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治水保泉,济南城市地质及信息化工作先行

发布日期:2019-04-25 发表者:gly 浏览次数:344次

       “四面荷花三面柳,一城山色半城湖。”

       这是道出泉城济南本质的一副楹联——“城即园林”,而这园林之城的灵魂,当是汩汩喷涌的泉水。

       两千多年的泉水之城,固然不能丢了自己的灵魂,而城市发展又需要对地下空间的持续开发利用,如何实现人与水的共生共荣?关乎这个城市的发展与未来。

       为了济南的生态保持与泉域保护,山东省地质调查院对济南市地下空间,工程地质和水文地质条件进行了充分调查研究,最终形成了具有指导意义的信息化成果,使地铁在规划和建设中安全穿越“毛细血管”密布的泉脉,实现了济南地铁与泉水的“共生”。


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山东省地质调查院水环所所长朱恒华



       泉水与地铁共生,地质工作护航济南“地铁梦”

       济南市是国家级历史文化名城,因境内有众多泉水出露,被誉为“泉城”。

       为引领城市发展,改善交通和空气质量,济南市急需建设轨道交通。但无法回避的是,济南拥有特殊的地质构造和丰富的地下水资源,这给地铁建设带来了前所未有的挑战。

      “随着对地下水开采的增多,从上世纪末到本世纪初,济南的泉水曾频繁断流。济南市采取了严格的措施去保护和修复这一地质文化名片。故在城市开发和建设过程中兼顾保泉护泉,是济南市面临的难题。”山东省地质调查院水环所所长朱恒华说,“特别是地铁建设,济南是全国闻名的‘堵城’,地铁规划、建设早有期程,也势在必行,而如何在规划和建设中避免对泉域的破坏,其难度可想而知。”

       一边是发展,一边是保泉,这对儿看似矛盾却又必须正视的现实问题,不仅牵动着870 万济南人民的心,也给城市规划、地质勘察以及生态环保工作提出了不小的难题。

       为此,济南地铁建设在前期规划选址阶段综合参考了山东省地质调查研究院等地勘部门的研究意见,着力避免对泉域的破坏。规划和在建的各线路均避开了泉水敏感区,建设过程中不涉及岩溶水,不会对泉水水质产生影响。

       在地质工作的先行探路下,2019 年元旦,济南第一条轨道交通线路1 号线正式开通,这座以泉水闻名的城市正式迈入地铁时代。

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济南市地铁剖面图



       “事实证明,只要前期规划及工程措施实施到位,修地铁就不会对泉域造成破坏,也就不必走边开发边治理的老路了。”朱恒华表示,这也印证了城市地质工作在济南轨道交通建设过程中所起到的先行作用。

       2009 年,山东省地质调查院启动了“济南市城市地质调查”项目,对济南全域系统开展水文地质、工程地质、环境地质等的调查,以及地下空间适应性评价,建立了济南中心城区700 平方千米范围内350 米深的三维可视化地质模型。该模型能够多角度、多层次直观感受济南市地下空间构成形态,清晰表达出地层分界、地质体特征和地下水分布等,具备地下隧道开挖模拟、地下情景漫游等诸多功能。

       基于城市地质研究及系统应用,在地铁的规划选址中起到了非常重要的指导和参考意义,促进了地铁的顺利建设及泉域的保护,在未来的地铁运营、管理、监测中也将发挥重要作用。

       目前,济南轨道交通集团已委托山东省地质调查院牵头建设了一套基于三维空间地质环境随时间变化的济南市泉域四维地质环境可视化信息系统。

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济南泉域四维地质环境可视化信息平台功能示意


       “这是我国首个四维地质环境可视化信息系统。”据朱恒华介绍,该系统融合尽可能多的钻孔数据,形成高精度的地质模型,并将地下水流模型和地质结构模型有机融合,为济南轨道交通建设及保泉供水提供重要的管理平台。

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三维地质模型隧道漫游


       “济南市地铁1 号线在一定程度上避开了重点泉域,但也避开了交通拥堵较为严重的中心城区。济南在后续轨道交通建设中,还要在1 号线经验基础上进行更深入的探索实践。”朱恒华感叹道,“济南的地下空间开发与保泉护泉工作,仍然任重道远。”


       水源地保护与治理,地质工作坚守生命线

       在地下空间规划与利用上的难题与困惑,不单单体现在修建地铁上。

       大武水源地是我国北方罕见的特大型地下水源地,也是淄博地区主要的城市供水水源地。它包括大武、辛店、南仇三个地下水水源地的闭合富水区域,主要富水区面积达到27 平方公里。它担负着淄博市中心城区和临淄城区城市供水和100 万居民饮水安全、齐鲁石化公司等大型企业正常供水的重任,对淄博市的经济和社会发展起着举足轻重的作用。

       由于历史原因,大武水源地上化工企业众多。多年来,水源地局部地段遭受了不同程度的污染。近年来,淄博立法严管大武地下水富集区,并划定了大武水源地保护修复区,逐步搬迁水源地内众多污染严重企业。

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2018年枯水期等水位线图


       “水源就是生命线,对大武水源地的治理与保护已经刻不容缓,而如何避免治理与污染的不断反复,首先要实现对水源地的综合检测与管理。”朱恒华表示,水文地质条件的改变及伴生的问题,无疑使生态地质环境趋于恶化,难以实现地下水资源的开发利用。

       地下水动态监测网的完善与地下水情预报是一个持续的工作。目前,国外在这方面积累了相当多的经验,利用地下水多年动态资料进行地下水资源评价并指导地下水开发、利用和保护,充实和完善地下水数据库,为地下水的开发与保护发挥更大的作用。

       淄博市水资源管理办公室委托山东省地质调查院建设了大武水源地四维可视化信息系统,该系统在查明大武水源地及周边地质结构、水文地质条件、地下水污染现状、特征污染物种类及污染来源的基础上,建立集地质结构、水流模拟、水质模拟为一体的动态可视化地质模型及四维可视化信息系统,为大武水源地及周边工业规划及周边土地利用、水生态修复、地下水污染防治和地下水保护提供技术支撑和管理平台。

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地下水水质评价分区图


       基于该项目及系统的建设,项目团队已系统收集了水源地区域内所有的钻孔数据,并打了若干深孔,最深达800 米,运用先进的技术手段,以研究当地的地质条件。朱恒华说:“该项目的最大创新点在于水体在三维地质模型中的动态展示,在三维地质结构模型的基础上,增加水的概念,水的流动,水位变化,还可以预测污染事件及水资源保护和调控。”

       弄清楚了水源地地下水补、径、排条件及动态特征,地下水的化学特征、水质变化,污染源分布及污染现状、污染途径,就能科学的提出水源地防治方案,有效指导水源地的保护治理,并优化水源地的合理开采、利用。

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水流模型+地质模型动态裁剪


       “从目前来看,经过多年的水源地综合防治,大武水源地污染情况已得到有效控制,部分区域水质明显改善,水源地也将逐步焕发生机。”朱恒华欣喜道。


       信息化建设,为地质工作插上智慧翅膀

       在拥堵、污染等大城市病突出时,地下空间的利用已成为城市规划与发展的新方向,在国土空间规划体系建设即将全面启动的当下,城市地质工作将为其提供重要的支撑。

朱恒华在谈起地质工作时说,地下空间的利用类型多样,包括比较浅表层的地下车库、地铁,再深一层的物流管道、污水管道、市政设施建设等。所有的地下空间利用都要考虑到当地的地质条件。

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城市地上地下一体化展示


       随着科学信息技术的不断发展,整个地质调查工作也在不断演变,变得更加先进、更加智能。同时,城市地质信息化也在不断完善。

       在济南市轨道交通建设和大武水源地污染防治工作上,信息化及其成果发挥了重要作用。朱恒华说:“要加强地质工作中新技术的应用,注重地质信息化建设,将地质研究及成果用信息化手段表现出来,并提升其实用性。”

       在城市地质的信息化建设中,GIS 技术及产品的应用发挥着重要作用,可以管理空间地学信息与各种资料,建立相应的地学信息数据库,进而建立城市三维地质模型,按照各种应用需求进行分析、研判、展示等。例如,在地下水污染防治中,及时获取地下水污染源分布情况、监测点分布情况等数据,再利用GIS 技术进行污染情况分析展示,并规划指导防治工作;此外,在产业规划、工厂选址中也需要运用GIS 技术,一方面优化产业布局,另一方面也有益于对于地下水、土壤等的保护。

       朱恒华还表示,地质工作是基础性的工作,不能关着门自己和自己说话,而是要和城市各部门工作进行结合,为政府决策提供辅助作用。GIS 的作用更加需要以需求为导向,在应用和服务领域上进行拓展,提升其在地质及相关领域的应用服务能力。

       目前,济南市正在对标雄安新区开展济南市新旧动能转换先行区的规划工作(下称:先行区)。山东省地质调查院水环所也围绕先行区的规划,建立先行区三维地质模型,提供地质相关的解决方案,为地下管廊选址施工,轨道交通建设,桥梁隧道施工,泉域保护等提供决策指导。

       结合先行区地质工作,朱恒华强调,随着地质调查及信息化技术的发展,一系列的探测、监测、分析手段越来越趋于自动化,GIS 技术综合运用大数据技术、云计算技术、卫星定位技术、物联网技术等,会进一步将地质工作纳入到城市规划、建设、管理的全流程。