淺析堤防工程對(duì)環(huán)境地質(zhì)影響

張 琦

一、堤防工程與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系

堤防工程所處的地質(zhì)環(huán)境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。江河湖岸地層中的地下水(松散沉積物中的孔隙水，二元結(jié)構(gòu)地層中的承壓水)與江河湖水之間的水力聯(lián)系十分密切，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。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)模巨大，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，但在相同的地質(zhì)環(huán)境和工程地質(zhì)單元上，工程地質(zhì)條件則相對(duì)較為簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)問(wèn)題也相對(duì)較為明確。如果不從環(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。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)堤防工程措施的實(shí)施，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，是需要認(rèn)真思考和研究的。

二、堤防工程帶來(lái)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

1.堤基垂直防滲阻斷地下水的正常排泄引起的環(huán)境地質(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結(jié)構(gòu)地層，在外河水位高于堤內(nèi)側(cè)地面高程時(shí)均不同程度地存在堤基滲漏問(wèn)題。堤基滲漏并不可怕，對(duì)堤基穩(wěn)定影響最大的是滲透破壞。當(dāng)滲透水流坡降大于堤基土體的臨界水力坡降時(shí)，滲透破壞就會(huì)發(fā)生。工程上對(duì)于滲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)滲徑的作用)、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)實(shí)踐證明效果較好。

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)行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)最短路徑排向江河湖海中。顯然，當(dāng)實(shí)施了一定范圍內(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，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)題隨之產(chǎn)生。

如果大范圍截?cái)嗔说叵滤呐判雇ǖ?，地下水位被壅高之后，或于地表低洼處出溢，形成水塘直接以蒸發(fā)形式與大氣層進(jìn)行平衡交換；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)壅高了的地下水位，使得土地發(fā)生沼澤化或鹽堿化，對(duì)農(nóng)作物、建筑物、人類生存環(huán)境的影響將勢(shì)在必然。地下水位壅高致使水流不暢，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，甚至達(dá)到飽和，使原本能夠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)。

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，有可能引起建筑物基礎(chǔ)應(yīng)力條件的改變，出現(xiàn)建筑物失穩(wěn)，地面裂縫和局部塌陷的情況。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)下巨大的地下調(diào)節(jié)和分蓄洪水庫(kù)，江河水位必然要升高。由于在相同來(lái)水量條件下河水位的升高，迫使加高堤防，而實(shí)際上防洪標(biāo)準(zhǔn)又沒(méi)有提高，導(dǎo)致自然生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)。

堤基汛期滲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，需要各專業(yè)間的互相配合，認(rèn)真論證，找出比較符合客觀實(shí)際的解決方案，爭(zhēng)取做到防止?jié)B透破壞取得較好的效果，又不至于引起嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

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?，其取土原則是：就近開(kāi)采，盡量不占用或少占用耕地，在堤基安全保護(hù)區(qū)范圍之外取土。但是在實(shí)施過(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，不在堤基安全保護(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，改變了可以安全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)雖然在堤基安全保護(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)有實(shí)施多少保護(hù)措施，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，基本上是從河漫灘中開(kāi)采的，如果不按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開(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。

4.堤防工程可能引起的其他環(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)情進(jìn)行搶險(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)淵塘一般按規(guī)范要求進(jìn)行填平處理，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泄出口，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)間和實(shí)踐去檢驗(yàn)。

三、關(guān)于避免堤防工程引起環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的原則

為了保護(hù)堤防，也為了使自然環(huán)境不被人為破壞，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礎(chǔ)。各類堤防工程方案在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)注意幾個(gè)原則：（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)處理滲透破壞問(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)行大規(guī)模垂直防滲，即使局部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)料可取而需要占用耕地的，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。

四、結(jié)語(yǔ)

堤防工程的建設(shè)，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。就防止堤基滲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接受的方案之一，但其效果并不理想。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，必須引起足夠重視。本文所論述的地質(zhì)環(huán)境破壞情況僅為說(shuō)明環(huán)境保護(hù)的重要性。堤防的安全事關(guān)重大，不容輕視，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，由于江河流域上游植被的破壞，水土流失嚴(yán)重，河水含砂量增加，導(dǎo)致中下游河道淤積。人類與洪水戰(zhàn)斗的宏偉目標(biāo)應(yīng)該賦以新的內(nèi)涵，提出代表人類智慧的新思路。現(xiàn)在和今后長(zhǎng)期要做的工作是加強(qiáng)全民的環(huán)保意識(shí)，以維護(hù)整個(gè)大環(huán)境系統(tǒng)為目標(biāo)，達(dá)到保護(hù)區(qū)域環(huán)境的目的