海绵城市建设下城市地质调查工作方向与支撑作用——以徐州市为例

安守林,黄敬军,张 丽,缪世贤,姜 素

（1、徐州市国土资源局，江苏徐州 221006；2、国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏南京 210018；3、江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018；)

海绵城市建设下城市地质调查工作方向与支撑作用
——以徐州市为例

安守林1,黄敬军2，3,张 丽2，3,缪世贤2，3,姜 素2，3

（1、徐州市国土资源局，江苏徐州 221006；2、国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏南京 210018；3、江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018；)

海绵城市——低影响开发雨水系统构建是一种新型的城市建设理念，是基于城市雨洪管理的一种可持续的城市建设模式，已被认为是破解水生态与城市发展失衡的最佳方式。在此背景下，城市地质调查工作需转型发展，应围绕海绵城市建设规划目标及低影响设施建设可能面临的地质问题，开展相应的调查工作。本文在分析海绵城市建设途径的基础上，提出了城市地质调查工作的发展方向，并以徐州城市地质调查工作为例，阐述了城市地质调查工作在海绵城市建设中的支撑作用。

海绵城市建设；城市地质调查；徐州市；支撑作用

0 引言

随着新型城镇化建设及城乡一体化进程加快，城市规模及人口迅速增加，大量硬质铺装改变了原有的自然生态本底和水文特征，破坏了自然“海绵体”，导致众多城市“逢雨必涝、雨后即旱”，也带来了水资源紧缺、径流污染、雨水流失、水生态恶化等诸多雨水问题，城市建设中构建完善的雨洪管理系统刻不容缓。2012年，党的“十八大”报告明确提出“面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，……。”。2013年，习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出：解决城市缺水问题，必须顺应自然，要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市。为此，住房城乡建设部于2014年印发了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，旨在指导各地新型城镇化建设中海绵城市的建设。但海绵城市建设是一个崭新的科学命题，概念内涵仍在发展之中，所实施的各类低影响开发设施不仅涉及气象水文计算、建模等诸多工作，而且工程建设与地质环境互馈作用机理复杂，如何影响缺少监测、试验等技术数据支撑，如有不慎必将引起地质环境改变或破坏，甚至诱发重大地质灾害或环境地质问题。因此，海绵城市的建设必须在全面掌握城市地质环境条件的基础上开展，即海绵城市建设必须以城市地质调查成果为基础，城市地质调查工作应贯穿海绵城市建设的规划、工程实施和运营管理的整个过程。本文以徐州市为例，围绕海绵城市建设目标及要求，提出城市地质调查工作转型方向及在海绵城市建设中支撑作用，供大家讨论，从而起到抛砖引玉作用，以期对海绵城市建设及城市地质调查发展方向有所贡献。

1 海绵城市内涵及建设途径

1.1 海绵城市内涵

海绵城市是从城市雨洪管理角度来描述的一种可持续的城市建设模式，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设就是针对城市地下水涵养、雨洪资源利用、雨水径流污染控制、排水能力提升与内涝风险防控等问题，构建从源头到末端的全过程控制雨水系统，通过城市规划、建设的管控，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等六位一体的综合排水措施，控制城市雨水径流，实现城市良性水文循环，即现代城市应该具有像海绵一样吸纳、净化和利用雨水的功能，以及应对气候变化、极端降雨的防灾减灾、维持生态功能的能力。

1.2 海绵城市的建设目标及途径

海绵城市建设目标包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等，重点是构建低影响开发雨水系统，其本质是解决城镇化与资源环境的协调和谐，目的是让城市弹性适应环境变化与自然灾害，因此，必须转变城市排水防涝的思路，保证开发前后的水文特征基本不变。主要建设途径有：

一是保护原有水生态系统。通过科学合理划定城市的“蓝线”、“绿线”等开发边界和保护区域，最大限度地保护原有河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水生态敏感区，留有足够涵养水源、应对较大强度降雨的林地、草地、湖泊、湿地，维持城市开发前的自然水文特征；二是恢复被破坏水生态。对传统粗放城市建设模式下已经受到破坏的城市绿地、水体、湿地等，综合运用物理、生物和生态等的技术手段，使其水文循环特征和生态功能逐步得以恢复和修复，并维持一定比例的城市生态空间，促进城市生态多样性提升；三是推行低影响开发。在城市开发建设过程中，合理控制开发强度，减少对城市原有水生态环境的破坏。留足生态用地，适当开挖河湖沟渠，增加水域面积，促进雨水的积存、渗透和净化；四是通过多种低影响措施及其系统组合有效减少地表水径流量，减轻暴雨对城市运行的影响[1]。

2 海绵城市建设下城市地质调查发展方向

2.1 以往城市地质调查概况

城市地质调查指在城市及其周边地区或未来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各种地质要素所产生的影响，为城市规划、建设和管理服务的地质工作[2]，是解决城市规划、建设和运营管理中遇到的或面临的地质环境条件、地质资源、环境地质问题和地质灾害的一门交叉的应用性的地质学科。不同城市及同一城市不同的发展阶段，其研究的内容和侧重不尽相同，需要针对具体的城市地质问题进行评估，并提出合理的解决办法。因此，城市地质调查向来与经济社会的发展紧密结合，是城市发展的需求驱动。

城市地质工作得到重视是在2002年后的城市地质调查试点工作，国土资源部选择上海、北京、天津、广州、杭州、南京等6个不同地质背景城市作城市地质调查示范工作，围绕城市发展规划和建设急需，建立了松散层的三维地质结构、工程地质结构与水文地质结构，开展区域地壳稳定性评价和建筑场地适宜性评价，科学评价地下空间开发利用的适宜性程度，系统提出地下空间开发利用过程中所可能遇到或诱发的地质问题的防治对策和措施，系统获得了城市生态地球化学数据，建立了城市地质动态数据库和城市三维可视化的地学信息管理和服务系统，为城市生活规划建设提供基础数据和可视化决策平台，为企事业单位和社会公众提供城市地质信息服务[3]。2008年以来各省厅市合作城市地质调查的城市已达30多个，围绕“地质资源保障与地质环境安全”两大重点部署地质调查，从基础地质、地质资源、地质环境、综合研究、信息系统等五个层面上展开工作。

2.2 海绵城市建设下城市地质调查方向

海绵城市建设虽然是针对城市水的问题，但绝不能“就水论水”，要实现有效的“径流控制”，不仅要从形成雨水汇流的源头着手，而且要考虑“海绵体”承载体（岩土）的物性，其渗透雨水能力（大气降雨入渗系数）、储存雨水能力（地下含水层储存空间大小）及储存雨水的危险性（诱发环境地质问题）等，这些核心内容与城市地质调查工作密切相关，是城市地质调查工作在海绵城市建设形势下的工作转型和战略调整方向。海绵城市建设为城市地质调查工作提供了新的契机与舞台，在海绵城市建设背景下，城市地质调查工作可考虑下列方面予以进一步充实和提高：

（1）开展浅层地下水调查评价，服务于海绵城市建设的低影响开发雨水系统布局。

浅层地下水由于埋藏浅，出水量较小, 难以形成规模性开采，开发利用程度较低。以往城市地质调查工作重点在于城市供水水源的深层地下水的水文地质条件分析研究及资源评价，而对浅层地下水资源的分析研究没有给予足够的重视，忽略了它的供水作用和环境效应。因此，在海绵城市建设背景下要加强城市区域浅层地下水的水文地质调查，研究浅层地下水的补径排条件，尤其是土地硬质化后的补给、地下工程建设后的径流排泄条件的变化；研究浅层地下水水化学空间分布及城市化后的水循环演变特征，建立浅层地下水含水层空间结构模型，评价浅层地下水含水层储存雨水能力及开采条件下可激发的储存空间，为海绵城市建设的低影响开发雨水系统提供布局依据。

（2）加强浅表水土环境调查评价，服务于城市生态系统的恢复和修复

海绵城市建设——低影响开发雨水系统提出的雨水利用模式不外乎雨水集蓄利用（直接）和雨水渗透利用（间接）两种模式，其中，雨水渗透利用在增强径流雨水的自然渗透的同时，也将抬高潜水水位，可能造成土壤盐渍化，同时，城市化使城市区域内浅表水及土壤污染日趋严重，造成城市水质型缺水。以往城市地质调查工作侧重中深部地质环境要素的调查研究，查明地质环境承载能力（工程地质条件）、地质资源保障（评价深层地下水资源）及地质结构（区域地壳稳定性），而对人-地相互作用密切的浅表水及土壤环境的调查研究不够深入，或将两个相互联系的环境要素单独研究，土壤环境偏向于农业地球化学特征调查，浅表水环境偏向水质评价，忽略了浅表水与土壤污染的耦合关系的研究。因此，在海绵城市建设背景下要开展污染源特征调查、开展城市各类废弃物地质处置的实验研究和应用示范，评价水土污染的修复能力，为海绵城市建设的城市生态系统的恢复和修复提供依据。

（3）加强城市建城区及水系变迁调查，服务于城市原有生态系统的保护

城市化进程使许多河流被填埋、淤堵或自然消亡，河流数量减少，水域面积大大缩小，同时，随着建城区扩大，土地硬质化，严重影响城市水系的河网调蓄、防洪排水能力，这对城市的发展产生了深远的影响。因此，城市地质调查要从以往侧重资源保障，转向生态环境质量的综合研究，注重城市建城区变迁、水系（河流、湖泊等）变迁调查，注重城市未来发展区域的地质环境背景条件及城乡生态隔离带的生态地质环境调查，为海绵城市建设途径（城市原有生态系统的保护）提供依据，将城市地质调查融入到城市规划建设与管理之中，拓展城市地质调查服务领域。

（4）加强“四水”转化关系研究，服务于城市低影响开发

大气降水落于地表后的侧向及垂向运动受陆面地形、地貌、植被、土壤质地等影响、入渗、蒸散发、径流等水文过程受控于土壤非饱和带、饱和带及地表水体[4]，城市化后水文过程又受控于地表硬质化程度。因此，城市地质调查要从以往侧重于地学领域研究，转向跨学科的集成研究，研究大气降水-土壤水-地表水-地下水之间转化与反馈作用，尤其要研究包气带岩性结构与降水入渗能力的关系，研究极端气候及下垫面变化（硬质化程度）下，水文响应及水资源演变规律。把地表水文过程与地下水动力过程相耦合，建立地表水与地下水耦合模型，更精确模拟水文循环过程，反映水循环过程各要素之间的动态联系，为城市低影响开发（合理控制开发强度，控制硬质化）提供依据。

3 徐州城市地质调查在海绵城市建设中支撑作用

3.1 建设海绵城市的必要性

徐州市是重要的综合性交通枢纽和淮海经济区的中心城市，多年平均降雨量为889mm，多年平均水资源总量116.70×108m3，多年平均可供水资源量37.22×108m3，人均水资源占有量424m3，一般干旱年份缺水约5.70×108m3，特殊干旱年份缺水12.00×108m3，是全国40座严重缺水的城市之一[5]。据相关资料分析，城市开发前仅20%～30%的雨水形成径流外排，而城市开发建设后，70%～80%的降雨形成径流外排。目前我国99%的城市采用“雨水排的越多，越快，越顺畅”的传统市政模式，实际上忽略了雨水的循环利用，间接造成水资源短缺。

徐州城市空间扩张模式为“摊大饼式”，1987～2000年硬质铺装建设用地的比例由11.9%增加到24.7%，而林地、耕地等有具有较好蓄水防洪能力的土地面积减少，林地比重由15.5%下降到10.9 %，耕地由56.1%下降到46.3%。城市扩张导致的下垫面变化使得水循环中的降水-径流过程发生了巨大改变，经计算，市区径流系数由0.22增加到0.69，毋庸置疑，增大的径流系数造成市区洪涝灾害和积水[6]。如1997年7月7日，市区24小时降水345mm，造成市区平均积水深0.5 m，部分地区达1.65m，积水面积37km2；其中建成区受淹面积18 km2，近5万人被围困，7人死亡，219人受伤，市区大多数单位被迫停止工作和生产，直接经济损失11亿元[7]。因此，作为干旱半干旱地区的徐州，虽然降雨量不是十分充沛，但建设海绵城市，构建低影响开发雨水系统，可解决水资源短缺和城市内涝问题。

3.2 地质调查在海绵城市建设中支撑作用

（1）查明浅层地下水水文地质条件，进行低影响开发设施建设适宜性评价

海绵城市建设必须要以浅层地下水水文地质条件为基础，在查明浅层地下水的入渗能力（包气带岩性、地下水水位）和储水能力（含水层岩性、厚度）的基础上，研究极端降雨条件下的入渗能力及可能存在的环境地质问题，进行低影响开发设施建设适宜性评价，规划低影响开发设施建设适宜区。

徐州市浅层水岩性由全新统或上更新统上部亚粘土、亚砂土、粉砂所组成，大气降水是其主要补给来源，蕴藏的资源量丰富。但由于浅层水含水层颗粒细，出水量较小，除农灌区用于农田灌溉及居民洗涤用水外，利用程度较低。可通过徐州城市地质调查工作，圈定浅层地下水高水位区及弱入渗能力区等低影响开发设施建设不适宜区；将储水空间大（含水层厚）、水位埋深大的区域规划为水文效应敏感性强的湿地、滩涂、开放绿地等洪泛空间，建设雨水集蓄、入渗设施，使雨水资源得以充分利用。

（2）进行采煤塌陷地地质环境适宜性评价，划定水生态敏感适宜区

徐州是全国重要煤炭能源基地之一，经过130多年的开采，地表已形成了170 km2的采煤塌陷地，塌陷地改变了原有城市水系统，使地表形成洼地，长年积水或季节性积水的面积约50km2，积水深度达7m，平均积水3～3.5m，造成地表水及地下水排泄不畅，水体流速减缓，环境承污能力和自净能力明显减弱，如采取措施不当，可加剧水土污染。生态优先是建设海绵城市的基本原则之一，湿地是城市之肾，保护自然湿地，因地制宜利用采煤塌陷地建人工湿地，对于维护城市生态环境具有重要意义。因此，可通过城市地质调查工作，查明贾汪、九里、闸河及利国煤田煤矿采空区的空间分布、查明采空塌陷的时空分布特征，从采空区失稳破坏及导致地面塌陷的机制入手，进行采空塌陷稳定性评价，并结合城市规划，进行塌陷地地质环境适宜性评价或多目标土地适宜性评价，圈定建设用地、农用地及生态用地适宜区，规划建设与低影响开发雨水系统的控制目标相协调的新的水体（湿地），使雨水资源集蓄利用。

（3）加强岩溶地质调查研究，圈定低影响开发设施禁止建设区

徐州是我省唯一将岩溶水作为城市供水的城市，岩溶水直接接受大气降雨和地表水为补给，在裸露区或薄覆盖区污水可通过补给天窗直接渗入，造成岩溶水污染。如南郊七里沟水源地2000年受市农药厂四氯化碳污染后，53口水井中发现四氯化碳，污染面积达17.5km2，四氯化碳浓度最高达3909.2☒g/L（国家生活饮用水卫生标准要求低于2☒g/L）[8]，造成该水源地关停至今未再利用。因此，为防止污染的地表水或超标雨水通过海绵城市建设工程设施污染岩溶水，影响城市供水，可通过城市地质调查工作，查明各城市供水水源地的岩溶水赋存空间的分布特征，分析研究岩溶水补径排条件，建立岩溶水溶质运移模型，结合岩溶水防污性能评价，划定岩溶水水源地保护区，作为海绵城市低影响开发设施禁止建设区。

据有关资料，徐州城市规划区隐伏岩溶区分布面积达1800km2，是岩溶地面塌陷地质灾害易发区，按照《海绵城市建设技术指南》，地质灾害危险区不应建设低影响开发设施。因此，可通过城市地质调查工作，查明岩溶地面塌陷形成的地质条件（岩溶发育特征、地质构造条件、上覆土层厚度及岩性结构）、岩溶地面塌陷发育特征、岩溶地下水开发利用强度（开采量及水位），进行岩溶地面塌陷易发区评价。在此基础上，考虑岩溶地面塌陷的诱发因素，建立岩溶地面塌陷危险性评价模型，划定岩溶地面塌陷危险区，作为海绵城市低影响开发设施不宜建设区。

4 结语

解决环境问题已成为城市化和城市建设面临的一热点问题，也是城市地质调查工作的重点，海绵城市建设又提出了更新更高的要求。因此，我们必须进一步提高对海绵城市建设的认识，清楚海绵城市建设在节约水资源、保护和改善城市生态环境、促进生态文明建设方面的意义，但也不宜过分夸大其作用，更应清楚海绵城市建设过程中可能带来的环境问题，提早介入，并在城市地质调查工作中解决可能存在的环境问题。

[1]仇保兴. 海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J]. 建设科技，2015(1)：11～18.

[2]李友枝，庄育勋，蔡 纲，等. 城市地质——国家地质工作的新领域[J]. 地质通报.，2003,22(8)：589～596．

[3]冯小铭，郭坤一，王爱华，等.城市地质工作的初步探讨[J]. 地质通报，2003，22(8)：571～579．

[4]凌敏华，陈 喜，程勤波，等. 地表水与地下水耦合模型研究进展[J]. 水利水电科技进展, 2010, 30(4)：79～84.

[5]刘 民，祖振阳. 徐州市水资源管理及水污染防治对策[J]. 中国水利，2006，(13)：56～57，52.

[6]薛丽芳，谭海樵，孔祥光. 基于水安全的徐州城市发展策略[J]. 成都理工大学学报(自然科学版)，2009，36（5）：516～522.

[7]徐州市水利局．徐州市水利志[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[8]韩宝平,王小英,朱雪强,等. 某市岩溶地下水四氯化碳污染特征研究[J].环境科学学报，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、江苏省国土资源厅合作项目“徐州城市地质调查”

安守林（1966- ），男，硕士，高级经济师，主要从事地质环境及地籍管理工作。