土地工程視角下的城市地質(zhì)環(huán)境治理

陳科皓

摘 要：隨著我國城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致了一系列城市地質(zhì)環(huán)境問題的出現(xiàn)。文章陳述了目前存在的城市地質(zhì)環(huán)境問題的幾種類型，并列舉了解決城市地質(zhì)環(huán)境問題的幾種途徑。最后，以土地工程的視角分析了解決城市地質(zhì)環(huán)境問題的可能性，為城市地質(zhì)環(huán)境問題治理提供參考。

關(guān)鍵詞：城市地質(zhì)環(huán)境問題；解決途徑；土地工程

中圖分類號：X141 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0120-03

Abstract： With the acceleration of urbanization in China， a series of urban geological and environmental problems have emerged. This paper describes several types of urban geological environmental problems and enumerates several ways to solve them. Finally， the possibility of solving the urban geological environment problems is analyzed from the perspective of land engineering， which provides a reference for the management of urban geological environment problems.

Keywords： urban geological environment problem； solutions； land engineering

進(jìn)入新時期，我國的城市化進(jìn)程繼續(xù)加速，不斷增強(qiáng)的人類工程——經(jīng)濟(jì)活動，對城市地質(zhì)的作用強(qiáng)度越來越大，城市地質(zhì)環(huán)境問題日益突出。地質(zhì)環(huán)境是關(guān)系人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為人類提供基礎(chǔ)的生存空間，是人類生存、繁衍以及從事各類活動的場所和資源的提供者。大規(guī)模城市建設(shè)、資源開發(fā)、廢棄物堆放、污染物排放等引起了一系列地質(zhì)問題和地質(zhì)災(zāi)害，危及城市居民生命財(cái)產(chǎn)安全，制約了城市的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。2017年11月15日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局首次發(fā)布《城市地質(zhì)調(diào)查總體方案（2017-2025年）》。方案提出，將啟動200個地級以上城市的地質(zhì)調(diào)查工作，目標(biāo)到2025年完成全國338個地級以上城市1：5萬基礎(chǔ)性綜合地質(zhì)填圖。目前，做好城市地質(zhì)調(diào)查是進(jìn)行城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的基礎(chǔ)性和重要性工作，主要目標(biāo)任務(wù)是查明城市的地質(zhì)、資源和環(huán)境基本狀況，評價城市發(fā)展的資源與環(huán)境承載能力，為城市可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。

1 城市地質(zhì)環(huán)境問題的主要類型

1.1 大氣污染源

城市大氣污染成因既有自然因素，也包括人為因素。其中主要來于工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種污染物排放到大氣中造成的，包括金屬冶煉、化工等工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中所排放的煙霧、粉塵和有害顆粒物等。另外，居民生活包括飲食或取暖時燃料向大氣排放的有害氣體和煙霧，交通運(yùn)輸污染包括各種交通工具排放的尾氣等也對城市大氣環(huán)境污染的重要來源。

1.2 城市水資源環(huán)境問題

1.2.1 城市水災(zāi)問題

城市水災(zāi)包括城市洪災(zāi)和城市內(nèi)澇。“城市內(nèi)澇”是近幾年我國城市病的典型代表，以其高發(fā)和影響力之大引起了各方的廣泛關(guān)注。城市內(nèi)澇造成的危害是多方面的，一是強(qiáng)大暴雨，路面積水嚴(yán)重；二是影響交通秩序以及居民正常生活；三是造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。許多專家學(xué)者從不同的角度探討了城市內(nèi)澇的產(chǎn)生原因和解決途徑。城市水災(zāi)發(fā)生的原因是多方面的，包括社會因素、自然因素、工程因素、管理因素和民眾的防災(zāi)減災(zāi)意識等多個方面。而且，城市化過程中基礎(chǔ)設(shè)施條件直接影響了水災(zāi)的發(fā)生。例如，城市建設(shè)過程造成的地表過度硬化使得土壤入滲能力下降，產(chǎn)生了地表徑流，另外城市地上和地下建設(shè)的不協(xié)調(diào)，對于城市地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力不足，造成暴雨降臨時，雨水無處可排，致使城市內(nèi)澇高發(fā)。

1.2.2 水資源短缺問題

我國人均水資源量只占到世界平均值的1/4，水資源短缺嚴(yán)重制約了我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，其中，城市缺水問題尤為突出。造成城市缺水的因素包括水資源分布不均勻、水質(zhì)污染嚴(yán)重、供需矛盾突出、水資源過量開采和浪費(fèi)等。我們對水污染控制相對滯后，治理不及時，使得受污染的水體逐年增長，加重了水資源的短缺。由于水體環(huán)境的污染，我國南方多水地區(qū)出現(xiàn)了水質(zhì)性缺水問題。面對資源型缺水和水質(zhì)性缺水的雙重困擾，我國部分城市都陷入了“有水難用”的困境。

1.2.3 水環(huán)境污染、水質(zhì)惡化問題

城市水環(huán)境在城市發(fā)展中具有生活與生產(chǎn)、防洪排澇、生態(tài)和景觀以及文化娛樂等功能，但是由于對水資源的不合理利用，造成的水環(huán)境污染、水質(zhì)惡化等問題使城市水環(huán)境失去了原有的生態(tài)功能，制約了城市的健康發(fā)展。目前，流經(jīng)城區(qū)的河段受到嚴(yán)重污染，重點(diǎn)河段中Ⅰ、Ⅱ類的河段僅占28%，Ⅲ類河段占28%，Ⅳ、Ⅴ類河段占50%。

1.3 城市土壤環(huán)境問題

城市土壤是保護(hù)城市環(huán)境的一個重要生態(tài)屏障，在城市化和工業(yè)化的進(jìn)程中，城市土壤發(fā)揮著重要的生態(tài)服務(wù)功能，然而由于城市土壤的超負(fù)荷承載，導(dǎo)致的土壤自身質(zhì)量下降，造成了嚴(yán)重的土壤退化問題。造成城市土壤環(huán)境問題的主要因素包括土壤硬化和污染、土壤植被和生物退化等，城市居民每天都直接或間接的接觸到土壤，甚至每天呼吸的空氣和飲用水質(zhì)量的好壞都與城市土壤有著緊密的聯(lián)系。因此，城市土壤環(huán)境問題直接危及到城市居民的健康和安全。城市土壤作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為城市綠色植物的生長提供了生長的介質(zhì)和養(yǎng)分供應(yīng)，而且為土壤微生物提供了棲息地和能量來源，對一個城市的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義[1]。

1.3.1 城市土壤物理退化

城市土壤物理退化最主要的問題是壓實(shí)現(xiàn)象，土壤壓實(shí)導(dǎo)致城市土壤物理性質(zhì)退化嚴(yán)重。由于壓實(shí)帶來的影響包括加快、加大了降雨的徑流洪峰，減少地下水的回灌，地表徑流量增加；地表河流的污染物負(fù)荷增加，影響城市氣候參數(shù)，進(jìn)而加劇城市熱島效應(yīng)；影響土壤中的溫度、微生物活動和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響植物的正常生長，使得根系活力變?nèi)?，根系量少，大大降低了樹木的成活率，壽命縮短。

1.3.2 城市土壤化學(xué)退化

（1）富營養(yǎng)化

磷是生命元素，所有生命形式都需要磷素的維持，磷元素在城市土壤中的富集嚴(yán)重[2]。其在城市生態(tài)系統(tǒng)中，植物（作物）吸收城市土壤中的磷素，人類攝取植物（或動物）吸收土壤中的磷素，經(jīng)新陳代謝重新進(jìn)入環(huán)境。由于城市人口的高度密集，人類活動頻繁，使得大量養(yǎng)分元素進(jìn)入城市生態(tài)系統(tǒng)。集中于城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)一方面通過人工或自然輸出過程，例如廢棄物的輸出和污水的排放等方式轉(zhuǎn)移至城市之外；另一部分滯留在城市土壤之中，因?yàn)橥寥朗呛芏嘌h(huán)過程的終端，至少是一個相對穩(wěn)定具有較長周轉(zhuǎn)周期的環(huán)節(jié)。

（2）重金屬污染

城市土壤是構(gòu)成城市環(huán)境的重要部分，頻繁的人類活動和密集的工業(yè)、交通運(yùn)輸影響，對城市土壤造成了強(qiáng)烈的擾動，土壤重金屬污染是其中最為嚴(yán)重的城市環(huán)境問題。城市土壤中的外源重金屬主要來源于廢棄物處理、交通運(yùn)輸、家庭活動、采礦和冶煉、發(fā)電廠、制造業(yè)、化石燃燒等。有學(xué)者[3]對南京城市土壤重金屬污染研究發(fā)現(xiàn)，礦冶工業(yè)區(qū)污染強(qiáng)度最高，市中心的商業(yè)區(qū)和老居民區(qū)次之，風(fēng)景區(qū)和新開發(fā)區(qū)污染較輕。

（3）有機(jī)污染物

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市和工業(yè)區(qū)附近的土壤有機(jī)污染日益加劇，多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、鄰苯二甲酸酯等有機(jī)污染物在工業(yè)區(qū)周圍的土壤中超過國家標(biāo)準(zhǔn)多倍。由于土壤有機(jī)物污染引起的疾病和環(huán)境公害事件比比皆是。土壤環(huán)境中存在許多納米級尺度的有機(jī)污染物，對生態(tài)環(huán)境和人體的危害極大。另外，土壤環(huán)境中的持久性或難降解有機(jī)物污染物和持久性或難降解的有毒化合物通過揮發(fā)、林濾、地表徑流攜帶等方式進(jìn)入土壤環(huán)境體系中殘留，或被作物和土壤生物吸收后，通過食物鏈積累、放大，對人體健康十分有害[4-5]。

1.4 城市巖土工程地質(zhì)環(huán)境問題

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人類在城市開發(fā)建設(shè)中必然會面對諸多地質(zhì)環(huán)境問題，包括建設(shè)帶來的地基沉降、變形，巖土環(huán)境污染和水土流失等問題。

1.4.1 巖土地基變形問題

尤其是在地下施工時，基坑的開挖引起了周圍土體應(yīng)力場的變化，會直接導(dǎo)致周圍地基土體產(chǎn)生較大的位移和變形，并會使得周邊建筑物、道路、地下管線等重要設(shè)施產(chǎn)生不均勻沉降甚至發(fā)生開裂破壞，影響其正常的使用功能。深基坑變形包括維護(hù)結(jié)構(gòu)變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)后的地表沉降、基坑底部的回彈和隆起等。

1.4.2 環(huán)境污染問題

巖土工程施工中，會不可避免的對周圍環(huán)境造成影響。在地下施工中，挖出大量的巖體和土體堆積于隧道頂部或門口附近，不僅對周圍環(huán)境有影響，若棄土超荷還可能引起隧道下沉。另外，施工過程中形成的固體廢棄物還會帶來諸如污染土壤、侵占土地、污染大氣、污染水體等環(huán)境問題[6]。

1.4.3 水土流失問題

城市水土流失是指在城市化進(jìn)程中，發(fā)生在城市建成區(qū)及周邊地區(qū)，由城市開發(fā)建設(shè)活動引發(fā)的人為水土流失現(xiàn)象。城市水土流失引起和加劇的主要因素是認(rèn)為不合理的活動，越是在人口密度大、經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動多的點(diǎn)，對水土資源的影響也越大。當(dāng)城市建設(shè)規(guī)模和開發(fā)建設(shè)活動超出了城市本身的承載力和管理水平時，在自然力量的作用下，造成城市水土資源的損失和生態(tài)景觀的破壞。

2 解決城市地質(zhì)環(huán)境問題的途徑

地質(zhì)環(huán)境問題研究涉及地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、災(zāi)害學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)、社會科學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，以往的研究大多針對某一學(xué)科視角[7]。

2.1 地質(zhì)學(xué)視角

主要體現(xiàn)在工程地質(zhì)與城市規(guī)劃相結(jié)合的研究上。在城市發(fā)展過程中，不斷出現(xiàn)了很多新的地質(zhì)環(huán)境問題，同時城市規(guī)劃地質(zhì)領(lǐng)域也在不斷豐富和拓展。傳統(tǒng)的工程地質(zhì)也逐漸向環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了包括地質(zhì)災(zāi)害、土壤、水環(huán)境、地質(zhì)資源等諸多方面的綜合地理信息系統(tǒng)，進(jìn)一步完善了城市發(fā)展決策尤其是規(guī)劃決策中的信息，提高了城市對地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行防范的本質(zhì)安全性。

2.2 地理學(xué)視角

研究者大多是從宏觀地域系統(tǒng)入手，對地質(zhì)環(huán)境問題與城市發(fā)展的相互作用研究主要體現(xiàn)在人地關(guān)系地域系統(tǒng)的研究上，因?yàn)樗麄儗⒌刭|(zhì)環(huán)境歸為“地”的一部分，將城市發(fā)展歸位“人”的一部分。有學(xué)者提出了人地關(guān)系地域系統(tǒng)的概念，其研究目標(biāo)是探求該系統(tǒng)內(nèi)各要素間的相互作用、系統(tǒng)整體行為和調(diào)控機(jī)理。包括協(xié)調(diào)工程理論、熵值原理等?；谝陨侠碚?，有學(xué)者開展了城市發(fā)展與地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)相互作用量化的研究，然而研究側(cè)重于對地質(zhì)環(huán)境資源（包括土地資源、礦產(chǎn)資源、旅游資源等）與城市發(fā)展宏觀指標(biāo)的分析，并不是著眼于地質(zhì)環(huán)境問題，還是屬于宏觀層次人地關(guān)系的范疇。

2.3 災(zāi)害學(xué)范疇

從災(zāi)害學(xué)視角，涉及地質(zhì)環(huán)境方面的內(nèi)容，大多是針對某一種或一類地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險評估。也形成了針對地震、滑坡、火山等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評估。然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們開始認(rèn)識到，對單一災(zāi)種的風(fēng)險評估已經(jīng)無法滿足城市綜合風(fēng)險管理的需求，急需開展多災(zāi)種的綜合風(fēng)險評估工作。在多災(zāi)害綜合風(fēng)險評估研究中，學(xué)者們將地質(zhì)災(zāi)害作為自然災(zāi)害系統(tǒng)的一部分，對自然災(zāi)害進(jìn)行綜合風(fēng)險評估，可以指導(dǎo)區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險減緩。

2.4 規(guī)劃學(xué)視角

從規(guī)劃學(xué)角度，對城市地質(zhì)環(huán)境的研究主要體現(xiàn)在土地利用規(guī)劃或城市規(guī)劃等“軟措施”手段對地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行規(guī)避。土地利用規(guī)劃主要涉及未來發(fā)展區(qū)和非建設(shè)用地區(qū)，是以區(qū)域內(nèi)全部土地為對象，對土地開發(fā)、利用、整治、保護(hù)等方面做統(tǒng)籌安排和長遠(yuǎn)規(guī)劃；城市規(guī)劃主要涉及建成區(qū)和規(guī)劃發(fā)展區(qū)，是一定時期內(nèi)城市發(fā)展的藍(lán)圖。

綜合以上四種研究視角來看，由于城市地質(zhì)環(huán)境問題的多學(xué)科交叉性，研究者們更多的是從某一學(xué)科視角，存在主要問題一是缺乏對城市地質(zhì)環(huán)境問題的多災(zāi)種綜合研究。沒有綜合考慮出現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境問題的原因，以及對多災(zāi)種之間的耦合關(guān)系；二是缺乏地質(zhì)環(huán)境問題與城市發(fā)展相互作用的系統(tǒng)性研究。地質(zhì)環(huán)境問題制約著城市發(fā)展，城市發(fā)展又“擾動”著地質(zhì)環(huán)境。三是缺乏多學(xué)科綜合交叉性研究，城市地質(zhì)災(zāi)害問題集地質(zhì)、地理學(xué)、災(zāi)害學(xué)和規(guī)劃學(xué)等內(nèi)容為一體，很難用單一學(xué)科理論和知識來對其進(jìn)行闡述。

3 土地工程視角下的城市地質(zhì)環(huán)境治理

城市發(fā)展過程中面臨著土地資源利用、水資源和地下空間開發(fā)問題。土地資源利用中存在土地利用率低、對土壤污染的發(fā)生、土壤肥力退化過程機(jī)制的認(rèn)識不清楚和對土地資源質(zhì)量變化的生態(tài)風(fēng)險評價與預(yù)警研究薄弱等問題。這些問題都可以通過土地工程手段得以解決。土地工程核心任務(wù)是以土體有機(jī)重構(gòu)為主體，增加土地利用范圍，提高土地生產(chǎn)力，滿足有機(jī)生命體承載需求。土地工程研究范圍主要界定于地表到第一層潛水層以上，縱向跨度從幾厘米到數(shù)百米，根據(jù)目標(biāo)值的不同，取其一定深度范圍進(jìn)行研究和改造重構(gòu)，從而達(dá)到目標(biāo)生命體所需承載的基礎(chǔ)條件[8]。

土地工程的研究核心是土體有機(jī)重構(gòu)。在土體有機(jī)重構(gòu)中，土體是一個完整的生命系統(tǒng)，依賴土體而生存的微生物、植物、動物和人類等生命體都是其服務(wù)對象，它不僅關(guān)注土體層級結(jié)構(gòu)、顆粒級配的構(gòu)建，也關(guān)注土體養(yǎng)分元素、土體有害元素的調(diào)控，并對于重構(gòu)土體結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和環(huán)境影響力、美學(xué)效應(yīng)作持續(xù)性設(shè)計(jì)。土體通過合理有效的重構(gòu)，剔除障礙因素（鹽害、重金屬危害、放射性危害等化學(xué)障礙；砂礫層、硬盤層、姜石層等物理性障礙；地下水漬澇、地表水沖毀等水害），建立符合作物生長、工程建設(shè)要求的土壤質(zhì)量與構(gòu)造特征及土地環(huán)境保障措施等，為人類提供能夠健康生產(chǎn)的農(nóng)用地和安全居住的建設(shè)用地，改善人類生活和生產(chǎn)的環(huán)境。

因此，土地工程可以直接為人類提供更多的可利用土地，促進(jìn)生態(tài)文明的發(fā)展。例如，在廢棄的礦山地區(qū)，可以通過化學(xué)、生物等措施降低或消除污損土體的重金屬污染，提升土體質(zhì)量，并通過恢復(fù)林地、耕地和草地，構(gòu)建新的生態(tài)系統(tǒng)，徹底改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。同時，土地工程可以間接解決人類生存發(fā)展中面臨的其他生態(tài)問題，為人類生存環(huán)境的持續(xù)改善提供途徑。目前，霧霾四處蔓延，環(huán)境污染引發(fā)的公害病、職業(yè)病時間屢見不鮮。土地具有強(qiáng)大的吸附作用，是污染物的重要集散地，通過土地工程的實(shí)施，首先改變點(diǎn)尺度環(huán)境質(zhì)量，繼而改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，長時間效應(yīng)下必會改善整個生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。土體有機(jī)重構(gòu)的實(shí)施，為人類提供了能夠安全居住的建設(shè)用地，使人類能更好地在地球上生活。

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