土地工程視角下的城市地質環境治理

陳科皓

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

關鍵詞：城市地質環境問題；解決途徑；土地工程

中圖分類號：X141 文獻標志碼：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

進入新時期，我國的城市化進程繼續加速，不斷增強的人類工程——經濟活動，對城市地質的作用強度越來越大，城市地質環境問題日益突出。地質環境是關系人類社會發展的重要基礎，為人類提供基礎的生存空間，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。大規模城市建設、資源開發、廢棄物堆放、污染物排放等引起了一系列地質問題和地質災害，危及城市居民生命財產安全，制約了城市的可持續發展和生態文明建設。2017年11月15日，國土資源部中國地質調查局首次發布《城市地質調查總體方案（2017-2025年）》。方案提出，將啟動200個地級以上城市的地質調查工作，目標到2025年完成全國338個地級以上城市1：5萬基礎性綜合地質填圖。目前，做好城市地質調查是進行城市規劃、建設和管理的基礎性和重要性工作，主要目標任務是查明城市的地質、資源和環境基本狀況，評價城市發展的資源與環境承載能力，為城市可持續發展提供基礎支撐。

1 城市地質環境問題的主要類型

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。其中主要來于工業生產中產生的各種污染物排放到大氣中造成的，包括金屬冶煉、化工等工礦企業在生產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，交通運輸污染包括各種交通工具排放的尾氣等也對城市大氣環境污染的重要來源。

1.2 城市水資源環境問題

1.2.1 城市水災問題

城市水災包括城市洪災和城市內澇?！俺鞘袃葷场笔墙鼛啄晡覈鞘胁〉牡湫痛?，以其高發和影響力之大引起了各方的廣泛關注。城市內澇造成的危害是多方面的，一是強大暴雨，路面積水嚴重；二是影響交通秩序以及居民正常生活；三是造成嚴重的財產損失。許多專家學者從不同的角度探討了城市內澇的產生原因和解決途徑。城市水災發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減災意識等多個方面。而且，城市化過程中基礎設施條件直接影響了水災的發生。例如，城市建設過程造成的地表過度硬化使得土壤入滲能力下降，產生了地表徑流，另外城市地上和地下建設的不協調，對于城市地下管網設計能力不足，造成暴雨降臨時，雨水無處可排，致使城市內澇高發。

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，水資源短缺嚴重制約了我國經濟社會的快速發展，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、水質污染嚴重、供需矛盾突出、水資源過量開采和浪費等。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。由于水體環境的污染，我國南方多水地區出現了水質性缺水問題。面對資源型缺水和水質性缺水的雙重困擾，我國部分城市都陷入了“有水難用”的困境。

1.2.3 水環境污染、水質惡化問題

城市水環境在城市發展中具有生活與生產、防洪排澇、生態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，造成的水環境污染、水質惡化等問題使城市水環境失去了原有的生態功能，制約了城市的健康發展。目前，流經城區的河段受到嚴重污染，重點河段中Ⅰ、Ⅱ類的河段僅占28%，Ⅲ類河段占28%，Ⅳ、Ⅴ類河段占50%。

1.3 城市土壤環境問題

城市土壤是保護城市環境的一個重要生態屏障，在城市化和工業化的進程中，城市土壤發揮著重要的生態服務功能，然而由于城市土壤的超負荷承載，導致的土壤自身質量下降，造成了嚴重的土壤退化問題。造成城市土壤環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量的好壞都與城市土壤有著緊密的聯系。因此，城市土壤環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系統的重要組成部分，不僅為城市綠色植物的生長提供了生長的介質和養分供應，而且為土壤微生物提供了棲息地和能量來源，對一個城市的生態可持續發展有著重要意義[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現象，土壤壓實導致城市土壤物理性質退化嚴重。由于壓實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荷增加，影響城市氣候參數，進而加劇城市熱島效應；影響土壤中的溫度、微生物活動和養分轉化，進而影響植物的正常生長，使得根系活力變弱，根系量少，大大降低了樹木的成活率，壽命縮短。

1.3.2 城市土壤化學退化

（1）富營養化

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重[2]。其在城市生態系統中，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，經新陳代謝重新進入環境。由于城市人口的高度密集，人類活動頻繁，使得大量養分元素進入城市生態系統。集中于城市生態系統的物質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移至城市之外；另一部分滯留在城市土壤之中，因為土壤是很多循環過程的終端，至少是一個相對穩定具有較長周轉周期的環節。

（2）重金屬污染

城市土壤是構成城市環境的重要部分，頻繁的人類活動和密集的工業、交通運輸影響，對城市土壤造成了強烈的擾動，土壤重金屬污染是其中最為嚴重的城市環境問題。城市土壤中的外源重金屬主要來源于廢棄物處理、交通運輸、家庭活動、采礦和冶煉、發電廠、制造業、化石燃燒等。有學者[3]對南京城市土壤重金屬污染研究發現，礦冶工業區污染強度最高，市中心的商業區和老居民區次之，風景區和新開發區污染較輕。

（3）有機污染物

隨著城市化和工業化進程的加快，城市和工業區附近的土壤有機污染日益加劇，多環芳烴、農藥、多氯聯苯、鄰苯二甲酸酯等有機污染物在工業區周圍的土壤中超過國家標準多倍。由于土壤有機物污染引起的疾病和環境公害事件比比皆是。土壤環境中存在許多納米級尺度的有機污染物，對生態環境和人體的危害極大。另外，土壤環境中的持久性或難降解有機物污染物和持久性或難降解的有毒化合物通過揮發、林濾、地表徑流攜帶等方式進入土壤環境體系中殘留，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 城市巖土工程地質環境問題

隨著經濟的快速發展和城市化進程的加快，人類在城市開發建設中必然會面對諸多地質環境問題，包括建設帶來的地基沉降、變形，巖土環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力場的變化，會直接導致周圍地基土體產生較大的位移和變形，并會使得周邊建筑物、道路、地下管線等重要設施產生不均勻沉降甚至發生開裂破壞，影響其正常的使用功能。深基坑變形包括維護結構變形、圍護結構后的地表沉降、基坑底部的回彈和隆起等。

1.4.2 環境污染問題

巖土工程施工中，會不可避免的對周圍環境造成影響。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程中，發生在城市建成區及周邊地區，由城市開發建設活動引發的人為水土流失現象。城市水土流失引起和加劇的主要因素是認為不合理的活動，越是在人口密度大、經濟建設活動多的點，對水土資源的影響也越大。當城市建設規模和開發建設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景觀的破壞。

2 解決城市地質環境問題的途徑

地質環境問題研究涉及地質學、地理學、災害學、城市規劃學、社會科學等多學科內容，以往的研究大多針對某一學科視角[7]。

2.1 地質學視角

主要體現在工程地質與城市規劃相結合的研究上。在城市發展過程中，不斷出現了很多新的地質環境問題，同時城市規劃地質領域也在不斷豐富和拓展。傳統的工程地質也逐漸向環境地質領域轉變，出現了包括地質災害、土壤、水環境、地質資源等諸多方面的綜合地理信息系統，進一步完善了城市發展決策尤其是規劃決策中的信息，提高了城市對地質環境問題進行防范的本質安全性。

2.2 地理學視角

研究者大多是從宏觀地域系統入手，對地質環境問題與城市發展的相互作用研究主要體現在人地關系地域系統的研究上，因為他們將地質環境歸為“地”的一部分，將城市發展歸位“人”的一部分。有學者提出了人地關系地域系統的概念，其研究目標是探求該系統內各要素間的相互作用、系統整體行為和調控機理。包括協調工程理論、熵值原理等。基于以上理論，有學者開展了城市發展與地質環境系統相互作用量化的研究，然而研究側重于對地質環境資源（包括土地資源、礦產資源、旅游資源等）與城市發展宏觀指標的分析，并不是著眼于地質環境問題，還是屬于宏觀層次人地關系的范疇。

2.3 災害學范疇

從災害學視角，涉及地質環境方面的內容，大多是針對某一種或一類地質災害進行風險評估。也形成了針對地震、滑坡、火山等地質災害的風險評估。然而，隨著社會經濟的快速發展，人們開始認識到，對單一災種的風險評估已經無法滿足城市綜合風險管理的需求，急需開展多災種的綜合風險評估工作。在多災害綜合風險評估研究中，學者們將地質災害作為自然災害系統的一部分，對自然災害進行綜合風險評估，可以指導區域災害風險減緩。

2.4 規劃學視角

從規劃學角度，對城市地質環境的研究主要體現在土地利用規劃或城市規劃等“軟措施”手段對地質環境問題進行規避。土地利用規劃主要涉及未來發展區和非建設用地區，是以區域內全部土地為對象，對土地開發、利用、整治、保護等方面做統籌安排和長遠規劃；城市規劃主要涉及建成區和規劃發展區，是一定時期內城市發展的藍圖。

綜合以上四種研究視角來看，由于城市地質環境問題的多學科交叉性，研究者們更多的是從某一學科視角，存在主要問題一是缺乏對城市地質環境問題的多災種綜合研究。沒有綜合考慮出現地質環境問題的原因，以及對多災種之間的耦合關系；二是缺乏地質環境問題與城市發展相互作用的系統性研究。地質環境問題制約著城市發展，城市發展又“擾動”著地質環境。三是缺乏多學科綜合交叉性研究，城市地質災害問題集地質、地理學、災害學和規劃學等內容為一體，很難用單一學科理論和知識來對其進行闡述。

3 土地工程視角下的城市地質環境治理

城市發展過程中面臨著土地資源利用、水資源和地下空間開發問題。土地資源利用中存在土地利用率低、對土壤污染的發生、土壤肥力退化過程機制的認識不清楚和對土地資源質量變化的生態風險評價與預警研究薄弱等問題。這些問題都可以通過土地工程手段得以解決。土地工程核心任務是以土體有機重構為主體，增加土地利用范圍，提高土地生產力，滿足有機生命體承載需求。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百米，根據目標值的不同，取其一定深度范圍進行研究和改造重構，從而達到目標生命體所需承載的基礎條件[8]。

土地工程的研究核心是土體有機重構。在土體有機重構中，土體是一個完整的生命系統，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對象，它不僅關注土體層級結構、顆粒級配的構建，也關注土體養分元素、土體有害元素的調控，并對于重構土體結構的長期穩定性和環境影響力、美學效應作持續性設計。土體通過合理有效的重構，剔除障礙因素（鹽害、重金屬危害、放射性危害等化學障礙；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、工程建設要求的土壤質量與構造特征及土地環境保障措施等，為人類提供能夠健康生產的農用地和安全居住的建設用地，改善人類生活和生產的環境。

因此，土地工程可以直接為人類提供更多的可利用土地，促進生態文明的發展。例如，在廢棄的礦山地區，可以通過化學、生物等措施降低或消除污損土體的重金屬污染，提升土體質量，并通過恢復林地、耕地和草地，構建新的生態系統，徹底改善區域生態環境現狀。同時，土地工程可以間接解決人類生存發展中面臨的其他生態問題，為人類生存環境的持續改善提供途徑。目前，霧霾四處蔓延，環境污染引發的公害病、職業病時間屢見不鮮。土地具有強大的吸附作用，是污染物的重要集散地，通過土地工程的實施，首先改變點尺度環境質量，繼而改善區域生態環境質量，長時間效應下必會改善整個生態環境質量。土體有機重構的實施，為人類提供了能夠安全居住的建設用地，使人類能更好地在地球上生活。

參考文獻：

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