城市地質模型有哪些

❶ 地表建模

（一）地表的生成

生成地表的主要數據是地表離散點數據，地表離散點數據由ARCINFO格式數據轉換而來。組成等高線的平面線段與它的高程值一一對應，這樣，就有了地表的三維坐標集。系統輸入時，讀入組成等值線的各個點，即讀入各個線段的點，結合線段所對應的高程值，就形成了生成模型所需的離散點，系統使用這些離散點進行插值，生成地表。由於數據較多，這樣離散點的密度也大，以MapGIS明碼文件存放的數據容量達到150多兆，如果把這些數據都輸入到系統中，插值生成地表面，那麼生成地表面的小三角形數量將會相當大，佔用過多的計算機資源，對後續模型的構建影響很大。同時，生成地表面時速度慢，效果不理想。因此就需要對這些離散點進行抽稀處理。抽稀的效果是減少等值線上的點的數量，由於等值線上有大量的點存在，按比值抽稀不會對它的精度造成影響。抽稀後，生成模型所需的離散點密度降低，離散點的數量減少，系統生成地表面時速度加快，地表面的平滑度提高。對於地表面的一些壞點，如高程值過高或過低的點，即高程高於地表最高點，或高程低於地表最低點的高程，這些點是由於誤差或數據轉換時造成的，使用這樣的點插值，就會造成地表面的起伏變化劇烈，地表面粗糙不平，影響地表面的光滑度。因此，對於這樣的點需要在輸入系統時進行剔除處理，即在系統輸入模塊中，採用門檻值進行限制，過高或過低的點剔除，不讓其參與建模。

將處理後的離散點數據導入到工區中作為控制點，採用DSI插值技術生成三角網，用這個三角網來描述地表的形態。

（二）載入地表信息

1.地理信息數據

地理信息數據包括河流、鐵路、公路、湖泊、城市等點、線、面圖元信息，這些信息對於增強三維可視化模型的內涵、增強模型的展示效果具有積極的作用。每項地理信息數據讀入後，採用OpenGL技術來實現這些圖元在三維模型中的顯示狀態，同時給出對應的屬性信息內容。但建模系統目前不做GIS方面的分析功能，留待後續開發時進行功能增強。

2.遙感影像圖片

地表網格剖分完成以後，系統採用OpenGL的紋理映射技術，將衛星影像貼到地表，這樣使整個模型看起來更加真實，效果更好。為減少內存佔用量，衛星影像在保證可視化解析度的前提下，轉變為點陣圖圖像格式（.bmp）讀入。

為了使遙感影像圖片與生成的地表網格貼合得很好，位置更准確，系統採用三點坐標定位的方法對圖片進行校正。校正的方法是從圖片上選取三點，確保這三點不在同一條直線上，將它們分別記作P1、P2和P3，用戶要知道這三點的真實坐標值，為此可以選那些具有標識性的地理位置點。我們設圖片貼到地表上時這三點的坐標為01d_P1、01d_P2和01d_P3，而輸入的真實坐標為New_P1、New_P2和New_P3，依據最小二乘原理可以得到一個變換矩陣M，過程如下：

地下水三維可視化系統開發與應用

地下水三維可視化系統開發與應用

用矩陣M對圖片的四個頂點進行變換，即可以得到校正後的圖片。圖4-10是載入了地理信息和遙感影像圖片的地表形態。

圖4-10 載入信息後的地表形態

（三）模型網格大小的確定

模型所建的地質體如地表、地層、斷層和透鏡體等都是由網格相連構成面，面相包而組成體。構成模型的最小單位是小三角形，三角形的數量多少對模型的精度、系統運轉的快慢有直接的影響。

一般來說，生成模型的三角形網格過大，則模型面比較粗糙，模型不精細，甚至不能表現面的形態特徵，網格過小，則網格的密度大，對這些三角形運算需佔用大量的系統資源，使計算機處理的數據量劇增，從而使機器運行速度慢，如果離散點數據量過多或過少，則會使模型面較復雜，不能表現模型面的總體特徵。因此，在構建模型時，需要選擇合適的網格大小。

經過實踐，地表的網格大小選用50～200m的格網間距較好，機器速度和表面光滑度能達到協調統一。一般在模型初建中，選用200m的格網間距，機器速度快，如果需要對建模區域進行分割，如黑河流域模型，則在小盆地模型構建完成後，選用50m格網間距進行地表面生成，使地表面比較精細。

地層和斷層由於使用剖面圖上的線段進行建模，系統會自動在這些線段上加密離散點，選用100～200m的格網間距，對地層和斷層的生成影響不大，精細度也符合要求。透鏡體由於其面積小，對精度要求適中，因此網格大小選用50～100m的格網間距即可滿足需要。

對於柵格數據，如遙感影像圖片，其空間解析度可根據模型顯示的精度調整像素的大小。一般100～300dpi即可。可根據需要把精細的具有800多兆的遙感影像圖片生成BMP、JPG等圖形格式，達到保證像素精度和減少內存佔用量的需要。

❷ 城市地質環境的演變模型

2011高教社杯全國大學生數學建模競賽

承 諾 書

我們仔細閱讀了中國大學生數回學建模競賽的答競賽規則.
我們完全明白，在競賽開始後參賽隊員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網上咨詢等）與隊外的任何人（包括指導教師）研究、討論與賽題有關的問題。
我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規則的, 如果引用別人的成果或其他公開的資料（包括網上查到的資料），必須按照規定的參考文獻的表述方式在正文引用處和參考文獻中明確列出。
我們鄭重承諾，嚴格遵守競賽規則，以保證競賽的公正、公平性。如有違反競賽規則的行為，我們將受到嚴肅處理。

❸ 城市地質

本次大會的交流形式主要有5個方面：

第一為以展館的形式集中展示地質成果，多以國家的形式出現比如中國館、美國館、俄羅斯館等，另外一些大型國際地質組織、大型石油公司、地質儀器公司、軟體公司、出版社等也以展館的形式集中展示成果，在展館中展示城市地質成果的主要為中國館和挪威館。中國國家館主要以地質專業的角度展示近幾年來取得的豐碩成果，其中在工程地質專業下重點介紹了中國城市地質試點工作情況，包括上海城市地質及北京城市地質等內容。挪威國家館中城市地質專題主要簡單介紹了城市地質的主要研究內容，挪威國家地質調查局在奧斯陸地區開展城市地質調查項目，項目從2004年到2008年，主要研究內容包括地質資源、地質災害等10個方面的內容。

第二、第三為以大會發言和展板的形式介紹城市地質。

由於沒有專門的城市地質專題討論會，因此直接以城市地質為命名的大會發言或者展板內容相對較少。其中大會發言中中國地質調查局的「中國城市地質」在「地質科學管理在可持續發展與人類安全中的作用」專題中發言。展板中「上海城市地質」在環境地質專題中展示。但是從單項的城市地質調查來看，與城市地質有關的內容非常多，本文將在後面重點介紹。

第四為專門交流會，時間上大多在休息時間為主，比如在8月10日（星期天）就安排了20場左右的交流會，內容方面多是專門、專題及綜合討論會的延續和深入，主要以參會的某專業領軍人物召集本專業的相關人員對某個問題進行更廣泛深入的交流。其中城市地球化學方法在城市環境研究中的應用專題邀請來自世界各地的專家一起討論，內容主要包括地球化學本底、城市地區的系統地球化學成圖、采樣深度確定、樣品選擇、如何處理有機及礦業土壤、分析方法選擇，有機污染物多環芳烴、多氯聯苯、二惡英、鄰苯二甲酸酯、溴化阻燃劑等的評價。

第五為野外地質考察，大會組委會在會前曾計劃安排「瑞典與芬蘭城市地質中工程地質」的地質考察，主要針對的地質問題有，福斯馬克核電廠及核廢料處置場，隧道工程、電廠、地下水問題，岩石應力測量，岩石穩定性監測等。赫爾辛基在建的隧道開挖與地下建築工程，軟土地基穩定性問題，地下水問題等。後來由於其他原因該計劃取消。另外還安排了「奧斯陸城市地質化學」，即在8月6日下午城市地球化學成圖專題討論會後，由挪威、瑞典與芬蘭地調局召集安排野外實地調查，主要現場了解已經成功進行了3年的試點項目即奧斯陸城市地球化學項目，關於地球化學調查方法與城市污染土的管理系統。

由於大會議題中涉及的專業非常多，一般都是有近30個左右的會議在同時進行，而每個發言者的時間一般在15～30分鍾左右，因此只能選擇與專業有關部分專題到現場聽取較詳細的匯報。在中午休會以及會後則抽時間對展板的內容進行學習和交流。其他內容只能通過大會交流材料摘要合集來了解和學習。

一、城市地質綜述

（一）城市地質綜合調查

1.國內城市地質綜合調查

在「地質科學管理與可持續發展」專門討論會中中國地質調查局做了中國城市地質調查工作的發言介紹，主要從中國城市地質的主要特點、主要任務、主要方法、主要成果及將來的工作方向等方面逐一闡述，其中主要任務有5個方面，分別是：三維地質調查及地下空間適宜性評價、地質資源調查及可持續發展評價、主要地質災害調查及風險評價、環境地球化學調查及土壤與地下水環境評價、三維可視化信息系統的構建與管理等。另外上海地質調查研究院以展板的形式介紹了上海城市地質調查的主要內容和主要成果以及關於城市地質工作機制的探討。

2.國外城市地質綜合調查相關介紹

為更好地使地質科學滿足社會經濟的發展需要，挪威國家地質調查局在奧斯陸地區開展城市地質調查項目，項目主要研究內容有10個方面：氡災害、地面沉降、城市土壤污染、地熱、砂礦資源、地下水、礦產地質、基底穩定性與監測、流粘土災害、地質教育。

東京城市可持續發展過程中面臨的主要地質問題有地震、洪水、風暴潮、地面沉降等，這就要求地質學家和相關的政府部門必須致力於東京大都市城市地質狀況的工作，自從1959年出版了東京相關地質成果圖以來，又進行了多次的修訂。另外，還建立了一個關於地下水利用和地面沉降的監測系統，另外地質信息系統，從1970年以來，形成了關於70000個鑽孔的柱狀剖面圖的資料庫。這些系統對政府還有科研者提供了很大幫助，比如建設地鐵、高速公路、污水排放系統的重建等，還有地震災害分析，研究隱形斷層，地下空間開發等。

（二）城市水資源與環境

美國東南密歇根州城市化地區利用地理信息系統評估潛在的區域地下水污染，研究了多環芳烴、多氯聯苯及鉛等污染物在不同介質中對地下水的影響程度。英國對地下水進行戰略性管理和治理，把最先進的知識和技術運用其中以維持高品質的地下水資源，滿足經濟和生態系統的需求。莫斯科地區城市地下水監測網路在20世紀已經開始建設，現已形成280口監測井，用於地下水動態監測。另外還對莫斯科地區人類活動對地下水環境的動態影響進行了研究，尤其是對地下水流場、水化學、水位及水溫的影響，通過與背景區的對比發現；城市地區地下水的許多運動機制已經發生改變。葡萄牙介紹了基於GIS技術的地質圖在城市地下水資源管理和評估方面的應用，利用此系統可獲得大量的水文地質資料，可以建立含水層參數系統，對比岩性、含水層深度、地下水化學參數和土地使用情況等信息進行對下水脆弱性評價研究。瑞典則對基岩埋藏較淺地區的地下水的水質進行了評價。義大利就水文地質風險及其緩解措施進行了研究，1998年Sarno地區泥石流災害發生後，義大利政府在全境內加強了對水文地質災害的預防措施。 Re NDi S項目由義大利地質調查局實施，旨在確定災害風險的類型及其特性，研究如何緩解地質風險的措施，提高對災害的綜合認識。另外還對義大利Friuli Venezia Giulia地區地下水水文地質進行了調查，結果表明此地區淺層地下水的主要補給來源是地表水滲入和冬季降水，這種補給方式使得淺層地下水很容易受到城市地區和工業排水的污染。

墨西哥Irapuato和Salamanca兩個城市城市用水大多靠地下水，受污染水通過斷層將污染帶到深部含水層，通過對地下構造及水文地質的調查，使用SINTACS評估方法，並結合使用GIS技術，制定地下水保護計劃。挪威卑爾根有許多世界建築遺產，通過對古建築附近地下水化學性質、地下水壓力及土壤濕度等指標的長期監測，研究地下水環境對古建築保存的影響。南非貝南地區研究城市和農村地下水遭污染的一些特徵，依據已完善了的地下水流的數值模型，通過研究可調節的管理策略來維持貝南地區的高品質地下水的供應。摩洛哥繪制了丹吉爾地區含水層的污染風險地圖，採用DRASTIC方法研究水文地質條件，研究地下水環境的脆弱性，結合城市規劃對地下水污染風險進行分區和分等，研究表明東部工業區使含水層的脆弱程度增高，具有中度的污染風險。印度西北有幾個城市在地表水和地下水的相互作用，地表水的不合理規劃與利用導致地下水位上升造成建築物地基、橋梁、隧道、管道等其他公共設施的損壞，其次地表水的污染物大量回落到地下水，污染了地下水。另一方面，過量開采地下水又使承壓水位下降，擴大岩石孔隙，減少岩石強度，造成建築物倒塌，如果合理管理和規劃城市地區地下水和地表水的綜合利用將可以避免以上災難。另外還對印度普納市東南部由固體廢棄物處置引起的地下水污染進行了調查研究，普納市附近的垃圾站已經使周圍的12口井和兩條溪流污染，並且距離堆放場越遠的地方地下水受污染的狀況越輕，那些遠離堆放場的地下水沒有受到污染，而且即使進『行地下水回灌修復，堆填場附近的地區地下水仍然污染嚴重。韓國對地下水中砷污染的自然成因進行深入調查，研究了地下水p H值、沉積作用、變質作用對地下水中砷含量的影響。

（三）城市地質災害綜合調查與評價

1.城市地質災害綜合調查

俄羅斯地調局在莫斯科地區進行了地質災害與地質環境綜合評價項目，通過GIS信息技術對不同種類的地質災害進行綜合性的分析與評價方面進行了嘗試研究。根據其滑坡、喀斯特岩溶、地下水位上升等災害及其地質環境特徵，結合城市發展對生態以及經濟社會的要求，繪制了莫斯科地區1∶50000地質環境地圖，結合城市的功能區劃分地質環境分區，提出了一些關於安全城市發展的建議。另外還對2014年冬奧會舉辦地索契的地質災害與環境風險進行了評估，主要包括地震構造、水文地質、工程地質和其他環境勘探研究災害預測等。

在加拿大城市地區自然與人為環境災害的調查與風險評價論文中，提出建立跨學科、跨地域、長期性的災害風險綜合研究是十分必要的，其目標是研究災害的特徵、破壞性和風險性，在復雜多變的條件下確定災害風險性，通過監測研究等較少災害對人類的危害。近年羅馬城市化程度不斷提高，羅馬是一座歷史名城，評價其地質災害相對較難，復雜的全新世沉積物、較厚的人類活動造成的回填土以及大量的受保護的古建築都給研究工作帶來了一定難度，羅馬主要的地質災害有地面沉降、岩溶、滑坡、地震以及固體廢料。基於GIS信息平台整合歷史時期的相關地質信息，建立了3D地質模型，以半定量的方法評估地質災害，所獲得的方法體系適用於歷史背景悠久的城市，更有利於城市的可持續發展與管理。巴西貝洛奧里藏特市未來地質資源與地質災害研究項目已經在城市規劃中得到了應用，通過對土地資源和洪水以及河流侵蝕等資源與災害的分析，結合將來千萬級大城市的定位，為城市規劃提出城市發展的重點應從南部向北部轉移。

2.城市地質災害專項調查

1）地震與火山

在城市地質地震與火山災害研究中，義大利有多項研究成果做了大會發言和展覽。通過歷史文獻記載以及野外的調查，對1908年發生在義大利南部的墨西拿市地震的地質效應進行了評價，主要次生災害有海嘯、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷等。義大利Campi Flegrei活火山的城市化應急管理系統中，用高、中、低三種指數來定義火山爆發情景，應急規劃區和人們可以緊急集合和疏散的區域與鐵路系統的主要節點接近度。另外的研究還建立了火山碎屑流的動力學模型，為城市規劃與災害管理服務，在地震的監測與防治方面制定了相對成熟的預防方案。義大利在評價活動斷層災害如何更好地為土地利用規劃服務方面也做了嘗試研究。印度對新德里、孟買、班加羅爾等城市進行地震危險性分析，這些城市人口密度逐漸增大，一旦遭受地震將產生嚴重災害，在城市規劃中如何降低地震風險進行了初步研究。在孟加拉國吉大港地區地震危險性評估論文中，介紹了通過航空遙感與地球物理的方法尋找不同類型地質條件對地震波的反映情況，並將研究成果應用於在城市規劃的地震災害防治中。

隨著城市化進程的不斷持續，到21世紀中期將有一半人居住在城市，城市化使大城市越來越多，以至於有許多城市會處於地震多發區，美國、加拿大、日本還有一些其他國家的地震防治工程取得了很大成就，可以將地震對人的傷害降低到較低的水平。1989年和1994年加利福尼亞大地震造成不到70人死亡，但是在發展中國家對抗擊地震災害風險的研究還相對滯後。相關介紹還有日本在對地震災害模擬方面的研究，北非阿爾及利亞、埃及、利比亞、摩洛哥、突尼西亞等國家在城市規劃中加強對地震災害的合作研究與預防。

2）滑坡

韓國繪制了漢城方圓1500平方千米的滑坡預報地圖，利用包括兩個地形學和岩石學的因子，4個土壤屬性因子建立logistic回歸方程，預測潛在滑坡。義大利安科納市滑坡預警預報系統主要包括7個表面污染監測系統和33個GPS大地測量，同時也建立了三維立體的鑽孔控制系統，監測數據實時傳遞給監測中心，以便及時進行滑坡的預警預報。另外運用不同年份的土地利用類型圖與滑坡分布圖進行疊加分析，研究大城市地區滑坡的風險性。相關的研究工作還有莫斯科對滑坡和泥石流的建模與監測，孟加拉國吉大港城市的無序發展導致滑坡災害，巴西、印度、義大利等一些城市對滑坡防治的研究。

3）城市環境地球化學

在美國克羅多州丹佛大城市地區開展了1972年和2005年的土壤地球化學環境變化對比研究工作，2005年美國地質調查局採集表層土壤497個樣品，涉及市區1165平方千米的區域，測定44種元素。然後將測得成果與1972年的樣品數據進行對比後發現鋅、砷、汞、鎘、銅和銻的變化規律非常復雜，而鉛則有非常明顯的范圍擴大的趨勢。在土壤和地下水潛在污染的分析評估模型方面美國密歇根州作了研究，對比不同地區土壤及地下水各種污染特徵，對地下水來說含有氯的揮發性有機化合物和六價鉻具有最高的危險性，而土壤中多氯聯苯、汞、多環芳烴具有最高的危險性。

英國開展了倫敦、貝爾法斯特、格拉斯哥等22個城市的地球化學基線調查，測定46種元素或參數，採集近16000個樣品，提供了獨一無二的英國城市土壤地球化學圖。另外還對內分泌干擾物質（環境激素）對人類健康的影響方面做了深入的研究，近50年來，內分泌干擾物在環境中的含量有了很大的增加，包括農葯、阻燃劑、防腐劑、表面活性劑等產品，以及化妝品、洗滌劑、食品包裝和其他化學物質。許多內分泌干擾物，包括多氯聯苯、二惡英和滴滴涕的代謝產物，在環境中有廣泛存在，並且由於其親酯性，可通過生物鏈進入人體，並通過女性傳遞給後代。此外，人們的飲食中也含有越來越多的動物激素。通過研發發現，這些越來越多的內分泌干擾物會誘發癌症特別是乳腺癌和前列腺癌。

俄羅斯許多城市表層土壤可能對人體健康存在威脅，在政府管理及決策時應以生態安全為目的有機考慮生態、經濟、社會等因素，AHP評價方法的研究可為決策者提供更具體的研究成果，保證表層土壤的安全利用，另外還介紹了不同的污染城市土壤修復技術。

1998年瑞典開始了城市地球化學填圖計劃，其目的是能夠給社會提供可靠的環境背景數據信息，已經有4個城市獲得多種樣品包括土壤（表層，深層）、苔蘚植物等的45種元素的背景值，如銀、砷、金、鋇、鈹、鉍、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、鑭、鋰、鎂、錳、鉬、鎳、磷、銻、硒、錫、鉭、釷、鈦、鉈、鈾、釩、鎢、釔和鋅等，另外也對如何在地球化學統計計算方面避免一些失誤作了簡單介紹。

在城市區域的污染范圍確定方面，挪威地調局在奧斯陸地區進行了試點，布置穿越市區的南北方向長120千米的剖面，沿著剖面的橫截面收集土壤和植物樣本，研究的主要目的是研究反映在土壤和植物化學中城市污染的影響和范圍。檢測指標為銀，鋁，砷，金，硼，鋇，鉍，鈣，鎘，鈷，鉻，銅，鐵，鎵，汞，鉀，鑭，鎂，錳，鉬，鈉，鎳，磷，鉛，鈀，鉑，硫，銻，鈧，硒，鍶，碲，釷，鈦，鉈，鈾，釩，釔和鋅等。在挪威的三個主要城市的表層土壤有機污染物調查已經完成，在奧斯陸、卑爾根和特隆赫姆分別採集719、309和75個樣品，分析了樣品中多環芳烴（PAHs）含量情況。結果表明，內城顯示高濃度的PAHs，城郊土壤含量相對較低，PAHs的來源主要為燃燒源。另外還介紹了城市中有毒污染物及其分散機理的研究成果，人類過多的活動導致城市環境中介入了大量的有毒污染物，市中心已被證實含有大量的重金屬如鉛、鎘，還有其他有機有毒物，如二惡英、多環芳烴、多氯聯苯等，在挪威的城市土壤里檢測到了很高濃度的這些有毒物。另外在31座港口和海邊城市的海底沉積物中也有較高的檢出率，總的說來海底沉積物也被嚴重污染。城市地球化學的研究表明很多污染物是通過雨水傳播的，目前正在研究城市土壤環境對海水環境的影響。

葡萄牙介紹了北部城市的氡危機情況，開展調查的目的是評估葡萄牙北部城市的氡濃度和控制各種氡的最重要的地理因素，研究表明葡萄牙北部城市區域在土壤和地表水出現中等偏高的氡危機。另外通過對1987～1992年室內氡輻射的測定，獲得了大量數據並進行了統計學分析，對氡輻射風險進行了預測，為規劃和建設提供支持。

地理信息系統（GIS）和多元統計方法被用來評估追蹤香港城市郊區及鄉村公園的重金屬污染，和鄉村公園相比，銅、鉛、鋅在城市和郊區的土壤中含量較高。元素的主成分分析與聚類分析結果顯示主要元素和痕量元素在城市、郊區、鄉村公園的聚類特徵都不相同。運用地球化學與地球物理相結合的方法，研究波蘭南部西里西亞工業區土壤中的地球化學污染異常，來精確繪制污染地區和綠色生態評估區域，該種方法經濟有效，降低樣品數量和化學分析，實地樣品只局限於那些污染嚴重的地區。芬蘭根據兩個樣品深度研究城市土壤地質化學基線，已經初步繪制了地質化學圖。巴西聖保羅市在城鎮體系中用鉛同位素作為大氣污染物示蹤來研究鉛污染的來源，鉛的主要來源為工業廢氣、城市廢氣和汽車尾氣。丹麥在土壤原位分析測試評價以及污染土壤原位修復方面介紹了最新研究成果。

3.其他

菲律賓在地質和地質災害評估納入環境影響評估和全國土地利用規劃系統並成為一種制度方面，進行了有益的探索。另外俄羅斯、義大利、芬蘭等城市的工程地質研究，義大利城市地區地面沉降的控制研究，以及地質信息系統與地質建模等方面由於篇幅限制不在詳細介紹。

二、城市地質的幾點思考

1.城市地質的核心部分仍是地質學

隨著科技與社會的進步，城市地質學的概念不斷在變化和拓展。城市地質學的核心部分仍是地質學，研究區域多為人口稠密、工業發達及城市化水平高的地區，這就要求在城市地區地質學研究的精度要大大提高。世界上每個城市所面臨的主要地質問題不盡相同，城市地質學幾乎會碰到地質學領域的所有問題和難題。城市地質學的單項研究比如城市工程地質、城市水文地質、城市地球化學等均為地質學的延伸或互相滲透，其內容可以延伸為城市的資源、環境、工程及安全等的可持續利用與發展方面提供保障。

2.城市地質的最大特點是綜合性

本次33屆國際地質大會由英國地質調查局提出「One Geology」的概念，目前翻譯成中文比較多的提法是「大地質」，主要強調全球的統一成圖，所有國家的聯合合作成圖，不同專業地質圖的相互疊加與高效利用。城市地質其實可以理解成某城市的「One Geology」，這里不僅有整個城市地區的統一成圖，更重要的還有眾多地質問題的綜合調查與研究，而不單單是某項地質工作的調查與評價。

城市地質學的性質，註定了其多參數、多目標、多學科綜合的特性。城市地質學的綜合屬性，註定要組織跨學科、跨行業、跨部門的艱苦探索和攻關創新，註定了從事調查、研究的專家必須具備多元的知識結構和現代的管理理念。城市地質學知識系統的復雜性，註定了這門學科必須具備當代新學科、新技術、新方法的側向分工和優勢集成。城市地質學的用戶眾多，註定了其操作層面和服務平台必須具有多參數、立體化的「數字城市」的現代結構。

3.城市地質的生命力在於它的應用性

城市地質的特點決定了其成果必須具有很強的應用性和實用性，即如何使地質成果更好地應用到城市的規劃、建設與管理中。在服務於城市規劃方面，如何更好得為城市總體規劃、區域性規劃提供基礎地質資料、為專業性規劃提供相關的專項研究成果、為城市重大工程的規劃選址提供綜合性成果；在服務於城市建設方面，如何為地下空間的開發利用、重大市政工程所面臨的地質問題、建築工程的建設等方面發揮作用；在服務於城市安全方面，可為城市生命線（地鐵、高架、防汛牆、天然氣管網等）的安全運營、城市用水安全與應急水源地建設、防治地質災害研究以及地質災害應急搶險等方面服務；在服務於土地資源管理方面，可為土地利用總體規劃修編與實施評價、基本農田的劃定與保護、後備土地資源的利用、土地復墾與土壤修復、土地利用績效評估等方面服務；在服務於生態環境保護方面，可為水土體的環境質量監測、垃圾處置場環境風險評估、生態住宅等方面服務。

4.城市地質的活力在於方法技術的革新

城市地質學作為一門學科，其自身理論體系的構建相對較復雜。從城市地質研究的內容來看，每一項都有各自的理論體系，從專業上來分比如基岩地質、第四紀地質、水文地質、工程地質及地球化學等，從研究領域來分比如資源、環境及工程等。另外不同的城市其所開展的有針對性的研究課題也不盡相同，但歸根結底還是與該城市所面臨的主要地質災害與地質問題有關，針對每種地質災害的研究都有相互獨立的理論體系，比如地面沉降、滑坡、泥石流、活動斷層等。如何將不同的理論體系提高升華到城市地質的理論體系是一個非常復雜的難題。城市地質研究中的方法技術的革新將有助於城市地質理論體系的完善和構建。在進一步完善城市地質調查技術和工作流程規范基礎上，編制《城市地質調查工作指南》，提高城市地質調查工作的效率。藉助相關領域的新技術、新方法，尤其是GPS、GIS、RS等新技術，在調查的方法手段、不同專業領域的集成綜合評價方法技術、地質災害的動態監測與預警預報、地質成果或結論的從定性到定量判別、地質環境的數學模型與經濟學分析、城市地質工作在城市經濟發展中的貢獻度等方面不斷有新的突破和認識，不斷提升城市地質的活力。

5.城市地質發展的動力要依託新的機制

我國城市地質試點工作已經開展了4年，每個試點城市都取得了豐碩的成果。新的工作機制探索將有助於城市地質工作快速的發展。今後城市地質工作中將加快建立健全長效管理機制，切實增強城市地質工作對經濟社會發展的持續保障能力。完善深化調查成果和建立城市地質工作長效機制相結合，進一步加強城市地質調查成果應用示範，推進調查成果的深化和轉化。深化完善地質信息動態更新、社會共享機制和建立城市地質工作長效機制相結合。深化完善調查成果轉化工作與建立城市地質工作長效機制相結合。新的工作機制探索的目的主要還是使城市地質工作更好的納入到城市規劃與建設體系當中，以便更好的發揮城市地質工作的經濟社會效益，提高在城市經濟社會發展中的貢獻度。

由於時間緊迫，城市地質涉及的專業眾多，關於本次大會中城市地質研究內容的介紹難免會有些遺漏，另外文中的其他差錯，敬請批評指正。在城市地質論文摘要編寫、展板製作過程中得到了中國地質調查局庄育勛主任、翟剛毅處長、程光華教授，以及上海市地質調查研究院魏子新院長、嚴學新總工、王寒梅副總工、史玉金主任工程師等領導專家的悉心指導，特此感謝。在參加第33屆國際地質大會期間以及本文的編寫過程中，得到了與會的中國地質調查局代表團諸位團友的大力支持和幫助，在此一並表示衷心感謝。

（何中發執筆）

❹ 城市三維地質結構調查內容包括

城市抄三維地質結構調查，主要調查城市所在的三維地層結構、工稗地質結構、水文地質結構，建立三維地質結構模型。
在三維地質結構調杏基礎上，綜合分析城市地下區域地殼穩定性、岩土工程地質條件、 地下水對工程的影響，進行地下空間可利用適宜性評價。

❺ 三維地質建模

一、內容概述

隨著世界各國對資源需求日益上升以及對地質環境問題的日益重視，各國研究機構都將提高資源保障能力、緩解環境壓力的目光逐步轉向了地球深部，這就需要對地下空間有更詳細、更好地了解。正是這種社會需求的不斷增長，以及地理信息系統（GIS）、數字制圖、數據存儲和分析、可視化技術上顯著的技術進步，直接促使了從傳統的二維向三維地質填圖（也稱為三維地質建模）的過渡成為必然。

三維地質圖是傳統的二維地質圖向三維的延伸。這些地圖可以描繪三維空間內地下層疊地層的深度、厚度和物質性質。輸出的結果是通過地質解譯，以及嚴格應用原始數據、地質知識和統計方法而創建的完全屬性化和數字化的三維模型。

二維和三維輸出結果都採用了相似的地質構造單元分類，並針對特定用途和相關機構的需要，按照一定的比例尺和解析度加以呈現。三維填圖完成的三維地質模型可以為需要解決地球科學問題的客戶提供信息，因為：①完成的三維地質圖，可以以可理解的格式、用多種地圖視圖解釋和描繪復雜的地質情況；②當有新信息可用時，可以製作和更新各種衍生或解譯圖；③針對地球資源信息的特定需求，根據客戶需要進行發布和定製（Berg et al.，2011）。

二、應用范圍及應用實例

目前，美國地質調查局的科學家使用三維/四維工具來進行以下工作：①可視化和解釋地質信息；②驗證數據；③驗證他們的解譯和模型。三維地質填圖的例子包括對面向資源評價的地下空間描述，如美國中部的含水層描述，以及作為過程模型的輸入參數，如美國西部的地震。同時，USGS希望通過開發新的三維/四維工具和框架，以及通過對現有技術的提高和更有效的利用，擴大其三維/四維處理能力來監測、解譯和分發自然資源信息。

加拿大地質調查局已經將三維地質填圖融入了各項工作。然而，地下水研究對於三維地質填圖的需求還沒有從傳統的地質調查上完全轉變過來。盆地分析的概念是加拿大地質調查局開展三維地質填圖的基礎。在此框架下，工作重點放在了數據收集和了解盆地的地質歷史。盆地分析在地下水研究項目中已經作為一種常見的三維研究方法。後續在GIS軟體中的數據處理、插值、可視化仍然酌情根據地理和地質的復雜性、研究目標和需求而定。

英國地質調查局的三維地質模型名為LithoFrame。它代表了地質圖從二維擴展到三維（表1）。LithoFrame概念的核心是不同解析度的模型彼此對應，形成從一般的全國模型到詳細的現場模型的無縫過渡。

表1 LithoFrame解析度的主要特點

註：LithoFrame比例尺：1M為1∶100萬；250為1∶25萬；50為1∶5萬；10為1∶1萬。

法國地質調查局的三維建模主要涉及3個領域：公共服務、國際合作項目以及與許多合作夥伴和客戶合作開展的科研活動：

1）公共服務：歐盟、法語國家、地區政府和城鎮機關；

2）國際項目：私營公司和外國政府；

3）研究：實驗室和合作大學。

法國地質調查局的三維建模活動的主要應用領域是地質調查、含水層的保護和管理、城市地質、地震風險評價、土木工程、碳捕獲和存儲研究、地熱潛力、礦產資源開采和采後評價。

國外地質調查機構用於創建三維地質圖和模型最常用的軟體套件包括ArcGIS、Gocad、EarthVision、三維GeoModeller，GSI3 D、Multilayer-GDM和Isatis。這些軟體中，GSI3 D、三維GeoModeller和Multilayer-GDM由地質調查機構自行開發，並根據其機構對地質填圖和建模的需求進行定製。許多其他軟體包也用在地質調查機構的部分建模工作流程中，其中包括GIS、統計學分析、地震深度轉換、可視化和屬性建模的軟體。

三、資料來源

Berg R C，Mathers S J et al.2011.Synopsis of Current Three Dimensional Geological Mapping and Modeling in Geological Survey Organizations.Ilinois State Geological Survey Circular，104

❻ mapgis k9三維建模需要哪些數據

mapgis k9三維建模現在主要包括兩種方式，一種是鑽孔多元耦合自動三維建模，需要將鑽孔資料庫標准化；另一種是互動式建模，需要建模範圍內的剖面數據。細節還有很多，最好找書看。

❼ 城市地質三維建模的數據需求與數據組織

城市地下地質空間勘探研究不僅包括淺部的工程建設層，還應包括中部、深部地層。相對於其他地質勘察項目而言，城市地質勘察尤其是中心城區的地質勘察程度較高、資料較豐富，既有大量可精確描述地層的鑽孔數據，又有大量根據鑽孔和物探數據解釋得到的剖面圖、地層平面分布圖、地質構造圖等人工解釋數據，這些數據表達地質空間信息各有特點，又都不同程度地存在表達三維信息的局限性和不完整性，如何充分利用各種數據的特點，通過數據耦合的方式建立城市地下地質空間三維地質模型是建設城市地下地質空間信息系統建設的關鍵。

（一）基礎地理空間數據

這類數據主要包括地理底圖（地形圖）和遙感影像，地理底圖主要用於鑽孔點位、三維模型和基礎地理空間信息的疊加定位，遙感影像則作為地表紋理數據疊加在地形模型上。地理底圖類數據要求為GIS矢量數據格式（如MAPGIS *.wt，*.wl，*.wp文件），這類數據一般按照水平分幅、垂向分圖層的方式進行組織，如圖3—1所示。遙感影像數據一般為JPG、TIFF格式，需要包含用於校正的控制點信息。

圖3—1 海量底圖邏輯結構圖

（二）鑽孔類數據

城市三維地質建模中最常見的一類建模數據就是鑽孔數據。工程鑽探法是獲取地下三維空間信息的重要方法，通過鑽孔可以直接獲取詳細的岩土層分布狀況，取得的岩芯（土樣）還可以進行相應的室內試驗獲得其物理力學指標。鑽孔資料因其直觀、准確、詳細的特性在三維地層模擬中具有至關重要的意義，根據鑽孔數據構建三維地層實體模型一直是國內外三維地質建模領域研究的熱點，並取得了一定的研究成果。

鑽孔基本資料表，鑽孔土層描述表，整體（標准）地層描述表是基於鑽孔進行三維地質建模所必需的幾個核心表，三個表所含有的建模必要欄位、名稱可以不與下述表的欄位名稱相同，但所代表的意義一定要相同。

1.鑽孔的基本資料表（表3—6）

表3—6 鑽孔基本資料表

說明：①日期型數據要統一格式；②孔口標高X，Y最好為國家坐標系；③其中1，6，9，10，11 項為三維建模必需項。

2.鑽孔的土層描述表（表3—7）

表3—7 鑽孔土層描述表

說明：①分層序號為同一鑽孔內不同土層的順序號；②其中1，2，3，4，7項為三維建模必需項。

3.全局地層描述表（表3—8）

表3—8 全局地層描述表

說明：①1，2，11欄位為三維建模必需項；②說明欄位「地層名稱」和其他表中的欄位「土質類型」是一致的。

全局地層描述表實際上就是一個「基本地層層序表」，其形成規則是：按照地層沉積順序和形成年代，結合岩土體物理力學指標數據，自上而下按照由新至老的順序進行排列。在形成此基本層序表的過程中，可能會出現地層順序無法排列的情況，這需要結合工程勘察人員的經驗，按照地層疊覆律進行確定。簡單地說，地層層序要求建模區域內所有的地層都被自上而下的排序，並且在各個鑽孔中的順序都不變。

事實上，地層層序並不見得對所有的鑽孔都合適。由於地層尖滅，透鏡體等存在於局部區域，特定的地層可能只在一部分區域連續，而在其他地方被另外的地層切割。採用「全局地層層序」的概念能夠容易的表達這些復雜的地質現象。

下面是關於「全局地層層序」必須滿足的一些基本規則：

（1）如果在一個鑽孔中，地層A在地層B的上面，則在「全局地層層序」中，A在B的上面。

（2）如果在鑽孔1中地層A在地層B的上面，而在鑽孔2中地層B又在地層A的上面，則：

①在地層層序中至少有3個地層；

②必須使用其他的鑽孔來確定地層層序。

（3）「全局地層層序」中地層的數目不少於：

各個鑽孔的地層數目的最大值+在該鑽孔（即具有最大鑽孔數目的鑽孔）中不存在的所有地層的數目。

4.其他數據表

包括土試數據表等不是三維地質（結構）建模所必須，在此省略。

（三）平面地質圖類數據

1.一般格式

要充分利用平面地質圖所蘊涵的地質構造信息來建立三維地質結構模型，需要首先將現有的紙質圖件數字化為電子圖件或者將原有的電子圖件轉化為建模系統能夠識別的電子圖件格式，如下：

（1）平面地質圖採用GIS圖形數據格式（如MAPGIS *.wt，*.wl，*.wp文件）進行存儲，可利用GIS圖形編輯模塊進行查看、編輯、修改等操作。

（2）一個地質平面圖可用一個工程文件（如MAPGIS *.mpj）來存儲。這個工程文件須記錄完整的平面圖信息，如坐標系類型、投影參數、比例尺等。

（3）每一個工程文件（如MAPGIS*.mpj）由以下文件組成（其中第一個是必須有的）：

①區文件記錄原地質平面圖中的地質單元分區信息。主要屬性欄位有：ID，面積，周長，區域類型，地層編號，備注。

②弧段屬性結構，記錄地質單元分區中的線屬性。主要屬性欄位有：ID，長度，弧段類型，斷層編號，盤類型等。

③*.wt：圖上必要的標注信息。

④另外，如果有其他內容需要記錄下來，可另在工程文件中附加其他點、線、面文件。

2.等值線格式

有些平面地質圖含有等高線信息（如地層埋深等值線），這些等值線對建模有同樣的重要意義，需要將等值線信息進行標准化，記錄下等高線類型、數值等信息。

等值線數據可採用GIS工程文件格式（如MAPGIS *.Mpj）組織，也可以採用單獨的點、線文件格式（如MAPGIS *.wt、*.wl）組織。但無論採用何種組織方式其包含的三維地質建模基本信息如下表所示：

（1）頂、底板埋深等值線文件（結構建模）格式。地層頂、底板埋深等值線文件屬性結構如表3—9所示。

表3—9 地層頂、底板埋深等值線文件屬性結構

（2）等厚度線文件（結構建模）。地層等厚度線文件屬性結構如表3—10所示。

表3—10 地層等厚度線文件屬性結構

（3）高程點文件（結構建模）。高程點文件屬性結構如表3—11所示。

表3—11 高程點文件屬性結構

（四）地質剖面類數據

每個地質剖面採用一個GIS工程文件（如MAPGIS *.mpj）來存儲，地質剖面數據採用GIS圖形數據格式（如MAPGIS*.wt，*.wl，*.wp）分圖層進行存儲，可利用基於GIS圖形編輯功能開發的「地質剖面編輯器」查看、編輯、修改剖面圖。

在地質剖面輸入與標准化處理時，採用以剖面起始點、終止點、拐點為地質剖面空間形態表示核心數據，輪廓區域作為三維地質結構建模核心數據。對於每個剖面工程文件，主要記錄以下圖形和屬性信息：

1.定位點文件（必備）

剖面定位點文件要在剖面上標識出剖面起點（X0，Y0）、終點（Xn-1，Yn-1）剖面所經過的中間點（Xi，Yi）。由於剖面圖在垂直方向上沒有轉折，另外用戶還要輸入兩個以上高程式控制制點Hj和Hj+1，這樣系統就可以自動計算剖面的水平、垂直比例尺及剖面實際空間位置，如圖3—2所示。

圖3—2 剖面定位點標識示意圖

定位點屬性結構如表3—12所示。

表3—12 定位點屬性結構

2.地層區文件（結構建模）

地層區文件中既要定義每個區的屬性結構還要定義構成區的弧段的屬性結構（表3—13，表3—14）。

表3—13 地層區文件區屬性結構

表3—14 地層區文件弧段屬性結構

3.地層線文件（結構建模）

地層線文件屬性結構同地層區弧段屬性結構。

4.鑽孔線文件（鑽孔建模必備）

鑽孔線文件屬性結構如表3—15所示。

表3—15 鑽孔線文件屬性結構

5.斷層線文件（斷層建模必備）

斷層線文件是進行基於剖面的斷層建模所必需的數據，其屬性結構如表3—16所示。

表3—16 鑽孔線文件屬性結構

（五）地質空間數據的規范化和歸一化

城市地質空間基礎數據，數據層面多，來源不同，採集於不同時期，數據類型亦不同（地理底圖、遙感影像、地質圖、鑽孔等），即是都是地圖數據，其投影方式、坐標體系、地圖單位等參數也不一定完全一致，進行三維地質建模前除按照上述數據需求准備數據外，按照一定的標准對系統數據進行規范化處理是非常有必要的。所謂數據的規范化處理是指按照國家標准、行業標准、地方標准或系統建設標准對數字化後的地質資料分類進行數據的預處理、概括處理等。

1.數據預處理

坐標配准：將各層次數據的空間坐標體系都轉換成統一的坐標系（如城市坐標），地圖單位也要統一（如以米為單位）；投影規一化：用GIS的投影轉換功能把各數據層轉換成統一的投影方式；遙感影像矢量化：遙感數據必須經過矢量處理、加註屬性、建立空間拓撲關系後使用；確定統一邊界：對研究區域確定統一的標准邊界，用疊加和切邊操作使各數據層的邊界完全一致。

2.三維建模數據的概化處理

在所有的數據規范化處理工作中最關鍵的也是最具挑戰性的工作是地層、鑽孔、剖面、構造地質圖等三維地質資料的概化解釋工作。也就是要建立三維地質模型，再通過必要的渲染和可視化表達分析手段模擬城市地下地質空間的狀況。城市三維地質建模主要使用兩類數據：一類是反映地表變化情況的基礎地理數據，如地理底圖、DEM數據、遙感影像數據，這類數據對三維地質模型只起空間定位、地形約束、修飾作用；另一類是映地下地質結構變化情況的地質勘探解釋數據，如鑽孔、剖面、地質圖等，進行三維地質建模時需要使用這類數據精確確定地層、斷層等點狀、線狀、面狀及體狀的地質構造信息，這類數據是進行三維地質建模的關鍵數據。由於三維地質模型的確定性和拓撲嚴格性，相應地也要求這類數據必須具有嚴格的、確定的幾何和拓撲一致性。

考慮到項目搜集到的鑽孔數據多來自於不同時期、不同項目的成果，由於當時勘探目標、所依賴的標准不同，甚至因不同人的認識不一樣，導致對同一區域或相近區域地質現象解釋的詳細程度和劃分結果不一樣，甚至差別非常大或是自相矛盾，這對於強調全市范圍內應用的城市地質調查成果表達和三維地質建模來說是無法接受的。基於不同勘探資料解釋得到的剖面圖、地質圖也存在同樣的問題，且由於編制這些圖的原始目的主要是進行成果的表現，制圖人員多是從制圖的角度考慮如何修飾、如何好看，並沒有過多考慮圖面上地質元素的拓撲、幾何的嚴格和一致性，而這些都是進行三維地質建模所必需的。

鑒於上述原因，系統建設過程中需要結合三維地質建模對數據精度和一致性的要求，按一定的規則對原始鑽孔、剖面、地質圖進行概化處理，使得這些反映垂向地質結構的數據逐步變得有序化，為進一步自動或半自動生成三維地質模型奠定基礎。

上述工作主要藉助現成的GIS工具（如MAPGIS等）軟體或其他工具軟體完成結合專業人員知識經驗完成。

❽ 城市地質環境評價原理

城市地質環境評價與區劃涉及的是一個與自然科學和社會科學相交叉的研究內容，因而主要的研究方法也會是多學科的理論與方法。主要運用了在評價過程中對地質安全性研究中體現地殼穩定性和建築物安全過程的協同論原理，體現在安全保障前提下評價建設用地適宜性時運用層次性原理來體現問題研究的協同論;在風險評價過程中對災害發生運用突變性原理來體現風險發生時的協同論。同時，在相關評價研究中也會運用到可持續發展的理論與方法、經濟學中數量經濟的理論與方法等。

一、人地協同理論

人地協同理論是研究人類與自然之間和諧共存、反饋與制約、利用與合作、發展與協調等系列關系及規律的科學。對人地協同理論的研究，首先應從人地關系入手，人地之間的客觀關系是人對地有依賴性;地是人賴以生存的物質基礎和空間場所，地理環境影響人類社會的地域特性，制約著人類社會活動深度、廣度和速度。在人地關系中人居於主導地位，人具有主觀能動性，地理環境為可被人類認識、利用、改變和保護的對象。人地關系是否協調或矛盾，決定於人、地兩個方面。人地協同理論涉及眾多的原理，最為主要的是層次等級性原理和突變性原理等^［1，2］。

(一)層次等級性原理

層次等級性原理是把整個客觀世界看做一個結構有序的、多層次等級結構的統一體。客觀世界的多樣性、統一性正是通過層次性表現出來的。在一個系統中，無論結構還是功能都具有等級性，處於不同層次的等級系統，具有不同的結構，亦具有不同的功能^［3］。

地質環境是城市環境系統的載體，城市建設用地評價是對城市地質環境系統的資源配置過程。因此，層次系統論在地質環境、建設用地評價利用規劃及它們的相互關系中有著重要的指導作用。層次系統論對建設用地利用規劃中的地質環境分析的指導作用主要體現在以下幾個方面:

1)建設用地評價利用規劃要從整體性角度研究和把握建設用地評價中考慮的問題。

2)「地質環境系統」和「社會經濟系統」是建設用地評價與規劃的子系統，有必要把二者進行整合作為一個「復合系統」加以研究。

3)城市建設用地評價利用與規劃的地質環境分析是將地質環境條件對城市建築用地利用影響的內在機理，城市空間發展布局、土地利用模式及地質環境適宜性等作為城市土地功能規劃的重要基礎研究內容，是強調地質環境和規劃功能的整合與統一。這正是系統論的基本思想和內涵，也是城市土地可持續利用和建設用地功能規劃研究的根本點和出發點。

4)建設用地的功能規劃的地質環境條件分析將「城市建設用地功能—地質環境系統」的結構性、開放性和動態性作為建設用地功能規劃的重要內容。從整體上研究系統結構與功能、系統與環境的相互關系。

(二)突變性原理

「突變」是強調變化過程的間斷或突然轉換的意思^［4，5］。突變論的主要特點是用形象而精確的數學模型來描述和預測事物的連續性中斷的質變過程。地質環境系統的演化是系統由一宏觀的穩定態變為非穩定態，再向另一新的宏觀穩定態轉化的過程^［6］。

地質環境系統由穩定態向另一新的穩定態轉變的過程必然經歷了一個失穩的階段，在這個階段各種過程可以漸變的方式完成系統質的變化，也可以突變的方式發生質變。例如，地震是地球內部能量釋放的突發現象，對城市的破壞可能是毀滅性的，如唐山大地震、汶川大地震。同樣，構造蠕變也是地球內部能量釋放的一種方式，不過它是以漸變的形式進行的。又如岩土的侵蝕、泥石流、崩塌這些突發事件也可以漸進的水土流失方式進行。至於滑坡就有突變性和蠕動滑移的兩種形式^［7］。

地質環境系統的漸變和突變並不是完全獨立的，一種因素或狀態的變化仍會對另一種因素或狀態產生影響。例如，地面塌陷可以溝通地表水與地下水的聯系，還可使水質發生改變。地表水的滲入可以減緩地下水的下降速度，並因地表水的摻和而使水質發生變化^［8］。大量的研究表明，突變的發生都有一定的前兆，這個累進性的醞釀階段是非常敏感的，突變之前存在一個增長、加速漸變的進程，這一點對於災害預報有著特別重要的意義。如地震、滑坡、地面塌陷等地質災害即有產生、發展和破壞過程。

二、可持續發展理論

「可持續發展」是1987年以挪威前首相布倫特蘭夫人為首的世界環境與發展委員會提出的理念。可持續發展理論作為一種新的發展觀和發展戰略，得到國際社會的廣泛認同，成為許多國家選擇發展目標和制定發展規劃的基本理念。

城市建設用地利用評價與規劃的實質就是協調人的社會經濟活動和自然地質環境發展過程中的土地資源的合理配置，使之達到城市土地合理利用、地質環境受到保護、經濟穩步增長的效果。城市建設用地評價與規劃利用是一個以社會屬性、經濟屬性及自然過程為相互關系構成的社會經濟自然復合系統，在這樣的系統中雖然人的活動占著主導地位，但不能擺脫自然生態過程的制約。可持續發展理論對城市建設用地利用規劃的指導作用，主要體現在以下方面^［9，10］:

1)可持續發展強調社會、經濟、環境的和諧發展。破壞地質環境的經濟發展或者不能促進當地社會經濟進步的環境發展並非是可持續的。因此，從科學合理利用城市土地資源，保護地質環境的角度出發，以地質環境條件對城市土地利用的制約與影響進行土地利用規劃的地質環境評價研究是必需的。

2)可持續性原則的核心是可持續的，其主導思想是科學合理利用自然地質資源為人類社會經濟發展服務。一方面地質資源與環境是人類生存與發展的基礎條件，離開了地質資源與環境就無從談起人類的生存與發展，所以可持續發展要求人們根據可持續性的原則開發利用自然地質資源。超越了地質環境所能承載的極限將會阻礙城市經濟增長和地質環境的破壞。另一方面，人類對城市土地資源的利用與保護也不是完全被動的，而應該遵循自然規律，充分發揮主觀能動性，對城市土地資源加以保護和利用，以提高城市土地資源的利用效率。

三、數量經濟和模糊優化理論

數量經濟學是在經濟理論的分析基礎上，利用數學方法和計算技術，研究經濟數量關系及其變化規律的經濟學科。通過經濟數學模型來研究經濟數量關系，是數量經濟學的特徵。數量經濟學在經濟科學體系中的地位，相當於數學在所有科學中的地位。由於它以特有的經濟數學模型方法專門研究經濟數量關系，從而為其他經濟學科的深化提供了一般的分析方法和方法論。在這個意義上，數量經濟學是一門方法論學科。另外有人認為，數量經濟學是研究經濟數量關系的計量學科，或是研究組織管理的方法和技術的學科^［11］。

數量經濟學的方法主要是經濟數學模型方法，包括經濟系統分析、經濟計量分析、投入產出分析、費用效益分析、最優規劃分析、電子計算機模擬，等等。在研究和使用這些經濟數量分析方法時，應遵守一系列原理和原則，如量的分析要以質的分析為前提，生產技術聯系要與社會經濟聯系相統一，對數學和電子計算機的作用要有正確的評價等。

數量經濟學與技術經濟學等學科既有密切聯系又有所區別。數量經濟學與技術經濟學在內容上有相互交叉、重疊的部分。例如，費用效益分析、最優規劃分析等既是數量經濟學的重要方法，又在技術經濟計算中廣泛採用。數量經濟學與技術經濟學的區別在於，兩者研究的范圍和側重面不同，後者只研究生產力方面的數量關系問題，前者還研究生產關系方面的數量關系問題;後者是從宏觀角度來研究微觀問題，前者是在微觀研究的基礎上側重於宏觀問題的研究^［12］。

模糊理論是以模糊集合為基礎，其基本精神是接受模糊性現象存在的事實，而以處理概念模糊不確定的事物為其研究目標，並積極地將其嚴密地量化成計算機可以處理的信息，不主張用繁雜的數學分析，即用模型來解決。最優化理論是指自然選擇總是傾向於使動物最有效地傳遞其基因，因而也是最有效地從事各種活動，包括使它們活動時的時間分配和能量利用達到最佳^{［13～15］}。其理論應用詳見後面評價方法論述的相關章節。

❾ 對三維地質建模的一些新認識

三維地質模擬的目標是將離散的空間地質采樣樣本點數據轉變為連續、可視的三維地質模型。國內外在該領域的研究重點、研究方法及應用領域等方面存在一定的不同。

(1)西方發達國家越來越重視能源與環保在國家戰略中的重要地位，研究重點集中在石油、天然氣的開采，地熱、水資源保護與利用等方面；而國內處於經濟快速發展階段，對基礎設施，尤其是城市地下空間開發、高速公路隧道等方面，有巨大的需求，從而推動地質建模方法的研究開發與利用。實質上，這里存在一個地質建模尺度問題，地質建模分為區域尺度、工程尺度、統計尺度、標本尺度(張發明，2007)，國外地質建模重點在於表現區域尺度特徵(如波蘭已建立的國家級地質模型)，就可以忽略地質中的一些細節，比如地層以系為單位，則做出來的模型大氣而又漂亮。而國內現在的重點在工程尺度上，需要對影響工程建設的褶皺、斷層等構造進行精確描述，對建模技術有相對較高的要求。國外以其雄厚的技術實力，在礦山開采地質建模方面處於技術領先地位，但礦山行業的重點在於對礦石品位及儲量的評價和預測方面。

(2)從對地質體內部屬性的處理分析方面，可將地質建模分為結構建模和屬性建模(潘懋等，2007)。結構建模側重於對地質體空間位置、幾何形態和空間關系的表達，認為地質體內部屬性是均一的；屬性建模則通過地質統計學等方法實現地質體內部屬性的非均一性表達。結合地質勘探的數據成果，地質建模可從結構建模開始，由結構建模來展現地層和構造的宏觀分布，然後經過屬性插值來反映其內部差異。

(3)目前，還沒有一種地質建模方法能適合所有的應用領域。試圖以一種方法來建立研究區域的三維地質模型，缺少對不同場地特徵的層次性考慮。實際應用中，應根據具體的三維建模目的、地質構造特徵及現有地質資料來選擇合適的建模方法。根據建模所使用的數據源不同，如野外實測數據(地質測繪、鑽井數據)、人工繪制數據(如地質剖面)及多源數據等，並結合場地特徵，選擇適合的地質建模方法。可以對地質建模從技術上進行總體分類：數據驅動型和技術驅動型。在當前工程實踐中，地質信息的獲取以地表的地形地質測繪、地下的地質勘探為主，以衛星遙感、物探等技術為輔，以現有工程地質數據建立研究區域三維地質模型構成數據驅動型建模方法。隨著建模技術的發展和三維地質信息獲取手段的豐富，以已有建模技術和應用目標為導向，進行相應的地質信息獲取，然後建立三維地質模型，這種方法稱為技術驅動型建模方法。

(4)將三維地質模型應用於實際工程中才是地質建模的本質目標，通過工程應用發現問題，反過來可以推動地質建模方法的發展。對比國內外在三維地質建模研究方面的差距，可以發現國外集中在三維地質體的可視化表達、建模技術及應用技術三個領域，而國內則集中在系統架構、外在表現形式方面研究較多，對於其中可能涉及的關鍵技術研究的相對較少。

❿ 城市水土環境變化環境地質指標體系

一、城市水土環境變化調查指標體系

本項目依據環境地質指標的構建原則，基於我國在城市水土環境方面的大量研究，結合國內外為應對城市水土環境變化而設立的各種地質環境調查指標設計，以影響因素→狀態變化→危害與後果為主線，按影響指標（危險性）、狀態指標（狀態變化）、後果指標（危害）進行分類，構建城市水土環境變化地質環境調查指標體系，具體指標見表7-3。

表7-3 城市水土環境變化地質環境調查指標體系

其指標主要涉及城市水土環境變化過程中地表系統的物理、化學作用，以及生物/非生物演化過程，以狀態值或短時間尺度的變化來測量或監測城市水土環境變化的過程。影響、狀態和後果三個方面相互結合，全面系統地揭示了城市水土環境變化的本質。

（一）影響指標

1.地形地貌

地形地貌指標選用地貌類型、地形坡度和山地面積三個參數。我國地貌類型的多樣化使得不同地域的城市地貌類型組成、復雜程度不同，山地所佔面積不同，地形坡度亦不同，因而可能產生的水土環境問題的類型和程度大不相同。如地形的復雜程度及斜坡坡度控制著崩塌、滑坡、泥石流產生的臨空條件。

2.包氣帶

包氣帶是指位於地球表面以下、潛水面以上的地質介質。土壤類型是具體監測土壤這一自然影響指標的參數。是大氣水和地表水同地下水發生聯系並進行水分交換的地帶，它是岩土顆粒、水、空氣三者同時存在的一個復雜系統。備選參數中，土壤類型對地下水的入滲補給量具有顯著影響，同時也影響污染物垂直向非飽和帶運移的能力。特殊土是指具有特殊物質成分和結構、賦存於特殊環境中、易產生不良工程地質問題的區域性土，如黃土、膨脹土、鹽漬土、軟土、凍土、紅土等。當其與工程設施或工程環境相互作用時，常產生特殊土地質災害。包氣帶地球化學反映各種元素在包氣帶中的遷移和富集規律，城市包氣帶介質中元素的地球化學分布特徵不同，產生的水土環境污染具有不同特徵，原生地球化學異常會導致某城市特殊的水土環境問題。

3.水文

在城市發展中，一些不合理的濕地開發行為導致其功能退化，美國農業部門研究表明，城市化進程都涉及侵佔實地問題，美國已經喪失了58%的濕地，由此可見，濕地面積可以反映城市水土環境開發建設的合理性。城市地表水體水文過程直接制約著污染物在水體內的遷移轉化，危及到地表水水質安全所在。隨著水位的變化，其底質環境范圍也在增加與減少，不同高程的土壤淹沒與否，導致其形成底質中主要離子的溶解與析出，引起其在水體中濃度的變化。另外，在一定變化范圍內，通常流量愈大，其主要離子的含量愈小。所以選用河、湖及其他地表水體（包括濕地、季節性積水窪地）的流量和水位描述水文對城市水土環境的影響。

4.水文地質

本研究選用含水層岩性，非飽和帶介質岩性，含水層導水系數三個參數對水文地質條件進行描述。地下水污染物的擴散和動態分布特徵與水文地質背景密切相關。對同一污染源而言，地下水污染通道、主要途徑以及污染風險大小都取決於其固有的水文地質特性。

含水層岩性影響地下水的滲流，污染物的運移路線主要由含水層岩性所控制。一般情況下，含水層岩性的顆粒越粗或裂隙和溶洞越多，滲透性越大，含水層岩性所具有的稀釋能力越小，含水層的污染潛勢越大。

非飽和帶的介質岩性決定著土壤層和含水層之間岩土介質對污染物的削減特性，因此非飽和帶也對地下水遭受污染產生影響。

含水層導水系數反映含水層介質的水力滲透性能，控制著地下水在一定的水力梯度下水的流動速率，而水的流動速率控制著污染物在含水層內遷移的速率。

5.氣象

選用降水量，酸雨（pH、強度、頻度），沙塵暴（風速、大風日數）三個參數對影響城市水土環境變化的氣象因素進行描述。

（1）降水是陸地上一切水資源的補給來源，是一種潛在的水資源。通常降水與河川總徑流量、地表水資源量都具有良好的對應關系，另外，它還是地表水的重要補給，因此本研究選用降水量對降水進行監測。

（2）酸雨對水環境的直接後果就是水體酸化，而水體酸化將引起水體中一系列物理、化學和生物變化，這些變化相互關聯，最終導致水中元素的含量、形態和生物有效性發生改變；另外，酸雨對土壤環境也產生重要影響，主要表現為：鹽基陽離子的淋失，土壤pH值下降，酸中和容量減小，土壤中鋁的活化等。本研究選用酸雨pH、強度和酸雨率三個參數對酸雨進行刻畫，其中酸雨率為該地區酸雨次數除以降雨的總次數。其最低值0%，最高值為100%。如果有降雪，當以降雨視之。

（3）沙塵暴會使土壤受到不同程度的風蝕危害，沙塵暴特別是強沙塵暴危害巨大，輕者颳走表層土，重者可使土壤變得貧瘠粗化。本研究選用沙塵暴強度、持續時間和頻率三個參數對其進行刻畫。

6.生態

分別選用綠地率和地面硬化率作為刻畫城市生態的正向和逆向參數。這是因為城市綠地具有諸多水文效應。對保持城市水土環境具有至關重要的作用，通過綠地土壤入滲及貯存作用，實現降水的再分配，延長水資源在流域的滯留時間，增加大氣降水的有效利用，城市綠地植被可以凈化水質，過濾、吸收或吸附各種營養元素和污染物質，分泌抗菌物質、減少細菌數量，為水輸送氧氣，保護和改善水質改善流域水環境。相反，過量的地面硬化率則不利於城市生態的健康發展。它使城市地下水得不到有效補充，造成城市缺水現象嚴重。另外，由於水量下滲的減少，使城市土壤本來可以發揮作用的環境凈化功能不能有效利用，土壤水庫功能不能發揮。更為嚴重的是，由於城市地表存在大量的塵土，其中包含大量的污雜物，因此徑流的形成雖然似乎能洗滌地表，但也將這些污染物快速地帶入了城市通道，進而污染城市水土環境。嚴重污染的城市地表徑流，直接從城市雨水管道口流入內河，污染了河水，造成城市水土境保護的惡性循環。

7.水資源開發利用

水資源開發利用是影響城市水資源多寡的重要因素。目前城市由於經濟發展和人口膨脹，導致地表水利用量和地下水開采量增加，有些城市，甚至超過水資源可開采量，由此引發一系列水資源問題。因此本研究選擇地表水利用量、地表水可利用量、地下水開采量、地下水可開采量描述城市水資源開發利用情況。

8.人為地質營力

（1）人口。眾所周知，城市人口分布過密，當人口數量超過其承載能力，就會帶來嚴重的水土環境破壞，為了滿足日益增長的人口生活需求，勢必索取足夠的水土資源，而過多的人口，在佔有了水土資源之後，又將污染物排入水土環境，最終導致城市水土環境逐步惡化。因此選用總人口、人口密度以及人口增長率來描述城市人口規模和增長對城市水土環境的影響。

（2）社會經濟。城市工礦企業密集，工業廢水、廢渣，使水土環境污染程度遠比鄉村嚴重得多。另外，企業單純追求經濟效益，忽視環境效益和生態效益，工業發展中，資源消耗較高，綜合利用率較低等對水土環境產生不利影響。因此選用GDP、GDP增長率、萬元GDP能耗、萬元GDP水耗對社會經濟對水土環境的影響進行描述。

（3）城市建設。城市建成區在單核心城市和一城多鎮有不同的反映。在單核心城市，建成區是一個實際開發建設起來的集中連片的、市政公用設施和公共設施基本具備的地區，以及分散的若干個已經成片開發建設起來，市政公用設施和公共設施基本具備的地區。對一城多鎮來說，建成區就由幾個連片開發建設起來的，市政公用設施和公共設施基本具備的地區所組成。建成區占城市地區總面積的比例，反映了城市土地利用結構的合理化水平，它能直接影響城市土地資源的布局，也能間接影響城市水環境的狀況。此外，農業用地比例和礦山開發程度，直接影響城市水土環境的變化。

（4）污染物排放。污染物排放是導致城市水土環境惡化的重要源頭。本研究主要選取與城市相關的主要污染源，包括工業廢水排放量及主要污染物排放強度、生活污水排放量及主要污染物排放強度、固體廢物（包括工業固廢、生活垃圾、危險廢物、醫療廢物、城市污水處理廠污水處理產生污泥等）滲濾液產生量及主要污染物強度等。

（5）污水處理率。污水處理率指經過處理的生活污水、工業廢水量占污水排放總量的比重。計算公式：污水處理率=污水處理量/污水排放總量×100%。

（6）雨洪利用率。我國諸多城市一方面水資源短缺，另一方面過境洪水利用率低，形成過境水量大、利用率小、洪澇災害和持續乾旱頻繁發生的局面。因此有必要將雨洪利用率納入人為地質營力可測量參數范圍內。

9.工程地質

城市規劃與工程建設會影響城市水土環境變化，本文結合已有的城市工程環境地質指標和城市水土環境因素，選擇邊坡穩定性，容積率和場地土類型作為測量參數。其中，容積率是衡量建築用地使用強度的一項重要指標。其計算公式為：容積率=總建築面積÷建築用地面積。

10.城市地質災害

本部分選取了對城市水土環境變化具有明顯影響的地質災害作為測量參數，可測量參數包括滑坡、泥石流、洪澇災害發生頻率，地震發生頻率和烈度。

（二）狀態指標

狀態指標包括水土環境和水土資源兩方面的內容，其中水土環境包括地表水水質、地下水水質和土壤質量三個地質環境調查指標；而水土資源包括水資源量、地下水位和土地利用三個地質環境調查指標。下面逐一對環境地質指標進行簡單闡述。

1.地表水水質

地表水水質反映了城市地表水環境質量狀況。在人類活動密集的城市區域，自然因素對水環境的作用相對微弱，水質主要與人類的生活和生產活動密切相關。因此在選擇可測量參數時，既要考慮到常規水質參數，如pH、水溫、COD、BOD、凱氏氮和非離子氨、酚、氰化物、砷、汞，鉻（六價）、總磷等，還要依據城市工礦企業排污特點確定特殊水質參數，如一些重金屬參數和有機污染物參數。當需要對地表水水質進行綜合評判時，應選用地表水質綜合指數和地表水質級別來進行判斷。

2.地下水水質

地下水水質反映了城市地下水環境質量狀況，它同樣受到自然和人為兩方面的影響。通常選用地下水主要化學類型表徵地下水原生化學特徵。用常規水質參數和特殊水質參數表徵地下水受人類活動影響化學特徵的變化。當然，在對地下水水質進行綜合評判時，同樣選擇水質綜合指數和水質級別進行表徵。

3.土壤質量

土壤質量反映了城市土壤質量狀況。與水質指標類似，它既受原生土壤性質的影響，也受到人類活動的干擾，通常，人類活動的影響更大。在選擇土壤質量可測量參數時，本研究選擇pH，含水率，重金屬濃度，有機物濃度等對其進行刻畫，各污染物的選擇要充分考慮當地工礦企業的排污特點以及生活垃圾的污染情況。而土壤質量綜合指數和土壤質量級別是對土壤質量進行綜合評判的參數。

4.水資源量

水資源量是衡量城市水資源多寡的重要指標。目前這方面的監測參數研究較為成熟，選用地表水資源量、地下水資源量和水資源總量對其進行監測。

5.地下水位

地下水分為潛水和承壓水，水位不僅反映地下水資源的狀況，而且能夠反映地下水環境的狀況。因此選用潛水埋深和承壓水水位進行表徵。具體介紹見第五節重要環境地質指標釋義。

6.土地利用

城市的土地空間是城市的物質載體，也是城市一切經濟社會活動發生的場所和經濟社會關系的物化表現。城市土地利用方式，是城市人口增長、規模擴大及經濟社會變遷帶來的物質性結果。同時，城市土地空間不同的用地特徵，也可反映不同的城市特徵以及城市化的不同階段。通常城市土地利用方式從數量和結構兩方面刻畫城市土地資源，是描述城市水土環境狀況的重要指標。城市土地按其用途可分為：工業倉儲用地、住宅用地、商業金融用地、交通用地、公共建築用地、市政用地等，其中工業用地、住宅用地和商業金融用地是城市總用地中所佔比重大，對城市土地利用整體狀況起決定作用，並對城市的性質和功能具有重要影響的地帶。因此，在城市土地資源現狀研究時，應對工業用地、住宅用地和商業金融用地的面積和結構進行重點描述。

（三）後果指標

1.水資源衰減

水資源衰減的直接表現是水位下降和缺水，表徵二者的直接參數為水位降深、水資源衰減量和地下水可開采變化量。

表7-4 城市水土環境變化地質環境監測指標體系

2.海水入侵

陸地淡含水層的水位一般比海水水位高，但沿海城市經過長期大量抽取陸地淡含水層，會使其地下水位低於海水水位，導致海水（鹹水）通過透水層滲入陸地淡含水層中，從而破壞地下水資源。表徵海水入侵的參數有海水入侵面積和年入侵速度。

3.地面變形

地下水漏斗是城市超采地下水的直接後果。由於地下水的過量開采，導致水位大面積持續下降，破壞了地下水天然平衡狀態，最終產生了持續下降的降落漏斗，進而加劇了城市的缺水狀況。地下水漏斗面積，地面塌陷面積和地裂縫是監測地面變形的重要參數。

4.土地退化

城市地面不透水面積的增加，使得下墊面發生了根本變化，明顯地改變了降雨徑流的自然形態，從而造成城市水土流失現象，因此水土流失強度是一個重要衡量參數。如今，城市土地沙化、鹽漬化面積的擴張是不容忽視的測量參數。

5.水土環境污染

水土環境污染是由於人類直接或間接地向城市水土環境排放超過其自凈能力的物質或能量，從而導致水土環境質量降低的現象。水污染主要是水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、生物或者放射性污染等方面特性的改變，從而影響水的有效利用。土壤污染是指當土壤中含有害物質過多，超過土壤的自凈能力，就會引起土壤的組成、結構和功能發生變化。通常用水土環境主要污染物超標率，污染程度，污染面積來表徵污染的後果。

二、城市水土環境變化地質環境監測指標

在調查指標體系的基礎上，根據「指標體系構建及應用的技術路線」，按照「PSR」模型確定城市水土環境變化地質環境監測指標體系，具體監測指標如表7-4。