城市生态与环境地质论文

城市生态与环境地质论文

一、青岛市的地质－生态环境问题分析

(一)青岛市的环境工程地质问题

1.矿山环境工程地质问题

青岛地区的矿产主要以非金属矿为主，可分为两大类:一类是石材、砂类，包括花岗岩和大理岩及建筑用砂，花岗岩主要分布在崂山、大泽山、小珠山等地，大理岩则主要分布在平度、莱西等地的荆山群及粉子山群中，建筑用砂主要分布在大沽河下游地带;另一类是石材以外的非金属矿，种类比较多，分布也比较广，但以荆山群及粉子山群中的石墨为主。金属矿产分布较少，以金为主，主要产在平度、莱西等地。

矿石环境地质问题主要由采矿造成，包括对植被和农田的破坏、雨季引起的渣石流及水的污染，采空区的崩塌、积水、矿山简易道路引起的滑坡、采矿、采砂对风景区和自然保护区的破坏等。青岛地区最为重要的矿石环境地质问题是采矿对植被和农田的破坏、矿区排污对地下水的污染，以平度石墨采区、莱西一带最为严重。

2.崩塌

青岛地区的崩塌主要指岩体的崩塌，多发生在崂山、小珠山、大泽山等地势陡峻地带，该区险石林立，断裂带纵横切割，裂隙发育，风化强烈，组成山体斜坡的岩体被若干组结构面切割成规模不等的多面体，在重力、地表水、震动作用下，岩体发生失稳快速下落，有岩块滑动、崩落、坍塌等不同方式。近年来，随着经济建设的快速发展，开山辟路、工程建设及废气的采石场，破坏了山体边坡地应力的自然平衡，加大了崩塌隐患，在每年的雨季，大小不等的岩体崩塌、滑落时有发生，对人民的生命财产、公路交通及旅游业造成了一定的危害。

3.地裂缝

地裂缝是地表岩土体在自然或人为因素作用下产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度裂缝的地质现象，其形成原因复杂多样。

1983年9月中旬一场大雨过后，青岛市城阳去仲村西北沿青———即公路东侧10多米处发现一条走向25°，长80m、宽约0.3～0.4m、深度大约1.5m的地裂缝，该地裂缝始于1981年初，后于1982年7月及1983年9月两次出现，均发生在雨后，并逐次有所延长。

4.滨岸侵蚀

青岛地区由于绝大部分海岸是基岩海岸，侵蚀灾害主要发生在局部沙质海岸部位。众所周知，沙质和粉沙质海岸是宝贵的旅游资源。但由于前些年海岸带地区的无计划开发，特别是无限制的掠夺性挖沙给沙质海岸环境带来一系列的灾害。如青岛流清河一带的挖沙，使海岸侵蚀加剧，波及公路桥梁安全，迫使公路内迁。

(二)青岛市的环境水文地质问题

1.原生环境水文地质问题

青岛地区主要地方病为斑龋病(氟斑牙)及氟骨病，属生物地球化学疾病之一，这主要是由于长期饮用氟含量高的水及食用含氟高的粮食、蔬菜，使过量的氟积存在体内导致，而其中饮水是人体氟的主要来源，约占总量的65%。青岛地区的氟病发病区主要分布在大沽河中下游西岸至胶莱河之间的山前冲积平原低洼地区，氟含量最高区在平度市中庄镇西北一带，最高为国家标准饮用水标准的13.75倍，为高氟病重点防治地区，另外在莱西市夏格庄、姜山镇、即墨太址庄等地附近也有零星分布。

高氟区地形主要为平缓或封闭的盐碱低洼区，上覆第四系粉质黏土中普遍夹有不规整的钙质结核层，含氟量较高，底部基岩为白垩系清山群和王氏群碎屑岩类，氟含量达(545～600)×10－6，且易溶系数高。

高氟区地下水特点为:地下水径流交替缓慢，偏碱性，pH=7.5～8.3，阳离子中Ca占主导地位。

2.人为环境水文地质问题

(1)海(咸)水入侵

青岛地区的海(咸)水入侵，主要发生在地下水比较丰富、开采集中、开采量大且靠近海(咸)水的地区，也有因改变耕作方式或沿海滩涂开发不当造成的。

(2)区域地下水污染

地下水水质污染是指在人为活动影响下，地下水的物理、化学、生物特性发生不利于人类生活或生产的变化，其结果造成原本紧缺的地下水资源无法利用或因处理被污染的地下水而造成用水成本提高和资源浪费。地下水循环速度慢，一旦污染很难恢复，因此预防和治理地下水水质污染非常重要。

选取能够代表青岛地区地下水水质污染状况的Cl－、SO2－4、矿化度、硬度、NO－3、NO－2、酚、锰等指标，进行地下水水质污染分析。结果表明，小沽河上游补给区为金矿和石墨矿集中分布区，工业污染比较严重，再加上农业污染，水质曾严重超标，近几年通过治理整顿，污染势头得到控制;支流大沽河主要受莱西市排污影响，经过污染治理，Cl－有下降趋势，但水质仍然超标，如孙受－朴木段;大沽河下游、白沙河－城阳河下游、张村－李村河、洋河、漕汶－岛耳河及王戈庄河下游主要为城镇工业污染及海水入侵，尤其近年的城市规划多将该处划为工业辐射区，随经济、城镇的发展，污染速度较快，主要超标组分有Cl－、SO2－4、NO－3、矿化度及总硬度、酚、锰等，急需加强整治，遏制污染加剧趋势。

(3)地下水降落漏斗

长期超量开采地下水资源，会使地下水位持续下降，形成地下水降落漏斗。青岛地区现存主要的地下水开采漏斗位于平度市南洼区，漏斗中心位于蓼兰－中庄附近，主要由蓼兰新华造纸厂超采和农灌超采引起。平度南洼漏斗是在20世纪70年代末、80年代初逐渐发展起来的，80年代以来，干旱持续时间较长，使地下水长期处于采大于补的状态。该漏斗在长时间中面积有扩有缩，基本在多年调节允许范围内，不是在无限扩展。该漏斗形成的原因主要是工农业开采，漏斗呈箕形向胶莱河扩展并延至高密市境内，其主要特征为:漏斗发育处于多年调节允许范围，且范围较小，深度较浅，另外距离海岸较远，由此带来的主要环境地质问题是地下水资源减少，取水深度及难度加大，大批浅井报废，易引起地下水测向径流污染。

2002年平度南洼漏斗现状是:枯水期漏斗面积146km2，漏斗中心水位埋深12.03m，最低水位标高－1.56m;丰水期漏斗面积199.7km2，漏斗中心水位埋深12.94m，最低水位标高－2.37m。总的来看，平度南洼漏斗现状处于收缩期，是蓼兰新华造纸厂停产、开采量减少、区域地下水径流向西补给的必然结果。

(三)青岛市的生态环境问题

1.植被发育情况

青岛地区的植被按其发育程度、种类可分为密林区、一般林区、稀疏林区、农田植被、沼泽植被、裸岩植被及其他植被等。

2.水土流失

(1)土壤类型

青岛地区的地形复杂，土壤类型较多，但主要有五大类，即棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土。青岛市土壤总面积82.55×104hm2，占土地总面积的74.35%。

(2)水土流失现状

2000年青岛地区全市水土流失总面积40.64×104hm2，占全市土地总面积的36.6%，轻、重、中等水力侵蚀面积占10.83%。耕地水土流失总面积22.92×104hm2，占水土流失总面积的56.4%，耕地中中等水力侵蚀面积9.65×104hm2，占水土流失总面积的23.8%，占耕地水土流失总面积的42.1%。草地水土流失面积880hm2，占水土流失总面积的0.22%。

3.农业污染情况

2000年青岛地区耕地面积为54.6×104hm2，农药施用总量达7451t，平均每公顷使用农药18.7kg。化学农药是农业生产中使用量最大、施用面积最广、毒性最高的一类有毒化学品，如此高的施用强度，使青岛市不少地区地下水受到污染，严重地破坏了农业生态的平衡，农林病虫鼠害的天敌资源被大量灭杀，农产品品质令人担忧。

本次生态环境地质调查共采集地下水农药污染样品40件，测试项目为有机氯的六六六、滴滴涕两项指标和有机磷的甲基对硫磷、对硫磷、乐果、马拉硫磷4项指标，测试结果表明青岛地区地下水农药污染主要分布在大沽河、白沙河、洋河流域，以有机氯污染为主，尤以滴滴涕最为严重，检出率高达22.5%，超标率达15%，最大超标倍数达80倍。

4.污废水及垃圾排放

青岛市工业废水主要污染源排放区域为李沧区和四方区，主要行业为电力、化工、食品、造纸等。工业废水中COD排放量最大，其次为氨氮、石油类及挥发酚、氰化物、砷等。

青岛市饮用水源区范围内有众多的工业污染源(包括中、小企业)，排放工业废水直接或间接进入水源区的有70多家，年排废水500多万吨。排放污染物及废水量进入水源区最多的是莱西市的工业企业，废水量占总量的70%，纳污最多的水源地是大沽河干流江家庄以下河段，其次是小沽河、白沙河水源区内产生的生活污水及工业废水较多，全市生活污水中直接进入饮用水源区的为170多万吨/年，占总量的1.2%，其余污水就地排放蒸发或渗入地下。

青岛市区地处胶州湾东岸，南临黄海，市区工业废水经处理后或经城市污水处理厂处理后，大部分直接或间接进入胶州湾，少部分排入黄海或莱州湾。

随着青岛市区城区面积不断扩大和流动人口的增加，城市生活垃圾产生量逐年增加，2001年生活垃圾产生量为125×104t，较上年度有所增加。生活垃圾的处理方式主要采取填埋方式，清运率和垃圾无害化处理率均达100%。

二、青岛市地质－生态环境质量现状评价

1.评价指标体系的选取

根据青岛市地质－生态环境质量评价的特点和要求，制定较为详尽的评价指标体系，包括自然生态环境、地质环境和人为环境3个系统，地貌类型、土壤类型、植被发育程度、森林覆盖率、平均降水量、地下水富水性、水土流失问题、海水入侵、面源污染问题、岩土体类型、地壳稳定性、地下水污染状况、斜坡环境变异问题、矿山环境问题、人口密度、耕地面积比例、地下水开采程度、单位面积国民生产总值等具体指标。

本次评价范围以青岛市地质图作为底图，将评价区域划分为2765个2.0km×2.0km评价单元，对每个单元根据相应指标进行赋值评价。

上述指标赋值的方法有3种:一是根据实测结果得来，如地下水富水性、地下水开采程度等;二是根据统计计算得来，如人口密度、单位面积国民生产总值等;三是根据实际情况，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类工程地质环境质量分别用1、2、3、4标度。

2.评价模型与计算过程

评价模型仍采用神经网络BP模型，参照分区指标，确定40个样本(单元)为学习样本，输入指标18个，输出层神经元1个，隐层神经元1个，隐节点数20个，最大总误差为0.01，最大个体误差为0.001，训练次数只需200次即可，正常系统误差为0.00996，得到的结果要求保留小数点后6位，系统收敛情况很好。样本学习结束之后，就可以判断其余样本的归属问题，根据输出结果，判定某一样本属于哪一类生态地质环境质量区。整个计算根据神经网络的BP模型，由计算机完成。根据该模型的计算结果，编制青岛市地质环境质量分区图(图14－5)。

3.评价结果分析

计算结果表明，青岛市分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类地质－生态环境质量区，它们所占的比例分别是28%、25.6%、36%和10.4%。

1)地质－生态环境质量优良区(Ⅰ类区):分布在青岛中东部崂山中低山区，北部大泽山低山区，南部的低山丘陵，莱西北部丘陵等地区，占全区面积的28%。该类区自然生态环境优良，植被发育，一般无明显的环境地质问题，有少量崩塌点，采矿、采石坑少，局部有轻微的水土流失，地下水质量为Ⅲ级，人类工程活动强度不大。

2)地质－生态环境质量良好区(Ⅱ类区):分布在中北部冲洪积平原、剥蚀堆积准平原的大部分地区，胶南市东南地区，青岛市区周围等地区，占全区面积的25.6%。该类区自然生态环境良好，植被比较发育，一般有较明显的环境地质问题，如有少量采矿、采石坑分布，地下水质量为Ⅲ-Ⅳ级，有地表污染源，人类工程活动强度较大。

图14－5 青岛市地质－生态环境质量评价分区

3)地质－生态环境质量中等区(Ⅲ类区):分布在青岛市北部的平度－莱西一带的采矿点，平度市西部，胶州湾沿海地区，崂山北部，胶南东部、北部地区，占全区面积的36%，在各类区中占比例最大。该类区自然生态环境中等，植被不很发育，一般有明显的环境地质问题，例如，采矿过程中，形成了采矿坑、矿渣堆，并在采矿过程中形成大量废水，由此引起植被破坏，边坡失稳、地下水污染等问题。地表水和地下水污染程度较重，平度西南部一般分布由于地下水高氟引起的地方性氟中毒症，地下水污染，地表水资源贫乏，地下水超采引起了地下水降落漏斗。人类工程活动强度大。

4)地质－生态环境质量较差区(Ⅳ类区):分布在青岛市北部的平度－莱西一带的采矿点，胶州湾沿海地区，胶南市北部地区，占全区面积的10.4%。该类区自然生态环境较差，植被不很发育，一般有很明显的环境地质问题，一是采矿引起比较严重的生态环境破坏问题和地质环境破坏问题，二是海咸水入侵。人类工程活动强度大。

生态地质学的历史及现状

尽管生态地质学的产生已孕育了较长的过程，但过去地质学家在这一领域中所做的工作却是有限的，研究历史及现状仅仅通过数篇论文反应出来。生态地质学的研究历史可以划分为两个发展阶段。 我们专攻生态地质学方面的研究起步较晚，国外专攻生态地质学方面的文章也不多。在国内，陈梦熊发表的“论生态地质环境系统与综合性生态环境地质调查”和林景星（1999）发表的“生态环境地质学概述”，基本表达了目前生态环境地质学研究的现状。陈梦熊(1999)从环境地质学的观点出发，把地质环境作为一个独立的非生物系统,提出在自然生态环境与社会生态环境双重影响下，研究地质环境与人类和生存环境之间的关系,即生态地质环境系统的新概念。建议把传统的水文地质学、工程地质学以及灾害地质、城市地质、农业地质等内容,概括称为生态环境地质。他强调地质环境系统、自然环境系统和社会经济系统三者之间存在相互影响、相互制约的紧密关系，且把三者之间错综复杂的演变机制，视作一个动力系统,称之为生态地质环境系统。对人类社会起主导作用的地质环境,在自然环境与社会经济环境的双重影响下，既可向良性循环发展,也可向恶性循环发展。他建议把研究生态地质环境系统的科学称为生态环境地质学。林景星以城市生态环境为研究原型，从环境污染角度提出：“生态环境地质学是一门研究人类地质活动所引起的地球最表层(含生物圈、水圈)的物质移动和能量转换规律及其所产生的正面效应和负面效应对人类生存环境影响的科学”。他认为生态环境地质学应以生物体为主体,研究其对各类环境地质条件的反映，并着重研究有史以来人为地质作用（特别是大规模的经济活动）对人类生存环境的影响。

生态环境变化地质指标体系研究

一、内容概述

（一）项目背景

在1987年和1992年两次地球环境峰会之后，世界各国相继建立了“环境状况公报体系”，包括大气、水和生物指标在内的生态环境指标，用于监测环境变化，保障可持续发展。但其中普遍忽视了土壤、基岩、地下水等各种地质因素。为此，国际地科联（IUGS）通过其地学为环境规划服务委员会（COGEOENVIRONMENT）建立了一个专门机构——国际地质指标工作组（IWGEOIN），负责研究和编制用于环境公报或报告和生态系统管理的地质指标（Geoindicator），并于1996年发布了包括27个地质指标在内的地质指标清单（Geoindicators Checklist）。

我国复杂、多变、脆弱的地质生态环境以及经济发展和人为活动加剧了生态环境地质问题的危害，研究产生这些生态环境地质问题的原因、自然作用与人为影响之间的关系以及对生态经济和人类健康的影响，建立快速评价生态环境变化的指标体系具有十分重要的意义。我国的管理者和环境地质工作者高度关注国际地质指标工作组的研究成果，并试图引入到我国环境地质调查和管理中。同时，也认为国际地质指标工作组所建立的地质指标都是分散的、独立的，未构成统一的体系，这在某种程度上也阻碍了地质指标的推广和应用。因此，在2004年9月中国地质调查局启动了“生态环境变化地质指标体系研究”立项论证工作，并于2005年正式开展工作。

（二）取得的主要成果

项目吸收借鉴了国际地质指标研究成果和理念，对国际地质指标研究成果进行系统地研读、译校和综述。在全面分析国内外地质指标研究进展和存在问题的基础上，确定了我国环境地质指标体系构建和应用的基本思路和框架。形成了以“影响-状态-后果”模型和“压力-状态-响应”模型为理论框架分别构建调查指标体系和监测指标体系的基本思路，并结合我国主要生态环境问题和社会经济发展需求，针对石漠化、沙漠化、草地退化、湿地退化、海岸线变化、城市水土环境变化等6大类生态环境问题，分别构建了环境地质调查指标体系和环境地质监测指标体系，为科学评价地质环境变化和完善环境地质调查监测体系提供了技术支撑。

（三）主要创新点

1.首次深入介绍了国际地质指标研究成果，提出了环境地质指标的概念

通过对国际地质指标概念和27个地质指标的分析，将地质指标表述为在百年或更短尺度上描述地球表层地质作用和现象的变化幅度、频度、速率和发展趋势的一系列参数。借鉴国际地质指标研究成果，结合我国地质环境状况和社会经济发展需求，提出了环境地质指标的概念。环境地质指标是在百年或更短尺度上描述地球表层地质作用和现象的形成条件和影响因素、发育分布状态和变化（形态、规模、尺度、幅度、频度、速率和发展趋势）以及产生的后果和给人类造成的危害的一系列地质环境参数。

2.研究建立了环境地质指标体系构建思路，丰富了地质指标的内容，同时为地质指标的应用探索了有效途径

在研究、借鉴国际地质指标研究成果的基础上，结合我国的实际，从各种生态环境问题的形成和演化规律出发，首次提出了“影响-状态-后果”模型（CSR模型）和以此为依据构建环境地质调查指标体系框架，进而从地质环境管理的视角出发，以国际广泛应用的“压力-状态-响应”模型（PSR模型）为基础，建立了环境地质监测指标体系框架。

3.构建了石漠化环境地质指标体系，提出了石漠化治理技术和模式

在统一的CSR模型和PSR模型框架下，建立了石漠化环境地质调查和监测指标体系。通过对石漠化环境地质响应指标研究，提出了石漠化治理技术和模式，为石漠化治理提供了科学的地质标准。

4.构建了沙漠化环境地质指标体系，弥补了沙漠化指标体系中缺乏地质指标的不足

分析和研究了沙漠化的形成条件、存在状态及引起的环境变化，依据CSR模型建立了沙漠化环境地质调查指标体系，依据PSR模型建立了沙漠化环境地质监测指标体系。弥补了沙漠化指标体系中缺乏地质指标的不足，为今后沙漠化评价提供了更为科学的地质标准和监测依据。

5.构建了草地退化环境地质指标体系，深入分析筛选了草地退化重要环境地质指标

在对草地退化生态环境问题的形成条件、发育分布现状、发展趋势、后果与危害等进行系统分析的基础上，深入分析了造成草地退化的主控因子，在统一的CSR模型和PSR模型框架下，建立了草地退化环境地质调查和监测指标体系。从草地赖以生存的地质环境角度，全面地分析和研究了表征草地退化的各种环境地质指标，对于评价我国草地资源的安全性，制定合理的区域生态保护和经济开发决策、保护和恢复草地资源效用具有重要意义。

6.构建了湿地退化环境地质指标体系，遴选了出不同湿地退化类型的环境地质指标

掌握了我国各种类型湿地的分布、动态变化特点及其退化过程、退化原因和机制。在CSR模型和PSR模型框架下，构建了湿地退化的环境地质指标体系框架，并遴选出不同湿地退化类型的环境地质指标。系统研究了湿地退化的过程和机制、湿地演化规律，建立的湿地退化的地质指标，可为湿地管理以及湿地恢复和重建提供理论依据。

7.构建了海岸线变化环境地质指标体系，研究了不同海岸带类型的环境地质指标

研究了南、北方海岸的形态与特征、海滩的形态和沉积特征等，分析了造成海岸线变化的主要环境地质因子。应用CSR模型和PSR模型，建立了海岸线变化环境地质调查和监测指标体系，并进行了实地考察校验。成果可应用于海岸带地质环境调查与监测，为政府制定政策和科学管理服务。

8.构建了城市水土环境变化环境地质指标体系，形成了典型城市地质环境调控方案

针对当前国际环境地质指标研究缺乏系统性以及在我国适用性不强的特点，根据CSR模型，提出了一套描述城市水土环境变化的地质环境调查指标体系；在此基础上，从演化趋势和防治对策中抽取主控因子，以PSR模型框架为主线构建监测指标体系。选择能源矿产典型城市———大庆市进行指标敏感性计算，对指标进行赋权和瓶颈因子的识别，确定了引起大庆市水土环境变化的主要驱动因子，确定了大庆市地质环境调控方案。

二、应用范围及应用实例

（一）成果应用范围

项目成果可应用于国土、环保等相关部门的规划和技术标准的起草和制定，可服务于地质环境管理和地质环境保护，完善地质环境调查监测体系，并能在相关领域的科学研究中得以推广应用。

（二）成果推广应用实例

1.项目成果为国土资源部履行地质环境管理职责提供了参考依据和技术支撑

项目成果在编制《国土资源调查评价“十二五”规划》和起草修订环境地质调查评价技术标准中被引用，为国土资源部部署环境地质调查评价工作、履行国土资源和地质环境管理职能提供了重要的参考依据和技术支撑。

2.项目成果在生态建设规划、环境规划及环境保护中发挥了科技支撑作用，环境效益及社会效益明显

中国地质科学院环境工程技术设计研究院在组织开展的地学及生态系统污水处理技术研发，城市生态环境规划及新农村建设城镇环境规划，工业园区规划及大型矿山生态环境影响评价中均不同程度利用了“生态环境变化地质指标体系研究”成果。

3.项目成果为各省地质环境管理和地质环境保护提供了重要技术支撑

内蒙古地质环境监测院在编制“十二五”内蒙古自治区地质环境防治规划、内蒙古自治区重点生态功能区划等相关规划的前期研究工作中及2011年完成的“河套平原地下水资源及其环境问题调查”中，引用了“生态环境变化地质指标体系研究”项目成果，为规划的编制和项目的研究提供了技术支撑。

4.项目成果为完善我国环境地质调查监测体系提供了技术参考和科学借鉴

针对我国生态环境变化显著且与人类生存生活密切相关的各类生态环境问题，所建立的环境地质调查和监测指标体系，为实施环境地质调查监测工作，可提供很好的借鉴及理论依据。目前，在我国华北平原开展的水土环境地质监测工作，已应用该体系实施监测网络建设。

三、推广转化方式

媒体宣传、会议交流、咨询服务、技术培训等。

技术依托单位：中国地质环境监测院

联系人：褚洪斌　李瑞敏

通讯地址：北京市海淀区大慧寺20号

邮政编码：100081

联系电话：

电子邮件：，