堤防工程與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

1、堤防工程與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題摘要：由于人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的影響或改變，導(dǎo)致了一些異常自然現(xiàn)象的產(chǎn)生，1998年全國(guó)流域性的特大洪水，除了大氣環(huán)境反常外，與我們不注意保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境也有必然的聯(lián)絡(luò)。在汛后大規(guī)模的堤防建立過(guò)程中，由于防止堤基浸透破壞而采取的垂直防滲措施的施行，將帶來(lái)一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。本文在此說(shuō)明我們的觀點(diǎn)，希望引起大家的重視關(guān)鍵詞：堤防水利洪水環(huán)境地質(zhì)防滲工程1998年全國(guó)流域性的特大洪水，損失是沉重的。大洪水給人們以大警示，因此在汛后的很短時(shí)間內(nèi)，國(guó)家投入了大量人力物力進(jìn)展堤防工程建立。堤防工程建立的主要內(nèi)容是對(duì)那些達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn)和汛期出現(xiàn)險(xiǎn)情的堤防進(jìn)展整險(xiǎn)加固。堤防出險(xiǎn)主要是堤基浸透

2、破壞、江河水流沖刷產(chǎn)生崩岸、堤基軟弱產(chǎn)生沉降變形破壞、堤身散浸或脫皮滑坡等；一些堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)不夠，出現(xiàn)子堤擋水或漫堤潰堤等險(xiǎn)情。1998年汛期的堤防工程，可謂是八方告急呼救，到處險(xiǎn)象環(huán)生。所有出險(xiǎn)問(wèn)題中，與地質(zhì)有直接關(guān)系且隱蔽性最強(qiáng)、危險(xiǎn)性最大的是堤基的浸透破壞，牽動(dòng)全國(guó)的九江潰口就是堤基浸透破壞引起的。針對(duì)這些情況，在進(jìn)展工程設(shè)計(jì)時(shí)，采取的主要措施是進(jìn)步堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已出險(xiǎn)的堤段進(jìn)展必要的加固，例如對(duì)易崩岸部位進(jìn)展拋石護(hù)坡，標(biāo)準(zhǔn)不夠的進(jìn)展加高加固，對(duì)堤身滲漏采取錐探灌漿，而對(duì)堤基的浸透破壞那么除了采取加長(zhǎng)加厚鋪蓋外，比擬普遍的是對(duì)堤基采取垂直防滲措施。堤防工程建立與地質(zhì)環(huán)境有著非常親密

3、的關(guān)系，地質(zhì)環(huán)境可以影響堤防建立，堤防工程也會(huì)反作用于地質(zhì)環(huán)境，帶來(lái)新的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。1堤防工程與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系堤防工程是為了抵御洪、潮水給人類(lèi)正常活動(dòng)以及生存環(huán)境帶來(lái)的自然災(zāi)害而修建的水利防護(hù)工程的總稱(chēng)。堤防工程的主體是眾所周知的各類(lèi)擋水堤、墻，而堤上的各類(lèi)閘、涵、洞、管等穿堤建筑物以及堤防維護(hù)、搶險(xiǎn)所需的交通和通訊設(shè)施等等，那么應(yīng)歸為堤防工程的附屬工程或附屬建筑物。1.1堤防工程的特點(diǎn)(1)線路長(zhǎng)，分布范圍廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建堤防總長(zhǎng)20余萬(wàn)公里，尚有假設(shè)干堤防工程正在規(guī)劃和建立之中，主要分布在各大江大河的干、支流上和各湖泊周?chē)把睾Ｒ粠А?2)堤防工程的主體主要是線性水工建筑物，其它附屬

4、建筑物那么另當(dāng)別論。(3)堤防工程的主體大堤，多為階段性(或臨時(shí)性)擋水建筑物，建筑物高度在數(shù)米至十余米之間，并不象大壩一樣是常年擋水的數(shù)十米至數(shù)百米高的集中式樞紐建筑物。(4)堤防工程的主要附屬建筑物之一是支流(溝)與主流集合口附近的擋水閘，這種閘往往具有雙向擋水的性質(zhì)，這與大壩的受力條件是有區(qū)別的。(5)堤防工程有嚴(yán)格的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于特別重要的一級(jí)堤防，例如保護(hù)江漢平原的荊江大堤，是不允許潰堤的；而一般性的河灘圍堤，在超過(guò)設(shè)計(jì)洪水時(shí)那么只好放棄。但是對(duì)于大壩而言，根本上是不允許垮壩的，在勘測(cè)設(shè)計(jì)施工運(yùn)行的全過(guò)程中，均采取非常慎重的運(yùn)作策略。1.2堤防工程所處的地質(zhì)環(huán)境堤防工程所處的地質(zhì)環(huán)境

5、多為江河沖洪積平原區(qū)，地層以第四系沖積、洪積、湖積相為主；堤防工程的地基大多座落在此類(lèi)沉積相的漫灘和一級(jí)階地之上；也有一些堤防工程是在岸邊崗地丘陵區(qū)，但不多見(jiàn)；還有一些城市的堤防工程是建在人工填土(雜填土、素填土)之上，例如武漢城區(qū)的部分堤防工程。就某一地區(qū)或某一河段的堤防工程而言，其所處的地質(zhì)環(huán)境相比照擬簡(jiǎn)單；從全國(guó)范圍內(nèi)的堤防工程來(lái)論，其地質(zhì)環(huán)境那么相對(duì)較為復(fù)雜。長(zhǎng)江中下游與黃河中下游的地質(zhì)環(huán)境顯然是不同的；南方河流與北方河流的地質(zhì)環(huán)境也有區(qū)別；湖泊、海堤的地質(zhì)環(huán)境與江河漫灘更是相差甚遠(yuǎn)。堤防工程所處地質(zhì)環(huán)境的一個(gè)重要特征是，水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，地下水的補(bǔ)排關(guān)系較為明確。江河湖岸地層中的

6、地下水(松散沉積物中的孔隙水，二元構(gòu)造地層中的承壓水)與江河湖水之間的水力聯(lián)絡(luò)非常親密，互為階段性的補(bǔ)排關(guān)系。堤防工程所處的江河湖岸既是堤內(nèi)地下水的排泄邊界，又是江河湖水位較高時(shí)補(bǔ)給堤內(nèi)地下水的補(bǔ)給邊界。這種邊界條件一旦改變，實(shí)際上就是地質(zhì)環(huán)境的改變，這是我們應(yīng)該認(rèn)真考慮的。1.3堤防工程與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系堤防工程的特點(diǎn)決定了堤防工程對(duì)地質(zhì)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性，工程雖然規(guī)模宏大，線性工程跨越了不同的工程地質(zhì)單元，地質(zhì)環(huán)境差異較大，但在一樣的地質(zhì)環(huán)境和工程地質(zhì)單元上，工程地質(zhì)條件那么相對(duì)較為簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)問(wèn)題也相對(duì)較為明確。假如不從環(huán)境地質(zhì)的角度來(lái)考慮，單從工程建筑物本身的角度來(lái)看，堤防工程并不復(fù)雜

7、。堤防工程所處的地質(zhì)環(huán)境是客觀存在的現(xiàn)實(shí)，由于堤防工程的修建，或者說(shuō)堤防工程措施的施行，對(duì)客觀地質(zhì)環(huán)境的改變是毋庸置疑的。改變了客觀地質(zhì)環(huán)境，會(huì)帶來(lái)什么樣的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，這是我們地質(zhì)師需要認(rèn)真考慮和研究的。忽略了堤防工程的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，人類(lèi)社會(huì)肯定要受到大自然的懲罰。2堤防工程帶來(lái)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題堤防工程的三大主要工程地質(zhì)問(wèn)題：堤基土層在滲流作用下的浸透破壞、堤基為軟土層存在穩(wěn)定問(wèn)題、岸坡受水流沖刷側(cè)蝕產(chǎn)生崩塌破壞影響大堤平安。針對(duì)此三大工程地質(zhì)問(wèn)題需要采取相應(yīng)的工程處理措施。假如工程處理措施不當(dāng)或?qū)Φ刭|(zhì)環(huán)境的分析不夠，就可能帶來(lái)新的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。2.1堤基垂直防滲阻斷地下水的正常排泄引起的環(huán)境

8、地質(zhì)問(wèn)題堤基表層為砂性土，或砂性土埋藏較淺，或表層粘性土較薄的二元構(gòu)造地層，在外江水位高于堤內(nèi)側(cè)地面高程時(shí)均將不同程度地存在堤基滲漏問(wèn)題(實(shí)際上，只要外江水位高于堤內(nèi)地下水位時(shí)，滲漏就已經(jīng)發(fā)生了)。堤基滲漏并不可怕，對(duì)堤基穩(wěn)定影響最大的是浸透破壞。當(dāng)浸透水流坡降大于堤基土體的臨界水力坡降時(shí)，浸透破壞就會(huì)發(fā)生。工程上對(duì)于浸透破壞一般采用鋪蓋(增加上伏粘性土層的厚度，也有延長(zhǎng)滲徑的意思)、堤內(nèi)側(cè)設(shè)排水減壓井、淺基截滲墻和垂直防滲帷幕。前三種方法是堤基防滲的傳統(tǒng)工程處理措施，較為適用，多年來(lái)的理論證明效果也是較好的。而最后一種即垂直防滲那么是1998大洪水后普遍被提及和宣傳的一種以往很少用于堤防工程

9、(多用于大壩壩基)的防滲措施。一般說(shuō)來(lái)，江河湖海是區(qū)域性地表水和地下水的最低排泄基準(zhǔn)面，由于堤防工程的興建，地表水將只能通過(guò)閘、泵等穿堤建筑物排出堤外；在沒(méi)有進(jìn)展堤基垂直防滲的情況下，地下水仍然能按照區(qū)域性地下水的總體流向，通過(guò)最短途徑排向江河湖海中。顯然，當(dāng)施行了一定范圍內(nèi)的連續(xù)性垂直防滲措施后，天然狀態(tài)下的地下水滲流場(chǎng)被人類(lèi)工程活動(dòng)改變了，水文地質(zhì)條件發(fā)生了一定程度的變化，有些地方可能發(fā)生了根本性的變化，地下水的排泄通道被阻斷了，它的出路在哪里？地下水沒(méi)有了出路，實(shí)際上是地質(zhì)環(huán)境的改變，新的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題將隨之產(chǎn)生。假如大范圍截?cái)嗔说叵滤呐判雇ǖ?，地下水位被雍高之后，或于地表低洼處出溢，?/p>

10、成水塘直接以蒸發(fā)形式與大氣層進(jìn)展平衡交換；或選擇更大范圍的區(qū)域性的排泄途徑向更遠(yuǎn)的排泄基準(zhǔn)面運(yùn)移。但是無(wú)論地下水以何種方式尋找出路，已經(jīng)雍高了的地下水位，使得土地發(fā)生沼澤化或鹽堿化，對(duì)農(nóng)作物、建筑物、人類(lèi)生存環(huán)境的影響將勢(shì)在必然。地下水位雍高致使水流不暢，出現(xiàn)水的礦化度升高，水中微生物數(shù)量增多，導(dǎo)致水質(zhì)惡化；由于地下水位的升高，使得建筑物地基，尤其是土基中的含水量增高，甚至到達(dá)飽和，使本來(lái)可以滿足建筑物要求的土基的物理力學(xué)指標(biāo)降低，導(dǎo)致建筑物發(fā)生沉降或不均勻沉降，出現(xiàn)失穩(wěn)或開(kāi)裂。特別是對(duì)于一些靠山臨水的地區(qū)(如江西景德鎮(zhèn)、臨川、上饒等城市)，大氣降水的相當(dāng)一部分滲入植被覆蓋良好的地下，通過(guò)山前

11、沖積平原二元構(gòu)造的程度徑流區(qū)，于河谷岸邊排入天然河道。施行了封閉式的垂直防滲之后，使得這些原來(lái)每年僅受數(shù)日洪水威脅的城市將全年都在水中浸泡渡日。這種情況決不是聳人聽(tīng)聞，據(jù)反映，有些地方已經(jīng)出現(xiàn)了地下水位上升帶來(lái)的一系列問(wèn)題，這是地質(zhì)師們不該掉以輕心。2.2堤基垂直防滲阻斷江河湖水正常補(bǔ)給地下水引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題垂直防滲除了截?cái)嗟叵滤判雇ǖ缼?lái)一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題之外，由于江河湖岸又是附近區(qū)域地下水的補(bǔ)給邊界，沒(méi)有了大范圍的地表水的補(bǔ)給，同樣會(huì)打破地質(zhì)環(huán)境的平衡，仍然會(huì)引起新的另一類(lèi)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。歸結(jié)起來(lái)主要有：(1)地下水主要靠江河湖水集中補(bǔ)給的一些地區(qū)，當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)用水除了靠提或引取江河水之

12、外，另一主要來(lái)源是開(kāi)采地下水。由于截?cái)嗔撕铀虻叵滤难a(bǔ)給通道，地下水失去了江河湖這一直接補(bǔ)給源，形成只采不補(bǔ)的惡性環(huán)境，必然導(dǎo)致地下水位的下降，影響地下水的正常開(kāi)采與利用。城市區(qū)的地下水位下降后，有可能引起建筑物根底應(yīng)力條件的改變，出現(xiàn)建筑物失穩(wěn)，地面裂縫和部分塌陷的情況。城區(qū)地下水與江河湖水失去互相補(bǔ)排關(guān)系之后，地下水不能與外系統(tǒng)構(gòu)成循環(huán)，必然導(dǎo)致水質(zhì)惡化，新的環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題由此而生。(2)截?cái)嗔撕铀畬?duì)地下水的補(bǔ)給通道后，致使正常來(lái)水量情況下河水位偏高。因?yàn)楹拥罌](méi)有了正常向外“滲漏的條件，實(shí)際上是拋棄了江河兩岸天然狀態(tài)下宏大的地下調(diào)節(jié)和分蓄洪水庫(kù)，江河水位當(dāng)然要升高了。由于在一樣來(lái)水量條

13、件下河水位的升高，迫使我們不得不加高堤防，而實(shí)際上防洪標(biāo)準(zhǔn)又沒(méi)有進(jìn)步?？梢哉f(shuō)這是一種典型的人為的自作自受，人類(lèi)自身的作繭自縛，自然生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)。堤基汛期浸透破壞與垂直防滲后引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，本身就是一對(duì)矛盾。解決這樣的矛盾，處理好這樣的問(wèn)題，需要各專(zhuān)業(yè)間的互相配合，認(rèn)真論證，找出比擬符合客觀實(shí)際的解決方案，爭(zhēng)取做到防止浸透破壞獲得較好的效果，又不至于引起嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。2.3開(kāi)采筑堤建材引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題堤防工程大多是采用當(dāng)?shù)夭牧现?，其取土原那么是：就近開(kāi)采，盡量不占用或少占用耕地，在堤基平安保護(hù)區(qū)范圍之外取土。但是在施行過(guò)程中情況并非如此。一種情況是承包單位并未在勘測(cè)設(shè)計(jì)單位推

14、薦的料場(chǎng)取料，另一種情況是汛期搶險(xiǎn)時(shí)只能就近取土以解急用，這就可能因主動(dòng)或被動(dòng)地開(kāi)采筑堤料引起一些環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。(1)取土點(diǎn)在堤基附近，不在堤基平安保護(hù)區(qū)以外。由于取土，人為地破壞了天然的防滲鋪蓋，縮短了滲徑，改變了可以平安抵御洪水的天然水文地質(zhì)環(huán)境，增加了堤防出險(xiǎn)的可能性。(2)取土點(diǎn)雖然在堤基平安保護(hù)區(qū)以外，但由于堤防附近并沒(méi)有料場(chǎng)，不得不將農(nóng)田作為料場(chǎng)，開(kāi)采時(shí)未留下保護(hù)層，其結(jié)果是雖然保住了堤防，但也會(huì)造成大片農(nóng)田被破壞，而且不易復(fù)耕，可能產(chǎn)生土地砂化，使本來(lái)就有限的土地人為地減少。(3)堤防所需的塊石料大多是開(kāi)山采取，采石過(guò)程中除了施工影響外，還由于人們?cè)陂_(kāi)采時(shí)并沒(méi)有施行多少保護(hù)措施，

15、山上的植被受到嚴(yán)重破壞，開(kāi)采的石料和棄土被任意堆放，尤其是堆放在溝谷中的棄渣在暴雨期極易引起水土流失，可能形成泥石流，造成新的地質(zhì)災(zāi)害。(4)筑堤所需的砂礫石，根本上是從河漫灘中開(kāi)采的，假如不按設(shè)計(jì)要求進(jìn)展開(kāi)采，可能形成河道起伏不平，糙率增大，影響河水流態(tài)，從而改變河勢(shì)，造成河道變遷，引起新的問(wèn)題。以上情況均為開(kāi)采天然建材時(shí)，沒(méi)有環(huán)境保護(hù)意識(shí)而造成的，雖然人們已經(jīng)注意到此類(lèi)問(wèn)題，但由于各地情況不同，這種現(xiàn)象在一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)長(zhǎng)期存在，應(yīng)該繼續(xù)予以關(guān)注。2.4堤防工程可能引起的其它環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題汛期堤內(nèi)低洼淵塘常常發(fā)生險(xiǎn)情，且早期不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生冒泡噴水時(shí)也不易準(zhǔn)確判斷其滲漏性質(zhì)，只好按最壞險(xiǎn)

16、情進(jìn)展搶險(xiǎn)，增大了搶險(xiǎn)工作量和搶險(xiǎn)難度。為了減輕汛期搶險(xiǎn)壓力，堤內(nèi)淵塘一般按標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)進(jìn)展填平處理，以確保堤腳一定范圍內(nèi)不產(chǎn)生險(xiǎn)情隱患。然而，所有淵塘填平之后，也堵塞了地下水的排瀉出口，會(huì)給堤內(nèi)帶來(lái)什么樣的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，還有待研究，并需要時(shí)間和理論去檢驗(yàn)。3關(guān)于防止堤防工程引起環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的原那么為了保護(hù)堤防，也為了使自然環(huán)境不被人為的破壞，在加固或新建堤防時(shí)，首先要有環(huán)境意識(shí)，這是方案擬定和正確決策的基矗各類(lèi)堤防工程方案在施行過(guò)程中，應(yīng)注意幾個(gè)原那么：(1)對(duì)需加固的堤防應(yīng)盡量利用天然鋪蓋或加長(zhǎng)加厚鋪蓋，堤后設(shè)置減壓井和排水溝等措施來(lái)處理浸透破壞問(wèn)題；對(duì)于險(xiǎn)工險(xiǎn)段或砂性土堤基段，可根據(jù)實(shí)際地

17、質(zhì)條件適當(dāng)考慮垂直防滲措施，但決不可以在大范圍內(nèi)對(duì)全堤線進(jìn)展大規(guī)模垂直防滲，即使部分堤段采取了垂直防滲，也應(yīng)認(rèn)真研究由此而引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，提出解決方案。(2)對(duì)于堤防附近無(wú)料可取而必需占用耕地的，應(yīng)在取土?xí)r對(duì)取土深度科學(xué)地確定，留有一定厚度的可植層以備復(fù)耕。(3)河道內(nèi)取料應(yīng)盡量在主河槽內(nèi)，且開(kāi)挖深度高差不宜過(guò)大，在河道彎曲和狹窄段不宜開(kāi)采。(4)開(kāi)挖塊石料應(yīng)盡量少破壞表層植被，開(kāi)采棄渣料應(yīng)有固定的堆放場(chǎng)地。4結(jié)語(yǔ)堤防工程的建立，不同程度地改變和破壞了自然環(huán)境，某些后果可能比堤毀更為嚴(yán)重，而且不易恢復(fù)。有些問(wèn)題需要在一定的時(shí)間后才能顯現(xiàn)出來(lái)，故不易引起人們的重視。就防止堤基浸透破壞的工程措施而言，垂直防滲的目的較為明確，是人們普遍看好且容易承受的方案之一，但其效果并不理想。從長(zhǎng)江干堤除險(xiǎn)加固工程滲流試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，懸掛式垂直防滲降低水力坡降僅為1%10%，且造價(jià)高。而垂直防滲帶來(lái)的一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題將是長(zhǎng)期深遠(yuǎn)的，必須引起我們的足夠重視。本文所闡述的地質(zhì)環(huán)境破壞情況僅為昭示環(huán)境保護(hù)的重要性。堤防的平安事關(guān)重大，不容輕視。我們所希望的是在加固或修筑堤防時(shí)，應(yīng)該有環(huán)境保護(hù)意識(shí)。眾所周知，由