土地工程视角下的城市地质环境治理

摘 要：随着我国城市化进程的加快，导致了一系列城市地质环境问题的出现。文章陈述了目前存在的城市地质环境问题的几种类型，并列举了解决城市地质环境问题的几种途径。最后，以土地工程的视角分析了解决城市地质环境问题的可能性，为城市地质环境问题治理提供参考。

關键词：城市地质环境问题；解决途径；土地工程

中图分类号：X141 文献标志码：A 文章编号：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

进入新时期，我国的城市化进程继续加速，不断增强的人类工程——经济活动，对城市地质的作用强度越来越大，城市地质环境问题日益突出。地质环境是关系人类社会发展的重要基础，为人类提供基础的生存空间，是人类生存、繁衍以及从事各类活动的场所和资源的提供者。大规模城市建设、资源开发、废弃物堆放、污染物排放等引起了一系列地质问题和地质灾害，危及城市居民生命财产安全，制约了城市的可持续发展和生态文明建设。2017年11月15日，国土资源部中国地质调查局首次发布《城市地质调查总体方案（2017-2025年）》。方案提出，将启动200个地级以上城市的地质调查工作，目标到2025年完成全国338个地级以上城市1：5万基础性综合地质填图。目前，做好城市地质调查是进行城市规划、建设和管理的基础性和重要性工作，主要目标任务是查明城市的地质、资源和环境基本状况，评价城市发展的资源与环境承载能力，为城市可持续发展提供基础支撑。

1 城市地质环境问题的主要类型

1.1 大气污染源

城市大气污染成因既有自然因素，也包括人为因素。其中主要来于工业生产中产生的各种污染物排放到大气中造成的，包括金属冶炼、化工等工矿企业在生产过程中所排放的烟雾、粉尘和有害颗粒物等。另外，居民生活包括饮食或取暖时燃料向大气排放的有害气体和烟雾，交通运输污染包括各种交通工具排放的尾气等也对城市大气环境污染的重要来源。

1.2 城市水资源环境问题

1.2.1 城市水灾问题

城市水灾包括城市洪灾和城市内涝。“城市内涝”是近几年我国城市病的典型代表，以其高发和影响力之大引起了各方的广泛关注。城市内涝造成的危害是多方面的，一是强大暴雨，路面积水严重；二是影响交通秩序以及居民正常生活；三是造成严重的财产损失。许多专家学者从不同的角度探讨了城市内涝的产生原因和解决途径。城市水灾发生的原因是多方面的，包括社会因素、自然因素、工程因素、管理因素和民众的防灾减灾意识等多个方面。而且，城市化过程中基础设施条件直接影响了水灾的发生。例如，城市建设过程造成的地表过度硬化使得土壤入渗能力下降，产生了地表径流，另外城市地上和地下建设的不协调，对于城市地下管网设计能力不足，造成暴雨降临时，雨水无处可排，致使城市内涝高发。

1.2.2 水资源短缺问题

我国人均水资源量只占到世界平均值的1/4，水资源短缺严重制约了我国经济社会的快速发展，其中，城市缺水问题尤为突出。造成城市缺水的因素包括水资源分布不均匀、水质污染严重、供需矛盾突出、水资源过量开采和浪费等。我们对水污染控制相对滞后，治理不及时，使得受污染的水体逐年增长，加重了水资源的短缺。由于水体环境的污染，我国南方多水地区出现了水质性缺水问题。面对资源型缺水和水质性缺水的双重困扰，我国部分城市都陷入了“有水难用”的困境。

1.2.3 水环境污染、水质恶化问题

城市水环境在城市发展中具有生活与生产、防洪排涝、生态和景观以及文化娱乐等功能，但是由于对水资源的不合理利用，造成的水环境污染、水质恶化等问题使城市水环境失去了原有的生态功能，制约了城市的健康发展。目前，流经城区的河段受到严重污染，重点河段中Ⅰ、Ⅱ类的河段仅占28%，Ⅲ类河段占28%，Ⅳ、Ⅴ类河段占50%。

1.3 城市土壤环境问题

城市土壤是保护城市环境的一个重要生态屏障，在城市化和工业化的进程中，城市土壤发挥着重要的生态服务功能，然而由于城市土壤的超负荷承载，导致的土壤自身质量下降，造成了严重的土壤退化问题。造成城市土壤环境问题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间接的接触到土壤，甚至每天呼吸的空气和饮用水质量的好坏都与城市土壤有着紧密的联系。因此，城市土壤环境问题直接危及到城市居民的健康和安全。城市土壤作为城市生态系统的重要组成部分，不仅为城市绿色植物的生长提供了生长的介质和养分供应，而且为土壤微生物提供了栖息地和能量来源，对一个城市的生态可持续发展有着重要意义[1]。

1.3.1 城市土壤物理退化

城市土壤物理退化最主要的问题是压实现象，土壤压实导致城市土壤物理性质退化严重。由于压实带来的影响包括加快、加大了降雨的径流洪峰，减少地下水的回灌，地表径流量增加；地表河流的污染物负荷增加，影响城市气候参数，进而加剧城市熱岛效应；影响土壤中的温度、微生物活动和养分转化，进而影响植物的正常生长，使得根系活力变弱，根系量少，大大降低了树木的成活率，寿命缩短。

1.3.2 城市土壤化学退化

（1）富营养化

磷是生命元素，所有生命形式都需要磷素的维持，磷元素在城市土壤中的富集严重[2]。其在城市生态系统中，植物（作物）吸收城市土壤中的磷素，人类摄取植物（或动物）吸收土壤中的磷素，经新陈代谢重新进入环境。由于城市人口的高度密集，人类活动频繁，使得大量养分元素进入城市生态系统。集中于城市生态系统的物质一方面通过人工或自然输出过程，例如废弃物的输出和污水的排放等方式转移至城市之外；另一部分滞留在城市土壤之中，因为土壤是很多循环过程的终端，至少是一个相对稳定具有较长周转周期的环节。

（2）重金属污染

城市土壤是构成城市环境的重要部分，频繁的人类活动和密集的工业、交通运输影响，对城市土壤造成了强烈的扰动，土壤重金属污染是其中最为严重的城市环境问题。城市土壤中的外源重金属主要来源于废弃物处理、交通运输、家庭活动、采矿和冶炼、发电厂、制造业、化石燃烧等。有学者[3]对南京城市土壤重金属污染研究发现，矿冶工业区污染强度最高，市中心的商业区和老居民区次之，风景区和新开发区污染较轻。

（3）有机污染物

随着城市化和工业化进程的加快，城市和工业区附近的土壤有机污染日益加剧，多环芳烃、农药、多氯联苯、邻苯二甲酸酯等有机污染物在工业区周围的土壤中超过国家标准多倍。由于土壤有机物污染引起的疾病和环境公害事件比比皆是。土壤环境中存在许多纳米级尺度的有机污染物，对生态环境和人体的危害极大。另外，土壤环境中的持久性或难降解有机物污染物和持久性或难降解的有毒化合物通过挥发、林滤、地表径流携带等方式进入土壤环境体系中残留，或被作物和土壤生物吸收后，通过食物链积累、放大，对人体健康十分有害[4-5]。

1.4 城市岩土工程地质环境问题

随着经济的快速发展和城市化进程的加快，人类在城市开发建设中必然会面对诸多地质环境问题，包括建设带来的地基沉降、变形，岩土环境污染和水土流失等问题。

1.4.1 岩土地基变形问题

尤其是在地下施工时，基坑的开挖引起了周围土体应力场的变化，会直接导致周围地基土体产生较大的位移和变形，并会使得周边建筑物、道路、地下管线等重要设施产生不均匀沉降甚至发生开裂破坏，影响其正常的使用功能。深基坑变形包括维护结构变形、围护结构后的地表沉降、基坑底部的回弹和隆起等。

1.4.2 环境污染问题

岩土工程施工中，会不可避免的对周围环境造成影响。在地下施工中，挖出大量的岩体和土体堆积于隧道顶部或门口附近，不仅对周围环境有影响，若弃土超荷还可能引起隧道下沉。另外，施工过程中形成的固体废弃物还会带来诸如污染土壤、侵占土地、污染大气、污染水体等环境问题[6]。

1.4.3 水土流失问题

城市水土流失是指在城市化进程中，发生在城市建成区及周边地区，由城市开发建设活动引发的人为水土流失现象。城市水土流失引起和加剧的主要因素是认为不合理的活动，越是在人口密度大、经济建设活动多的点，对水土资源的影响也越大。当城市建设规模和开发建设活动超出了城市本身的承载力和管理水平时，在自然力量的作用下，造成城市水土资源的损失和生态景观的破坏。

2 解决城市地质环境问题的途径

地质环境问题研究涉及地质学、地理学、灾害学、城市规划学、社会科学等多学科内容，以往的研究大多针对某一学科视角[7]。

2.1 地质学视角

主要体现在工程地质与城市规划相结合的研究上。在城市发展过程中，不断出现了很多新的地质环境问题，同时城市规划地质领域也在不断丰富和拓展。传统的工程地质也逐渐向环境地质领域转变，出现了包括地质灾害、土壤、水环境、地质资源等诸多方面的综合地理信息系统，进一步完善了城市发展决策尤其是规划决策中的信息，提高了城市对地质环境问题进行防范的本质安全性。

2.2 地理学视角

研究者大多是从宏观地域系统入手，对地质环境问题与城市发展的相互作用研究主要体现在人地关系地域系统的研究上，因为他们将地质环境归为“地”的一部分，将城市发展归位“人”的一部分。有学者提出了人地关系地域系统的概念，其研究目标是探求该系统内各要素间的相互作用、系统整体行为和调控机理。包括协调工程理论、熵值原理等。基于以上理论，有学者开展了城市发展与地质环境系统相互作用量化的研究，然而研究侧重于对地质环境资源（包括土地资源、矿产资源、旅游资源等）与城市发展宏观指标的分析，并不是着眼于地质环境问题，还是属于宏观层次人地关系的范畴。

2.3 灾害学范畴

从灾害学视角，涉及地质环境方面的内容，大多是针对某一种或一类地质灾害进行风险评估。也形成了针对地震、滑坡、火山等地质灾害的风险评估。然而，随着社会经济的快速发展，人们开始认识到，对单一灾种的风险评估已经无法满足城市综合风险管理的需求，急需开展多灾种的综合风险评估工作。在多灾害综合风险评估研究中，学者们将地质灾害作为自然灾害系统的一部分，对自然灾害进行综合风险评估，可以指导区域灾害风险减缓。

2.4 规划学视角

从规划学角度，对城市地质环境的研究主要体现在土地利用规划或城市规划等“软措施”手段对地质环境问题进行规避。土地利用规划主要涉及未来发展区和非建设用地区，是以区域内全部土地为对象，对土地开发、利用、整治、保护等方面做统筹安排和长远规划；城市规划主要涉及建成区和规划发展区，是一定时期内城市发展的蓝图。

综合以上四种研究视角来看，由于城市地质环境问题的多学科交叉性，研究者们更多的是从某一学科视角，存在主要问题一是缺乏对城市地质环境问题的多灾种综合研究。没有综合考虑出现地质环境问题的原因，以及对多灾种之间的耦合关系；二是缺乏地质环境问题与城市发展相互作用的系统性研究。地质环境问题制约着城市发展，城市发展又“扰动”着地质环境。三是缺乏多学科综合交叉性研究，城市地质灾害问题集地质、地理学、灾害学和规划学等内容为一体，很难用单一学科理论和知识来对其进行阐述。

3 土地工程视角下的城市地质环境治理

城市发展过程中面临着土地资源利用、水资源和地下空间开发问题。土地资源利用中存在土地利用率低、对土壤污染的发生、土壤肥力退化过程机制的认识不清楚和对土地资源质量变化的生态风险评价与预警研究薄弱等问题。这些问题都可以通过土地工程手段得以解决。土地工程核心任务是以土体有机重构为主体，增加土地利用范围，提高土地生产力，满足有机生命体承载需求。土地工程研究范围主要界定于地表到第一层潜水层以上，纵向跨度从几厘米到数百米，根据目标值的不同，取其一定深度范围进行研究和改造重构，从而达到目标生命体所需承载的基础条件[8]。

土地工程的研究核心是土体有机重构。在土体有机重构中，土体是一个完整的生命系统，依赖土体而生存的微生物、植物、动物和人类等生命体都是其服务对象，它不仅关注土体层级结构、颗粒级配的构建，也关注土体养分元素、土体有害元素的调控，并对于重构土体结构的长期稳定性和环境影响力、美学效应作持续性设计。土体通过合理有效的重构，剔除障碍因素（盐害、重金属危害、放射性危害等化学障碍；砂砾层、硬盘层、姜石层等物理性障碍；地下水渍涝、地表水冲毁等水害），建立符合作物生长、工程建设要求的土壤质量与构造特征及土地环境保障措施等，为人类提供能够健康生产的农用地和安全居住的建设用地，改善人类生活和生产的环境。

因此，土地工程可以直接为人类提供更多的可利用土地，促进生态文明的发展。例如，在废弃的矿山地区，可以通过化学、生物等措施降低或消除污损土体的重金属污染，提升土体质量，并通过恢复林地、耕地和草地，构建新的生态系统，彻底改善区域生态环境现状。同时，土地工程可以间接解决人类生存发展中面临的其他生态问题，为人类生存环境的持续改善提供途径。目前，雾霾四处蔓延，环境污染引发的公害病、职业病时间屡见不鲜。土地具有强大的吸附作用，是污染物的重要集散地，通过土地工程的实施，首先改变点尺度环境质量，继而改善区域生态环境质量，长时间效应下必会改善整个生态环境质量。土体有机重构的实施，为人类提供了能够安全居住的建设用地，使人类能更好地在地球上生活。

参考文献：

[1]张甘霖，赵玉国，杨金玲，等.城市土壤环境问题及其研究进展[J].土壤学报，2007，44（5）：925-933.

[2]蒋海燕，刘敏，黄沈发，等.城市土壤污染研究现状与趋势[J].安全与环境学报，2004，4（5）：73-77.

[3]卢瑛，龚子同，张甘霖，等.南京城市土壤重金属含量及其影响因素[J].应用生态学报，2004，15（1）：123-126.

[4]汤鸿霄.环境纳米污染物与微界面水质过程[J].环境科学学报，2003，23（2）：146-155.

[5]薛强，梁冰，刘晓丽.有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展[J].生态环境学报，2002，11（1）：90-93.

[6]侯庆龙，左江博.岩土工程施工對环境污染与可持续发展的影响[J].城市建设理论研究：电子版，2014（3）.

[7]卢颖.海西区地质环境问题与城市发展的相互作用与对策研究[D].中国地质大学，2015.

[8]韩霁昌，孙婴婴，张扬，等.复配型土体有机重构技术初探——以砒砂岩与沙复配成土为例[J].西部大开发（土地开发工程研究），2016（7）：16-23.

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