鄭桂森 衛(wèi)萬順 劉宗明 齊如明 于春林 王繼明 徐吉祥 李小龍

摘 要： 城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)是城市發(fā)展中后期的重要基礎(chǔ)性工作。監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的目標(biāo)是全面掌握地質(zhì)要素變化規(guī)律，為城市發(fā)展安全提供保證。該體系建設(shè)的總體思路是基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、問題明確、平面分區(qū)、縱向分層、立體成網(wǎng)、全面采集、可靠傳輸、云端存儲(chǔ)、抓住奇點(diǎn)、把握關(guān)聯(lián)、構(gòu)建模型、預(yù)測(cè)趨勢(shì)、多級(jí)服務(wù)、有效應(yīng)用。該體系的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，核心是分析系統(tǒng)，關(guān)鍵是應(yīng)用系統(tǒng)。該體系的建設(shè)運(yùn)行，可有效地提高城市地質(zhì)安全保證水平。本文以北京市為例介紹了地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：城市地質(zhì);地質(zhì)環(huán)境;地質(zhì)資源;承載能力

Abstract： The environmental bearing capacity monitoring of urban geological resources is the important basic work in the later stage of urban development. The goal of this system is to understand the law of change of geological elements and to ensure the safety of urban development. It will be established into a comprehensive system with such characteristics as solid foundation， plane subdivision， vertical stratification， three-dimensional monitoring network， comprehensive collection， reliable transmission， cloud storage， selection of the strange key points， the relevance of things， model， forecast and trend， multiple types of services， effective applications. The foundation of the system is the data acquisition system， the core is the analysis system， and the key is the application system. The construction and operation of the system can effectively improve the level of geological security for urban development. This article introduces the construction of environmental monitoring system for geological resources in Beijing.

Keywords： Urban geology; Geological environment; Geological resources; Bearing capacity; Monitoring elements

1 前言

城市化迅猛發(fā)展使人類生活、生產(chǎn)空間環(huán)境越來越美好，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展。與此同時(shí)，人類對(duì)地質(zhì)資源環(huán)境掠奪式開發(fā)利用造成了資源短缺、環(huán)境污染、災(zāi)害頻發(fā)等多種問題，使本底短缺的地質(zhì)資源和脆弱的地質(zhì)環(huán)境面臨更大壓力（鄭桂森等，2018）。為有效解決這一關(guān)系城市可持續(xù)發(fā)展的重大問題，黨的十八大提出了建設(shè)資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，城市發(fā)展須以區(qū)域資源環(huán)境承載力為依據(jù)，確定城市人口規(guī)模、開發(fā)邊界和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境相互關(guān)系?？茖W(xué)研究評(píng)價(jià)區(qū)域資源環(huán)境承載力的重要依據(jù)是對(duì)構(gòu)成承載力的各項(xiàng)要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析工作;地質(zhì)資源環(huán)境是自然資源環(huán)境中重要的組成部分，認(rèn)識(shí)把握地質(zhì)資源環(huán)境因素的變化規(guī)律，趨利避害成為城市發(fā)展過程中的重要研究?jī)?nèi)容，建設(shè)城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系應(yīng)運(yùn)而生。

城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系是一個(gè)由地上、地表、地下一定空間范圍的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)表層至地下一定深度各地質(zhì)體多項(xiàng)地質(zhì)要素開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析研究其變化過程、變化特征、變化規(guī)律，為決策部門提供可靠依據(jù)，為研究機(jī)構(gòu)提供基礎(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為社會(huì)公眾提供地學(xué)知識(shí)?？捎行еС殖鞘邪l(fā)展上限、耕地保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)三條紅線劃定。

1.1 研究現(xiàn)狀

自新中國(guó)成立之初，地質(zhì)部門相繼開展了地下水和地面沉降等方面的監(jiān)測(cè)工作。到20世紀(jì)90年代末期，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口激增，引發(fā)了大量的城市地質(zhì)環(huán)境問題。面對(duì)這樣的危機(jī)，國(guó)內(nèi)各城市相繼開展了地下水、突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、緩變性地質(zhì)災(zāi)害、礦山地質(zhì)環(huán)境、淺層水土等方面的監(jiān)測(cè)工作（邢麗霞等，2011）。其中北京市開展了地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)工作，包括8個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)和1個(gè)信息平臺(tái)（郭萌等，2015）;湖南省建立了以礦山地質(zhì)環(huán)境和地下水專項(xiàng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)（戴長(zhǎng)華，2015）;山東省建立了全面的地面沉降、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)（王元波等，2018）;淮安市洪澤鹽盆地建立地面沉降、地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)（張以高等，2011）;劉傳正提出了對(duì)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)的思路（劉傳正等，2001）;周圓心對(duì)北京平原區(qū)地下空間建設(shè)地質(zhì)安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布控提出了諸多見解（周圓心等，2019）。這些監(jiān)測(cè)工作往往以專項(xiàng)監(jiān)測(cè)為主，即針對(duì)某一特定地質(zhì)環(huán)境問題開展專項(xiàng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)工作。

1.2 存在不足

目前關(guān)于城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系建設(shè)主要問題是體系建設(shè)缺乏系統(tǒng)性，成果缺乏實(shí)用性。

（1）監(jiān)測(cè)體系不系統(tǒng)

目前監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建往往針對(duì)性比較強(qiáng)，但是各地質(zhì)要素之間是一個(gè)相互影響的整體，一項(xiàng)地質(zhì)要素的改變必然會(huì)影響周邊地質(zhì)要素的變化，因此需要建立一套完整的監(jiān)測(cè)體系。例如針對(duì)城市地裂縫通常會(huì)開展地表形變的專項(xiàng)監(jiān)測(cè)，但是城市地裂縫往往受活動(dòng)斷層、地下水超采、地面塌陷等多因素的控制。因此地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用“系統(tǒng)論”的思路，構(gòu)建一張針對(duì)各項(xiàng)地質(zhì)要素全面監(jiān)控的要素監(jiān)測(cè)體系。

（2）地質(zhì)要素定量化研究程度不高

對(duì)單要素突變臨界值研究不夠，停留于描述現(xiàn)象層次，對(duì)突變機(jī)制，臨界值認(rèn)識(shí)不到位，定量化程度低;對(duì)多因素間相關(guān)性、發(fā)展演化趨勢(shì)研究不夠，預(yù)測(cè)能力差。

（3）成果實(shí)用性不強(qiáng)

由于對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究能力不足，指標(biāo)定性評(píng)價(jià)居多，定量化程度較低以至于成果缺乏應(yīng)用性價(jià)值，大多功能體系在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供給層次，難以上升到?jīng)Q策支持和知識(shí)普及水平。

1.3 研究?jī)?nèi)容

本文著重研究了城市發(fā)展過程中對(duì)地質(zhì)資源環(huán)境的依賴和對(duì)城市環(huán)境的負(fù)作用，提出城市發(fā)展中后期必須建設(shè)地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，監(jiān)測(cè)地質(zhì)要素變化過程，突變閾值，尋找各要素變化趨勢(shì)，破解各要素災(zāi)害形成機(jī)制，把握各項(xiàng)地質(zhì)要素之間相互影響關(guān)系，抓住影響發(fā)展過程中的主控因素，從而做出地質(zhì)資源環(huán)境承載力與發(fā)展水平的適應(yīng)程度的評(píng)價(jià)，為城市發(fā)展全過程安全提出保證。城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系可分為3個(gè)部分：

（1）基礎(chǔ)部分：包括監(jiān)測(cè)要素的采集系統(tǒng)，即野外地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè);還包括數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)，即獲取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無線、有線等方式傳輸系統(tǒng)上傳至數(shù)據(jù)中心（云平臺(tái)）。

（2）分析部分：大量數(shù)據(jù)在此進(jìn)行分析研究，包括單因素變化、單問題研究，各因素結(jié)合問題研究，多因素相互關(guān)系研究，綜合區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境變化趨勢(shì)對(duì)主要問題事前預(yù)測(cè)，事后預(yù)警研究。

（3）應(yīng)用部分：提供政府決策層使用產(chǎn)品，各數(shù)據(jù)、圖件、各項(xiàng)要素臨界閾值;提供社會(huì)使用的各種文字、圖件、手冊(cè)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn);提供公眾應(yīng)用的科學(xué)手冊(cè)，APP安全觀光欣賞產(chǎn)品。

2 城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系建設(shè)

城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力是保證城市發(fā)展安全的物質(zhì)基礎(chǔ)，承載力是支撐城市發(fā)展的物質(zhì)力量，由各項(xiàng)地質(zhì)要素共同作用構(gòu)成。地質(zhì)資源承載力是指城市發(fā)展一定文明水平前提下，資源可持續(xù)供給程度，地質(zhì)環(huán)境承載力指城市發(fā)展過程中地質(zhì)環(huán)境提供的空間安全保證水平及環(huán)境質(zhì)量不產(chǎn)生惡化的能力。城市發(fā)展對(duì)資源環(huán)境的利用，不僅消化資源的存量，同時(shí)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生著巨大改變使地質(zhì)因素產(chǎn)生了物理、化學(xué)變化，形成了多種問題，有些甚至非常嚴(yán)重，造成人為災(zāi)害或環(huán)境惡化導(dǎo)致不適宜生物生存，直至威脅人的生命安全，因此必須對(duì)相關(guān)地質(zhì)要素開展監(jiān)測(cè)工作（衛(wèi)萬順等，2017）。

開展城市地質(zhì)要素監(jiān)測(cè)，必須詳細(xì)了解城市地質(zhì)背景條件，在一定程度工作基礎(chǔ)上，圈定區(qū)域內(nèi)主要敏感地質(zhì)要素分布的位置，選擇適宜的監(jiān)測(cè)方法，儀器設(shè)備，確定觀測(cè)步驟，采集及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)，分析研究各要素變化特征，受擾因素、突變臨界點(diǎn)，找出規(guī)律建立單要素變化模型。同時(shí)要研究多項(xiàng)要素之間相關(guān)性，認(rèn)識(shí)自然變化規(guī)律，找出制約城市地質(zhì)資源環(huán)境變化的主因，進(jìn)而對(duì)其承載力做出有效的評(píng)價(jià)。

2.1 基礎(chǔ)工作

區(qū)域地質(zhì)資源調(diào)查和專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查工作是地質(zhì)資源環(huán)境要素監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的基礎(chǔ)。當(dāng)區(qū)域地質(zhì)背景資料豐富，地質(zhì)特征清晰，地質(zhì)演化過程取得了較為一致的認(rèn)識(shí)，即區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境的調(diào)查研究工作基本完成，獲得了地層、構(gòu)造、巖石、地表及地下一定深度內(nèi)的可靠資料，特別是在城市區(qū)域內(nèi)開展大比例尺（1∶1萬～1∶2.5萬）專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查工作，基本查清地質(zhì)資源的品質(zhì)、數(shù)量和地質(zhì)環(huán)境問題的性質(zhì)、規(guī)模、危險(xiǎn)性、影響范圍等項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)區(qū)域內(nèi)主要地質(zhì)資源稟賦及地質(zhì)環(huán)境問題有了深刻把握。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是要構(gòu)建平面分區(qū)、縱向分層、立體成網(wǎng)、全面采集的數(shù)據(jù)釆集設(shè)施、設(shè)備、儀器布設(shè)安裝系統(tǒng)。

（1）平面分區(qū)即在詳細(xì)研究區(qū)域地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的地質(zhì)單元在平面上進(jìn)行分區(qū)，各分區(qū)中巖性、構(gòu)造等地質(zhì)要素差異較大的位置即監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的理想位置。

（2）縱向分層即在縱向上將地表至地下深處，按巖性進(jìn)行分層，不同的巖性具有不同的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，如電性、密度、化學(xué)成分、顆粒度、固結(jié)程度、滲透性、吸附性、靜壓力、抗剪性等，不同的巖層是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)部位，在不同深度上可開展各種要素監(jiān)測(cè)。

（3）立體成網(wǎng)即表示對(duì)地質(zhì)體形成三維監(jiān)測(cè)，全面把握地質(zhì)因素在不同部位和不同深度的變化特征，客觀描述刻畫地質(zhì)體各項(xiàng)因素的空間實(shí)時(shí)變化特征。

（4）全面采集就是將在一個(gè)監(jiān)測(cè)位置上地表至地下的各項(xiàng)地質(zhì)因素?cái)?shù)據(jù)盡可能詳細(xì)采集，做到能采盡采，全面提升監(jiān)測(cè)設(shè)施實(shí)用效率。在監(jiān)測(cè)對(duì)象上可分為水資源、土地及地下空間資源、淺層地?zé)崮?、深層地?zé)?類地質(zhì)資源，滑坡、泥石流、采空塌陷、崩塌、地面沉降、活動(dòng)斷層、地裂縫、巖溶塌陷、土壤地質(zhì)環(huán)境、礦山地質(zhì)環(huán)境10類地質(zhì)環(huán)境問題，監(jiān)測(cè)要素見表1、圖1。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)

在獲取地質(zhì)資源環(huán)境要素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，采用可靠的手段進(jìn)行傳輸，并存儲(chǔ)于政務(wù)云端，以方便數(shù)據(jù)的研究利用。

地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集方式可分為自動(dòng)和人工兩種方式，其中自動(dòng)方式的監(jiān)測(cè)儀器（如自動(dòng)液位傳感器、遠(yuǎn)程應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀等）內(nèi)置移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)雙通道傳輸模塊，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至政務(wù)云平臺(tái)。而部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用人工方式獲得（如土壤、地下水樣品等），采用電腦或手機(jī)APP以政務(wù)互聯(lián)網(wǎng)訪問云端服務(wù)器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

為實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，需要建立基于多源異構(gòu)的監(jiān)測(cè)預(yù)警中心數(shù)據(jù)庫。運(yùn)用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理方式，將不同數(shù)據(jù)來源和類型的地質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用不同的ETL工具將分散的異構(gòu)數(shù)據(jù)源抽取到中間層后，進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換、集成，最后加載到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中?；緦?shí)現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)化、空間、非結(jié)構(gòu)化的成果數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、物化探數(shù)據(jù)、調(diào)查數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)的全面融合和高效存儲(chǔ)，為地質(zhì)數(shù)據(jù)分析、處理、模擬、預(yù)警提供基礎(chǔ)保證。

2.4 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析中心是監(jiān)測(cè)體系的核心，相當(dāng)于人的大腦，各項(xiàng)地質(zhì)因素經(jīng)分析中心分析，獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí)，形成系統(tǒng)性成果，提供各層次用戶使用。數(shù)據(jù)分析要抓住奇點(diǎn)、把握關(guān)聯(lián)、構(gòu)建模型、預(yù)測(cè)預(yù)警。

抓住奇點(diǎn)，即對(duì)單項(xiàng)地質(zhì)因素突變現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)制深入分析，尋找單項(xiàng)因素突變的臨界值和誘發(fā)條件，建立單因素突變模型。

把握關(guān)聯(lián)，是指多項(xiàng)地質(zhì)因素之間的相互關(guān)聯(lián)性，時(shí)間上有先后性，相關(guān)上有正負(fù)性，邏輯上有因果性，正確把握各因素的關(guān)聯(lián)性，對(duì)認(rèn)識(shí)區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境安全運(yùn)行規(guī)律至關(guān)重要。如水通過淺表土壤滲入地下含水層的過程，可將部分元素或絡(luò)合物帶入地下水含水層產(chǎn)生水污染，而那些未被帶入的元素或絡(luò)合物吸附在黏土層或粉砂中。分析這個(gè)過程就得出了不同質(zhì)地巖土體對(duì)元素吸附的特性，并以此來改變地質(zhì)環(huán)境。

建設(shè)模型、預(yù)警預(yù)測(cè)，即在單因素臨界值和各項(xiàng)因素關(guān)聯(lián)性研究客觀真實(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域內(nèi)主要地質(zhì)資源環(huán)境問題建設(shè)概念模型、結(jié)構(gòu)模型和預(yù)測(cè)模型，由此全面客觀地把握了區(qū)域地質(zhì)因素的演化規(guī)律，全面深化對(duì)城市地質(zhì)資源環(huán)境系統(tǒng)認(rèn)識(shí)水平，在全面客觀認(rèn)識(shí)地質(zhì)因素演化規(guī)律的基礎(chǔ)上，遵循人與自然和諧共處的發(fā)展理念，按照地質(zhì)因素演化規(guī)律，預(yù)測(cè)地質(zhì)因素演變趨勢(shì)，有的放矢地加強(qiáng)防御，趨利避害、造福人類。

2.5 成果應(yīng)用系統(tǒng)

城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系的主要產(chǎn)品有海量多要素地質(zhì)數(shù)據(jù)、單要素突變臨界值和變化模型、多要素關(guān)聯(lián)性模型、多要素變化趨勢(shì)模型，單要素專項(xiàng)報(bào)告、專項(xiàng)圖件、科普書籍，各種相關(guān)電子產(chǎn)品等。這些產(chǎn)品可應(yīng)用于城市發(fā)展各級(jí)層面，有效支持城市安全發(fā)展。

在政府決策方面，可強(qiáng)力支撐國(guó)土空間規(guī)劃編制，為永久基本農(nóng)田、生態(tài)保護(hù)和城市開發(fā)邊界三條紅線的劃定提供基礎(chǔ)依據(jù)，為水資源管理中合理開發(fā)利用水量，提升水效率和水功能保護(hù)三條紅線提供保障;為城市區(qū)域土地利用規(guī)劃提供土地質(zhì)量和功能分區(qū)依據(jù)，為土地科學(xué)利用奠定基礎(chǔ)等。

在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，可有力支撐城市區(qū)域生態(tài)環(huán)保規(guī)劃制定。城市環(huán)境主要是水、土、大氣3項(xiàng)主要內(nèi)容。此體系可提供水、土兩項(xiàng)重要環(huán)境的各項(xiàng)本底和動(dòng)態(tài)指標(biāo)，同時(shí)可提供水環(huán)境、土壤環(huán)境變化趨勢(shì)，有效支持藍(lán)天、碧水、凈土三大行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施。對(duì)土壤品質(zhì)的研究成果可指導(dǎo)農(nóng)田業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，充分發(fā)揮土壤功能，提高生產(chǎn)效率。如江西省豐城縣利用富硒土壤種植了高品質(zhì)水稻，極大的提高了產(chǎn)品價(jià)值。

在城市工程建設(shè)方面，可為各項(xiàng)工程建設(shè)提供區(qū)域地殼穩(wěn)定性、巖土力學(xué)性質(zhì)，活動(dòng)斷層影響深度、寬度、延伸方向，重大基礎(chǔ)設(shè)施避開危險(xiǎn)地帶，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，在線性工程建設(shè)中可提供延線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，提前布置防范，減少損失。對(duì)城市中轉(zhuǎn)型區(qū)域可提供土地品質(zhì)特性數(shù)據(jù)支持。

在城市運(yùn)行方面，可以有效地支持防治地質(zhì)災(zāi)害專項(xiàng)規(guī)劃制定，利用主要地質(zhì)環(huán)境因素漸變趨勢(shì)，可有效預(yù)防環(huán)境問題形成危害，對(duì)城市運(yùn)行中突發(fā)事件的應(yīng)急處置提供基礎(chǔ)資料，利用相關(guān)地質(zhì)因素的演化規(guī)律，指導(dǎo)應(yīng)急搶險(xiǎn)工作開展。在智慧城市建設(shè)中可提供自然因素變化特征，是智慧城市建設(shè)的自然資源環(huán)境之基礎(chǔ)。

在低碳城市建設(shè)方面，利用清潔可再生能源替代部分化石燃料，降低碳排放，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以有效控制電能使用，創(chuàng)建適宜的居室環(huán)境，提高能源利用效率。

充分利用該體系科普產(chǎn)品，向大眾宣傳普及地學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)公民愛護(hù)地球、注重環(huán)保和防災(zāi)減災(zāi);通過科普宣傳使公眾從觀光景觀到了解景觀成因，再提升至欣賞自然景觀，熱愛自然景觀，達(dá)到人和自然共生共美之境界。

3 北京地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系建設(shè)實(shí)踐

3.1 基礎(chǔ)工作條件及主要問題

北京市地域面積16410km2，平原區(qū)為6338km2，山區(qū)10072km2。西部為太行山脈，北部為燕山山脈，平原區(qū)地形呈西北高、東南低的扇形展布。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)基礎(chǔ)工作扎實(shí)，北京西山是中國(guó)地質(zhì)工作的搖籃，造就了新中國(guó)第一批地質(zhì)專家。北京地區(qū)先后開展了兩輪1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，查清了巖石、地層、構(gòu)造等基礎(chǔ)地質(zhì)特征;大量專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查，查明了水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問題，巖土體性質(zhì)及工程地質(zhì)條件分區(qū)特征。特別是淺層地?zé)崮堋⑼寥拉h(huán)境地球化學(xué)、山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、地下水環(huán)境污染等專項(xiàng)調(diào)查工作，充分掌握區(qū)域內(nèi)水土環(huán)境，清潔能源稟賦和地質(zhì)災(zāi)害分布特征及危險(xiǎn)性。這些工作成果詳細(xì)刻畫了北京市域的地質(zhì)資源環(huán)境特征。

北京市域面積較小，資源品種雖多，但均不成大器，鐵礦、煤礦和非金屬資源是主要礦產(chǎn)資源，但自20世紀(jì)90年代以來，北京市堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，95%礦山場(chǎng)已關(guān)閉，因此北京市是礦產(chǎn)資源匱乏城市;人均水資源量?jī)H為100m3/a，屬極度缺水城市;土地資源在減量發(fā)展的規(guī)劃要求下形勢(shì)嚴(yán)峻。

北京市山區(qū)為平原區(qū)的生態(tài)屏障，主要地質(zhì)環(huán)境問題包括崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，以及礦山開采區(qū)域存在的水土污染和采空塌陷;平原區(qū)主要存在活動(dòng)斷層、地面沉降、土壤污染和水污染等地質(zhì)環(huán)境問題。

由上述可見，北京市地質(zhì)環(huán)境問題十分突出，水資源匱乏和水污染惡化，土地資源緊張和品質(zhì)不清，活動(dòng)斷層、地面沉降及山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害等地質(zhì)環(huán)境問題嚴(yán)重制約了城市的安全發(fā)展。

3.2 構(gòu)建平面分區(qū)、縱向分層的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

北京市地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)在平面上分為山區(qū)和平原區(qū)，分界線是黃莊-高麗營(yíng)斷裂和南口山前斷裂。山區(qū)內(nèi)分西山和北山，以昌平關(guān)溝為地理界線;平原區(qū)內(nèi)根據(jù)沖洪積物顆粒分布劃分為扇根區(qū)、扇中區(qū)、扇緣區(qū)。在縱向上山區(qū)由高山—中低山—丘陵按地形高度劃分層級(jí)，平原區(qū)由地表至地下4000m劃分為松散層、基巖。在每個(gè)分區(qū)分層內(nèi)對(duì)地質(zhì)體實(shí)施監(jiān)測(cè)。

山區(qū)重點(diǎn)是崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，現(xiàn)已建成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溝域300余條，可遠(yuǎn)程指揮觀察災(zāi)地場(chǎng)景;第二是礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)，主要是水土化學(xué)成分污染和采空塌陷問題。

平原區(qū)內(nèi)，在地表開展位移監(jiān)測(cè)、土壤地球化學(xué)元素及營(yíng)養(yǎng)元素監(jiān)測(cè);在松散層內(nèi)開展地下水資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)、黏土層壓縮量監(jiān)測(cè)、地下水位、水溫監(jiān)測(cè);在基巖層開展垂直、水平位移、地應(yīng)力、地?zé)嵩鰷亍⒌責(zé)崴勘O(jiān)測(cè)。

3.3 地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)體系建設(shè)情況

北京市地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)是由專項(xiàng)監(jiān)測(cè)逐步演變而來而來的。最早的監(jiān)測(cè)工作是由原地礦部水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)從1955年開始的北京地下水監(jiān)測(cè)開始，此后是20世紀(jì)90年代開始的地?zé)崂帽O(jiān)測(cè)，此階段監(jiān)測(cè)工作屬于單點(diǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)查，不成體系，獲取數(shù)據(jù)分散無系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)，先后建設(shè)了地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)、地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)、淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境影響監(jiān)測(cè)網(wǎng)、土壤地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)、山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)。目前正在建設(shè)活動(dòng)斷層監(jiān)測(cè)網(wǎng)、地下空間地質(zhì)安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)、重大線性工程地質(zhì)安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)等專項(xiàng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

2013年，黨的十八大提出在生態(tài)文明建設(shè)中要建立地質(zhì)資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)機(jī)制，以區(qū)域資源環(huán)境承載力為依據(jù)，制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。原北京市地勘局適時(shí)提出了建設(shè)北京市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的城市地質(zhì)工作構(gòu)想。用現(xiàn)有工作成果，編制了北京市城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)工程分布圖，2014年2月在前門規(guī)劃館展出。2015年城市副中心建設(shè)工作前期，開展了城市副中心行政辦公區(qū)啟動(dòng)區(qū)的區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評(píng)價(jià)工作（鄭桂森等，2017），推動(dòng)了地質(zhì)成果的應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)地質(zhì)工作提出了高要求，數(shù)據(jù)及時(shí)、定量、可靠成為城市地質(zhì)工作的重大課題。破解這一課題，必須有動(dòng)態(tài)高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分析能力強(qiáng)大研究系統(tǒng)，建設(shè)城市副中心地質(zhì)資源環(huán)境承載力分平臺(tái)就提到了日程。經(jīng)認(rèn)真分析研究監(jiān)測(cè)要素參數(shù)，先期完成的多項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中大量參數(shù)是相同的，只是選擇監(jiān)測(cè)位置不同顯示了不同的數(shù)值，以用于不同功能，形成工作單兵作戰(zhàn)、分散突擊的格局。

把握地質(zhì)體要素變化規(guī)律，統(tǒng)一部署、分步實(shí)施地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)工作，將工作成果提供多層、多功能服務(wù)的建設(shè)思想逐漸形成。目前正在開展各項(xiàng)系統(tǒng)間的融合工作，運(yùn)用同組數(shù)據(jù)研究不同對(duì)象和同一對(duì)象在不同數(shù)據(jù)中的體現(xiàn)研究地質(zhì)體中各要素的時(shí)空關(guān)聯(lián)，推演變化趨勢(shì)。

3.4 北京市地質(zhì)資源環(huán)境要素監(jiān)測(cè)體系功能

北京市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系主要功能包括：基礎(chǔ)支撐，單項(xiàng)預(yù)警，綜合預(yù)防，科普惠民。

基礎(chǔ)支撐是該體系基本功能，海量的數(shù)據(jù)、文字、圖件可以支持政府部門，社會(huì)各界多方面應(yīng)用，如北京城市地質(zhì)圖集已成為北京建設(shè)工程師必備手冊(cè)。

專項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作提供預(yù)警，依據(jù)單因素專項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和預(yù)警成果，地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)中每個(gè)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)體系獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以提供其他專項(xiàng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)使用。專項(xiàng)研究地質(zhì)要素變化臨界點(diǎn)是預(yù)警工作的基礎(chǔ)，在房山區(qū)王家臺(tái)2016年崩塌監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)危巖裂隙開裂速度變化，提出人員撤離預(yù)警，避免了人員損失。長(zhǎng)期以來地下水資源水環(huán)境監(jiān)測(cè)成果已成水資源管理的重要基礎(chǔ)支撐，同時(shí)也是北京新城市規(guī)劃中“以水定域、以水定人、以水定產(chǎn)”的基礎(chǔ)依據(jù)。地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，沉降中心發(fā)展規(guī)律為重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了基礎(chǔ)依據(jù)，如京沈客專在通過地面沉降中心區(qū)域采取高架橋形式通過，最大程度減少地面沉降對(duì)軌道的影響。

城市地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系提供預(yù)防、決策依據(jù)。城市地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)體系工程，全面研究分析區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)地質(zhì)因素之間關(guān)聯(lián)性，預(yù)測(cè)地質(zhì)環(huán)境演化趨勢(shì)是其最大功能，由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)資源環(huán)境問題的預(yù)防，制定防預(yù)措施，控制惡化趨勢(shì)。北京市地面沉降發(fā)展隨城市擴(kuò)張而加快，其原因有多種，目前一致認(rèn)為原因是地下水超采，可壓縮層水壓減少使可壓縮層收縮形成地面沉降，以此為依據(jù)制定地下水限采措施和地表水回灌方案，延緩地面沉降，取得了較好效果。

淺層地?zé)崮茉谟糜衍浖@應(yīng)用中，通過對(duì)地面戶外溫度、地下水溫度、地下水流向控制滿足居室內(nèi)舒適的溫度設(shè)置22℃～26℃，并以此進(jìn)行電力消耗調(diào)解，即節(jié)約了資源，又提升了效率。

在社會(huì)公眾普及地學(xué)知識(shí)，使民眾更加了解地球關(guān)愛地球，提高生活品質(zhì);用已建監(jiān)測(cè)體系開辟了旅游觀光平臺(tái)，將市域內(nèi)地質(zhì)公園位置、風(fēng)景、地學(xué)知識(shí)、路線、沿途景觀、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)點(diǎn)公布和避險(xiǎn)場(chǎng)所、天氣情況相融合，并制定成手機(jī)APP，通過首都之窗對(duì)公眾發(fā)布，取得良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)論

（1）城市發(fā)展中后期，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境安全是可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵，建立地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，是重要的基礎(chǔ)性工作。

（2）城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)體系建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜的基礎(chǔ)工程，必須統(tǒng)一部署，分步實(shí)施，持續(xù)完善，才能使體系平穩(wěn)運(yùn)行，獲得地質(zhì)要素變化數(shù)據(jù)。

（3）建設(shè)地質(zhì)資源環(huán)境承載力要素監(jiān)測(cè)預(yù)警體系關(guān)鍵在于對(duì)區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境主要問題的認(rèn)知程度。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，核心是分析系統(tǒng)，關(guān)鍵是應(yīng)用系統(tǒng)，這3個(gè)系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮，方可發(fā)揮該體系的重要作用。

（4）把握要素監(jiān)測(cè)的目標(biāo)是利用有效探測(cè)設(shè)施設(shè)備，獲取及時(shí)可靠海量地質(zhì)數(shù)據(jù)，為各項(xiàng)應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，以專項(xiàng)監(jiān)測(cè)建設(shè)為主的城市，全面建設(shè)過程中需補(bǔ)齊空白地質(zhì)要素。

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