淺析堤防工程對環境地質影響

張 琦

一、堤防工程與地質環境的關系

堤防工程所處的地質環境多為江河沖洪積平原區，地層以第四系沖積、洪積、湖積相為主。堤防工程所處地質環境的一個重要特征是，水文地質條件較為簡單，地下水的補排關系較為明確。江河湖岸地層中的地下水(松散沉積物中的孔隙水，二元結構地層中的承壓水)與江河湖水之間的水力聯系十分密切，互為階段性的補排關系。堤防工程所處的江河湖岸既是堤內地下水的排泄邊界，又是江河湖水位較高時補給堤內地下水的補給邊界。這種邊界條件一旦改變，實際上就是地質環境的改變。堤防工程的特點決定了堤防工程對地質環境有較強的適應性，工程雖然規模巨大，線性工程跨越了不同的工程地質單元，地質環境差異較大，但在相同的地質環境和工程地質單元上，工程地質條件則相對較為簡單，工程地質問題也相對較為明確。如果不從環境地質的角度來考慮，單從工程建筑物本身的角度來看，堤防工程并不復雜。堤防工程所處的地質環境是客觀存在的現實，由于堤防工程的修建，或者說堤防工程措施的實施，對客觀地質環境的改變是毋庸置疑的。改變了客觀地質環境，會帶來什么樣的環境地質問題，是需要認真思考和研究的。

二、堤防工程帶來的環境地質問題

1.堤基垂直防滲阻斷地下水的正常排泄引起的環境地質問題

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構地層，在外河水位高于堤內側地面高程時均不同程度地存在堤基滲漏問題。堤基滲漏并不可怕，對堤基穩定影響最大的是滲透破壞。當滲透水流坡降大于堤基土體的臨界水力坡降時，滲透破壞就會發生。工程上對于滲透破壞一般采用鋪蓋 (增加上伏粘性土層的厚度，也有延長滲徑的作用)、堤內側設排水減壓井、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工程處理措施，較為適用，多年來實踐證明效果較好。

一般說來，江河湖海是區域性地表水和地下水的最低排泄基準面，由于堤防工程的興建，地表水將只能通過閘、泵等穿堤建筑物排出堤外；在沒有進行堤基垂直防滲的情況下，地下水仍然能按照區域性地下水的總體流向，通過最短路徑排向江河湖海中。顯然，當實施了一定范圍內的連續性垂直防滲措施后，天然狀態下的地下水滲流場被人類工程活動改變了，水文地質條件發生了一定程度的變化，有些地方可能發生了根本性的變化，地下水的排泄通道被阻斷了，地下水沒有了出路，實際上是地質環境的改變，新的環境地質問題隨之產生。

如果大范圍截斷了地下水的排泄通道，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形式與大氣層進行平衡交換；或選擇更大范圍的區域性的排泄途徑向更遠的排泄基準面運移。但是無論地下水以何種方式尋找出路，已經壅高了的地下水位，使得土地發生沼澤化或鹽堿化，對農作物、建筑物、人類生存環境的影響將勢在必然。地下水位壅高致使水流不暢，出現水的礦化度升高，水中微生物數量增多，導致水質惡化；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，甚至達到飽和，使原本能夠滿足建筑物要求的土基的物理力學指標降低，導致建筑物發生沉降或不均勻沉降，出現失穩。

2.堤基垂直防滲阻斷江河湖水正常補給地下水引起的環境地質問題

垂直防滲除了截斷地下水排泄通道帶來一系列環境地質問題之外，由于江河湖岸又是附近區域地下水的補給邊界，沒有了大范圍的地表水的補給，同樣會打破地質環境的平衡，仍然會引起新的環境地質問題。歸結起來主要有：

（1）地下水主要靠江河湖水集中補給的一些地區，當地工農業用水除了靠提或引取江河水之外，另一主要來源是開采地下水。由于截斷了河水向地下水的補給通道，地下水失去了江河湖這一直接補給源，形成只采不補的惡性環境，必然導致地下水位的下降，影響地下水的正常開采與利用。城市區的地下水位下降后，有可能引起建筑物基礎應力條件的改變，出現建筑物失穩，地面裂縫和局部塌陷的情況。城區地下水與江河湖水失去互相補排關系之后，地下水不能與外系統構成循環，必然導致水質惡化，新的環境水文地質問題由此而生。

（2）截斷了河水對地下水的補給通道后，致使正常來水量情況下河水位偏高。因為河道沒有了正常向外“滲漏”的條件，實際上是拋棄了江河兩岸天然狀態下巨大的地下調節和分蓄洪水庫，江河水位必然要升高。由于在相同來水量條件下河水位的升高，迫使加高堤防，而實際上防洪標準又沒有提高，導致自然生態環境的惡性循環。

堤基汛期滲透破壞與垂直防滲后引起的環境地質問題，本身就是一對矛盾。解決這樣的矛盾，處理好這樣的問題，需要各專業間的互相配合，認真論證，找出比較符合客觀實際的解決方案，爭取做到防止滲透破壞取得較好的效果，又不至于引起嚴重的環境地質問題。

3.開采筑堤建材引起的環境地質問題

堤防工程大多是采用當地材料筑堤，其取土原則是：就近開采，盡量不占用或少占用耕地，在堤基安全保護區范圍之外取土。但是在實施過程中情況并非如此。一種情況是承包單位并未在勘測設計單位推薦的料場取料，另一種情況是汛期搶險時只能就近取土以解急用，這就可能因主動或被動地開采筑堤料引起一些環境地質問題。

（1）取土點在堤基附近，不在堤基安全保護區以外。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環境，增加了堤防出險的可能性。

（2）取土點雖然在堤基安全保護區以外，但由于堤防附近并沒有料場，不得不將農田作為料場，開采時未留下保護層，其結果是雖然保住了堤防，但也會造成大片農田被破壞，而且不易復耕，可能產生土地砂化，使本來就有限的土地人為地減少。

（3）堤防所需的塊石料大多是開山采取，采石過程中除了施工影響外，還由于人們在開采時并沒有實施多少保護措施，山上的植被受到嚴重破壞，開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，造成新的地質災害。

（4）筑堤所需的砂礫石，基本上是從河漫灘中開采的，如果不按設計要求進行開采，可能形成河道起伏不平，糙率增大，影響河水流態，從而改變河勢，造成河道變遷，引起新的問題。

以上情況均為開采天然建材時，沒有環境保護意識而造成的，雖然人們已經注意到此類問題，但由于各地情況不同，這種現象在一段時間內還會長期存在，應該繼續予以關注。

4.堤防工程可能引起的其他環境地質問題

汛期堤內低洼淵塘常常發生險情，且早期不易及時發現，當發生冒泡噴水時也不易準確判斷其滲漏性質，只好按最壞險情進行搶險，增大了搶險工作量和搶險難度。為了減輕汛期搶險壓力，堤內淵塘一般按規范要求進行填平處理，以確保堤腳一定范圍內不產生險情隱患。然而，所有淵塘填平之后，也堵塞了地下水的排泄出口，會給堤內帶來什么樣的環境地質問題，還有待研究，并需要時間和實踐去檢驗。

三、關于避免堤防工程引起環境地質問題的原則

為了保護堤防，也為了使自然環境不被人為破壞，在加固或新建堤防時，首先要有環境意識，這是方案擬定和正確決策的基礎。各類堤防工程方案在實施過程中，應注意幾個原則：（1）對需加固的堤防應盡量利用天然鋪蓋或加長加厚鋪蓋，堤后設置減壓井和排水溝等措施來處理滲透破壞問題；對于險工險段或砂性土堤基段，可根據實際地質條件適當考慮垂直防滲措施，但決不可以在大范圍內對全堤線進行大規模垂直防滲，即使局部堤段采取了垂直防滲，也應認真研究由此而引起的環境地質問題，提出解決方案。（2）對于堤防附近無料可取而需要占用耕地的，應在取土時對取土深度科學地確定，留有一定厚度的可植層以備復耕。（3）河道內取料應盡量在主河槽內，且開挖深度高差不宜過大，在河道彎曲和狹窄段不宜開采。（4）開挖塊石料應盡量少破壞表層植被，開采棄渣料應有固定的堆放場地。

四、結語

堤防工程的建設，不同程度地改變和破壞了自然環境，某些后果可能比堤毀更為嚴重，而且不易恢復。有些問題需要在一定的時間后才能顯現出來，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%，且造價高。而垂直防滲帶來的一系列環境地質問題將是長期深遠的，必須引起足夠重視。本文所論述的地質環境破壞情況僅為說明環境保護的重要性。堤防的安全事關重大，不容輕視，在加固或修筑堤防時，應該有環境保護意識。眾所周知，由于江河流域上游植被的破壞，水土流失嚴重，河水含砂量增加，導致中下游河道淤積。人類與洪水戰斗的宏偉目標應該賦以新的內涵，提出代表人類智慧的新思路?，F在和今后長期要做的工作是加強全民的環保意識，以維護整個大環境系統為目標，達到保護區域環境的目的