北大環(huán)境地質(zhì)學(xué)講義07人類活動與地質(zhì)環(huán)境

生產(chǎn)力的發(fā)展，使人類對自然條件的改變，產(chǎn)生了巨大的作用。人類的工程活動在改變著地球的面貌，甚至導(dǎo)致地球上出現(xiàn)一些新的地質(zhì)現(xiàn)象。人類活動對環(huán)境所起的作用是多種多樣的，對環(huán)境可以造成不同規(guī)模、不同程度、不同性質(zhì)的影響。這些影響可能是局部的或區(qū)域的，動力的或靜力的；發(fā)生的部位可能是淺部的，也可能是深部的；可能是化學(xué)的作用，也可能是生物的或是機械的作用；作用的時間可能是短期的，也可能是長期的。第一節(jié)工程活動與地質(zhì)環(huán)境人類工程活動是人類生存活動中重要的組成部分，對地質(zhì)環(huán)境影響較大的人類工程活動主要有水利水電工程、礦業(yè)工程、道路工程、跨流域開發(fā)工程、城鎮(zhèn)或工業(yè)土木工程等。每種類型的工程又包含一系列的工程建筑物，組成工程系統(tǒng)。比如，地下開采的礦業(yè)主體工程是礦井、坑道和采場；水利水電工程有水利樞紐、水庫工程、引水工程、下游灌溉工程及輸變電工程等。各類工程系統(tǒng)及工程建筑物對地質(zhì)環(huán)境的作用方式和強度不同，產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)亦不盡相同（表7-1)。表7-1大型工程活動的環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)工程類型作用方式環(huán)境效應(yīng)水利水電工程附加荷載巖體爆破邊坡開挖跨流域調(diào)水工程棄土填堆攔截地表徑流物，水質(zhì)污染，渠道邊坡失穩(wěn)等續(xù)表工程類型作用方式環(huán)境效應(yīng)礦業(yè)工程廢物堆排疏排地下水植被，水土流失，土地荒漠化等交通工程巖土開挖棄土填堆工程振動城市土木工程巖土開挖廢棄物堆填地表徑流改道水資源開發(fā)破壞，水資源短缺，水土環(huán)境污染等一、大型水利水電工程環(huán)境地質(zhì)問題大型水利水電工程是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，大中型水庫是江河治理的關(guān)鍵工程之一。水利水電工程一般都具有明顯的蓄水防洪、調(diào)節(jié)徑流和提高水資源利用率的作用，在灌溉、供水和發(fā)電等方面具有巨大的經(jīng)濟效益。但是，在水利水電工程的影響下，河流原有的水文情勢和水力條件都會發(fā)生變化，庫水位周期性升降和水量的不斷變化，都會引起庫區(qū)及其周邊地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的改變，對生態(tài)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生不良的影響，誘發(fā)一系列水利水電工程的環(huán)境地質(zhì)問題。大型水利水電工程對地質(zhì)環(huán)境的影響和破壞主要表現(xiàn)在：地形地貌的改變、水利工程影響區(qū)水文地質(zhì)條件的變化及其環(huán)境影響、水庫岸坡失穩(wěn)、水庫淤積、水庫滲漏與浸沒、水庫誘發(fā)地震、大壩下游引水灌溉區(qū)土壤鹽漬化等。（一）地形地貌的改變水庫蓄水后，在大壩的上游回水范圍內(nèi)和大壩下游地區(qū)，由于河流水動力條件的改變，從而引起地形地貌的變化。水庫興建后，庫區(qū)回水范圍內(nèi)大片的土地淹沒在水下，并出現(xiàn)寬闊的水面。在泥沙淤積作用下，原來不平的庫底逐漸淤高淤平，從而發(fā)生地貌的改變。如中國的丹江口水庫，建庫前漢江多年平均輸沙量為115×106t,水庫蓄水后，98%的入庫泥沙集中淤積在距壩50~130km的庫區(qū)內(nèi)，淤積厚度最大25m,大壩下游6km的黃家港站含沙量幾乎為零。由于下泄河水流量的減小，河流輸沙能力減少約41%。水庫下游一定范圍內(nèi)的河段地形地貌也將發(fā)生變化。因水庫攔蓄了洪水，下游河段原來被洪水淹沒的灘地、沙洲，將常年暴露在河面以上，或被開墾成為可耕的土地。下游河道河水流量和水中泥沙含量的大量減少，使原為淤積的下游河道變?yōu)闆_刷環(huán)境；下游河段的支流可在支流匯口處產(chǎn)生局部泥沙淤積，形成新的水下淺灘、沙洲；入海泥沙量的減少使河口附近由淤積環(huán)境變?yōu)楹Ｋ畡恿ψ饔孟碌那治g環(huán)境，海岸線不斷后退。如埃及阿斯旺水庫，建庫前，尼羅河每年有 (6~18)×107t泥沙排入地中海；建庫后，由于泥沙被攔蓄在庫內(nèi)，改變了地段地中海海灣、羅賽泰及達(dá)米塔河口的淤積結(jié)構(gòu)，河口附近的海岸線侵蝕后退，形成達(dá)米塔和羅賽泰群島。此外，修建水庫大壩，需要移動大量的土石方。無論是開挖壩基、取料場取料，還是堆放廢土，都會改變庫區(qū)一定范圍內(nèi)的地形地貌。（二）水文地質(zhì)條件的改變1.庫區(qū)水動力場的改變水庫蓄水后，庫區(qū)沿岸一定范圍內(nèi)的地下水位將產(chǎn)生大幅度的抬升，庫岸地段內(nèi)的地下水水力坡度減緩，地下水運動發(fā)生變化，從而引起與地下水運動有關(guān)的一系列環(huán)境地質(zhì)問題，如地下水補排條件的改變等；壅高后的地下水位接近或超出地面時，便產(chǎn)生浸沒、濕陷、沼澤化等環(huán)境地質(zhì)問題。2.庫區(qū)水化學(xué)場的改變水庫將河水?dāng)r蓄在庫內(nèi)，使原河水在洪枯水季節(jié)的化學(xué)成分差別縮小或消失，起到混合均化作用，庫水的溶解氧、硫化氫、二氧化碳等含量也發(fā)生變化。夏季深水層出現(xiàn)缺氧或無氧現(xiàn)象；二氧化碳含量由表水層向底層遞增，并有一定的季節(jié)變化。影響庫水化學(xué)性質(zhì)的因素有：補給水源的化學(xué)成分；土壤中的元素含量；集水區(qū)的化學(xué)特征；水庫的庫容大小、庫水溫度、蒸發(fā)、水生物作用等。3.庫區(qū)水溫度場的改變地處溫帶的大型深水水庫，一般情況下庫水冬暖夏涼。夏季的庫水溫度出現(xiàn)分層現(xiàn)象，表層水溫高，深部水溫低。如丹江口水庫在8月份前表層水溫平均下游天然河水的溫差，要經(jīng)相當(dāng)長的流程才消失，有時可達(dá)數(shù)百公里。4.庫外水文地質(zhì)條件的改變水庫蓄水后，大壩下游河段的河水位及流量發(fā)生改變，地表水與地下水的補排關(guān)系也發(fā)生變化，原來的地下水補給河水可能變?yōu)閹焖a給地下水。如地處干旱地區(qū)的河西走廊，因在其南北山溝谷大量興建中小型水庫，減少了下游地區(qū)地下水的補給量，導(dǎo)致泉水枯竭，地下水位普遍降低，水質(zhì)惡化，自流灌溉變?yōu)樘崴喔取焖€可以通過分水嶺向相鄰谷地（或低洼處）滲漏，致使鄰谷或盆地水位升高。（三）水庫邊岸再造水庫蓄水后庫區(qū)水文條件急劇變化，在庫岸斜坡與庫水相互作用過程中因庫岸失穩(wěn)坍落和岸邊淤積而引起的岸坡形態(tài)的改變稱為水庫邊岸再造。水庫建成蓄水后，抬升的水位浸沒自然條件下的水上斜坡，使斜坡巖土體因飽水而強度降低；庫水漲落引起地下水位波動變化還對斜坡巖土體產(chǎn)生動水壓力；水庫水體波浪拍打庫岸增強了波浪的沖刷作用。原來處于平衡狀態(tài)的岸坡為適應(yīng)新的環(huán)境，不斷發(fā)生坡形的再造，形成新的穩(wěn)定性岸坡。水庫邊岸再造主要有岸坡坍蝕和岸坡崩滑破壞兩類。岸坡坍蝕的過程如圖7-1所示。水庫蓄水后，隨著水位迅速上升，水體范圍隨之?dāng)U展，形成開闊的人工湖泊。上升的庫水抬高岸邊地下水位，浸潤原先處于干燥狀態(tài)的巖土，減小土體或軟弱夾層的抗剪強度，使庫岸巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。由風(fēng)力引起的水面波浪是改變庫岸形態(tài)的動力因素之一。庫岸巖土遭受浸濕和波浪的沖蝕，逐漸形成岸壁的初期塌落［圖7-1(a)],破壞的快慢取決于巖土的強度及波浪的能量大小。如果原岸坡較高，則岸壁上形成與庫水位1在同一高度的浪蝕龕［圖7-1(b)]。波浪不斷對被濕化的庫岸沖擊、磨蝕，自然崩落和沖擊下來的巖土碎屑成為懸移質(zhì)和推移質(zhì)被波浪回流帶離破腳淤積在岸邊，于是庫岸邊線后移，水下淺灘開始生成［圖7-1(c)]。波浪重復(fù)的作用，庫岸不斷坍落、后退，淺灘逐漸增長，同時也改變著波浪與庫岸相互作用的特征。直至淺灘尺寸拓寬到足以消耗全部波能，庫岸后退與淺灘的發(fā)展?jié)u趨穩(wěn)定，形成最終的平衡剖面［圖7-1(d)]。大型崩滑破壞大多發(fā)生在基巖庫岸地區(qū)，產(chǎn)生突發(fā)性的坍岸，一次滑坍規(guī)模很大，大量巖塊瞬間傾入水中，急劇改變庫岸地貌形態(tài)和庫區(qū)水文特征。坍塌的巖體沖擊庫水產(chǎn)生涌浪，如發(fā)生在近壩或壩肩附近，涌浪可越過壩頂，危及大壩和下游的安全。意大利瓦依昂水庫，1963年10月8日發(fā)生庫岸滑坡，滑體規(guī)模達(dá)2.6億多萬立方米，整體滑落時間約20秒，涌浪高出壩頂100多米，庫水越過大壩沖毀下游村鎮(zhèn)，死亡3000余人。影響庫岸再造寬度和發(fā)展速度的因素包括內(nèi)在因素和外在因素兩類。內(nèi)在因素有庫岸地形地貌、斜坡巖土體性質(zhì)、岸坡結(jié)構(gòu)、地下水類型、庫岸植被覆蓋程度和岸邊人工建筑物的分布。庫岸愈高陡、庫岸線曲率愈大、切割愈破碎，愈容易產(chǎn)生庫岸的坍落。外在因素有庫水動態(tài)、風(fēng)浪特性、大氣降水和庫面浮冰。庫區(qū)泥沙來源和運移規(guī)律也是一個重要因素。水庫建成蓄水后，應(yīng)建立完善的庫岸邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，對庫岸的變形及其演化趨勢進(jìn)行監(jiān)測，對容易發(fā)生岸坡失穩(wěn)、坍滑的地段開展穩(wěn)定性評價，遵循以防為圖7-1水庫邊岸再造的一般過程(a)水庫岸壁的初期破壞；(b)、(c)浪蝕龕及水下淺灘的形成；(d)最終平衡剖面的形成墻、防波堤等措施減緩或阻止庫水對岸坡的侵蝕。（四）水庫淤積在河水含泥沙量大的河流上建庫，河水進(jìn)入水庫后流速驟減，水流搬運能力下降，所挾泥沙在庫尾或支流的入庫口堆積，形成水庫淤積。水庫淤積的主要危害是影響水庫的正常使用，縮短水庫使用壽命，而且會給上下游防洪、灌溉、航運、排澇治堿、工程安全和生態(tài)平衡帶來影響。例如，三門峽水庫壩高106m,設(shè),控制黃河流域面積688421km2。1960年建成蓄水至1978年的18年間，泥沙淤積量已達(dá)37.6×108m3,占設(shè)計庫容的39%。水庫淤積還使其上游潼關(guān)一帶河床不斷淤高并向上延伸，河水外溢，兩岸土地大范圍被淹。影響水庫淤積的環(huán)境因素主要是入庫河水的泥沙含量和庫岸地帶的崩、滑、流發(fā)育狀況以及水庫水位調(diào)度特性等。河水泥沙含量高的重要原因就是河流上游地區(qū)濫伐森林、坡地開荒，以及采礦、筑路等不合理的人類活動。因此，減少水庫淤積的有效措施是加強水土保持工作，整治沖溝、植樹種草和流域綜合治理。在水庫上游泥沙含量高的支流、溝谷上修建攔沙庫。同時，加固庫岸不穩(wěn)定地段，盡量避免庫岸失穩(wěn)坍塌；修建水庫時還應(yīng)設(shè)置泄流排沙設(shè)施。（五）水庫浸沒水庫蓄水后，庫岸巖土體被水浸泡而逐漸飽和，地下水水位隨之上升而形成壅水。若岸坡相對平緩、地下水水位接近甚至高出地面，導(dǎo)致庫岸巖土體強度降低、大片土地變成沼澤或嚴(yán)重鹽漬化的過程和現(xiàn)象，稱為水庫浸沒。水庫浸沒對臨近庫岸地帶的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活危害巨大，平坦、肥沃的良田因地下水位上升而沼澤化或鹽漬化；地基承載力降低，建筑物遭受破壞。若地基為黃土或具膨脹性的土層，影響更為嚴(yán)重。浸沒還可造成附近礦坑充水，礦山被迫關(guān)閉。水庫浸沒是各種因素綜合作用的結(jié)果，庫岸地形、巖性和結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、水文氣象、水庫運行狀態(tài)及人類活動等均對水庫浸沒有一定的影響。容易發(fā)生水庫浸沒的地段包括：①平原型水庫的大壩下游、順河壩或圍堤外側(cè)；②地下水位埋藏淺、地表水和地下水排泄不暢、補給量大于排出量的庫岸地段；③水庫附近封閉或半封閉的洼地邊緣。（六）水庫誘發(fā)地震人類工程活動所引發(fā)的地震稱為誘發(fā)地震(inducedearthquake),地下核爆炸、采礦、深井注水、抽采地下流體、水庫蓄水等均可誘發(fā)地震。水庫誘發(fā)地震一般指與水庫蓄水相伴的地震活動性的增強。水庫誘發(fā)地震最早發(fā)現(xiàn)于希臘的馬拉松水庫，伴隨該水庫蓄水，1931年庫區(qū)就產(chǎn)生了頻繁的地震活動。20世紀(jì)50~60年代，世界各地修建的大中型水庫急劇增加，誘發(fā)地震的水庫數(shù)量也隨之呈現(xiàn)出上升的趨勢。尤其是進(jìn)入60年代以后，全球水庫地震的頻度和強度都達(dá)到了高峰，幾座大型水庫相繼發(fā)生6級以上的地震，造成大壩及庫區(qū)附近建筑物的破壞和人員的傷亡。水庫蓄水后，水體的巨大荷載使庫區(qū)及其周圍地應(yīng)力場發(fā)生變化，可能使原來地震活動微弱的地區(qū)發(fā)生較強烈的地震或使地震活動強烈地區(qū)的發(fā)震次數(shù)增多。目前，全球已有120多座水庫誘發(fā)了地震活動。其中大于5級的水庫誘發(fā)地震16例，大于6級的水庫誘發(fā)地震4例，造成較嚴(yán)重影響的水庫誘發(fā)地震如表7-2所示。1.水庫誘發(fā)地震的基本特征與構(gòu)造成因地震（即正常地震）相比，誘發(fā)地震有其自身的一系列特征，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。(1)表示頻度與震級關(guān)系的b值較大：一般比構(gòu)造成因地震（即正常地震）的b值大1.3~1.5倍。這是水庫誘發(fā)地震一個很重要的特點，是區(qū)別誘發(fā)地震和正常地震的主要標(biāo)志之一。(2)地震震級比正常地震低：至今為止還沒有超過6.5級的水庫誘發(fā)地震。(3)多數(shù)誘發(fā)地震的震源深度很淺：其范圍在1~11km之間，一般為4~7km。(4)地震烈度：地震烈度較同震級的天然地震烈度高，震波垂直分量的作用較顯著，破壞作用較強。(5)地震頻率與水位：地震頻率異常高，且與水位的高低、尤其是水位的大幅度升降呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；最大主震或大震群的出現(xiàn)往往滯后于最高水位的出現(xiàn)。(6)地震的震型：以前震—主震—余震型為多，也有群震型，孤立型罕見；余震衰減率比正常地震的余震衰減率低得多。廣東省新豐江水庫于1959年10月蓄水后地震活動加劇，1962年3月19日發(fā)生6.1級地震，從此余震不斷，至1978年底的16年間共記錄地震3.1萬次之多。表7-2全球主要水庫誘發(fā)地震一覽表庫壩名稱壩型壩高庫容8m3開始蓄水年份發(fā)震年月最大地震震級贊比亞卡里巴湖拱壩柯伊納大壩重力壩克雷馬斯塔湖重力壩新豐江大頭壩黑部大壩拱壩蒙大納大壩拱壩康特拉拱壩巴基斯坦曼格拉水庫土石壩前蘇聯(lián)努雷克大壩土石壩馬拉松湖重力壩新西蘭本莫爾湖土石壩丹江口水庫重力壩參窩水庫重力壩2.水庫誘發(fā)地震的機制水庫蓄水后對庫底巖體可產(chǎn)生三個方面的效應(yīng)：水庫水體的荷載效應(yīng)、物理化學(xué)效應(yīng)和空隙水壓力效應(yīng)。雖然水庫水體對庫底巖石的荷載效應(yīng)可能在巖體中產(chǎn)生附加應(yīng)力場并使水庫邊緣產(chǎn)生張應(yīng)力和切應(yīng)力，從而惡化先存斷裂面的應(yīng)力條件，并且，水庫誘發(fā)地震的震級與水庫蓄水后的水位存在一定的正相關(guān)關(guān)系，但水庫誘發(fā)地震的確切誘因尚未完全查明，已有震例表明這類地震不是由于水庫荷載直接或單獨造成的，而是水庫蓄水和某種地質(zhì)作用共同引發(fā)的。美國科羅拉多州丹佛廢液處理井誘發(fā)地震為水的空隙水壓力誘發(fā)地震機制提供了一例實證，由于巖體裂隙面或斷裂帶上空隙水壓力的存在，降低了作用在該面（帶）上的有效應(yīng)力，從而降低了抗剪強度，使在緩傾角的斷裂面（如逆掩斷層面）上的塊體也有可能產(chǎn)生傾向滑移或在一定推力下產(chǎn)生逆傾向錯動。人們普遍認(rèn)為，水庫蓄水后的庫水效應(yīng)疊加于庫區(qū)原有天然應(yīng)力場之上，使水庫蓄水前自然積累起來的應(yīng)變能得以較早地釋放出來。3.水庫誘發(fā)地震災(zāi)害水庫誘發(fā)地震的直接后果是大壩及震中地區(qū)建筑物的破壞和人類生命財產(chǎn)的損失，其間接災(zāi)害包括水庫樞紐運轉(zhuǎn)功能失效，庫水下泄、淹沒下游城鎮(zhèn)和農(nóng)田，發(fā)電、航運系統(tǒng)中斷，水庫放空所帶來的水庫效益虧損等一系列嚴(yán)重后果。水庫誘發(fā)地震有的震級可達(dá)6級以上，如印度的科伊納水庫誘發(fā)地震震級達(dá)6.4級，使科伊納市絕大部分磚石房屋倒塌，死亡177人，傷2300余人，水庫大壩及附屬建筑物也受到嚴(yán)重?fù)p害，影響破壞半徑達(dá)50km,水庫被迫放空進(jìn)行加固處理。如中國廣東省的新豐江水庫誘發(fā)地震也威脅到大壩的安全，右岸壩頂部附近產(chǎn)生了上百條不同程度的裂縫，出現(xiàn)輕微滲漏，極震區(qū)幾千間房屋嚴(yán)重破壞，死傷數(shù)人。4.水庫誘發(fā)地震研究水庫誘發(fā)地震的研究主要包括區(qū)域地殼穩(wěn)定性、水庫誘發(fā)地震判據(jù)、庫區(qū)水文地質(zhì)條件和巖體結(jié)構(gòu)面特征、庫區(qū)微震活動、誘震地質(zhì)環(huán)境分區(qū)、誘震類型、最大震級對建筑物和環(huán)境危害的評價以及對策研究等方面。通過調(diào)查研究，查明庫壩區(qū)誘震的地質(zhì)環(huán)境，分析誘震的可能性及其危害，預(yù)測庫壩區(qū)震情變化發(fā)展趨勢，為大壩設(shè)計提供應(yīng)否采取抗震措施的依據(jù)，以確保大壩的安全運營。二、道路交通工程環(huán)境地質(zhì)問題鐵路、公路是國民經(jīng)濟建設(shè)的命脈，修筑鐵路或公路等交通線，勢必大量開挖邊坡、掘進(jìn)隧道，從而造成山體邊坡失穩(wěn)、隧道洞頂塌陷和疏干地下水等災(zāi)害事件，已屢見不鮮。如1986年6月21日哥倫比亞西南部一段山間公路發(fā)生大滑坡，致使幾十輛汽車被大量土石方吞沒。中國的寶成、鷹夏等鐵路線都是有名的“病害”線。1997年以來，中國的交通建設(shè)投資每年以超過20%的幅度增長，在建或即將建設(shè)的交通工程量巨大，對地質(zhì)環(huán)境的破壞作用及其誘發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題將日益增多。1.邊坡變形失穩(wěn)在交通線路建設(shè)中，由于開挖路塹和平整路基使自然山坡的應(yīng)力平衡條件發(fā)生變化，常導(dǎo)致邊坡變形失穩(wěn)，發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害或造成路基、路塹失穩(wěn)變形，尤其是道路經(jīng)過軟弱破碎巖體時，可形成崩滑密集段；遇暴雨時可形成泥石流；通過老滑坡體時，還有可能使滑坡復(fù)活。如成昆鐵路全線有183處滑坡，其中因道路工程建設(shè)引起或復(fù)活的古滑坡有77處，占滑坡總數(shù)的42%。全球范圍內(nèi)修建鐵路和公路所搬運和堆添的土石方量甚至超過了河流搬運和堆積的物質(zhì)量，交通線路對山體斜坡穩(wěn)定的破壞，主要是由于開挖路塹破壞自然邊坡的穩(wěn)定坡角而使坡體應(yīng)力場變化，或切斷各種軟弱結(jié)構(gòu)面形成易于崩滑的不穩(wěn)定楔體；當(dāng)線路通過古滑坡體時，若選線不當(dāng)，或在車輛振動、暴雨、地震等外力作用下，可能導(dǎo)致古滑坡復(fù)活，引起大規(guī)模的災(zāi)害事件。修建鐵路或公路，還會產(chǎn)生大量廢棄的土石，堆置或處理不當(dāng)，將發(fā)生滑塌或在雨水作用下成為泥石流的物源區(qū)；對地表天然植被的破壞也加快了水土流失的速率。為了保證路基路塹邊坡的穩(wěn)定性，必須做好選線的工程地質(zhì)勘察工作，收集并分析沿線的水文、氣象、地貌、地質(zhì)等方面的資料，使選定的線路路基具有足夠的強度、水—溫穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性，針對影響路基穩(wěn)定性的主要因素提出應(yīng)采取的處理措施。2.水文地質(zhì)環(huán)境的改變交通線路建設(shè)工程，影響并改變地表徑流的原有狀態(tài)，或使淺層地下水含水層被截斷，地下水的補給、徑流、排泄條件發(fā)生變化，地下水不能流向下游，導(dǎo)致下游地區(qū)地下水補給減少，井、泉干枯，甚至出現(xiàn)土壤荒漠化現(xiàn)象；當(dāng)線路穿越山腰處時，則在道路的上邊坡出現(xiàn)地下水露頭。開鑿很深的路塹時，道路路基可能低于當(dāng)?shù)氐牡叵滤?，從而引起地下水水位下降。在巖溶發(fā)育地區(qū)修筑交通線路，可能出現(xiàn)路基基底冒水、水淹路基、隧道涌水、大規(guī)模突泥和大面積地面沉陷等環(huán)境地質(zhì)問題。例如，在京廣復(fù)線南嶺隧道施工中，曾發(fā)生嚴(yán)重的突泥現(xiàn)象，先后兩次突泥共計達(dá)10500m3,淤塞導(dǎo)洞長達(dá)347m,致使導(dǎo)洞棚架倒塌、地面下沉17m、陷穴面積達(dá)1400多平方米，造成巨大的經(jīng)濟損失。3.洞室破壞與隧道涌水隧道工程引起的環(huán)境地質(zhì)問題，主要是疏干地下水和產(chǎn)生地表塌陷，特別是隧洞穿過強巖溶化巖層時尤為顯著；當(dāng)隧洞穿過破碎巖體時，可能產(chǎn)生洞頂坍落、洞壁垮幫。地下水是造成塌方和使圍巖失穩(wěn)的重要原因。如地下水可使巖質(zhì)軟化，并使其強度降低；促使圍巖中的軟弱夾層泥化，減少層間阻力，造成巖體滑動；地下水涌出時，在動水壓力作用下，將出現(xiàn)流沙及滲透變形；有時還會發(fā)生突水事故，并引起地下水位下降，破壞原有的水文地質(zhì)環(huán)境，導(dǎo)致附近井、泉干枯，地表發(fā)生塌陷。青藏鐵路的關(guān)角越嶺隧道長達(dá)4006m,最大埋深520m,由于其地處強烈的晚近活動構(gòu)造帶內(nèi)，在以地應(yīng)力為主的各種因素作用下，路基和隧道出現(xiàn)了難以整治的拱頂裂縫和掉塊、邊墻裂縫、底板隆起、路基中心線偏移與導(dǎo)坑縮徑等影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素主要有包括巖層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地震等地質(zhì)因素和隧道埋深、幾何形狀、跨度和長度、施工方法、圍巖暴露時間及襯砌類型等工程因素。4.交通線路建設(shè)環(huán)境地質(zhì)問題的預(yù)防交通工程建設(shè)一般分為可行性研究、初步設(shè)計、施工和營運等階段。各階段的環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究主要有以下幾個方面：(1)可行性研究階段：主要開展線路規(guī)劃，通過對道路沿線地質(zhì)環(huán)境和社會經(jīng)濟條件以及開發(fā)建設(shè)要求，全面分析道路工程與地質(zhì)環(huán)境相互作用，分析預(yù)測交通線路工程在不同地區(qū)的適宜性和可能產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)問題，為線路工程的綜合規(guī)劃提供宏觀決策依據(jù)。(2)初步設(shè)計階段：主要對道路沿線的環(huán)境地質(zhì)要素、環(huán)境地質(zhì)作用及問題進(jìn)行全面的評價、預(yù)測，經(jīng)多方案對比優(yōu)選，為道路沿線的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)和對策建議。(3)施工、營運階段：主要針對施工、營運中所產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)問題，查明其發(fā)育分布特征與規(guī)律，并對重要線路、典型問題進(jìn)行深入研究，評價其危害程度，制定切實可行的防治措施。交通線路環(huán)境地質(zhì)問題及其危害的防治原則是：以防為主、防治結(jié)合、重點預(yù)控。在設(shè)計階段，充分認(rèn)識和掌握道路沿線地形地貌和地質(zhì)條件，盡量避免線路經(jīng)過可能出現(xiàn)環(huán)境地質(zhì)問題的地段。同時，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)控手段，采取避繞、加固、保護(hù)和綜合治理等措施，減輕或避免不良環(huán)境地質(zhì)問題，保證行車安全和交通線路的暢通。三、跨流域調(diào)水工程環(huán)境地質(zhì)問題水資源合理配置是水資源可持續(xù)利用的重要基礎(chǔ)。跨流域、長距離調(diào)水工程的目的是調(diào)整水資源數(shù)量在空間上的天然分布，使其與經(jīng)濟社會發(fā)展格局相適應(yīng)，從水資源豐沛的地點，以經(jīng)濟合理的代價，調(diào)出符合數(shù)量和質(zhì)量要求的水資源，滿足缺水地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的需求。水資源的地域調(diào)配措施包括利用天然河道或修建人工渠道、運河、管道、泵站等輸水、引水、提水等調(diào)水工程。在世界的大江大河上幾乎都能找到調(diào)水工程的影子。公元前2400年，為了滿足今埃塞俄比亞境內(nèi)南部的灌溉和航運需求，埃及興建了世界上第一條跨流域調(diào)水工程，成為跨流域調(diào)水的鼻祖。世界著名的調(diào)水工程有：中國的京杭大運河、美國的中央河谷及加州調(diào)水、澳大利亞的雪山工程、巴基斯坦的西水東調(diào)工程等（表7-3)。目前，世界上已有20多個國家和地區(qū)興建了160多處跨流域調(diào)水工程。中國是世界上修建調(diào)水工程最早的國家之一，如京杭大運河，以公元前486年興建的溝通長江、淮河流域的“邗溝”為基礎(chǔ)，經(jīng)多次改建擴建后，于1293年連通成全長1700余千米，貫穿5大流域的人工運河，為發(fā)展華夏的農(nóng)業(yè)灌溉和水上交通作出了重大貢獻(xiàn)。公元前221—219年建成的溝通長江和珠江水系的靈渠至今仍在發(fā)揮灌溉、航運等綜合利用效益。跨流域調(diào)水可以擴大農(nóng)業(yè)灌溉面積、提高糧食產(chǎn)量、促進(jìn)航運、改善受水地區(qū)的水質(zhì)和自然環(huán)境，同時具有防洪效益。但跨流域調(diào)水人為地改變了天然水系，不僅引發(fā)流域生態(tài)系統(tǒng)的變化，還淹沒大量土地，迫使工程沿線居民搬遷，使被引水河流下游水資源發(fā)生變化，若用水管理不當(dāng)，還可能造成受水地區(qū)土壤次生鹽漬化等。下面僅以中國南水北調(diào)工程為例論述跨流域開發(fā)工程可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題。表7-3國內(nèi)外主要跨流域調(diào)水工程基本情況表工程名稱水量調(diào)出區(qū)水量調(diào)入?yún)^(qū)調(diào)水方式引水量年調(diào)水量8m3開工年份中央河谷薩克拉門托河圣華金地區(qū)提水加州水利費瑟河等南加州地區(qū)提水加拿大尼切克河凱馬諾電廠努巴里亞尼羅河努巴里亞提水前蘇聯(lián)額爾齊斯河努拉河提水巴基斯坦西水東調(diào)印度河巴基斯坦東部普羅旺斯迪朗斯河唐德貝爾湖澳大利亞雪山工程雪山河墨累河比阿斯河薩特累季河羅馬尼亞多瑙河羅通海湖提水多瑙河萊茵河提水3伊拉克薩薩爾底格里斯河薩薩爾河西班牙北水南調(diào)提水馬赫斯江水北調(diào)長江下游江蘇北部提水引灤工程灤河流域續(xù)表工程名稱水量調(diào)出區(qū)水量調(diào)入?yún)^(qū)調(diào)水方式引水量年調(diào)水量8m3開工年份南水北調(diào)東線長江下游黃淮海平原提水2003南水北調(diào)中線長江中游黃淮海平原規(guī)劃南水北調(diào)西線長江上游黃河流域混合規(guī)劃注：據(jù)南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計管理局.www（一）輸水渠道阻塞天然徑流問題中國的南水北調(diào)是從長江向黃淮海平原調(diào)水的舉世聞名的巨大工程，分東線、中線和西線三種規(guī)劃方案。其中東線和中線方案，流經(jīng)10個省、市，橫穿長江、淮河、黃河和海河四大水系，僅中線干渠就與168條自西向東流動的天然河道相交，對自然條件下的地表徑流和地下水流起到攔阻和堵塞作用，將影響地表天然河道的泄洪排澇功能。若渠道滲水將使地下水位上升，形成一條地下水壩，阻止地下水向東流動，使干渠西側(cè)產(chǎn)生一個地下回水區(qū)。（二）渠道穩(wěn)定性問題西線方案地處青藏高原，地勢陡峻，地層褶皺強烈，多為陡傾巖層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是地震高烈度區(qū)，將給工程抗震帶來一定的影響，工程建筑物可能因地震而遭受破壞。此外，西線調(diào)水工程影響區(qū)域內(nèi)多為高地應(yīng)力分布區(qū)，工程開挖可能引起卸荷回彈與應(yīng)力釋放，造成斜坡、洞室的變形破壞，發(fā)生巖爆、崩塌、滑坡等災(zāi)害現(xiàn)象。凍土的凍融滑塌和熱融沉陷也對西線工程的渠線和地下工程產(chǎn)生危害和影響。中線方案除穿越膨脹土地段、巖溶發(fā)育的可溶巖地段和廣闊的煤系地層及礦山采空區(qū)外，還需在黃河河底開挖倒虹吸隧道?？赡艹霈F(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題有：膨脹土土體脹縮，引起地基變形、邊坡滑塌等；部分渠線通過砂礫石和巖溶發(fā)育的可溶巖地段時的渠道滲漏、滲透變形、浸沒和次生鹽漬化等；在渠道水流沖刷、侵蝕、滲透變形作用下，出現(xiàn)散浸、管涌、堤岸崩塌等。東線方案沿線存在許多條帶狀散布的碳酸鹽巖裸露區(qū)，地表巖溶縫隙、溶溝、溶槽及地下溶洞、落水洞和暗河等是很好的匯水場地或地下水通道，可能引發(fā)嚴(yán)重滲漏、巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題。（三）調(diào)水沿線土壤鹽漬化和水質(zhì)污染問題目前，黃淮海平原已經(jīng)形成比較完善的排水系統(tǒng)，一般情況下不會導(dǎo)致北方灌區(qū)土壤鹽漬化。但當(dāng)輸水水位高于干渠兩側(cè)地下水位時，側(cè)滲作用將抬高沿線地下水水位，改變土壤水分和鹽分的運移條件。東線干渠穿過黃淮海沖積平原東緣，地勢低洼，地形平坦，地下水位埋藏淺，礦化度高，土壤地球化學(xué)過程以累積為主，是中國鹽堿土主要分布地區(qū)之一。南水北調(diào)后水量平衡將發(fā)生重大變化，可能引發(fā)次生鹽漬化，應(yīng)采取積極防范措施。中線和東線方案的黃淮海平原地勢平緩、中小地形坡洼交錯，排水不暢，地下水埋深較淺，植被覆蓋度小，地表水蒸發(fā)量大。若灌溉方式不當(dāng)，導(dǎo)致地下水水位上升，水鹽狀態(tài)改變，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的土壤次生鹽漬化。（四）對下游水文情勢和航運的影響中線調(diào)水工程需要加高丹江口大壩，從而改變丹江口水庫及漢江中下游的水文情勢，雖然削減了洪峰流量，有利于中下游的防洪，但卻對中下游的生態(tài)環(huán)境帶來一定的負(fù)面影響。調(diào)水(130~140)×108m3占丹江口壩址斷面徑流量的1/3,占漢江流域徑流量的22%,河道水位將下降0.6~1.0m,可能引起漢江中下游水文情勢變化，漢江中下游出現(xiàn)1000~3000m3/s的天數(shù)將減少約100d,對漢江下游河道沖淤、水環(huán)境容量、航運和沿江引水將產(chǎn)生一定影響。西線工程初步規(guī)劃從大渡河、雅礱江、通天河三條河年均調(diào)水(120~170)×108m3,占這三條河總徑流量的54%~77%,對下游臨近引水口河流的侵蝕沖刷將產(chǎn)生一定的影響。（五）東線南水北調(diào)對長江河口環(huán)境及水生生物的影響長江河口寬達(dá)90km,水域遼闊，水文特性和河床演變復(fù)雜，現(xiàn)狀環(huán)境受徑1000m3/s將改變這些因素的量值及其相互關(guān)系，但可能引起鹽水入侵、攔門沙增加、漁場變化及水質(zhì)污染等問題。東線方案的輸水線路流經(jīng)洪澤湖、南四湖、東平湖等淡水湖泊。調(diào)水后，沿線湖泊水位抬高、水深增加，靜水或緩流水體變成速流水體，泥沙含量增加，湖水透明度減小，湖中有機物質(zhì)和營養(yǎng)鹽類沖淡，水生植物光合作用減弱，將威脅水生植物的生存，使魚類飼料減少，進(jìn)而影響整個水體生態(tài)系統(tǒng)。為了減少跨流域調(diào)水工程對自然環(huán)境的影響，必須開展大量的基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與研究。在調(diào)水規(guī)劃區(qū)內(nèi)，優(yōu)選路線，預(yù)測和評價調(diào)水工程施工和營運期可能發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境變化；對調(diào)水區(qū)、通過區(qū)和受水區(qū)可能出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行分析預(yù)測并提出科學(xué)合理、經(jīng)濟可行的解決措施。第二節(jié)城市化與地質(zhì)環(huán)境城市的發(fā)展與其所處的地質(zhì)環(huán)境甚為密切，地質(zhì)環(huán)境是城市社會的載體，其質(zhì)量的優(yōu)劣、容量的大小及其變化直接影響著城市社會的發(fā)展。良好的地質(zhì)環(huán)境為城市的發(fā)展與繁榮提供了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)；惡劣的地質(zhì)環(huán)境制約了城市的發(fā)展，甚至毀滅曾經(jīng)輝煌一時的都市，如中國的樓蘭古國被茫茫沙漠埋于地下，意大利的龐培城因火山噴發(fā)而在地球上消失。城市的形成、運轉(zhuǎn)和發(fā)展，要求地質(zhì)環(huán)境提供豐富而優(yōu)質(zhì)的固體礦產(chǎn)資源、能源、水資源、土地空間以及優(yōu)美、安全和充滿生機的生態(tài)環(huán)境。反過來，城市建設(shè)與發(fā)展中的各種工程活動在不斷地影響和改造著地質(zhì)環(huán)境，使地質(zhì)環(huán)境原有的物質(zhì)流和能量流發(fā)生改變，甚至引發(fā)新的地質(zhì)作用和現(xiàn)象。城市生態(tài)系統(tǒng)顯示出人類對自然系統(tǒng)的干預(yù)達(dá)到了最大限度。城市景觀使原有地形發(fā)生改變，形成新的地貌景觀；同時破壞了自然地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)，形成全新的城市生態(tài)系統(tǒng)。城市生態(tài)系統(tǒng)的輸出，使大量廢棄物和污染物質(zhì)進(jìn)入到地質(zhì)環(huán)境中。一、城市生態(tài)系統(tǒng)及其特征城市生態(tài)系統(tǒng)是一個綜合系統(tǒng)，由自然環(huán)境、社會經(jīng)濟和文化科學(xué)技術(shù)共同組成。它包括作為城市發(fā)展基礎(chǔ)的房屋建筑和其他設(shè)施，以及作為城市主體的居民及其活動。城市在更大程度上屬于人工系統(tǒng)。城市是一個開放系統(tǒng)。它需要從外界獲得空氣、水、食品以及燃料和其他物質(zhì)。這些物質(zhì)在城市中經(jīng)過集中和利用，一部分成為有用的產(chǎn)品，另一部分成為廢水、廢氣、廢渣等有毒有害物質(zhì)，再返回到城市系統(tǒng)之外（圖7-2)。圖7-2城市生態(tài)系統(tǒng)的輸入與輸出城市生態(tài)系統(tǒng)是在人類參與下創(chuàng)造的新環(huán)境，與自然生態(tài)系統(tǒng)比較，具有如下幾個方面的特征：(1)城市環(huán)境的容量：城市環(huán)境容量的大小取決于地理位置制約下的自然環(huán)境背景。任一地區(qū)的原生天然環(huán)境，都是地理位置制約下的各個要素相互影響、相互制約、共同作用并呈有機統(tǒng)一的產(chǎn)物。城市所處的地理位置（包括其水平與垂直方向?qū)ζ洵h(huán)境容量起著決定性作用，如位于向風(fēng)海岸、山地迎風(fēng)坡的城市，其自然環(huán)境容量必然大于位處內(nèi)陸、峽谷的城市。不僅如此，這種地理位置制約下的自然環(huán)境背景的差異，又使區(qū)域環(huán)境污染的性質(zhì)顯示出強烈的地區(qū)特征。加，要求不斷擴大城市用地空間，并加速城市各項功能的運轉(zhuǎn)效率。于是，大規(guī)模的建筑集群不斷涌現(xiàn)，錯綜復(fù)雜的交通線密如蛛網(wǎng)；混凝土結(jié)構(gòu)物、瀝青鋪面等迅速增加，最終造成城市地區(qū)生態(tài)與非生態(tài)結(jié)構(gòu)比例發(fā)生根本變化，非生態(tài)空間實體的構(gòu)成無限擴大。從而使生產(chǎn)者（綠色植物）的生物量及個體數(shù)相應(yīng)劇減，而同時依賴外來食物供養(yǎng)的人口卻按幾何級數(shù)猛增，導(dǎo)致生產(chǎn)者與消費者（即綠色植物與人口）的結(jié)構(gòu)關(guān)系發(fā)生倒轉(zhuǎn)，形成“倒”的城市生態(tài)系統(tǒng)金字塔。(3)城市是一個開放系統(tǒng)：城市是一個流量大、容量大、密度高、運轉(zhuǎn)快的巨大開放系統(tǒng)，與環(huán)境之間存在著廣泛的物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換。城市從環(huán)境中輸入大量的物質(zhì)和能量，經(jīng)過城市活動又向環(huán)境輸出大量的高強度物質(zhì)流和能量流。在城市生態(tài)系統(tǒng)中，人口、物質(zhì)、能量、信息、價值都高度密集并迅速轉(zhuǎn)化，輸入、轉(zhuǎn)化、輸出的功率和效率都很高。(4)地質(zhì)作用的重點和強度的差異：不同類型、不同功能的城市，其地質(zhì)作用的重點和強度存在著很大的差異。例如，山地城市因地形坡度大、建設(shè)過程中巖土體的挖填方量大，重力地質(zhì)作用顯著，邊坡失穩(wěn)與水土流失災(zāi)害嚴(yán)重；平原城市和濱海城市常因過量抽汲地下水而誘發(fā)地面沉降、海水入侵；礦業(yè)城市則因開采地下礦產(chǎn)資源，人為改變地應(yīng)力場、地下水滲流場，形成地下采空區(qū)，容易出現(xiàn)地面塌陷、地裂縫、“三廢”污染等災(zāi)害。在同一城市內(nèi)，不同城市功能區(qū)地質(zhì)作用的差異也很明顯，工業(yè)區(qū)的地基靜荷載和動荷載較強，住宅區(qū)主要是生活垃圾對土壤和水體的污染。與城市化過程相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題很多，如區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題、地基穩(wěn)定性問題、深基坑開挖引起的邊坡穩(wěn)定性問題、水質(zhì)污染及水資源保護(hù)問題、城鎮(zhèn)固體廢棄物處置問題、城市地質(zhì)災(zāi)害、城市土地利用與規(guī)劃等。本節(jié)主要敘述城市水環(huán)境問題、城市地質(zhì)災(zāi)害和城市土地利用問題。二、城市化與水環(huán)境水對于城市居民以及城市系統(tǒng)內(nèi)各個行業(yè)都是最根本的資源，水資源的利用與處理及其天然作用對城市系統(tǒng)的影響更大。多數(shù)大城市因水資源短缺而必須從其他地區(qū)調(diào)水。把水作為資源使用時，未消耗的部分通常也受到了一定程度的污染，對城市內(nèi)和城市附近的水體造成危害。在城市化過程中，對水、土資源的開發(fā)利用，必然改變城市所在地區(qū)的水環(huán)境狀況（表7-4)。表7-4城市化過程的水環(huán)境效應(yīng)水土利用情況產(chǎn)生的水環(huán)境效應(yīng)城市化初期清除植被，建造房屋及城市公用設(shè)施作用增大抽取地下水地下水水位下降修建化糞池和污水道近水井和河流受到污染城市化中期大面積建造房屋、清除表土，回填水塘，鋪設(shè)路面、構(gòu)筑暗渠加速地表的侵蝕作用和河流的沉積作未經(jīng)處理或處理不徹底的污水排入河流和排污水井河流或水井受污染、魚類和其他水生動物死亡、下游地區(qū)水質(zhì)惡化城市化晚期成生變化大量的未經(jīng)處理的廢料排入河流中區(qū)水質(zhì)惡化淺井因污染而廢棄潛水位上升水如果供水來自流域以外，則當(dāng)?shù)睾铀牧髁繒龃蠼ㄔO(shè)下水道系統(tǒng)及污水處理廠，改善排水系統(tǒng)從城區(qū)排出更多的水，含水層的滲濾回收進(jìn)一步減弱開采深層地下水，增加水的開采量海地區(qū)咸水入侵注水回灌，廢水回收利用地下水位升高，有效利用水資源（一）城市水災(zāi)害問題城市化的結(jié)果，使地面不透水面積增加，地表徑流增大，地下入滲減小，排水河道流量加大，洪峰到達(dá)時間提前，致災(zāi)能量增大。同時，由于地下設(shè)施增加，城市財產(chǎn)和人口增加，災(zāi)害所造成的損失也在不斷增加。隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，城市洪澇災(zāi)害的內(nèi)容和模式也有所改變，出現(xiàn)了近代城市災(zāi)害問題，如地下交通及生活設(shè)施的淹沒損失，城市交通網(wǎng)絡(luò)、電、供水、通訊、信息系統(tǒng)發(fā)生故障等問題。事實上，城市洪澇災(zāi)害絕不僅僅指大洪水，更重要的是城市遭受暴雨的自適應(yīng)能力，因為這才是城市最普遍的水患困擾。由于暴雨強度大、區(qū)域性強、城市防洪體系不健全等因素的影響，許多城市在遭受暴雨襲擊后常常造成巨大的經(jīng)濟損失。（二）城市水資源短缺由于城市人口密度大、工業(yè)高度集中，城市生活、工業(yè)生產(chǎn)的用水量不斷增加，水資源供需矛盾日趨嚴(yán)重。許多城市因超量開采地下水，形成大面積的地下水位下降漏斗，出現(xiàn)區(qū)域性地下水位下降。水資源不足已成為城市社會與經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素。中國北方城市、沿海城市缺水早已是十分嚴(yán)峻的問題。由于缺水進(jìn)而導(dǎo)致大量超采地下水，引起地面沉降，從而又加重了城市的洪澇災(zāi)害。沿海城市地區(qū)的地下水位降低常造成海水入侵、地下水咸化，這更加劇了沿海城市的水資源緊張局面。隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展和生活方式的變化，城市需水量逐年遞增，水資源供需矛盾將變得更加尖銳。（三）城市水環(huán)境的污染問題人口集中、工業(yè)化程度高的城市，其下游水體常常被污染。污染源是城市生活污水和工業(yè)廢水、城郊農(nóng)用化肥和農(nóng)藥，還有受污染的大氣降水形成的地表、地下徑流。隨著人類活動的加劇，淡水用量急劇增加，排放的廢污水量也在不斷增加，從而導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量的下降和水質(zhì)污染。水質(zhì)受到污染不僅威脅生物的生存，破壞水源，減少可供水量，加劇水資源緊張，而且殃及居民的健康。同時水域的污染也使水域景觀惡化，降低了這些城市的旅游開發(fā)價值；被污染的水體表面的水熱條件也會改變。根據(jù)1999年中國水資源公報，全國工業(yè)廢水（不包括水電直流冷卻水）和城鎮(zhèn)生活污水年排放總量已從1949年的20多億噸增加到606×108t（工業(yè)廢水占67%,生活污水占33%),而城市污水處理率僅為14%,工業(yè)污水處理達(dá)標(biāo)率也很低，大量未經(jīng)處理或不達(dá)標(biāo)的廢污水直接排入江河湖庫水域，造成嚴(yán)重的水污染。全國700多條主要河流的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，在總長11.4×104km的評價河段中，Ⅰ、Ⅱ類水只占30%,Ⅲ類水占32%。流經(jīng)城市的河段64%為Ⅳ類或劣Ⅴ類水，50%的城市地下水均不同程度地遭到污染，城市湖泊受到中度污染，有些淡水湖泊水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重；在118座大城市中約有98%的淺層地下水受到不同程度的污染；近岸海域劣Ⅳ類海水占32%。水污染進(jìn)一步加劇了部分地區(qū)的水資源緊缺狀況，每年因水域污染而造成的經(jīng)濟損失約300億元。（四）城市水環(huán)境的保護(hù)與水資源合理利用隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市的數(shù)量和規(guī)模都在不斷擴大，城市用水已日益成為嚴(yán)重威脅城市安全及發(fā)展的一大問題。解決這一問題必須從兩方面著手：一是從技術(shù)的角度加強城市規(guī)劃和建設(shè)中的水環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃和管理；二是從經(jīng)濟角度理順?biāo)こ痰耐度氘a(chǎn)出關(guān)系，合理利用水資源。城市防洪主要是防止洪水（外水）和澇水（內(nèi)水）兩項。外水包括上游產(chǎn)生的江河洪水、潰壩洪水、風(fēng)暴潮、山洪等，對此應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的預(yù)報系統(tǒng)和防洪堤、擋潮閘等設(shè)施。一般地講，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到能抵抗百年一遇洪水的水平，但隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，防洪標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提高。就防內(nèi)水而言，由于忽視了排除內(nèi)水的基本設(shè)施建設(shè)，許多城市變成“無雨旱災(zāi)、小雨小災(zāi)、大雨大災(zāi)”的怪城。這是典型的由城市化引起的內(nèi)澇災(zāi)害。目前一些發(fā)達(dá)國家已開始注意解決這一問題，所采取的措施包括：①建立完善的雨水系統(tǒng)，保證降雨及區(qū)；②建設(shè)大型排水泵站，及時排除低洼地區(qū)積水；③建設(shè)城市蓄水設(shè)施，調(diào)蓄雨洪。城市附近的各類水體，包括地表水體和地下水體，應(yīng)當(dāng)具備城市供水功能，這就要求一定的水量和水質(zhì)條件。在水量不充沛的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)設(shè)立水源保護(hù)地，建設(shè)水庫進(jìn)行水量調(diào)節(jié)。同時，針對不同的用水要求進(jìn)行供水區(qū)域劃分。生活用水要選擇在未被污染或污染不太嚴(yán)重，能滿足飲用水要求的上游河段，工業(yè)用水可安排在下游河段。對于城市生活和工業(yè)用水管理，還應(yīng)制定城市水源保護(hù)區(qū)規(guī)劃，實行誰收益誰補償制度，協(xié)調(diào)上游保護(hù)和下游利用之間的關(guān)系；制定各行業(yè)的用水標(biāo)準(zhǔn)定額，并實行用水定額供應(yīng)計劃，取消居民用水包費制度；加強工業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，鼓勵節(jié)約用水和清潔生產(chǎn)，提高水資源的重復(fù)利用率和降低單位產(chǎn)品的用水量；嚴(yán)格控制工業(yè)污染和提高森林覆蓋面積，以保護(hù)或改善水質(zhì)和水源保護(hù)區(qū)；提高公眾覺悟，選擇正確的水資源消費模式，推動公眾參與保護(hù)水資源的活動和樹立節(jié)約用水的觀念。3.城市水環(huán)境保護(hù)城市水環(huán)境保護(hù)首先要求保持城市區(qū)域內(nèi)水體水質(zhì)清潔，這也是保障城市供水，保持良好生態(tài)環(huán)境的基本要求。為達(dá)到這一要求，必須防止水體污染，城市的污水不能直接排向河道或湖泊，實施污水總量控制和排污許可證制度；完善水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合舊城改造和新城市建設(shè)，完善城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)；城市必須建設(shè)足夠的污水處理廠，提高污水處理的比例；因地制宜選用多種污水處理方法，合理地開發(fā)城市污水的多種用途，實現(xiàn)城市污水資源化。三、城市化與地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境的一種變異現(xiàn)象。在城市大規(guī)模建設(shè)活動中，可誘發(fā)和激化各種地質(zhì)災(zāi)害，成為對城市發(fā)展的潛在的消極的制約因素。（一）城市地質(zhì)災(zāi)害的特點為因果并相互反饋。各類城市地質(zhì)災(zāi)害都不是孤立存在的，常形成集社會人文、工程技術(shù)、自然生態(tài)為一體的災(zāi)害群。城市地質(zhì)災(zāi)害的特殊性尤其與城市這個特殊地域在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用是分不開的。1.城市地質(zhì)災(zāi)害的多樣性由于城市是人類對地質(zhì)環(huán)境干擾破壞最嚴(yán)重的地區(qū)，不同類型和風(fēng)險水平的地質(zhì)災(zāi)害廣泛分布。如由于人類抽采地下水而出現(xiàn)的地面沉降和地表塌陷；城市固體廢棄物堆放對土地和地下水的污染；沿海城市開采地下水而誘發(fā)的海2.城市地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性一方面是某種地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)常常表現(xiàn)為多種災(zāi)因的復(fù)雜疊加，即成因多元性；另一方面是一些平常的災(zāi)變常會在城市系統(tǒng)中釀成大災(zāi)，即災(zāi)害的誘發(fā)性。以地震為例，它可以誘發(fā)城鎮(zhèn)河道、水庫的洪災(zāi)；可以造成地下煤氣管道破裂或誘發(fā)火災(zāi)；地震在山城還會引起滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。3.城市地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性許多城市地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)具有突然性，它們驟然發(fā)生、歷時短、爆發(fā)力強、成4.災(zāi)害破壞的嚴(yán)重性和影響的廣泛性在城市地區(qū)，人口和財富相對集中，建筑物密集，工廠林立。一旦發(fā)生災(zāi)害，就會造成嚴(yán)重的破壞，危及城市建筑和人民生命財產(chǎn)，并對城市的社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大而廣泛的影響。5.城市地質(zhì)災(zāi)害的持續(xù)性城市地質(zhì)災(zāi)害的持續(xù)性主要是指主災(zāi)后往往伴隨發(fā)生各種次生災(zāi)害。另外，某些地質(zhì)災(zāi)害本身就屬于累進(jìn)性地質(zhì)災(zāi)害，即以緩慢性的物理、化學(xué)的變異和遷移為特征的地質(zhì)災(zāi)害，如地面沉降。（二）城市地質(zhì)災(zāi)害的種類從廣義來講，凡對城市造成威脅的地質(zhì)災(zāi)害均屬城市地質(zhì)災(zāi)害的范疇。由于城市處于陸地上各種類型的地貌單元，所處地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜多樣，每一種陸地地質(zhì)災(zāi)害都對其影響范圍內(nèi)的城市造成危害?？梢哉f，城市地質(zhì)災(zāi)害的種類繁多，幾乎包含了所有陸地地質(zhì)災(zāi)害類型。地質(zhì)災(zāi)害的形成是一種動態(tài)和具有隨機性的過程，多數(shù)表現(xiàn)為突發(fā)性和難以預(yù)見性。在城市范圍內(nèi)各類地質(zhì)原生災(zāi)害與次生災(zāi)害造成的破壞是巨大的，這些災(zāi)害包括強烈地震、洪水泛濫、泥石流、崩塌、滑坡、水土污染表塌陷，以及特殊地基土（軟弱土、濕陷土、膨脹土等）在外因作用下轉(zhuǎn)化而成的次生災(zāi)害。能夠誘發(fā)城市地質(zhì)災(zāi)害的環(huán)境因素主要有動力地質(zhì)作用，不同性狀的巖土類型、水文地質(zhì)條件、人類活動等。四、城市化與土地利用城市建設(shè)、建筑、工業(yè)和交通運輸?shù)陌l(fā)展需要占用大量的土地。據(jù)統(tǒng)計，世界上大城市的面積正以高出人口增長率兩倍的速度在不斷膨脹之中，而城市多是位于地勢較低平的地區(qū)，這就使得城市化的發(fā)展大量占用農(nóng)用耕地。據(jù)統(tǒng)計，美國每年由于城市和交通建設(shè)占用農(nóng)業(yè)用地高達(dá)100×104km2;日本1960—1970年間因城市化而失去7.3%的耕地。發(fā)展中國家也有類似情況，城市的擴張在吞噬著大片良田。城市用地主要為工業(yè)用地、倉儲用地、交通運輸用地、生活居住用地和綠化用地等五大類。為使城市土地利用合理化，必須進(jìn)行城市總體規(guī)劃和土地利用控制。城市土地利用控制主要包括土地利用方式及土地空間安排兩個方面，它是與城市規(guī)劃中功能區(qū)用地布局、土地利用現(xiàn)狀緊密結(jié)合的。土地利用控制的目標(biāo)是使城市發(fā)展與環(huán)境保持統(tǒng)一，科學(xué)地利用城市日益緊缺的土地資源。五、城市環(huán)境地質(zhì)研究城市環(huán)境地質(zhì)研究主要涉及兩方面的問題：一是城市選址、規(guī)劃、建設(shè)過程中所遇到的環(huán)境地質(zhì)問題；二是城市建成后及發(fā)展過程中因地質(zhì)環(huán)境反饋作用而出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題。在城市環(huán)境地質(zhì)研究中應(yīng)開展城市環(huán)境地質(zhì)與城市規(guī)劃協(xié)調(diào)研究、城市地下空間開發(fā)與優(yōu)化設(shè)計環(huán)境地質(zhì)問題研究、高層建筑地基環(huán)境地質(zhì)研究、城市地質(zhì)環(huán)境優(yōu)化利用與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)研究、城市水資源與城市可持續(xù)發(fā)展問題的研究等。城市環(huán)境地質(zhì)研究的任務(wù)是根據(jù)城市經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃、城市建設(shè)總體規(guī)劃，正確認(rèn)識城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征，合理利用城市地質(zhì)資源，減少城市建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響，避免或減輕各種潛在地質(zhì)災(zāi)害和工程活動誘發(fā)的次生災(zāi)害帶來的損失，提高城市建設(shè)的經(jīng)濟效益；制定合理的土地功能區(qū)劃，合理開發(fā)地下空間，以有效地利用城市土地，提高城市用地的使用率。第三節(jié)農(nóng)業(yè)活動與地質(zhì)環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與地質(zhì)環(huán)境存在著密切的聯(lián)系：一方面，土壤是在地質(zhì)歷史時期由表層的巖石圈物質(zhì)演化而來的，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要良好的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量；另一方面，農(nóng)業(yè)活動對土壤系統(tǒng)的改造又造成許多環(huán)境地質(zhì)問題，如土壤污染、土壤環(huán)境中微量元素的淋失與重新分配、水資源短缺、富營養(yǎng)化和水土流失等。一、農(nóng)業(yè)化學(xué)化對地質(zhì)環(huán)境的影響農(nóng)業(yè)活動對環(huán)境引起的直接污染主要與農(nóng)業(yè)化學(xué)化有關(guān)。過量使用肥料，可導(dǎo)致地表水富營養(yǎng)化、地下水中硝酸鹽濃度升高、土壤酸化或使溫室氣體N2O釋放量增加。有機廢物施用可能引起重金屬在土壤中的積累。農(nóng)業(yè)灌溉則可能引起土壤鹽漬化和沼澤化。（一）化肥與環(huán)境污染為了最大限度地提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量，大量使用化肥成為現(xiàn)今農(nóng)業(yè)活動的基本特征之一。隨著化肥使用量的增加，有機肥與化肥的使用比例逐漸減小，農(nóng)業(yè)非點源營養(yǎng)物質(zhì)的排放持續(xù)上升。為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量而向土壤中添加的化肥往往多于作物生長所需的營養(yǎng)物，如中國蘇南地區(qū)的農(nóng)田氮肥年均使用量為345kg/hm2,是科學(xué)施肥量(120~180kg/hm2)的兩倍左右；磷肥年均使用量為18kg/hm2。施用的氮肥只有30%~50%被植物吸收，其余的分別進(jìn)入大氣和水環(huán)境中，這在一定程度上加速了太湖水體的富營養(yǎng)化進(jìn)程。世界上許多地區(qū)因化肥的使用引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題，如人類的農(nóng)業(yè)活動就徹底改變了氮和磷兩種最重要的營養(yǎng)物質(zhì)的全球自然循環(huán)。長期大量施用氮肥會帶來一系列的環(huán)境問題，如大量使用銨態(tài)氮肥，硝化作用產(chǎn)生的酸會使土壤酸性增加；而硝態(tài)氮通過食物鏈進(jìn)入人體，可在消化系統(tǒng)中被還原成亞硝酸并與人體內(nèi)的血紅素結(jié)合影響血液中氧的運輸，危害人體健康；流失的氮和磷進(jìn)入地表水后就會引起湖泊、河流和近海水體的富營養(yǎng)化；水體中硝酸鹽含量過高則威脅著飲用水的安全衛(wèi)生。磷肥和鉀肥施用不當(dāng)也會引起農(nóng)田環(huán)境污染。氯化鉀施入土壤后，溶于水中的鉀離子與土壤膠體中的鈣離子代換生成氯化鈣，氯化鈣很容易隨水流失，減少土壤鈣質(zhì)，破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤發(fā)生板結(jié)，物理性狀惡化。水溶性磷肥在土壤溶液中可生成磷酸根離子，與鋁、錳、鐵、鈣等發(fā)生反映，形成易于沉淀的為了減少化肥對水體和土壤的污染，必須根據(jù)區(qū)域農(nóng)田環(huán)境特征和作物需肥規(guī)律，確定合理的施肥量和施肥期，加強有機肥（農(nóng)家肥）與化肥的結(jié)合使用，推廣科學(xué)的施肥方法，提高化肥利用率，減少化肥損失和對環(huán)境的污染。（二）農(nóng)藥與環(huán)境污染缺水、病蟲害和雜草叢生是影響農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要因素。為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，許多國家通過大量使用農(nóng)藥來減少病蟲害和雜草對農(nóng)作物的危害。據(jù)有關(guān)資料，20世紀(jì)40年代至80年代，全球農(nóng)藥使用量幾乎每10年增長1倍，1960、1970、1980年世界農(nóng)藥的市場價值分別為8.5億、27億、116億美元。1986年除中國每年有上百萬噸的農(nóng)藥制劑施于農(nóng)田環(huán)境中，遭受農(nóng)藥污染較重的農(nóng)田土農(nóng)藥是一種主要的環(huán)境“三致”物質(zhì)。由于致畸作用直接危害后代健康，致癌、致突變作用的潛伏期長，潛在毒性對人體健康造成的危害更大，更具有不可逆性。有的化學(xué)農(nóng)藥還是主要的環(huán)境激素，進(jìn)入動物和人體內(nèi)后會干擾內(nèi)分泌，使生殖機能異常。農(nóng)藥被噴撒到田間后，可能由風(fēng)或水傳輸?shù)街車目臻g，在地表水體和土壤中達(dá)到足夠的濃度而引起毒害，這些農(nóng)藥及其代謝物甚至?xí)w移到地下水系統(tǒng)，污染飲用水源。研究表明，農(nóng)藥在土壤中的降解半衰期超過21天或在水中的溶解度大于30%時，極易滲入地下水，造成地下水的污染。某些不易揮發(fā)和難于降解的農(nóng)藥殘留物則長期儲存于土壤中，引起后茬作物危害和糧食污染；或進(jìn)入農(nóng)田水系，在水生生物中累積。有機農(nóng)藥在水體中分解會大量消耗水中的溶解氧，形成缺氧環(huán)境，影響作物和水生生物的生長。農(nóng)藥對環(huán)境的危害還表現(xiàn)在使用農(nóng)藥后會不同程度地威脅生物多樣性，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。使用農(nóng)藥不僅殺死了昆蟲，許多有益的傳粉昆蟲也可能被農(nóng)藥殺死，昆蟲的捕食者和寄生者也難逃厄運，因而破壞了原有的自然生態(tài)平衡。為了減少或防止使用農(nóng)藥對環(huán)境造成的危害，必須采取蟲害的綜合控制方法而限制農(nóng)藥的使用量，如使用捕蟲機、自然天敵，種植抗蟲害品種，實行混作輪作等。同時，還應(yīng)加強對農(nóng)藥的管理和科學(xué)研究，發(fā)展高效、低劑量、環(huán)境相容性好的農(nóng)藥制劑。（三）農(nóng)業(yè)廢棄物與環(huán)境污染為了調(diào)節(jié)地溫、蓄水保墑和增加作物產(chǎn)量，地膜覆蓋栽培技術(shù)于20世紀(jì)70年代末被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。地膜使用后約有20%殘留在土壤中，殘片積聚在土壤耕作層和地表，在自然狀態(tài)下降解緩慢，形成“白色污染”，影響景觀。殘膜的聚集阻礙土壤毛細(xì)管水的運移和大氣降水的滲透，使土壤水分、養(yǎng)分和空氣的運行受阻，造成土壤板結(jié)，對土壤孔隙度、通氣性和透水性產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降。此外，作物的秸稈、葉子和根常常被丟棄在田間，用作堆肥或燒掉，這不僅損失了能源，其排放物CO2和NOx還會造成大氣污染，甚至對全球溫室效應(yīng)產(chǎn)生一定影響。二、農(nóng)業(yè)活動對土地資源的破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，如水田改作旱地、部分洼地或水稻田被挖掘為魚塘等，耕地內(nèi)部調(diào)整過程中流域水系的破壞，使部分河流人工改道而喪失了原有的生態(tài)功能，影響了水系之間的水體和養(yǎng)分交換，降低了水環(huán)境容量和對污染物的稀釋能力。不恰當(dāng)?shù)牧謽I(yè)生產(chǎn)則使森林遭受破壞，裸露的土壤直接經(jīng)受雨水的沖濺和侵蝕，加劇了水土流失的規(guī)模和速率，暴雨時常引發(fā)洪水，造成水澇災(zāi)害。農(nóng)業(yè)活動對土地資源的破壞主要表現(xiàn)為土壤鹽漬化、沙漠化、水土流失、土壤退化、地減少等形式。詳見第三章所述。第四節(jié)人工廢棄物處置與地質(zhì)環(huán)境一、概述隨著世界人口的劇增、城市化進(jìn)程的加速、現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人類對資源的消耗越來越大，由此而產(chǎn)生的各種廢棄物日益增多。世界各國每年產(chǎn)生的城市廢物約為(80~100)×108t,其中，美國每年約產(chǎn)廢棄物主要來源于人類的生產(chǎn)和消費活動，通常是指生產(chǎn)、生活中的廢棄物，俗稱垃圾。固體廢物常指被丟棄的固體和泥狀物質(zhì)，包括從廢水、廢氣中分離出來的固體顆粒物。固體廢棄物按其來源可分為：礦業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、城市廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物和放射性廢物等五種類型（表7-5)。表7-5固體廢棄物的種類、主要組成物質(zhì)和來源種類主要組成物質(zhì)來源礦業(yè)廢棄物工業(yè)廢棄物屬食品加工石油化工等紡織服裝建筑材料電力工業(yè)續(xù)表種類主要組成物質(zhì)來源城市廢棄物居民生活瀝青及其他建筑材料、廢汽車、電器等市政建設(shè)農(nóng)業(yè)廢棄物水產(chǎn)放射性廢物院固體廢棄物在一定條件下會發(fā)生化學(xué)、物理或生物的轉(zhuǎn)化，對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，若處理方法不當(dāng)，有害物質(zhì)可通過水、氣、土壤、食物鏈等途徑污染環(huán)境，進(jìn)而危害人類的安全。如何科學(xué)、妥善地處理、處置日益增多的各類廢棄物，使之不對人類生存環(huán)境產(chǎn)生危害，已成為當(dāng)今世界亟待解決的環(huán)境問題之一。本節(jié)主要討論城市廢棄物與放射性廢物的處置對地質(zhì)環(huán)境的影響。二、城市廢棄物處置的環(huán)境地質(zhì)問題城市人口的增多以及城市居民消費水平的提高，使城市廢棄物的排出量急劇增加。然而，堆放和處置場地卻在日益減少；加之處理不當(dāng)所造成的對土壤、地下水的嚴(yán)重污染，加劇了對地質(zhì)環(huán)境和人類健康的危害，成為嚴(yán)重的環(huán)境問題。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多國家在減少污染、回收利用、科學(xué)開發(fā)廢棄物資源方面取得了豐碩的成果，展現(xiàn)了綜合處理、合理利用城市廢棄物的美好前景。（一）城市廢棄物的構(gòu)成城市廢棄物系指城市居民的生活廢棄物、商業(yè)廢棄物、道路掃集物，但不包括建筑廢棄物和工業(yè)廢棄物。城市廢棄物包括主要以蔬菜、果皮、煤灰為主的廚房廢棄物，以廢舊塑料、廢舊報紙、廢鐵制品、廢舊電器和家具為主的家庭廢棄物，伴隨商業(yè)活動排出的各種包裝紙屑、塑料包裝物等商業(yè)廢棄物，市政維護(hù)管理中產(chǎn)生的街道清掃廢棄物，等等。城市廢棄物是人類生活必然的副產(chǎn)物，已成為世界各城市面臨的一大公害。接來源于城市居民家庭的生活廢棄物年產(chǎn)量達(dá)0.35×108t,與日本城市廢棄物量接近。城市廢棄物的產(chǎn)量與構(gòu)成，隨著人口數(shù)量、居民生活水平、生活習(xí)慣、家用燃料結(jié)構(gòu)、工業(yè)水平及經(jīng)濟基礎(chǔ)等情況不同而異。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的城市廢棄物中，廢紙、廢玻璃、廢金屬等可回收物品比例較高，而發(fā)展中國家的城市廢棄物主要為殘剩食物、爐灰、街道掃集物等，可回收物品比例較低。與西方發(fā)達(dá)國家相比，中國城市廢棄物構(gòu)成中有機成分含量少，無機成分含量多（表7-6)。國外生活廢棄物中可燃成分一般均在50%以上，如英國為70%,美國為60%;而中國生活廢棄物中可燃成分所占比例很小。表7-6中國與西方國家城市生活廢棄物構(gòu)成比較%廢紙塑料爐灰磚瓦金屬玻璃其他---（二）城市廢棄物對地質(zhì)環(huán)境的影響城市廢棄物最明顯的危害，就是與人類爭奪土地，擠占人類的生存空間。每堆積1×104t城市廢棄物，約需占地670m2。美國每天產(chǎn)生城市廢棄物60.3×104t,如將其按3m厚堆放或填埋，需占用土地1.63km2。至20世紀(jì)90年代初，全美廢棄物填埋場多達(dá)75000個。目前，中國現(xiàn)有約670座大城市，城市生活垃圾年產(chǎn)量從1986年的5200×104t猛增到1996年的1.66×108t,增長速度2.污染土壤和空氣城市廢棄物及其浸出液中的有害物質(zhì)，如重金屬鉛、鉻、鐵等滯留在土壤中，會改變土質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)，使土壤酸化、堿化或硬化；有毒物質(zhì)在土壤內(nèi)產(chǎn)生毒質(zhì)與其他物質(zhì)反應(yīng)，可殺滅土壤中的微生物，影響土壤中微生物的活動，使土壤喪失腐解能力，妨礙植物根系生長，最終導(dǎo)致草木不生。這些有害物質(zhì)還可能被某些植物吸收，通過食物鏈進(jìn)入家畜或人體，造成危害（圖7-3)。圖7-3固體廢棄物填埋場有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境的幾種途徑液；⑤土壤滯留；⑥滲濾進(jìn)入地下水系統(tǒng)；⑦地下水位城市廢棄物在適宜的溫度和濕度下，某些物質(zhì)被細(xì)菌分解，可能釋放出惡臭或有害氣體，造成空氣污染；焚燒可燃廢棄物排出的廢氣也會污染空氣；城市廢棄物中的細(xì)顆?；蚍勰钗镔|(zhì)，如爐灰、干污泥等隨風(fēng)飛揚到空中，隨風(fēng)吹散，也會污染大氣環(huán)境，影響人體健康；在廢棄物的運輸和處理過程中，也會產(chǎn)生有害氣體和粉塵，污染大氣。城市廢棄物對地表水體的危害，很大程度上歸因于人們直接把城市廢棄物傾倒于湖泊、河流沿岸或排水溝渠兩側(cè)。這些廢棄物受水浸泡，產(chǎn)生多種有害物質(zhì)，污染水體，惡化水質(zhì)，影響水生生物的生長。某些河流的變黑發(fā)臭，就與人們?nèi)諒?fù)一日地向水中倒廢棄物有關(guān)。城市廢棄物的露天堆放或土地掩埋是地下水的重要污染源。在一些底部未采取防滲措施的廢棄物堆放場地或垃圾填埋場，因大氣降水的淋濾而產(chǎn)生的含多種污染物質(zhì)的液體通過包氣帶可進(jìn)入含水層中。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谔盥駡龅撞繒r，垃圾中的有害物質(zhì)直接被地下徑流溶解并帶走，造成下游地區(qū)地下水的污染；如果地下徑流排泄補給地表水，則地表水體亦遭污染。不同類型土體的地下水滲流速度有很大差別，也影響了有害物質(zhì)對環(huán)境的污染程度。如填埋場邊界為封閉完好的頁巖或泥巖，因其吸附性好，透水性差，地下水徑流非常緩慢，垃圾滲流液很少擴散，故污染范圍小。若填埋場邊界為滲透性好的砂土或砂質(zhì)粉土，地下徑流速度快，大氣降水滲入作用強，垃圾滲流液擴展較快，則污染嚴(yán)重。一般情況下，污染物質(zhì)在含水層中隨地下水流作橫向遷移形成羽狀的污染暈（圖7-4)。污染物的成分視所排放的固體廢棄物而異。固體廢棄物填埋場一旦對地下水造成污染且沒有采取補救措施，污染可延續(xù)很長時間，少則幾十年，多則幾百年。圖7-4固體廢棄物堆下地下水污染分布圖（摘自楊忠耀．環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)．北京：原子能出版社，1990)含量mg/L等值線；5.地下水位線；6.鉆孔中取水樣地點及指示劑含量(mg/L)4.危害人體健康目前，已確認(rèn)至少有20多種人類疾病是和廢棄物污染有關(guān)；某些傳染性廢棄物直接向空氣中傳播病菌而致人生病。若城市廢棄物未經(jīng)任何無害化處理或處理不當(dāng)，被污染的土壤和水體可經(jīng)過食物鏈對人體健康造成危害；如果食用被污染的蔬菜或飲用被污染的水體，則可能使人感染疾病。（三）城市廢棄物的處置方法等）后，最終需作安全處置，對城市固體廢物的處理工藝主要分三類，即破碎壓實、焚燒和資源回收再利用。目前，廣泛采用的城市固體廢棄物的處置方法主要有：露天填埋法、衛(wèi)生填埋法、焚燒法、堆肥法、固化法和綜合利用法等。前三種處置方法在西方主要發(fā)達(dá)國家中的廢棄物處理率高達(dá)90%以上。露天填埋法是處置固體廢物最古老和最普遍的方法，對廢物不作任何預(yù)處理而將固體廢物直接填入溪谷、天然洼地、廢棄的卵石坑或采石場，而不進(jìn)行任何處理。露天填埋法工藝簡單，處置成本低廉。露天填埋法只需用廢棄物車把廢棄物運出城區(qū)、堆放到填埋場即可。有時，就地焚燒一些有機物以減少體積。這種處置方式的缺點是，垃圾易腐爛、發(fā)臭，蒼蠅、蚊蟲滋生，極易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前發(fā)達(dá)國家已很少采用這一方法。堆肥作為城市廢棄物處理與處置的方法已得到廣泛重視。有機廢棄物在微生物作用下，發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)而降解形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，可作肥料被用來改良土壤。食品廢棄物、花園有機廢棄物、紙和糞便等均適于堆肥。堆肥是實現(xiàn)城市垃圾資源化、減量化的一條重要途徑。堆肥法有露天堆肥法、快速堆肥法和半快速堆肥法三種，以好氧性建筑為基礎(chǔ)的半快速堆肥法得到了很大的發(fā)展。但堆肥法具有堆肥周期長、占地面積大、衛(wèi)生條件差、肥效低、需要事先分離出無機質(zhì)廢棄物等缺陷。焚燒法就是利用高溫(900~1000℃)燃燒易燃或惰性殘余廢棄物。這個溫度足以燃燒所有可燃物質(zhì)，剩下的只有灰塵和不可燃物質(zhì)。經(jīng)焚化后未燃盡的垃圾殘余通常是無生命的，可用作合適的填料。在大城市附近，土地資源緊張，一般缺乏廢棄物填埋場所，可用焚燒法處理廢棄物。廢棄物經(jīng)過燃燒，可以減少體積，便于填埋，還可以消滅各種病原體，把一些有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)并可回收熱能。近年來，焚燒成為很多國家綜合利用廢棄物資源所采取的重要手段。它可做到無害排放，從體積（重量）上基本消滅廢棄物（焚燒后殘灰一般僅為原廢棄物體積的5%~10%),并釋放熱能?，F(xiàn)在，歐美等發(fā)達(dá)國家正努力開發(fā)廢棄物新能源，利用廢棄物焚燒發(fā)電。就環(huán)境保護(hù)角度來講，焚燒處理也存在大氣污染問題，焚燒爐排出的有毒氣體有氯化氫、硫氧化物、氮氧化物、PCB（多氯聯(lián)苯）等。所以必須對焚燒尾氣進(jìn)行二次處理。此外，焚燒法的投資總額和操作費用一般高于衛(wèi)生填埋和堆肥法，焚燒廢棄物時還需要昂貴的費用控制二次污染，維修費用也高。但無論如何，廢棄物焚燒發(fā)電在開發(fā)新能源方面具有十分重要的意義。4.土地衛(wèi)生填埋（城市廢棄物地質(zhì)填埋）衛(wèi)生填埋的工程原理是將廢物限制在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，并進(jìn)行壓縮和分層處置，每層廢棄物的表面均用土料覆蓋，共同構(gòu)成一個填筑單元。密實的蓋層可有效地阻止昆蟲、鼠類和其他動物進(jìn)入廢物填地，隔絕了廢物與空氣的接觸，避免或減少了進(jìn)入地表水和空氣中的污染物質(zhì)。利用坑洼地填埋城市廢棄物，是一種既可處置廢棄物，又可覆土造地的環(huán)保措施之一。土地衛(wèi)生填埋又稱為地質(zhì)填埋，其影響因素包括地形起伏、地下水的位置、降水量、土壤和巖石類型、處置場地位于地表水和地下水系統(tǒng)的位置等。廢礦坑、廢粘土坑、廢采石坑等最適宜填埋處置城市廢棄物，但應(yīng)盡可能靠近生產(chǎn)廠，避開風(fēng)景區(qū)、文物古跡、野生動物保護(hù)區(qū)；遠(yuǎn)離活動性斷層帶、洪水泛濫區(qū)、低洼濕地以及滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。選定填埋場地時，一般要求填埋場地的水文地質(zhì)條件為地層滲透性差，區(qū)域地下水位低于場地最低處3m以上［圖7-5(a)];好的場址應(yīng)設(shè)在干燥地區(qū)，潮濕氣候條件下或地下水位較高時，廢棄物應(yīng)埋在地下水位線以上、相對不滲透的粘土層和淤泥土中［圖7-5(b)],在填埋場底板和最淺部含水層間至少要有10m厚的相對隔水層。由于底部隔水層的存在，幾乎沒有污染物質(zhì)的滲濾。如果廢棄物填埋場位于基巖裂隙含水層的水面之上［圖7-5(c)],當(dāng)潛水面比較高或隔水層較薄且透水時，則基巖裂隙含水層將會發(fā)生大范圍地下水污染。若填埋場地下伏有傾斜灰?guī)r含水層，上部覆蓋可滲透的砂和碎石土層［圖7-5(d)],地下水亦可能發(fā)生嚴(yán)重污染。而在滲透性很小的頁巖分布區(qū)，污染程度很小。為了盡量減少固體廢棄物填埋對地下水的污染，在選擇填埋場地時，還應(yīng)考慮如下情況：(1)包氣帶的巖性：包氣帶為透水性較差的細(xì)粒結(jié)構(gòu)，如粘土層、亞粘土層以及裂隙、溶洞不發(fā)育的基巖，且要求潛水位埋深較大。這樣淋濾的污水不容易滲入地下水中，而且即使有少量的淋濾污水下滲，亦具有足夠的凈化空間和較強的凈化能力。(2)應(yīng)選在地下水補給地表水的河谷地段：應(yīng)盡量使填埋地點靠近地表水，以使受固體廢棄物淋濾而污染的地下水及早向河水排泄，減少對地下水的污染。(3)填理場的設(shè)置：填埋場不應(yīng)設(shè)在有可能供飲用水的含水層地區(qū)。如非設(shè)不可，則必須處于地下水水源地下游的一定距離外。(4)固體廢棄物堆放場底部的鋪設(shè)：應(yīng)敷設(shè)厚塑料布或人工粘土層，以防止淋濾液下滲；或用鉆孔及溝渠收集淋濾液體進(jìn)行處理后再排入地表水體。圖7-5不同環(huán)境條件下的固體廢棄物填埋場(a)干燥環(huán)境；(b)潮濕環(huán)境；(c)位于基巖裂隙含水層之上；(d)位于灰?guī)r含水層之上8.污染物質(zhì)淋濾下滲；9.污染物質(zhì)在地下水中的運移和彌散竣工后的衛(wèi)生填埋場，可用于其他各種用途，包括用作停車場或倉庫、花園、公園等，位于山地斜坡或具有一定高差的衛(wèi)生填埋場，還可開辟為滑雪斜坡、賽車道及其他娛樂設(shè)施場地。綜合利用是實現(xiàn)城市廢棄物資源化、減量化的重要手段之一。在廢棄物排入環(huán)境之前進(jìn)行分類和分離，回收利用可再生的廢品，隔離特別有害的組分供特殊處理，既可以循環(huán)利用資源、減輕后續(xù)處理的負(fù)荷，又可以減少污染、保護(hù)環(huán)境。垃圾中可回收再利用的廢品有廢紙、廢塑料、廢玻璃、廢橡膠、廢電池、廢舊金屬等。此外，垃圾中的廚房廢物、庭院廢物和農(nóng)貿(mào)市場廢物等可降解有機物，是生產(chǎn)有機肥料的上好原料?；厥绽美械膹U棄資源，不但可以減少最終需要無害化處置的垃圾量，減輕對環(huán)境的污染，而且能夠節(jié)約資源、節(jié)約能源，減少垃圾的處理處置費用。分離后的可燃廢物用來焚燒發(fā)電。垃圾資源化是解決城市固體廢棄物處置問題的一條重要途徑。（四）城市廢棄物地質(zhì)填埋技術(shù)的研究城市固體廢棄物地質(zhì)填埋具有成本低廉、處置徹底、環(huán)保效果好等優(yōu)點，受到世界各國的普遍采用。地質(zhì)填埋處置理論、方法和技術(shù)的研究受到國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛重視。城市垃圾的地質(zhì)填埋技術(shù)主要包括填埋場底部防滲襯墊系統(tǒng)鋪設(shè)技術(shù)、垃圾滲濾液處理技術(shù)、垃圾污染環(huán)境的生物化學(xué)治理技術(shù)、填埋場終期開發(fā)利用技術(shù)及環(huán)境影響監(jiān)測技術(shù)等。目前，國內(nèi)外學(xué)者在城市固體廢棄物地質(zhì)填埋技術(shù)上已取得了豐碩的成果，運用物理學(xué)、化學(xué)、地下水動力學(xué)、微生物學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等學(xué)科的理論和方法，開展了以下幾個方面的研究：垃圾場中污染質(zhì)溶液在場地土體及地下水中的運移規(guī)律和物理化學(xué)及生物化學(xué)作用機理；垃圾填埋場—土壤系統(tǒng)中微生物對污染物在地下水和包氣帶中的積累、遷移轉(zhuǎn)化、降解和消散的相互作用機理與調(diào)控機制；不同襯墊材料對垃圾污染質(zhì)的凈化機理和阻隔能力；垃圾污染土壤和水體環(huán)境的生物、化學(xué)治理技術(shù)和方法；等等。成本低廉、技術(shù)可靠、行之有效的填埋場滲濾液處理技術(shù)是地質(zhì)填埋技術(shù)的研究重點，也是今后的發(fā)展方向。三、放射性廢物處置的環(huán)境地質(zhì)問題放射性廢物是指在處理或操作放射性物料的過程中所產(chǎn)生的具有放射性的廢物。具放射性的核廢物與一般的化學(xué)污染物有顯著區(qū)別，即核廢物的放射性與其化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。每一種放射性核素都有一定的半衰期，能放射具有一定能量的射線。除了在核反應(yīng)條件下，任何化學(xué)、物理或生化的處理都不能改變放射性核素的這一特性。（一）放射性廢物的種類與特性1.放射性廢物的種類放射性廢物主要類型有超鈾廢物、核燃料循環(huán)后待處置的放射性廢物、已退役的核設(shè)施廢物、鈾選礦廠尾渣等。國際原子能機構(gòu)根據(jù)放射性強度將放射性廢物劃分為低強度放射性廢物（簡稱低放廢物）、中強度放射性廢物（簡稱中放廢物）、高強度放射性廢物（簡稱高放廢物）三類，亦常稱之為微居里級、毫居里級和居里級廢物。低放廢物包括醫(yī)療用的放射性廢物、科研實驗的放射性廢物、鈾選礦廠尾渣，以及核燃料循環(huán)前幾個階段所產(chǎn)生的放射性廢物。高放廢物是核燃料循環(huán)最后階段所產(chǎn)生的廢物。高放廢物是廢棄的核燃料，即燃燒后處理產(chǎn)生的高放廢液及其固化體。高放廢物的體積雖然不足核燃料循環(huán)所產(chǎn)生的放射性廢物體積的1%,但其所含放射性量卻超過核燃料循環(huán)總放射性量的99%。高放廢物有極強的β、γ輻照水平，釋熱率高，含有較多半衰期長和毒性大的α放射性核素。本書主要論述核燃料循環(huán)后產(chǎn)生的放射性廢物處置的環(huán)境地質(zhì)問題。2.放射性廢物的特性(1)不同程度的放射性：放射性廢物中化學(xué)元素的原子核能衰變放出具有穿透能力的放射性射線，過量輻射會危害人體健康。(2)潛在危害期長：放射性廢物中通常含多種半衰期長短不一的放射性核素，要使放射性廢物衰變到無害的程度，至少要10~20個半衰期，即中低放廢物要求300~500年的安全期，而高放廢物至少要求1萬年的安全期。(3)強放熱性：高放廢物的初始溫度極高，若不采取冷卻措施，就會繼續(xù)升溫乃至處于沸騰狀態(tài)，產(chǎn)生強大的熱量。(4)較強烈的腐蝕性：放射性廢液常呈強酸性或強堿性，對貯存容器及處置場地的巖土體都有較強烈的腐蝕性，且易與巖（土）體中的某些物質(zhì)反應(yīng)形成新的有利的或有害的物質(zhì)。（二）放射性廢物對地質(zhì)環(huán)境的影響隨著核電技術(shù)的日臻完善，高效、清潔的核電與火電、水電一起成為全球的三大能源支柱。在許多西方發(fā)達(dá)國家，核電在電力中占有很大比重。2002年中國核電總裝機容量已達(dá)540×104kW,預(yù)計到2005年，中國核電發(fā)電量將占全國總發(fā)電量的3%左右。這些核電站在發(fā)電的同時也產(chǎn)生了大量的放射性廢物。目前中國核電站每年產(chǎn)生150t高放核廢物，預(yù)計到2010年高放核廢物的積存量將達(dá)到1000t。放射性廢物排入環(huán)境后，可造成對大氣、水體和土壤的污染。放射性核素可被生物富集，使某些動物、植物，特別是一些水生物體內(nèi)放射性核素的濃度增高許多倍。放射性廢物對人體的危害主要通過放射性核素外輻射和內(nèi)輻射兩個途徑。人體浸沒在放射性污染的空氣環(huán)境中，全身和皮膚受到高放廢物外輻射產(chǎn)生的危害最大，低放廢物對人體的危害主要是通過內(nèi)輻射引起。一旦受到核輻射，則人體細(xì)胞組織、內(nèi)臟和神經(jīng)系統(tǒng)將被嚴(yán)重?fù)p壞，造成發(fā)燒、嘔吐、昏迷，甚至突然死亡；超劑量的低強度輻射能引發(fā)白血病、腫瘤、癌癥等疾??；長期低劑量輻射，短時期內(nèi)不會出現(xiàn)嚴(yán)重后果，但可引起體內(nèi)病變，或?qū)ο乱淮a(chǎn)生有害影響。1.低放廢物對地質(zhì)環(huán)境的影響(1)排入地表水體的影響：放射性核素排入地表水體后，可造成排放口附近稀釋不充分的河段出現(xiàn)放射性污染，這與排污量、