[科普中国]-环境工程地质学

基本信息

释文：环境工程地质学是工程地质学的一个分支，是研究由于人类工程活动所引起的区域性环境变化和有害的工程地质作用的学科。这些有害的工程地质作用，包括由于水库蓄水引起的浸没、水库蓄水和深井注水诱发的地震、大量抽取地下水和石油以及地面沉降等。环境工程地质学研究这些有害的工程地质作用产生的条件和机制，提出减弱或消除它们的方针和措施，为制定利用、保护和改造地质环境等方案提供依据。

历史发展诞生时期环境工程地质学是传统工程地质学的一个重大发展，同时又是工程地质学与环境科学或环境地质学之间的一门边缘学科。也就是说，它是在工程地质学和环境地质学的基础上，当然主要是在工程地质学的基本原理和方法的基础上，开始逐步形成的。

工程地质学成为一门独立的学科已是本世纪30年代的事。在70年代初，国际上环境保护问题提上了议事日程。开始，比较偏重于大气圈和水圈的问题，但很快就涉及到岩石圈。并且，从1970～1981年，相继出版了几本环境地质学专著。2

国内外发展1980年，在巴黎召开的工程地质协会全体会议，提出了进行环境评价和开发的工程地质研究的任务。1982年，在新德里召开的第四届国际工程地质大会，列出了“环境评价和开发的工程地质研究”这一专题进行学术交流和讨论，出现了一批实例性和方法性的论文。可以认为，这次大会是环境工程地质学开始逐步形成的起点。

我国的环境工程地质学研究起步较晚。1982年，全国环境工程地质专题学术座谈会是一个良好的开端。会议着重讨论了环境工程地质学的科学概念和研究方法以及我国当前的研究重点，并交流了已有的工作经验。对我国环境工程地质工作的开展，有较大的推动和指导作用。1984年3月，在成都召开的第二届全国工程地质大会，收到了与环境评价和开发有关的文章达119篇。这表明我国环境工程地质学的研究取得了新的成果。

科学定义目前，环境工程地质学正处于逐步形成的阶段，尚难给它下一个严密的科学定义。

一般认为，地质环境是指在人类影响下的岩石圈上部（也有人说成地壳上部）。它的上限是地表面，下限是人类作用于地壳的深度。在我国有不少人认为，环境工程地质学不可能把整个地质环境包括在自己的研究范围内，只能研究其中的工程地质环境。对工程地质环境的定义有两种看法。一种认为，工程地质环境是指：处于人类活动影响下的那部分地质环境中的、自然地质及工程地质作用和现象与人类工程－经济活动的相互作用及其所发生的变化等。目前影响的深度仅几十米乃至几百米。但是，随着人类工程－经济活动不断向深部发展，其影响深度将不断增大。另一种认为，工程地质环境是指：由人类工程－经济活动所改变了的地质环境而形成的、新的地质环境。例如，黄河在郑州以下的河道，是人工河道，就是一种工程地质环境。3

研究目的环境工程地质学的研究基础是区域工程地质条件（包括自然地质作用）。关于环境工程地质学的研究对象，有三种不同的认识。第一种认为，是研究人类工程－经济活动与地质环境之间的相互作用和相互影响。第二种认为，是研究人类工程－经济活动引起的地质环境的变化及其对人类总环境造成的影响。并认为，第一种认识与传统工程地质学的研究对象没有差别。第三种认为，是研究地质灾害。而且，对地质灾害的研究范围又有两种不同的看法。一种认为，自然地质灾害和人为地质灾害都要研究，并把灾害地质学简单定义为防灾的地质学。另一种认为，主要研究与工程建筑有关的地质灾害。

主要特点总体性由于环境工程地质学是工程地质学的发展，因此，它必然和工程地质学有许多共同点。这主要表现在环境工程地质学的理论基础，仍然是工程地质学的基本原理和方法。环境工程地质学与工程地质学的区别，主要表现在它的以下五个特点上：

目的性环境工程地质研究的着眼点是在开发、利用地质环境时，注意在较大区域内防止工程地质条件的恶化，保护有利的工程地质环境，或者通过对地质环境的利用和改造，创造出对人类有利的新的地质环境。

区域性工程地质学侧重研究各个具体工程场地的工程地质条件，而环境工程地质学则主要研究人类活动影响下的区域性工程地质环境的变化。

值得指出的是，由于自然地质环境与一定的地质、地理和气候单元相联系，不同地区人类工程－经济活动的类型、组合和特点不同，因此区域性环境工程地质研究在不同地区将有不同的问题和特色。

例如，在农业地区，环境问题涉及土地利用、水土保持、水土资源开发、森林保护与开发以及工业发展而造成的土地退化和污染等。

在城市地区，工业、人口集中，人类工程－经济活动对环境影响很严重。同时，由于环境恶化而造成的灾害，对城市建设造成严重的威胁和损失。例如，香港城市建筑导致大量滑坡；罗马城下火山岩大量洞挖开采造成城市建筑物地基失稳；上海和天津过量提取地下水引起地面沉降；西安地面沉降引起地裂缝等。这些都是城市地区引人注目的环境工程地质问题。

综合性在河谷地区，河流开发的环境工程地质问题，主要与水力资源开发、水利水电工程活动有关。大面积地下水动态变化带来许多问题。这就要求在进行水工建筑物可行性论证的同时，进行多学科的、系统的环境可行性论证，包括水库地震、水位抬高的影响、淹没和移民、森林砍伐、开挖土石的堆存等。从而，使河流开发利用和工程规划方案比较合理。

在山区，地质条件复杂，地质灾害突出。山区开发必须建立在很好的环境工程地质研究的基础上。山城、矿冶、水电、道路、森林维护和采伐、木材加工业的发展，都要求有综合的环境评价。在山区建设中，山坡开挖导致的滑坡、泥石流的大量增加，是一种重要的山区环境工程地质问题。

预测性一方面要全面考虑研究区内多种工程－经济活动对地质环境的综合影响；一方面要广泛应用多学科（包括社会经济学、数学、力学、物理化学、地质学等）的理论和方法，综合研究环境工程地质问题。

研究和总结过去和现在，在人类工程经济活动的影响下地质环境的变化，其目的在于预测未来地质环境的可能变化。要预测其变化趋势，尽力做到在时间上、空间上和强度上进行定量预测。预测的目的在于控制和防御。

能动性为此，要继续揭露与各类工程－经济活动有关的环境工程地质问题的表现形式，研究其发生、发展规律。对已掌握的各种环境工程地质问题，要在继续研究、总结发育规律的基础上，研究其形成机制和预测方法。当其形成机制较为清楚时，要进行定量预测理论和方法的研究。开展系统的环境工程地质观测，将有助于地质环境变化趋势和环境工程地质问题发展趋势的定量预测。

主动提出改造和治理地质环境的各种工程措施和其他措施，使之形成更有利于人类的、良好的地质环境。

研究方法环境工程地质学的研究方法，主要有环境工程地质调查和制图、地质灾害调查、环境工程地质观测、类比和模拟以及预测评价等。

环境工程地质调查是环境工程地质研究的基础工作。通过区域性工程地质条件以及地质环境在自然地质作用和人类工程－经济活动影响下的变化的调查研究，进行环境工程地质预测。

环境工程地质图件，既要反映区域性工程地质条件，又要反映、预测规划的工程项目可能引起的工程地质环境的变化。为此，要对环境工程地质图的编制原则和方法进行研究。法国M·Arnold（阿诺）教授提出了编制地质环境系列图的建议。图件比例尺为1∶5万至1∶20万。其内容包括土层、岩层、岩土特性、土壤、地貌、水文、地下水、气候、外生及内生自然灾害、天然资源、土地利用、人类活动影响等。印度在几个地区，为了进行土地利用的自然环境潜力评价，编制了反映环境特征的地质、地貌、坡度形态、岩土工程地质性质、土壤及土地利用等专题性图件（比例尺1∶10万～1∶20万）。制图方法主要是利用航片解释和遥测，结合有限的现场查证。我国“河南省郑州地区环境工程地质图（1∶2.5万）”、“河南平顶山市环境工程地质图”（1∶2.5万）的编制，也是环境工程制图的新探索。

以上研究方法具有区域性、综合性、预测性的特点。通过环境工程地质调查和制图，可以为地质环境的合理开发、工程设施的合理规划及减少地质灾害的影响等，提供区域背景和基础工程地质资料。

各种地质灾害，诸如地面沉降、地裂缝、地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流，水库淤积、塌岸、浸没、盐碱化、沼泽化、水土流失、地表水和地下水的枯竭等的调查研究，都包含着环境工程地质研究的内容。主要研究其形成条件、发生原因和机制、发育规律、对人类生产、生活环境的危害及防治措施。

环境工程地质研究特别是定量预测，要求开展系统的环境工程地质观测（或监测），即利用各种先进技术和方法对地质环境的变化和环境工程地质问题的发展进行专门观测。例如，规模巨大的葛洲坝水利枢纽工程，势必对当地的工程地质环境产生巨大的影响。如果进行系统的观测，及时取得工程地质环境变化过程的信息和这种变化与有关因素的相关关系，将有助于环境工程地质定量预测，有利于环境保护。又如，对西北、西南滑坡、泥石流比较集中且影响到交通安全的地区，可利用航空摄影和遥感技术进行普查和检测，每隔三、五年进行一次，以便对其发展趋势进行预测。

对已建的大型工程和城市建设中出现的环境工程地质问题，如三门峡水库的淤积、边岸再造和浸没，上海等城市的地面沉降等，要从环境工程地质的角度进行系统总结，为今后类似地区的工程建设提供类比的借鉴，为环境工程地质类比法的应用创造条件。还应开展环境工程地质模拟试验的研究。

在采用上述方法进行环境工程地质研究的基础上，进行环境工程地质预测评价。关键是定时间、定空间和定强度的定量预测评价。

环境工程地质学的研究在国内外都已跨出了第一步。虽然有少数人认为，没有建立环境工程地质学的必要。但是，环境工程地质学的逐步形成和发展，似乎是一种不可阻挡的潮流。环境工程地质学的研究，对于人类工程－经济活动的发展以及人类的生活和生存都具有重大的意义，使工程地质学的一个重要发展方向，也似乎是不可否认的。我国的工程规划、设计工作者，工程地质工作者，应当在这方面做出贡献。4

理论体系形成经过多年实践，逐渐体会到：工程建筑与其所在的地质环境之间存在着相互制约、相互作用的关系，这就是环境工程地质学研究的对象。前面已经谈到工程地质问题的定义，当时还没有抓住本质，还没有认识到二者相互制约、相互作用的关系这种哲学高度上来进行考察。最初我们把注意的重点放在工程地质条件对建筑物的适宜性方面，以后才注意到二者的相互作用所引发的工程地质问题。在开展环境问题研究之后才理解到，不单工程地质条件制约着工程建筑，而且工程建筑也制约着地质环境，引起环境工程地质问题。这就明确了：不论工程地质问题，还是环境工程地质问题，都是由工程建筑和地质环境（可由工程地质条件来表征）二者相互制约和相互作用的矛盾关系引发出来的。抓住这个纲，才能以辩证唯物主义的哲学思想指导工程地研究方向。以此作为研究对象，就涵盖了工程地质的整个研究范畴。在这种矛盾关系中工程地质条件是基本的，它制约着工程建筑，尤其是其中的薄弱环节，取不利的因素，对工程建筑的规模和类型起着控制作用。因为建筑物的规模愈大，则其所施加于地质体的应力愈强，建筑物的不同，其施加应力的方向和形式也就不同，地质体在不同应务作用下所引起的变形大小和表现方式也随之不同。变形过大超过地质体的容许能力，变形发展为破坏，建筑物也随之失宣布是发生事故，这就是工程地质问题。由建筑物破坏而造成的灾害，以及建筑物作用于地质环境而直接造成的灾害，就成为环境问题。

工程地质问题和环境地质问题是可以预测的，只要查清工程地质条件，又有了规划设计部门所提供的有关工程建筑的类型和规模，尤其是建筑物作用力的大小和性质，就可以建立二者相互作用的物理模型，进而建立计算模型，作出问题的定性分析和定量分析，对建筑场地给予工程地质评价，指出问题的严重，哪些地质因素不利，不能满足工程建筑的要求。应当采取何种措施予以补救，是减小建筑物的规模以适应地质条件，还是采取工程处理措施，改善条件，以满足建筑物的要求、消除不良影响。这要从技术条件上和经济合理性上进行比较才能确定。由上述可知，环境工程地质学研究的目标在于协调工程建筑与工程地质条件之间的矛盾关系，既保证工程建筑造福人类，又避免它对环境造成不良影响。

经过多年的实践和理论研究，90年代初终于在我们编写《中国环境工程地质学》一书时总结出了我国环境工程地质学的理论体系，这说是：以工程地质条件的研究为基础，以工程地质问题的分析为核心，以工程地质评价为目的，以工程地质勘察为手段。这是我国环境工程地质学的特色，《中国环境工程地质学》就是按照这一理论体系编写的。5