地质环境问题形成的原因及解决方案

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：引发城镇地质环境问题的动力来源是内外动力地质作用和人类活动的营力作用。(三)地面塌陷成因岩溶地面塌陷的形成受自然因素和人为因素的共同影响,其中人为活动占主导地位。自然组成条件包括地下有隐伏岩溶发育,隐藏溶洞或岩溶通道之上有覆盖土层等,这是岩溶塌陷形成的基本必备条件。地壳活动、水的作用和相关人类活动是导致地面开裂的主要原因。

引发城镇地质环境问题的动力来源是内外动力地质作用和人类活动的营力作用。

(一)地震成因

1.天然地震

自然条件下发生的地震现象主要有以下几个成因。

构造地震:是由于岩层断裂,从而发生变位错动,在地质构造上发生巨大变化而产生的地震。

火山地震:是由火山爆发时所引起的能量冲击,而产生的地壳振动。火山地震有时也相当强烈。但这种地震所波及的地区通常只限于火山附近的几十千米远的范围内,而且发生次数也较少,只占地震次数的7%左右,所造成的危害一般较轻。

诱发地震:在特定的地区,地壳因某种外界因素诱发(如陨石坠落)而引起的地震。

2.人工地震

由人为活动引起的地震,如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,水-岩力学平衡被打破,有时也会诱发地震。

(二)崩塌、滑坡与泥石流成因

1.地质环境条件是控制因素

崩塌、滑坡与泥石流等地质灾害,主要受地形地貌、地层岩性、地质构造等地质环境条件的制约。据统计,在我国,有65%的主要城镇分布在可能发生此三类灾害的地区。

2.气象水文条件为天然诱发因素

在降水集中季节,尤其是洪水或风暴潮发生的时候,极易引发崩塌、滑坡与泥石流等地质灾害。在城镇以外的区域,水文气象诱发的灾害在90%以上;在城镇地区,天然诱发比例相对小很多。

3.人类活动为主要诱发因素

城镇建设中的边坡不合理开挖、不正确的工程施工、地下水过量开采、水库蓄水、排水泄水、植被破坏等,都有可能诱发地质灾害。研究发现,城镇地区崩塌、滑坡与泥石流等地质灾害,其破坏的人类活动诱发(或参与诱发)率分别高达71.03%、88.43%、73.18%、97.21%(高慧丽,范建勇,2015);在城镇建设、发展甚至运营的各个阶段,都有可能诱发地质灾害。

(三)地面塌陷成因

岩溶地面塌陷的形成受自然因素和人为因素的共同影响,其中人为活动占主导地位。

自然组成条件包括地下有隐伏岩溶发育,隐藏溶洞或岩溶通道之上有覆盖土层等,这是岩溶塌陷形成的基本必备条件。在具有此条件下,自然或人为因素才可能诱发。

自然诱发因素包括降水、地下水自然变动、地震等。人为诱发因素主要包括坑道排水、疏干及突水、抽取地下水、水库蓄水与引水、工程活动的震动和加载等。岩溶塌陷的分布与地下水活动有密切关系,地下水活动强烈的岩溶区域,发生岩溶塌陷的几率较大,而抽取地下水又加剧了岩溶塌陷的发生,由此产生的岩溶塌陷数量占总数的47.67%(高慧丽,范建勇,2015)。

对于由非岩溶洞穴产生的地面塌陷,主要是由于下部采空、上部土体失去了支撑而导致的。

(四)地面沉降成因

地面沉降是自然因素和人为因素综合作用下形成的地面标高损失。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。人为因素主要包括开发利用地下流体资源(地下水、石油、天然气等)、开采固体矿产、软土地区与工程建设加载有关的固结沉降等。

1.自然因素

自然因素主要包括:①由于地质构造凹陷、地震、火山活动等引起的地面沉降;②地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下,松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层,地面会因地层厚度的变小而发生沉降;③全球气候的转暖,气温上升,必加速冰川消融,从而使海平面上升,地面相对下沉,进而引起地面沉降,例如:意大利威尼斯市海平面上升速度为1.27mm/a,所引起的地面相对下沉约占该地区年平均沉降量的40%。

2.人为因素

近些年来,人为因素在地面沉降中的作用日益凸显,特别是大规模持续地开发利用地下水和石油等资源,导致区域性的地面沉降迅速发展,成为地面沉降的主要诱发因素。

(1)过量开采地下液体或气体,致使贮存这些液、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力相应增大,从而导致地层的压密。

(2)大面积地面堆载的影响,分布有巨厚的高压性淤泥和淤泥质土的低洼地区,随经济建设的开发,洼地上大面积的堆填、超密集建筑群的涌现、地下空间大规模的开挖等诱发的地面沉降问题也日趋明显。其软土在堆载(填土)和工程荷重的作用下,产生一维压缩固结,可形成地区性的地面沉降。此类沉降,受场地软土的工程特性、层厚和堆载大小的控制,是构成滨海平原城镇总地面沉降的一个重要组成部分。

(3)地面上的人为振动作用(大型机械、机动车辆等及爆破等引起的地面振动)在一定条件下也会引起松散土体的压密变形。

(五)地裂缝成因

地裂缝的形成原因复杂多样。地壳活动、水的作用和相关人类活动是导致地面开裂的主要原因。按地裂缝的成因,主要有以下几类。

(1)地震裂缝:各种地震引起地面的强烈震动,从而导致地面产生的裂缝。

(2)基底断裂活动裂缝:由于基底断裂的长期蠕动,使岩土体逐渐开裂,并显露于地表。

(3)隐伏裂隙开启裂缝:发育隐伏裂隙的土体,在地表水或地下水的冲刷、潜蚀作用下,裂隙中的物质被水带走,裂隙向上开启、贯通而形成。

(4)松散土体潜蚀裂缝:由于地表水或地下水的冲刷、潜蚀、软化和液化作用等,使松散土体中部分颗粒随水流失,土体开裂而形成。

(5)黄土湿陷裂缝:因黄土地层受地表水或地下水的浸湿,产生的沉陷而形成。(www.chuimin.cn)

(6)胀缩裂缝:由于气候的干、湿变化,使膨胀土或淤泥质软土产生胀缩变形发展而形成。

(7)地面沉陷裂缝:因各类地面塌陷或过量开采地下水、矿山地下采空引起地面沉降过程中的岩土体开裂而形成。

(8)滑坡裂缝由于斜坡滑动造成地表开裂而形成。

(六)海平面上升和海岸侵蚀淤积成因

1.海平面上升成因

海平面上升主要是由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等原因引起的全球性海平面上升现象。

其中,全球气候变暖导致冰川融化为海平面上升的主因。根据2012年7月10日一项来自美国国家大气研究中的研究显示,假设全球温室气体排放稳定,全球气温不再增长,海平面依旧会上升,主要原因是海水的热膨胀。即使全球气温稳定了,海水表面气温和深海气温依旧有差异,深海的气温会慢慢地升高,这会导致更多的海水发生热膨胀反应,继而海水整体体积扩大,海平面上升。这种反应要持续相当长一段时间,只有海水完全与大气温度达到一定平衡状态才会停止,这个时间估计是300年。

2.海岸侵蚀成因

引起海岸侵蚀的原因有两种:一是由于自然原因,如河流改道或大海泥沙减少、海平面上升或地面沉降、海洋动力作用增强等都导致海岸侵蚀;二是人为原因,如拦河坝的建造、滩涂围垦,大量开采海滩沙、珊瑚礁,滥伐红树林以及不适当的海岸工程建设等,都会引起海岸侵蚀。

3.海岸淤积成因

泥沙运移的主要动力是波浪和潮流。对于平直的沙质、淤泥质海岸和潟湖、河口、岛屿间港口的泥沙,淤积作用各不相同。

(1)沙质海岸。斜向波可产生沿岸漂沙,同向潮流或海流能加强沿岸漂沙的作用。漂沙遇突堤式防波堤时产生的淤积,呈三角棱体状。淤积后期,沿岸漂沙将绕过防波堤的堤头,淤积于附近和航道,部分可扩散至港池后淤积。如果岛堤式防波堤的波影区伸展入沿岸漂沙带,将促使泥沙沉积而形成沙嘴,并不断往深水处和来沙一侧发展,使航道和港池淤塞。在潟湖口门附近,沿岸漂沙可沉积下来而成拦门沙。

(2)淤泥质海岸。波浪主要起掀沙作用,潮流主要起输沙作用。涨潮流将泥沙带入港池和航道,部分沉积下来,可造成港口严重淤积。

(3)河口和河口附近。径流挟带的泥沙,部分可直接进港或由潮流辗转输送进港。

(4)多沙海域的岛屿间的海峡。峡口会形成拦门沙,增加过峡水流的阻力而加速所挟带泥沙的淤积。

(七)水土污染成因

水土污染可分为自然污染和人为污染两大类。

1.自然污染

自然污染是由于自然原因造成的水土污染。如地震可能使地壳的某些有害元素大量地迁移到地表土壤、地表水体或地下水含水层中,从而造成土壤、地表水或地下水污染。

2.人为污染

人为污染是由人类生产或生活活动中的废弃物对水造成的污染,其污染物来自以下三方面。

(1)工业污染排放。

工业污染排放是造成水土污染最主要的污染源。在工业生产中,排放出的大量废渣、废气、废水基本未经处理而进入水土环境中。工业废渣、废气、废水中夹带着许多原料、中间产品或成品,含污染物种类多,成分复杂,如重金属、有毒化学品、酸、碱、有机物、油类、悬浮物、放射性物质等,这些都会造成水土污染。

(2)生活污水污染。

生活污水的任意排放污染水土环境。人们日常生活中产生的各种污水的混合液,其中包括厨房、洗涤房、浴室和厕所排出的污水等,其中含有大量有机物、病原菌和虫卵等,生活污水排入土壤、地表水体或渗入地下也会造成水土污染。

(3)农药化肥污染。

农业生产中施用的大量农药和化肥只有少量吸收或被附着,其余绝大部分残留在土壤和漂浮在大气中,通过降水和灌溉,经过地表径流的冲刷进入地表水和渗入地下水形成污染。

在城镇地区,水土污染100%是由人类活动所造成的。

(八)生态退化成因

生态退化是生态系统演化的一种形式,是生态系统内在的物质与能量匹配结构的脆弱性或不稳定性以及外在干扰因素共同作用的产物。自然因素和人为干扰是生态系统退化的两大驱动力:从自然的角度来讲,区域地质环境条件等的异常变化是生态系统不稳定性和退化的自然成因。人为因素往往叠加在自然因子之上,对生态退化起着加速和主导的作用。

1.自然成因

自然因素主要包括地形地貌、气候水文、地质体等地质环境条件。自然因素的不同组合决定了生态系统发育的基点,而且它们时刻作用于生态系统,对生态系统进行着长期不断的“雕饰”,并控制着生态系统发育的基本方向和模式。地质体是生态系统发育的载体和基底,地质结构的不稳定必然会导致其上生态系统的动荡和多变。气候因素和水文因素则是“塑造”生态系统的“常驻”牵引力,它们决定着生态系统发生及其演化的自然方向,它们对生态系统的作用一般来说是长期的、缓慢的。但当气候因素和水文因素发生剧烈波动或变化时,就会切断或破坏生态过程的某一链节,扰乱生态系统的固有“秩序”,导致生态系统的无序化,使之向退化的方向发展。

自然因素的稳定变化一般不视为生态退化的诱发因子,也就是说,当某一自然因素频繁和持久地出现时,它自身或由它产生的景观要素就成为生态系统的一个正常或固有的组分,则不再视为干扰因子。只有当自然因素发生较高强度的不稳定的波动或无规则的异常变化时,才会打断生态系统正常的运行规律,导致生态退化的发生,此时,自然因素则扮演着“干扰因子”的作用。

2.人为影响

生态退化除受自然因素的驱动外,人类活动往往起着主导的诱发作用。人类活动对生态退化的推动是多方面的、全方位的、深远的。人类活动的强烈干扰往往会加速生态退化的进程,它可将潜在的生态退化转化为现实的生态退化。人类活动对生态系统的影响往往是不断累加的,且可直接和间接地破坏生态系统。与自然因素相比,人为因素对生态系统作用的方向通常是不确定的,它既可加速生态退化,又可阻止逆向的生态演替。

城镇的出现和发展是人类文明进步的重要标志。人类从穴居、原始村落、集镇发展到现代化的大都市,占用或破坏了大量肥沃的土地和茂密的森林,取而代之的是“钢筋水泥化”的人工环境,这样势必改变区域地形地貌、气候水文等景观生态背景,改变生物的原有生境;同时,城镇生态系统本身是一个较为脆弱的高度人工化生态系统;同自然生态系统相比,城镇生态系统一般呈现出“倒金字塔”结构,它缺乏初级生产者—绿色植物和农作物,其食物供给来自于系统之外,因此它不是一个自稳系统。它需要从外部源源不断地输入粮食、淡水、能源等,方能维持系统的有序性和正常运转。另外,城镇生态系统是一个高人口密度的、高污染、高干扰、高人工化的生态系统。人类从采集渔猎为生,逐渐发展到农业、畜牧业,直至进入工业时代,也标志着人类对自然干预范围的扩大和干扰强度的加深。首先,工业通过其产品、现代生活与交通工具的生产和投入使用,彻底地改变了人类的生活和生产方式,直接或间接对自然生态系统造成冲击,扰乱着生物和人类自身的生存环境和秩序;同时,城镇本身也是一个重要的污染源,它通过“三废”物质的排放到环境带来沉重的环境压力和负荷,强烈地影响着生物圈、水圈、大气圈和土壤圈的结构与功能,继而影响生物的生长发育。如果一个地区,其城镇的数量、分布、城镇化速度以及工业的发展规模与比例超过了某一限度,就不可避免地会导致区域生态退化。

地质环境问题形成的原因及解决方案

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