環境工程地質學

釋文：環境工程地質學是工程地質學的一個分支，是研究由於人類工程活動所引起的區域性環境變化和有害的工程地質作用的學科。這些有害的工程地質作用，包括由於水庫蓄水引起的浸沒、水庫蓄水和深井注水誘發的地震、大量抽取地下水和石油以及地面沉降等。環境工程地質學研究這些有害的工程地質作用產生的條件和機制，提出減弱或消除它們的方針和措施，為制定利用、保護和改造地質環境等方案提供依據。

環境工程地質學是傳統工程地質學的一個重大發展，同時又是工程地質學與環境科學或環境地質學之間的一門邊緣學科。也就是説，它是在工程地質學和環境地質學的基礎上，當然主要是在工程地質學的基本原理和方法的基礎上，開始逐步形成的。

工程地質學成為一門獨立的學科已是本世紀30年代的事。在70年代初，國際上環境保護問題提上了議事日程。開始，比較偏重於大氣圈和水圈的問題，但很快就涉及到岩石圈。並且，從1970～1981年，相繼出版了幾本環境地質學專著。 ^[2] 

1980年，在巴黎召開的工程地質協會全體會議，提出了進行環境評價和開發的工程地質研究的任務。1982年，在新德里召開的第四屆國際工程地質大會，列出了“環境評價和開發的工程地質研究”這一專題進行學術交流和討論，出現了一批實例性和方法性的論文。可以認為，這次大會是環境工程地質學開始逐步形成的起點。

我國的環境工程地質學研究起步較晚。1982年，全國環境工程地質專題學術座談會是一個良好的開端。會議着重討論了環境工程地質學的科學概念和研究方法以及我國當前的研究重點，並交流了已有的工作經驗。對我國環境工程地質工作的開展，有較大的推動和指導作用。1984年3月，在成都召開的第二屆全國工程地質大會，收到了與環境評價和開發有關的文章達119篇。這表明我國環境工程地質學的研究取得了新的成果。

目前，環境工程地質學正處於逐步形成的階段，尚難給它下一個嚴密的科學定義。

一般認為，地質環境是指在人類影響下的岩石圈上部（也有人説成地殼上部）。它的上限是地表面，下限是人類作用於地殼的深度。在我國有不少人認為，環境工程地質學不可能把整個地質環境包括在自己的研究範圍內，只能研究其中的工程地質環境。對工程地質環境的定義有兩種看法。一種認為，工程地質環境是指：處於人類活動影響下的那部分地質環境中的、自然地質及工程地質作用和現象與人類工程－經濟活動的相互作用及其所發生的變化等。目前影響的深度僅幾十米乃至幾百米。但是，隨着人類工程－經濟活動不斷向深部發展，其影響深度將不斷增大。另一種認為，工程地質環境是指：由人類工程－經濟活動所改變了的地質環境而形成的、新的地質環境。例如，黃河在鄭州以下的河道，是人工河道，就是一種工程地質環境。 ^[3] 

環境工程地質學的研究基礎是區域工程地質條件（包括自然地質作用）。關於環境工程地質學的研究對象，有三種不同的認識。第一種認為，是研究人類工程－經濟活動與地質環境之間的相互作用和相互影響。第二種認為，是研究人類工程－經濟活動引起的地質環境的變化及其對人類總環境造成的影響。並認為，第一種認識與傳統工程地質學的研究對象沒有差別。第三種認為，是研究地質災害。而且，對地質災害的研究範圍又有兩種不同的看法。一種認為，自然地質災害和人為地質災害都要研究，並把災害地質學簡單定義為防災的地質學。另一種認為，主要研究與工程建築有關的地質災害。

由於環境工程地質學是工程地質學的發展，因此，它必然和工程地質學有許多共同點。這主要表現在環境工程地質學的理論基礎，仍然是工程地質學的基本原理和方法。環境工程地質學與工程地質學的區別，主要表現在它的以下五個特點上：

環境工程地質研究的着眼點是在開發、利用地質環境時，注意在較大區域內防止工程地質條件的惡化，保護有利的工程地質環境，或者通過對地質環境的利用和改造，創造出對人類有利的新的地質環境。

工程地質學側重研究各個具體工程場地的工程地質條件，而環境工程地質學則主要研究人類活動影響下的區域性工程地質環境的變化。

值得指出的是，由於自然地質環境與一定的地質、地理和氣候單元相聯繫，不同地區人類工程－經濟活動的類型、組合和特點不同，因此區域性環境工程地質研究在不同地區將有不同的問題和特色。

例如，在農業地區，環境問題涉及土地利用、水土保持、水土資源開發、森林保護與開發以及工業發展而造成的土地退化和污染等。

在城市地區，工業、人口集中，人類工程－經濟活動對環境影響很嚴重。同時，由於環境惡化而造成的災害，對城市建設造成嚴重的威脅和損失。例如，香港城市建築導致大量滑坡；羅馬城下火山岩大量洞挖開採造成城市建築物地基失穩；上海和天津過量提取地下水引起地面沉降；西安地面沉降引起地裂縫等。這些都是城市地區引人注目的環境工程地質問題。

在河谷地區，河流開發的環境工程地質問題，主要與水力資源開發、水利水電工程活動有關。大面積地下水動態變化帶來許多問題。這就要求在進行水工建築物可行性論證的同時，進行多學科的、系統的環境可行性論證，包括水庫地震、水位抬高的影響、淹沒和移民、森林砍伐、開挖土石的堆存等。從而，使河流開發利用和工程規劃方案比較合理。

在山區，地質條件複雜，地質災害突出。山區開發必須建立在很好的環境工程地質研究的基礎上。山城、礦冶、水電、道路、森林維護和採伐、木材加工業的發展，都要求有綜合的環境評價。在山區建設中，山坡開挖導致的滑坡、泥石流的大量增加，是一種重要的山區環境工程地質問題。

一方面要全面考慮研究區內多種工程－經濟活動對地質環境的綜合影響；一方面要廣泛應用多學科（包括社會經濟學、數學、力學、物理化學、地質學等）的理論和方法，綜合研究環境工程地質問題。

研究和總結過去和現在，在人類工程經濟活動的影響下地質環境的變化，其目的在於預測未來地質環境的可能變化。要預測其變化趨勢，盡力做到在時間上、空間上和強度上進行定量預測。預測的目的在於控制和防禦。

為此，要繼續揭露與各類工程－經濟活動有關的環境工程地質問題的表現形式，研究其發生、發展規律。對已掌握的各種環境工程地質問題，要在繼續研究、總結髮育規律的基礎上，研究其形成機制和預測方法。當其形成機制較為清楚時，要進行定量預測理論和方法的研究。開展系統的環境工程地質觀測，將有助於地質環境變化趨勢和環境工程地質問題發展趨勢的定量預測。

主動提出改造和治理地質環境的各種工程措施和其他措施，使之形成更有利於人類的、良好的地質環境。

環境工程地質學的研究方法，主要有環境工程地質調查和製圖、地質災害調查、環境工程地質觀測、類比和模擬以及預測評價等。

環境工程地質調查是環境工程地質研究的基礎工作。通過區域性工程地質條件以及地質環境在自然地質作用和人類工程－經濟活動影響下的變化的調查研究，進行環境工程地質預測。

環境工程地質圖件，既要反映區域性工程地質條件，又要反映、預測規劃的工程項目可能引起的工程地質環境的變化。為此，要對環境工程地質圖的編制原則和方法進行研究。法國M·Arnold（阿諾）教授提出了編制地質環境系列圖的建議。圖件比例尺為1∶5萬至1∶20萬。其內容包括土層、岩層、岩土特性、土壤、地貌、水文、地下水、氣候、外生及內生自然災害、天然資源、土地利用、人類活動影響等。印度在幾個地區，為了進行土地利用的自然環境潛力評價，編制了反映環境特徵的地質、地貌、坡度形態、岩土工程地質性質、土壤及土地利用等專題性圖件（比例尺1∶10萬～1∶20萬）。製圖方法主要是利用航片解釋和遙測，結合有限的現場查證。我國“河南省鄭州地區環境工程地質圖（1∶2.5萬）”、“河南平頂山市環境工程地質圖”（1∶2.5萬）的編制，也是環境工程製圖的新探索。

以上研究方法具有區域性、綜合性、預測性的特點。通過環境工程地質調查和製圖，可以為地質環境的合理開發、工程設施的合理規劃及減少地質災害的影響等，提供區域背景和基礎工程地質資料。

各種地質災害，諸如地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流，水庫淤積、塌岸、浸沒、鹽鹼化、沼澤化、水土流失、地表水和地下水的枯竭等的調查研究，都包含着環境工程地質研究的內容。主要研究其形成條件、發生原因和機制、發育規律、對人類生產、生活環境的危害及防治措施。

環境工程地質研究特別是定量預測，要求開展系統的環境工程地質觀測（或監測），即利用各種先進技術和方法對地質環境的變化和環境工程地質問題的發展進行專門觀測。例如，規模巨大的葛洲壩水利樞紐工程，勢必對當地的工程地質環境產生巨大的影響。如果進行系統的觀測，及時取得工程地質環境變化過程的信息和這種變化與有關因素的相關關係，將有助於環境工程地質定量預測，有利於環境保護。又如，對西北、西南滑坡、泥石流比較集中且影響到交通安全的地區，可利用航空攝影和遙感技術進行普查和檢測，每隔三、五年進行一次，以便對其發展趨勢進行預測。

對已建的大型工程和城市建設中出現的環境工程地質問題，如三門峽水庫的淤積、邊岸再造和浸沒，上海等城市的地面沉降等，要從環境工程地質的角度進行系統總結，為今後類似地區的工程建設提供類比的借鑑，為環境工程地質類比法的應用創造條件。還應開展環境工程地質模擬試驗的研究。

在採用上述方法進行環境工程地質研究的基礎上，進行環境工程地質預測評價。關鍵是定時間、定空間和定強度的定量預測評價。

環境工程地質學的研究在國內外都已跨出了第一步。雖然有少數人認為，沒有建立環境工程地質學的必要。但是，環境工程地質學的逐步形成和發展，似乎是一種不可阻擋的潮流。環境工程地質學的研究，對於人類工程－經濟活動的發展以及人類的生活和生存都具有重大的意義，使工程地質學的一個重要發展方向，也似乎是不可否認的。我國的工程規劃、設計工作者，工程地質工作者，應當在這方面做出貢獻。 ^[4] 

經過多年實踐，逐漸體會到：工程建築與其所在的地質環境之間存在着相互制約、相互作用的關係，這就是環境工程地質學研究的對象。前面已經談到工程地質問題的定義，當時還沒有抓住本質，還沒有認識到二者相互制約、相互作用的關係這種哲學高度上來進行考察。最初我們把注意的重點放在工程地質條件對建築物的適宜性方面，以後才注意到二者的相互作用所引發的工程地質問題。在開展環境問題研究之後才理解到，不單工程地質條件制約着工程建築，而且工程建築也制約着地質環境，引起環境工程地質問題。這就明確了：不論工程地質問題，還是環境工程地質問題，都是由工程建築和地質環境（可由工程地質條件來表徵）二者相互制約和相互作用的矛盾關係引發出來的。抓住這個綱，才能以辯證唯物主義的哲學思想指導工程地研究方向。以此作為研究對象，就涵蓋了工程地質的整個研究範疇。在這種矛盾關係中工程地質條件是基本的，它制約着工程建築，尤其是其中的薄弱環節，取不利的因素，對工程建築的規模和類型起着控制作用。因為建築物的規模愈大，則其所施加於地質體的應力愈強，建築物的不同，其施加應力的方向和形式也就不同，地質體在不同應務作用下所引起的變形大小和表現方式也隨之不同。變形過大超過地質體的容許能力，變形發展為破壞，建築物也隨之失宣佈是發生事故，這就是工程地質問題。由建築物破壞而造成的災害，以及建築物作用於地質環境而直接造成的災害，就成為環境問題。

工程地質問題和環境地質問題是可以預測的，只要查清工程地質條件，又有了規劃設計部門所提供的有關工程建築的類型和規模，尤其是建築物作用力的大小和性質，就可以建立二者相互作用的物理模型，進而建立計算模型，作出問題的定性分析和定量分析，對建築場地給予工程地質評價，指出問題的嚴重，哪些地質因素不利，不能滿足工程建築的要求。應當採取何種措施予以補救，是減小建築物的規模以適應地質條件，還是採取工程處理措施，改善條件，以滿足建築物的要求、消除不良影響。這要從技術條件上和經濟合理性上進行比較才能確定。由上述可知，環境工程地質學研究的目標在於協調工程建築與工程地質條件之間的矛盾關係，既保證工程建築造福人類，又避免它對環境造成不良影響。

經過多年的實踐和理論研究，90年代初終於在我們編寫《中國環境工程地質學》一書時總結出了我國環境工程地質學的理論體系，這説是：以工程地質條件的研究為基礎，以工程地質問題的分析為核心，以工程地質評價為目的，以工程地質勘察為手段。這是我國環境工程地質學的特色，《中國環境工程地質學》就是按照這一理論體系編寫的。 ^[5]