我国城市环境地质问题类型划分研究.pdf

第5 9 卷第3 期 2 007 年8 月 有色金属 N o n _ f e r r o u sM e r m l s “ C 0 1 ．5 9 。N o ．3 A u g u s t2 0 07 我国城市环境地质问题类型划分研究 武强，李瑞军 中国矿业大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 摘要针对我国城市步人快速发展轨道，城市环境地质问题面临着日益严峻的现状，为城市规划提供技术保障和理论支 持，从城市自身存在的环境问题性质对我国城市环境地质问题进行了分类。该分类方案系统归纳了各类城市环境地质问题，同时 对城市中特定的环境问题类型特征进行了分析。 关键词环境工程；城市环境地质问题；类型殳『分；。三废”；水资源 中围分类号X 1 4 1 ；X 3 2 1 ；X 4 5文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 3 0 1 0 3 一0 4 伴随着经济的持续快速发展，我国开始步人城 市化快车的轨道。截止到2 0 0 4 年末，全国城镇化率 为4 0 ．5 3 ％。其中，设市城市已达6 6 1 个，城市人口 3 4 0 8 8 万人，城市面积3 9 ．4 2 万k m 2 ，城市范围内人 口密度达到8 4 7 人k m 一。 城市环境学是由生态学、地质学的诸多分支学 科 环境地质学、水文地质学、工程地质学等 以及城 市科学的相关学科 城市地理学、城市规划学、城市 工程学、城市管理学等 多学科融合而成的。以城市 发展为着眼点和立足依据，城市环境学从城市经济、 空间环境和管理角度来研究城市环境条件和环境问 题。研究城市环境地质问题，对于城市规划、产业结 构定位和调整以及区域经济发展有重要的理论意义 和实践价值。 通过对城市环境地质问题类型的划分，有利于 完善和规范当前城市理论体系，指导我国城市规划 和发展，也有利于规避城市发展中遇到的实践问题， 并对城市环境地质问题的成因、演化进行有效监测、 评估、预报和防治【卜引。 1 城市环境地质问题类型划分方案 依据当前存在的城市环境地质问题的性质划分 城市环境问题类型，如见图1 所示。 收稿日期2 0 0 7 0 4 一l O 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 0 5 7 2 1 4 9 ；教育部重大科 学技术研究培育基金项目 2 0 0 4 2 9 5 作者简介武{ l i 1 9 5 9 一 ，男。内蒙清水河县人，博士，博士生导 师。主要从事矿山环境与地质灾害等方面的研究。 城 市 环 境 地 质 问 题I 问 题[ 广居民生活垃圾 1建筑垃圾 广城市生活垃圾l机关团体垃圾 I ‘，社区保洁垃圾 废弃物lT 电厂粉煤灰 ll 高炉灰渣 L ，工业生产废弃物l化工废渣 7 I 电子垃圾 b 尾矿废弃物、 废弃物亡曩暑笺鋈銮污水煤矸石 广，工业工程活动产生的粉尘及废气 废弃物I 建筑场所诱发的扬尘 L ，垃圾场所诱发扬尘 r ，滑坡、泥石流 突发型I 岩溶塌陷 L 开采沉陷 P 地面沉降 J 边坡稳定 缓发塑I 地裂缝 I 土体胀缩冻融 l 海崖带退化 b 河口淤积 水资源枯竭 水质污染 洪涝 风暴潮 图1 依据城市环境地质问题性质分类方案№ F i g ．1M o d eb a s e do nu r b a ne n v i r o n m e n t a l g e o l o g yp r o b l e mc h a r a c t e r s ‘ 2 城市环境地质问题类型特征分析 在各类城市环境地质问题类型划分方案中，依 据当前存在的城市环境地质问题性质划分，能系统 万方数据 1 0 4有色金属 第5 9 卷 的把各类城市环境地质问题归纳总结，为城市发展 提供预警预报，避免人为工程活动所产生的灾害，减 少自然灾害所带来的损失。通过对城市环境地质问 题进行分类，可正确把握城市环境地质问题的属性、 特点和规律，处理和协调城市规划与城市环境地质 问题防治工作，并及时发现城市环境地质问题防治 的重点和难点。下面按照当前存在的城市地质问题 的性质分类方案分别介绍城市环境地质问题。 2 ．1 “三废”问题 城市环境地质问题中的“三废”即固相废弃物、 液相废弃物和气相废弃物。“三废”问题遍布全国各 大中小城镇，已经成为我国城市所面临的一个主要 城市环境地质问题。下面分别进行论述。 1 固相废弃物。城市固相废弃物按照来源可 分为城市生活垃圾和城市工业生产所产生的废弃 物。其中，城市生活垃圾来源于居民的生活垃圾、机 关团体的垃圾、社区保洁所产生的垃圾以及当前城 市化进程中拆迁建设所产生的建筑垃圾。在城市生 活垃圾中，以居民生活垃圾为主。鉴于居民生活垃 圾来源广、成分复杂，长期以来，是我国城市生活垃 圾污染源的主体。随着近年来我国城镇化步伐的加 快，建筑垃圾已经成为我国另外一个主要的垃圾来 源。机关团体垃圾和社区保洁垃圾虽然数量相对前 两类垃圾少一些，且具备同源同类特性，但由于部分 垃圾 医疗卫生系统产生的垃圾 具有较高的毒理 性，需要单独收集、单独处理。工业生产所产生的废 弃物主要有电厂燃煤产生的粉煤灰、高炉灰渣和各 类化工废渣、电子垃圾以及尾矿废弃物、煤矸石等。 伴随着近年来我国工业化进程的日益加快，许多城 市的电子垃圾成为我们需要日益关注的一类固体废 弃物。鉴于其具有高毒理性、对环境影响的持久性 等特征，电子垃圾的危害性已经引起我国相关部门 的高度重视。尾矿废弃物和煤矸石等这类废弃物多 出现于矿业城市和重工业城市，并造成占地、边坡稳 定、淋滤、风化、扬尘以及自燃等环境效应，并成为我 国城市环境地质问题中的主要的问题之一。 2 液相废弃物。城市液相废弃物是指城市工 业生产、居民生活中所产生的各类废水。按照废水 中所含污染物来源来划分，液相废弃物又可划分为 城市居民生活污水、城市工业生产污水。城市居民 生活污水成分复杂，富含无机、有机物质，是目前中 小城市的主要污染源之一。城市工业生产污水同源 成分相对单一，但多为有毒污染物，其中包括有重金 属、氰化物、氟化物、有机氯、苯、芳香烃类、粪大肠菌 群数、二氧化氯【4J 等物质。 3 气相废弃物。根据气相废弃物的类型，可将 其划分为工业工程活动产生的粉尘及废气，建筑场 所诱发的扬尘，采场、排土场或垃圾场的风化、扬尘 等。气相废弃物对大气环境质量的影响主要包括总 悬浮颗粒 T s P 、硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物和 碳氢化合物等。 2 ．2 地质灾害 对于地质灾害类型，按照其在城市中发生的速 率来划分，可分为突发型地质灾害和缓发型地质灾 害，分别如下所述。 2 ．2 ．1 突发型。。 1 滑坡、泥石流。滑坡、泥石流的形成与人类 工程活动、地形地貌、水文气象条件和生态系统的破 损有重要影响因素。我国西南、西北地区以及黄土 高原地区的河谷斜坡地带或者山地的城市，受地形 和集中降雨的双重影响往往会形成滑坡、泥石流灾 害。随着我国城市化进程步伐的加快，该类地质问 题对于地处西南、西北山区的城市值得引起高度重 视，在城市规划、建设过程中有效预测、合理防范。 2 岩溶塌陷。岩溶塌陷是指岩溶受到岩溶地 下水作用、降雨及地表水的入渗作用、地震与振动作 用、重力和荷载作用以及酸碱液的化学潜蚀作用等 各种自然或人为的动力因素的作用而产生。我国广 泛发育岩溶地貌，据相关资料统计，全国有2 4 个省 份有岩溶塌陷事故发生，使得许多城市都面临不同 程度的岩溶塌陷地质问题危害，发生岩溶塌陷的主 要原因在于近年来当地过量抽取岩溶地下水，导致． 地下水位大幅下降有关；部分受人类工程型活动的 扰动而诱发。 3 开采沉陷。矿产资源经过开采，使得开采区 域周围岩体原始地应力平衡遭到破坏，并随着开采 工程活动得进行重新分布，再次达到新的平衡。在 此过程中，矿体周围岩层或地表将经历一个连续移 动、变形和非连续破坏 开裂、冒落等 的复杂过程。 这种现象称之为“开采沉陷”。开采沉陷可划分为冒 落式、沉陷式 属于缓发型地质灾害 和地堑式三种 类型。开采沉陷这一地质问题已经成为我国资源型 城市主要的一种人为的、工程型地质灾害。它直接 对耕地、地面建筑物产生破坏，严重威胁、影响当地 工农业生产，并诱发生态系统问题。鉴于其危害性 的长期性和深远行，开采沉陷已成为环境工程学和 环境岩土工程学研究的重要课题。 2 ．2 ．2 缓发型。 万方数据 第3 期武强等我国城市环境地质问题类型划分研究 1 0 5 1 地面沉降。液相或气相矿产资源开采过程 中，由于液相或气相压力不断降低，根据力学平衡原 理，赋存液相或气相矿产资源的多孔介质有效应力 将必然增大，使地层固结压缩，导致地应力重新分 布，从而造成地面沉降。地面沉降的形成有自然的、 人为的和自然一一人为复合成因三类。自然原因有 地壳下沉、土层自然压实等，人为原因有过量开采地 下流体 水、石油、天然气 以及上覆建筑物荷载过大 等原因。鉴于地面沉降影响范围广、防治难度大，目 前已成为我国多数大中型城市所面临的一个主要城 市环境地质问题。 2 边坡失稳。城市地质的边坡稳定性问题包 括有固体废弃物 垃圾场、排土场、尾矿库 边坡和城 市填挖工程边坡。在我国，尤其是沿海城市建设开 发过程中，日益强烈的工程挖掘、开采和堆填活动。 诱发多起边坡失稳灾害事故，在上海、天津、广州等 大城市中已经出现多起。仅上海一地在近十年内由 于建筑深基坑开挖边坡失稳事故就多达9 0 余例，带 来巨大的人员和财产伤亡，严重威胁城市安全，造成 长期隐患。 3 地裂缝。地裂缝按照成因，可划分为构造地 裂缝和非构造地裂缝。其中，构造地裂缝包括地震 地裂缝和活动断层蠕动产生的地裂缝，非构造地裂 缝是指受自然或者人类工程活动原因而诱发的各类 地裂缝，包括有滑坡地裂缝、沉陷地裂缝和特殊土体 膨胀土、冻土、黄土等 变异地裂缝。对城市造成主 要威胁的非构造地裂缝多为过度抽取下水资源和采 矿所诱致，而资源型城市又是地裂缝发生的主要区 域。目前，受地裂缝灾害威胁和危害较严重的城市 有西安、大同、邯郸、临汾、兖州、泰安等。 4 土体涨缩冻融。根据土体的塑性指数变化， 可产生土体涨缩冻融的岩土有淤泥、淤泥质土、湿陷 性黄土、红黏土、膨胀岩土、冻土、盐渍土以及工程活 动产生的各类填土等。由于该类土体的地基承载力 极限荷载不均，引发上伏地基变形，对城市地面、地 下工程产生威胁。这类城市环境地质问题多出现于 沿海城市、高原高寒地带城市。 5 海岸带退化、河口淤积。由于全球气温不断 升高的趋势，致使海平面上升，进而导致潮位的相应 升高，由此对沿海城市产生如下问题沿海城市地区 面临着被淹没的危险；城市港口、码头以及道路交通 部分或者全部功能失效；城市排水系统，地下管网系 统失衡，地下设施和工程功能失效；河口航道淤积加 重，海岸蚀退加剧，沿海特有的旅游环境进一步恶 化。目前，上海、天津、广州、宁波等城市都面临着海 平面升高的威胁，而处于滨海丘陵山地地区的大连、 秦皇岛、青岛、厦门等城市海岸蚀退现象加剧。 2 ．3 水资源问题 2 ．3 ．1 淡水资源枯竭。城市化进展的加快，使淡水 资源面临着枯竭的威胁，主要表现为河流断流、干 涸，湖泊萎缩等地表淡水资源的减少以及地下水超 量开采而引发的地下水位下降。地下水超采主要发 生在城区范围内，特别在一些大城市，如，在环渤海 区域范围内的大城市群，由于过量开采地下水，使华 北平原形成巨大的降落漏斗[ 7 I ，其中北京地下水位 降落漏斗总面积达1 0 0 0 余k m 2 ，沧州市地下水位降 落漏斗总面积达2 2 2 5 ．2 k m 2 。 2 ．3 ．2 水质污染。城市淡水资源水质污染主要有 外排生活污水、工业废水、海咸水入侵以及过度抽取 层压水引发地下咸水层入侵等几类影响因素，从而 导致地下水水质恶化。目前，流经城市的河段污染 严重，重点河段中一、二类的河段仅占2 8 ％，三类河 段占2 8 ％，四、五类河段占5 0 ％[ 8 1 。目前在我国部 分地区由于过量抽取地下淡水资源而导致下伏咸水 层上侵的威胁。 2 ．4 气象问题 2 ．4 ．1 洪涝。城市洪涝主要由降雨量、城市泄洪能 力这两大影响因素决定。降雨量的异常是造成城市 洪涝的直接因素，城市泄洪．能力成为城市洪涝的主 观因素，这包括人为挤占河道、围湖造田、河流上游 植被破坏以及城市防洪工程建设水平。 2 ．4 2 风暴潮。风暴潮是指由剧烈的大气扰动或 者洋流变化而导致的海水位异常升高，加之与天文 大潮相叠加而形成水位暴涨而成灾的现象。影响风 暴潮的主要因素包括区域气压、风向风速、降水、天 文大潮、海平面变化、海岸带侵蚀和地面沉降等。风 暴潮已经成为沿海城市所面临的发生频率高、危害 性极大的自然灾害。 2 ．5 地震 地震活动与地壳结构、地质构造 特别是深大活 动断裂 以及现代构造应力场密切相关，是地壳运动 最直接表现形式，在空间上具有明显的区域性、成带 性，在时间上具有周期性。我国地处环太平洋地震 带和地中海一一喜马拉雅地震带之间，是世界上最 大的一个大陆地震区，地震活动区域空间分布主要 有华东、华南海域及沿海地震区域，青藏高原地震 区，华北地震区。 万方数据 1 0 6有色金属 第5 9 卷 3结语 对城市环境地质问题划分类型的研究。有利于 完善和规范当前城市理论体系，指导我国城市规划 和发展，也有利于规避城市发展中遇到的实践问题， 并对城市环境地质问题的成因、演化进行有效监测、 评估、预报和防治。 参考文献 依据城市自身存在的环境问题性质，对城市环 境地质问题划分了五大类，分别为“三废”问题、地质 灾害、水资源问题、气象问题以及地震问题。 。 对城市环境地质问题特征进行了详细论述，并 对我国城市所面临的城市环境地质问题发生概率进 行了分析。 [ 1 1 王菊．珠江三角洲城市发展过程中的环境地质问题分析[ J 】。工程与建设，2 0 0 6 ，2 0 4 2 8 6 2 8 7 ． [ 2 ] 高茂生，朱远峰．中国海岸带环境水文地质同题及防治[ J ] ．海洋地质动态，2 0 0 6 ，2 2 5 8 1 0 ． 【3 ] 宁国民，陈国金，秦华刚，等．武汉城市圈地质环境与可持续发展[ J ] ．中国地质大学学报 社会科学版 ，2 0 0 6 ，6 2 3 8 4 2 ． 【4 ] 徐争启，倪师军，张成江，等．我国城市环境地质研究现状及应注意的几个问题[ J ] ．国土资源科技管理，2 0 0 6 ，2 3 1 1 0 0 1 0 3 ． 【5 】刘海燕，武法权，李淑进．地质工程建设与环境的协调发展[ J ] ．地球与环境，2 0 0 5 ，3 3 B 1 0 1 9 9 2 0 4 ． [ 6 ] 武强．我国矿山环境地质问题类型划分研究[ J ] ．水文地质工程地质，2 0 0 3 ， 5 1 0 7 1 1 2 ． 【7 ] 中国地质学会地质研究会．中国城市地质[ M ] ．北京中国大地出版社，2 0 0 5 4 4 1 4 9 8 ． [ 8 ] D I M 4 2 6 1 9 8 9 ．水污染物排放限值I S ] ． C l a s s i f i c a t i o no fU r b a nE n v i r o n m e n t a lG e o l o g yP r o b l e m si nC h i n a w 【，Q i a n g ，L IR u i - j u n B e i j i n gC a m ／u s ，C h i n e s eU n i v e r s i t yo fM i n i n gT e c h n o l o g y B e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h ei n c r e a s i n g l yr i s k ye n v i r o n m e n t a lg e o l o g yp r o b l e m st h eu r b a nz o n e sf a c e d ，i no r d e rt oo f f e r t e c h n o l o g i c a la n dt h e o r e t i c a ls u s t a i n ，t h eu r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si nC h i n au r b a nz o n e sa r ec l a s s i f i e dt o a d a p tt h eq u i c ku r b a nd e v e l o p i n gt r e n di nC h i n a ．T h es c h e m es y s t e m a t i c a l l ys u m su pt h ed i f f e r e n tu r b a ne n v i m n m e n t a lp r o b l e m st h eu r b a nZ o n e sf a c e d ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs p e c i f i cu r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa r e a n a l y z e d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；u r b a ne n v i r o n m e n t a lg e o l o g yp r o b l e m s ；c l a s s i f i c a t i o n ；s o l i d ，l i q u i d a n dg a sw a s t e s ；w a t e rr e s o u r c e 万方数据