中国城市环境地质问题，本文主要内容关键词为：城市环境论文,中国论文,地质论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我国地域辽阔，自然地质环境复杂，随着近年来城市化进程加快，人类工程—经济活动增强，城市地质作用强度加大，城市环境地质问题日益突出。由于自然和历史原因，我国城市地理分布主要集中于东部沿海、中部平原及长江中下游地区。本文将从我国城市环境地质现状和未来发展趋势角度，在对城市环境地质条件具有特殊意义的自然型环境地质效应首先予以论述的同时，着重讨论了与人为因素关系密切的城市环境地质问题。特别突出了对城市环境地质灾害性问题的论述。
一、断裂活动性的城市环境地质效应
我国地处亚洲大陆东部，大地构造上东邻太平洋板块和菲律宾板块，北为欧亚板块，西南为印度板块，在它们的相互作用和影响下我国境内现代地壳活动显著，特别是断裂活动性与地震活动性对城市建设和发展具有较广泛的影响。
据不完全统计，我国直接或间接地受到活动断裂显著影响的大、中城市有50余座（表1）约占全国主要城市26%。其中包括中心城市（直辖市与省会城市）14座，占全国中心城市总数45%；沿海城市16座（含台），占全国沿海城市18%。
实际上，这主要是就活动断裂带而言，一些与它有成生联系的次级活断层数量远非如此。地震孕育和控制主要依赖上述主要活动断裂，而次级活断层多以蠕滑形式差异形变和位错对城市建筑和工程发生影响，构成城市环境地质效应。如大同市地下5条次级活动断层支配着地表7条地裂缝的灾害作用。
二、地震危险性的城市环境地质效应
对人类生命财产安全威胁最主要的地质灾害莫过于地震。人口集中，建筑物稠密的大、中城市城震灾害倍受关注。据最新出版的《中国地震烈度区划》（1990年）资料，按未来50年超越概率10%考虑，在200多座大、中城市中，中心城市地震裂度≥Ⅸ者1座（台北），Ⅷ度10座，Ⅶ度11座，Ⅵ度8座，＜Ⅵ度1座；其中沿海城市≥Ⅸ度1座（台北），Ⅷ度9座（含台湾3座），Ⅶ度62座，Ⅵ度16座；以全国而论，≥Ⅸ度共4座（占2%），Ⅷ度28座（占13%），Ⅶ度79座（占37%），Ⅵ度79座（占37%），＜Ⅵ度22座（占11%）。
表1 受主要活动断裂影响的中国大、中城市统计表
显然，这种危险性是以在50年内超越概率10%为前提的。而城市的生存和发展都是以千百年为出发点，所以对地震危险性的城市环境地质认识与地震烈度区划并不是同一个涵义，它所考虑的时空尺度应该说是更长、更大，而且它所涉及的问题也远不仅烈度高低，故地震危险性的城市环境地质认识对城市建筑发展更具实际意义。一些沿海城市地质环境脆弱，不仅表现在地基土软弱，承载力低的方面，而且断裂与地震活动性的影响同样赋有环境地质意义。
三、地震液化的城市环境地质效应
经验证明，地震液化灾害产生的基本条件应该是：(1)当地地震烈度≥Ⅶ；(2)地表以下20米深度以内存在一定厚度的饱水粉、细砂层或粉质粘土；(3)这些可液化地层多属全新世沉积物，形成时代较新。
根据地震液化初判判据（工程地质判别法）分析原则，对我国主要城市地震液化分析，多数大、中城市所在地区属烈度≥Ⅶ度区。所以，无论它们处于滨海三角洲平原区或山间岩地，凡场地地下20米以内分布有属全新世沉积的饱水粉、细砂层或粉质粘土层者都可判定为未来可能液化的城市。在被统计的200多座大、中城市中具有发生地震液化条件者53座，占全国大、中城市26%，其中沿海城市可液化者21座（占全国沿海城市统计总数60%）。就其液化等级看，分强、中、弱三级，城市数分别为13、22、18，相应各占25%、41%和34%。由此表明，可液化城市中以中等和弱液化占优势。
四、地壳沉降与海平面上升的城市环境地质效应
据有关方面预测，即使今后一段时间经济发达国家的CO[,2]排放量得到一定控制，到下个世纪中期，全球CO[,2]排放量也会比现今增加一倍以上。若在得不到控制的情况下，到下个世纪末，地球上平均温度将比目前提高3℃，海平面将相应升高65厘米，从而将导致世界上许多沿海城市和岛屿被淹没。根据我国有关湖位观测资料，近百年来，我国海平面平均年上升率为0.4厘米／年。另据国家地震局地壳形变监测资料，辽东湾、渤海湾，以及黄河、淮河、长江、珠江等三角洲平原均属近代沉降区，其速率一般以毫米／年计。如伴随全球性海平面上升大趋势，自下个世纪中叶起，我国沿海城市中的上海、天津、宁波、广州、湛江、海口等将首先受到地壳下沉与海平面上升的双重威胁和影响，将如当代荷兰那样，不得不采取修筑耗资巨大的围海工程措施，抵御由地壳沉降与海平面上升导致的城市环境地质条件恶化趋势的不利影响，达到保证城市生存、发展的目的。
五、地裂缝的城市环境地质效应
自60年代以来，我国华北及长江中下游地区，相继有25个省份发生各种成因地裂缝数千处，覆盖面积约60余万平方公里。而城市中的地裂缝仅限于极少数，并且以构造成因为主。其中受影响较大的城市依次为：西安、大同、邯郸及兖州。
最新研究表明：
(1)自60年代开始，这些城市地裂缝活动逐渐增强，持续至今仍呈加强趋势；
(2)其地裂缝起因于现代地壳构造活动，具生长性活断层性质，与其下部断层活动直接相关；
(3)西安、大同两城市研究表明，过量抽取地下水（尤其水位变幅大时）对地裂缝活动量增大具决定性影响。地裂缝两侧垂直差异升降量70%-80%属抽水附加效应。
城市地裂缝的灾害性作用对城市环境地质的影响是近20年来发生的，对城市建筑及地下生命线工程危害严重，属特殊的自然—人为型灾害性环境地质作用，目前仍保持发展趋势。
六、滑坡、泥石流的城市环境地质效应
在城市地质环境演变中存在一些自然—人为型灾害性环境地质问题，滑坡、泥石流作用即是。当城市座落于山区或河谷斜坡地带时，特别是黄土高原内的谷地或山麓地带，滑坡、泥石流往往构成了城市环境地质的突出问题。因为该类城市地质环境质量本底较差，加之城市及其周围地区建筑场地整平、采矿、筑路，修渠等人类工程—经济活动作用强度不断增大，导致斜坡地带重力失衡，地表发生变形、破坏，产生滑坡，危及城市建筑和居民的安全。尤其是在降雨量集中的暴雨季节（50毫米／日以上），城市周围，山地沟谷泥石流暴发同样会构成对城市的威胁（表2）。
表2 某些城市滑坡、泥石流灾害事例
近年来，我国城市滑坡灾害事件有逐年明显增加的势头，轻者造成局部经济损失，重者造成人身伤亡，更甚者威胁到城市的生存与发展。据统计，全国遭受滑坡、泥石流威胁的城镇多达70余座。座落在长江与嘉陵江汇合区的长江重镇——重庆市，已发生的新老滑坡26外，进入80年代以来，该城市的斜坡变形与滑坡事件相继出现，严重地恶化了城市地质环境。据不完全统计，由此带来的直接经济损失和治理工程费用已达亿元以上，滑坡灾害构成了重庆市最突出的城市环境地质问题。在其下游的万县、巴东等城市类似的城市环境地质问题同样严峻；处于黄土高原地区的兰州、天水、西安、延安等城市，自50年代以来，遭受滑坡、泥石流袭击和干扰事件多起，暴雨诱发作用显著。仅兰州市区周围发育泥石流沟55条。1964年8月20日在4小时降雨150毫米的诱发下，导致一场严重的泥石流灾害，其势迅猛，漫过排洪渠，冲进居民住宅和厂区，毁坏房屋数十栋，掩埋兰州铁路3.36公里；天水市周围有泥石流沟20余条，1966年7月，一次降雨100毫米，引发大规模泥石流，城市大部分被掩埋，泥面最大厚度达3.4米。
由此看出，滑坡、泥石流作为城市环境地质重要问题，已经成为我国一些城市发展中值得高度重视的新课题，特别是地处我国西南、西北地区的某些城市更是如此。
七、地面沉降的城市环境地质效应
伴随城市规模的扩大，特别是工业企业的迅猛增加，城市地下水资源匮乏的局面日益突出，地下水超采现象较为普遍，由此引发的地面沉降作用给城市建筑、地下生命线工程，以及道路交通、市政工程造成的损害已引起人们广泛的关注。据有关资料，我国已经发生地面沉降的城市多达50余座。在大、中城市中较为典型者有上海、天津、西安、无锡、常州、宁波等，其中多数属滨海三角洲地区城市，也有部分发生在内陆盆地型或山前倾斜平原冲积扇前缘地带的城市。
已有资料表明，当地面沉降量超过100毫米时，一些对地面沉降反应敏感性很强的沿海城市，便会表现出灾害对城市环境的影响。直接反映在随地面沉降量增加，地面高程相应降低，城市排洪、排污能力逐渐减弱，遭受风暴湖威胁的程度和机率增高。一些供水井井管被抬升至地表或被折断，导致水井报废。此外，部分地段因地面沉降，建筑物发生倾斜或下陷，或地下管道工程受损，导致使用功能失效等等。上海、天津二城市由此产生的环境地质问题对沿海城市颇具典型性。对于内陆型城市，由于地面沉降灾害作用不与海平面高程相联系，所以其灾害作用有所不同，但仍不失其环境意义。一般认为，内陆城市地面沉降量超过0.5米者逐年增多，涉及到的地区正在扩展。其中，北京东北郊至1994年地面沉降量已达650毫米，西安最大沉降量已达2000毫米（1994年），大同地面沉降量最大为124毫米（1993年）。有关西安、大同二城市地面沉降的环境地质效应研究表明，在局部地段存在地裂缝差异形变量叠加效应，从而增加了问题的复杂性。尽管如此，城市地面沉降所产生的灾害效应已成为不可忽视的城市环境地质作用，约占全国1/4的大、中城市受到地面沉降的影响，有的已构成对城市发展的重大威胁。依目前发展趋势看，城市地面沉降面积、沉降量及发生地面沉降城市的数量都保持着逐年增长的势头。对此类环境地质问题实不容忽视。
八、岩溶地面塌陷的城市环境地质效应
据有关资料统计，我国有近40个大、中城市，座落在岩溶地区。由于近年来这些地区抽汲岩溶地下水量的剧增，地下水位骤降，加之城市地面建筑荷载增大，城市岩溶塌陷灾害事件时有发生，造成工厂、住宅、学校等房屋建筑地基失稳，建筑遭到破坏，地下管道受损以及道路交通、供水、供电中断等事故。如武汉市，自1977年以来，先后发生中南轧钢厂、阮家街、陆家街等岩溶塌陷灾害事件，地面产生大型陷坑（或洼地）多处，其经济损失达千万元以上。北方城市唐山，因近年地下水位大幅度下降，1979-1991年曾发生市体育场、第十中学、凤凰山公园等塌陷8处，不仅造成了巨大经济损失，而且给城市地质环境增加了复杂性。更有甚者，1987年秦皇岛市柳江水源地，当开采运行到仅半年时间，水位降幅达十数米之后，陆续出现地面塌陷，直至大面积岩溶塌陷，导致水源地被迫停用，使秦皇岛城市正常供水一度出现危机，而不得不采取新的地表引水工程措施，缓解这种突发性岩溶塌陷灾害事件引发的极端危险局面。
其实，由岩溶塌陷而引发的城市环境地质问题绝非仅此几例，南方的一些岩溶区城市该类问题更为突出。如桂林、柳州等城市岩溶塌陷的规模、数量及其灾害损失发生机率更大，影响更严重。因此，该类灾害构成了岩溶区城市最突出的环境地质问题之一。
九、矿山开采的城市环境地质效应
当今矿产资源的开发已成为对地质环境改造作用最为强烈的工程活动，其影响深度正在向2000米进军。一些矿山型城市形成规模的历史未必一定久远，但是它所产生的环境地质问题普遍存在。从根本上讲，它们的作用引起地壳表层地体失衡，诱发原生地质环境失控，导致一系列次生灾害发生。据不完全统计，我国有大小矿山型城市200座左右，其规模多属中、小城市。就其矿产种类划分，又可区分为非金属矿山和金属矿山两大类。其环境地质问题可以概括为：
第一，煤炭矿山城市。这是我国矿山型城市数量最多的一种，而且在北方城市中占有较大比重。该类城市的主要环境地质问题表现在因地下采空，地表出现大面积岩移，形成下沉盆地（最大下沉深度可达8-10米），内部发育地表隆起、凹陷和众多的张开裂缝，尤其是盆地边缘部分。在采空区上部的覆岩中，自下而上形成塌陷带、裂隙带和顶部组成下沉盆地表部的弯曲变形带，从而极大程度上改变了天然状态下的岩体结构，由此造成地基失稳，甚至产生突发性大冒落成灾（如大同多次发生伤亡事故），毁坏建筑、道路、桥梁，破坏地下水含水层，流于覆岩地体内的地下水，导致山体斜坡和露天边坡失稳，发生滑坡，危及周围建筑安全（如抚顺露天矿边坡失稳直接威胁到北侧的炼油厂安全；陕西韩城象山煤矿采空区岩移导致韩城电厂厂房地基变形、滑移，造成巨额经济损失）。此外，巨量矸石废碴堆体占用大量土地、增载、污染水源，排放出大量CO[,2]气体形成酸雨等，严重损害了这些城市的地质环境。
第二，金属矿山城市。如本溪、大冶、金川、白银、包头、攀枝花等，大量废矿碴堆放无序，乱占土地，一些含有害元素的废碴、废水和尾矿排放，构成对城市地表河流和地下水的重要要污染源。一些露天采坑边坡随采深加大，边坡变形作用增强，甚至出现失稳，直接威胁附近地面建筑和交通安全。值得提出的是，此类城市环境地质问题虽已引起有关部门的重视，但是其灾害的滋生和蔓延之势有增无减，如不能得到及早的控制，这类潜在的威胁将可能演变成殃及后代子孙的隐患。
十、淡水咸化的城市环境地质效应
城市水源匮乏已构成制约城市发展的关键性问题，对于滨海城市，淡水资源量的多寡则成为城市发展规模和环境容量测算的基础。因而淡水咸化问题受了普遍关注。沿海城市的发展对水的需求量增长过快，促成地下水过量开采已成为普遍现象。加之，一些入海河流的上游河段建坝蓄水工程增多，下游河段流量骤减，近海地带地表水渗入补给量显著减少，地下水位大幅度下降，因而出现海水倒灌、咸水与淡水界面向陆地迁移，导致海水入侵，淡水咸化的环境地质效应加剧。尽管目前此类问题仅发生在大连、秦皇岛、宁波、北海等少数城市，但对多数沿海城市可谓前车之鉴，不可掉以轻心。因为淡水咸化过程是不可逆转的，特别是面对未来海平面逐渐升高的趋势，沿海地区淡水咸化的城市环境地质问题必将突出起来。
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