究極端降雨條件下的入滲能力及可能存在的環境地質問題，進行低影響開發設施建設適宜性評價，規劃低影響開發設施建設適宜區。

徐州市淺層水巖性由全新統或上更新統上部亞粘土、亞砂土、粉砂所組成，大氣降水是其主要補給來源，蘊藏的資源量豐富。但由于淺層水含水層顆粒細，出水量較小，除農灌區用于農田灌溉及居民洗滌用水外，利用程度較低。可通過徐州城市地質調查工作，圈定淺層地下水高水位區及弱入滲能力區等低影響開發設施建設不適宜區；將儲水空間大（含水層厚）、水位埋深大的區域規劃為水文效應敏感性強的濕地、灘涂、開放綠地等洪泛空間，建設雨水集蓄、入滲設施，使雨水資源得以充分利用。

（2）進行采煤塌陷地地質環境適宜性評價，劃定水生態敏感適宜區

徐州是全國重要煤炭能源基地之一，經過130多年的開采，地表已形成了170 km2的采煤塌陷地，塌陷地改變了原有城市水系統，使地表形成洼地，長年積水或季節性積水的面積約50km2，積水深度達7m，平均積水3～3.5m，造成地表水及地下水排泄不暢，水體流速減緩，環境承污能力和自凈能力明顯減弱，如采取措施不當，可加劇水土污染。生態優先是建設海綿城市的基本原則之一，濕地是城市之腎，保護自然濕地，因地制宜利用采煤塌陷地建人工濕地，對于維護城市生態環境具有重要意義。因此，可通過城市地質調查工作，查明賈汪、九里、閘河及利國煤田煤礦采空區的空間分布、查明采空塌陷的時空分布特征，從采空區失穩破壞及導致地面塌陷的機制入手，進行采空塌陷穩定性評價，并結合城市規劃，進行塌陷地地質環境適宜性評價或多目標土地適宜性評價，圈定建設用地、農用地及生態用地適宜區，規劃建設與低影響開發雨水系統的控制目標相協調的新的水體（濕地），使雨水資源集蓄利用。

（3）加強巖溶地質調查研究，圈定低影響開發設施禁止建設區

徐州是我省唯一將巖溶水作為城市供水的城市，巖溶水直接接受大氣降雨和地表水為補給，在裸露區或薄覆蓋區污水可通過補給天窗直接滲入，造成巖溶水污染。如南郊七里溝水源地2000年受市農藥廠四氯化碳污染后，53口水井中發現四氯化碳，污染面積達17.5km2，四氯化碳濃度最高達3909.2?g/L（國家生活飲用水衛生標準要求低于2?g/L）[8]，造成該水源地關停至今未再利用。因此，為防止污染的地表水或超標雨水通過海綿城市建設工程設施污染巖溶水，影響城市供水，可通過城市地質調查工作，查明各城市供水水源地的巖溶水賦存空間的分布特征，分析研究巖溶水補徑排條件，建立巖溶水溶質運移模型，結合巖溶水防污性能評價，劃定巖溶水水源地保護區，作為海綿城市低影響開發設施禁止建設區。

據有關資料，徐州城市規劃區隱伏巖溶區分布面積達1800km2，是巖溶地面塌陷地質災害易發區，按照《海綿城市建設技術指南》，地質災害危險區不應建設低影響開發設施。因此，可通過城市地質調查工作，查明巖溶地面塌陷形成的地質條件（巖溶發育特征、地質構造條件、上覆土層厚度及巖性結構）、巖溶地面塌陷發育特征、巖溶地下水開發利用強度（開采量及水位），進行巖溶地面塌陷易發區評價。在此基礎上，考慮巖溶地面塌陷的誘發因素，建立巖溶地面塌陷危險性評價模型，劃定巖溶地面塌陷危險區，作為海綿城市低影響開發設施不宜建設區。

4 結語

解決環境問題已成為城市化和城市建設面臨的一熱點問題，也是城市地質調查工作的重點，海綿城市建設又提出了更新更高的要求。因此，我們必須進一步提高對海綿城市建設的認識，清楚海綿城市建設在節約水資源、保護和改善城市生態環境、促進生態文明建設方面的意義，但也不宜過分夸大其作用，更應清楚海綿城市建設過程中可能帶來的環境問題，提早介入，并在城市地質調查工作中解決可能存在的環境問題。

[1]仇保興. 海綿城市(LID)的內涵、途徑與展望[J]. 建設科技，2015(1)：11～18.

[2]李友枝，莊育勛，蔡 綱，等. 城市地質——國家地質工作的新領域[J]. 地質通報.，2003,22(8)：589～596．

[3]馮小銘，郭坤一，王愛華，等.城市地質工作的初步探討[J]. 地質通報，2003，22(8)：571～579．

[4]凌敏華，陳 喜，程勤波，等. 地表水與地下水耦合模型研究進展[J]. 水利水電科技進展, 2010, 30(4)：79～84.

[5]劉 民，祖振陽. 徐州市水資源管理及水污染防治對策[J]. 中國水利，2006，(13)：56～57，52.

[6]薛麗芳，譚海樵，孔祥光. 基于水安全的徐州城市發展策略[J]. 成都理工大學學報(自然科學版)，2009，36（5）：516～522.

[7]徐州市水利局．徐州市水利志[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2004.

[8]韓寶平,王小英,朱雪強,等. 某市巖溶地下水四氯化碳污染特征研究[J].環境科學學報，2004，24(6)：982～988.

The Urban Geological Survey Working Direction and Supporting Role on Sponge City Construction——Take Xuzhou City as an Example

AN Shoulin1, HUANG Jingjun2,3, ZHANG Li2,3, MIAO Shixian2,3, JIANG Su2,3
（1. Xuzhou Land Resources Bureau, Xuzhou 221006; 2. Key Laboratory of Earth Fissures and Geological Disaster, MLR, Nanjing 210018; 3. Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018）

The Sponge City, a new pattern and sustainable urban construction model based on Urban Rain Flood Management, has been considered to be the best way to solve the imbalance of water ecology and urban development. In this context, the urban geological survey work needs the transformation and development, which should focus on urban construction planning objectives and low impact on the geological problems to carry out the corresponding investigation work. On the basis of analyzing the methods of the construction of Sponge City, this paper puts forward the development direction of urban geological survey, and takes the Xuzhou urban geological survey work as an example, and discusses the supporting role of urban geological survey in the construction of Sponge City.

Sponge City Construction；Urban geological survey；Xuzhou City；Supporting role

TV213.9

A

1007-1903(2015) 04-0006-05

徐州市人民政府、江蘇省國土資源廳合作項目“徐州城市地質調查”

安守林（1966- ），男，碩士，高級經濟師，主要從事地質環境及地籍管理工作。