（辐射防护及环境保护专业论文）城市环境地气氡的释放规律初探.pdf

摘要 城市环境地气氡的释放规律初探 作者简介：周晓剑，男，1 9 8 1 年8 月出生，2 0 0 4 年9 月师从于成都理工大学张成江 教授，于2 0 0 7 年6 月获硕士学位。 摘要 随着城市化进程的快速发展，人为的建设和破坏城市地表环境，使得城市地 下库中储存着的大量气体物质，如氡气、甲烷、二氧化碳、微量一氧化碳、汞气、 氦气、硫化氢、苯系列等，我们称之为城市环境地气。这些气体微观、持续地影 响着城市环境。它们可以通过城市地表疏松介质( 构造破碎带、绿地系统等) 持 续或断续的放气，使得区域性的浓度升高或产生异常，有的甚至发生居民中毒或 地下气体爆炸事件，影响城市环境安全和居民健康。这些气体物质还可以通过较 大的断裂或滑坡边界拉裂缝向地上迁移释放，影响这些地区的环境质量，危害当 地居民健康。 本论文以成都市为例，进行了平原城市中园林绿地土壤氡浓度的调查，围绕 城市中不同位置、不同区域进行对比研究，讨论了城市覆盖位置和材料等因素的 不同对氡向地表迁移释放的影响，得出地气氡浓度大小与测量点所处城市位置的 相关规律性。在实际运用中它们也可作为城市地基稳定性和城市隐伏断层判定的 依据。 对于山区城市来讲，地下氡气的异常除了可能是由于地质体中岩石( 土壤) 含镭元素较多的原因之外，则更多是由于大小不一的断裂带通道适宜放气引起 的。本论文以康定城为例，初步讨论了山区城市中地气氡的释放途经。山区城市 中新老滑坡的监测预报对城市安全也意义重大，可用氡值辅助指示证明断层和滑 坡的存在和分布。从而可为山区城市区域构造稳定性和城市地质灾害提供重要的 预报信息。 可以根据测量所得的地气氡浓度换算人群剂量估算，从而评价辐射环境安全 提供依据。 在城市的绿地、裸地( 网孔) 位置，土壤中出现氧气等挥发性或迁移性非常 强的元素异常。此外，可以推断，具有相同性质的挥发性地下气体物质也有向网 孔释放和迁移的趋势。我们认为，“网孔”( 绿化带、公园、河畔绿地等) 是城市 生态地球化学系统的“交通枢纽”，要保证良好的生态系统，必须有适宜的“网 孔”覆盖率及适宜的“网孔”位置，以保证良性生态循环所需的物质能量交换。 因此城市地气效应释放研究及其应用，不仅事关城市环境中物质的迁移转化，而 且对城市规划建设和维持正常生态循环都具有重要意义。 关键词：城市环境地气氡释放 成都理工大学硕士学位论文 t h e i n v e s t i g a t i o na n d r e s e a r c ho fr e g u l a r p a t t e r no f t h eg e o g a sr a d o nr e l e a s ei nc i t y a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t yp r o g r e s s ，o u rc o n s t r u c t i o no r d i s t r u c t i o no ft h ee n v i r o n m e n th a sr e s t r a i n e dag r e a td e a lo fg e o g a s o i lt h eg r o u n d s u c ha sr n ，c h 4 c 0 2 ，c o ，h g ，h e ，h 2 s ，a n ds oo n w h i c h m i c r o c o s m i c a l l ya n dc o n t i n u a l l ye f f e c tc i t ye n v i r o n m e n t t h e yc a nb e g i v e no u tt h r o u g hs u r f a c e ，m a d e t h ec o n c e n t r a t i o no f t h eg e o g a si ns o m e p l a c ea b n o r m a l l y e v e nc a u s es e r i o u si n c i d e n t w h i c he f f e c tt h i sa r e a s q u a l i t yo f t h ee n v i r o n m e n t a n dt h es a f e t yo f t h el o c a lr e s i d e n t t h i st h e s i se x e m p l i f yc h e n g d u a n di n v e s t i g a t i n gt h ec o n c e n t r a t i o n o fd i f f e r e n ta r e a s i tc o m p a r ew i t he a c ho t h e r a n dg a i nt h er e g u l a ro ft h e g e o g a si nc h e n g d u a sf o rm o n t a n i cc i t y , t h er e a s o n w h yr a d o na b n o r m a l l yi s v a r i o u s b u te v e nm o r ei m p o r t a n ti st h ee f r e c to ff a u l t a g ea n dc o a s t w h i c h b r i n ga b o u tg e o g a s t h i st h e s i sd e m o n s t r a t ei tb ye x e m p l i f y i n gk a n g d i n g i nt h eb a r ea r e ao ft h e c i t y , w ed i s c o v e rt h a ts o m eg a s e si s c o n g r e g a t e di n t h es o i l w ec a l lj u m pt oc o n c l u s i o nt h a t e v e r ys i m i l a r e l e m e n tc a nb er e l e a s e dt h r o u g hb a r ea r e a i no u rp o i n to f v i e w , b a r ea r e ai s t h eh i n g eo ft h ee n w i g e o c h e m i c a l h e n c e ，i no r d e rt oe s s u r et h eq u a l i t yo f t h ee n v i r o n m e n t w r em u s tp r o g r a ma n dc o n s t r u c to u rs u r f a c er e a s o n a b l y ! k e y w o r d s ：c i t y e n v i r o n m e n t g e o g a s r a d o nr e l e a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛壑垄王盔堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同学习和工作的同志对本研究所做 的贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名：强忒i 己， 学位论文作者签名： j 司t 扫刍1 纠年芗月，罗e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡工太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 周叫 嘲年古即e t ， 笫1 章引言 1 1 选题依据 1 1 1 研究的科学意义 第1 章引言 随着城市化进程的快速发展，人们越来越重视研究城市环境介质中与人类健 康有关的元素和化学物质。其中，土壤可看作是最大、最稳定的储存元素和化学 物的储存库。在城市环境保护和评价工作中，人们常用环境容量来评价或限制土 壤中污染物的超标问题。然而，环境容量方法主要考虑静态的指标，很少考虑元 素和化学物在土壤暂存库中的迁移和转化( 封闭式循环或库内循环) 问题，更少 有考虑土壤内向土壤暂存库外的城市生态系统的开放式循环问题“1 。 城市地下库中储存着大量的影响城市环境的气体物质( 我们称为城市环境地 气) ，如氡气( r n ) 、甲烷( c i ) 、二氧化碳( c m ) 、微量一氧化碳( c 0 ) 、汞气( h g ) 、 氦气( h e ) 、硫化氢( h ：s ) 、苯系列等。这些地下气体一般充斥在地下空b j 和地 下土壤中。从邹丽敏等人。1 测定地下二氧化碳( c 0 0 含量分布的实验研究来看， 城市环境地气物质在地下具有相似的储存和释放规律。地气氡一般通过土壤向地 表释放，可以通过测量土壤中氡气浓度了解地气氡向上释放的多少，本文涉及的 地气氡就以土壤氡浓度为基础数据来研究其在城市环境中的释放规律，所以，土 壤氡在文中称为地气氧。 城市环境地气通过城市地表疏松介质( 构造破碎带、绿地系统等) 持续或断 续的放气，使得区域或局部的气体浓度升高或产生异常，有的甚至发生居民中毒 或地下气体爆炸事件，影响城市环境安全和居民健康。这些气体物质能够通过断 裂带或滑坡边界拉裂缝向地上环境迁移释放，影响城市地区的环境质量，危害当 地居民健康。 氡作为唯一的天然放射性气体，在土壤中分布广泛。虽然含量可能不高，但 其持续释放、普遍存在的特点以及特殊的危害性，成为了人们关注的焦点。因此， 我们进行了平原城市中园林绿地土壤氡浓度的调查，围绕城市中不同位置、不同 区域进行对比研究，讨论城市覆盖位置和材料等因素的不同对氡向地表迁移释放 的影响，及对城市辐射环境中人们的健康安全问题的重要意义。对于山区城市来 讲，地下氡气的异常除了可能是由于地质体中岩石( 土壤) 含镭元素较多的原因 之外，则更多是由于大小不一的断裂带通道适宜放气引起的。山区城市中新老滑 成都理工大学硕士学位论文 坡的边缘拉裂缝也是地气释放的良好通道，因此也可用地气氡释放规律来辅助指 示滑坡边界范围和结构状况。 总而言之，城市地下对城市环境有毒有害气体( 如氡) 具有普遍、持续释放 的效应和实时、实地、微观的特点，它们不断向地表或疏松位置迁移引起的显现 或隐现的环境问题，具有一定的复杂性。研究和探讨覆盖层下城市地气的分布释 放特点，评价其在城市环境中所造成危害的程度，对城市规划建设和环境保护均 有重要意义。 1 1 2 研究的项目依托 本论文涉及到的野外调查研究和室内工作所需经费由中国地质调查局“四川 省成都经济区城市生态地球化学评价”( 项目编号：2 0 0 3 1 4 2 0 0 0 1 5 ) 和“西南地区 主要城市环境地质调查及脆弱性评价综合研究”( 项目编号：1 2 1 2 0 1 0 5 4 0 1 0 2 ) 资 助。同时依靠成都理工大学地学核技术四川省重点实验室、环境地球化学室提供 的先进仪器设备的帮助得以完成。 1 2 国内外研究动态 自从1 9 8 2 年瑞典人提出地气概念以来，国内外众多学者纷纷展开地气研究， 主要集中在地气寻找矿产资源、能源油气的探勘应用研究工作。近些年，频频发 生的城市环境地气事件，促使产生了城市环境地气的释放规律研究新方向。关于 地气对生态环境影响到底有多大的研究很少，尤其是对于人口密集的城市来说， 其人为改变地表结构的特殊性，使得土壤中地气物质自然释放受到影响和改变。 在覆盖较为软弱的位置容易释放，常常引起异常。这些软覆盖位置在平原城市中 主要是以园林绿地形式出现，那些绿化环境不错的绿地系统往往可能成为有害物 质发生地下与地上交换流通的场所。这方面还没有引起公众的注意，相对的研究 也甚少。 我国学者杜乐天认为地下气体向上排放至少可以引起1 3 种效应，在环境方面 揭示了地下气体物质的危害性。北京大学的周子勇和陶澍根据地气的释放特征及 对生态环境产生的影响，提出了地气的宏观、微观效应的概念，研究了地气作用 下物质的远距离迁移现象和在环境研究中的重要意义”1 。 地下气体物质如r n 、h g 等作为区域构造稳定性研究相对广泛些，已经被很多 专家学者证明了，这些气体容易从断裂破碎带和滑坡拉裂缝溢出，作为判断地质 构造和地质灾害的标志之一。但是在山区城市中，进行城市地气释放规律研究及 2 第1 章引言 灾害风险评价，断层和滑坡附近居室氡浓度状况与断层和滑坡关系研究较少。 1 3 论文研究思路和内容 1 3 研究思路 本论文研究思路是选择两类典型城市，以地气氡为例，研究地气在城区的分 布特点、释放规律以及带来的城市环境问题。工作分两大部分进行： 第一，平原城市地气氡的释放研究。平原城市城区普遍被第四纪地层覆盖， 基岩出露较少。城市被人为的水泥、沥青等盖层覆盖，影响了地气的正常释放， 因此，地气主要通过城市中那些尚未被覆盖的地方释放。论文选择成都为主要研 究城市，测量区域主要定在城市中绿地系统( 公园社区、河畔绿地、沿街绿化带 等) ，比较它们的氡浓度大小以及按测量点所处城市方位讨论规律性。并参考全 国l “个城市的土壤氡浓度调查资料，取大连市的测量数据进行二次开发处理， 按照测量位置的不同分类进行数理统计分析并与成都的结论对比研究。 第二，在山区城市，基岩普遍出露，地气往往通过山区城市的断裂带或滑坡 边缘聚集释放。论文以地质灾害较多、山区城市规划布局较典型的康定县城为例， 进行氧气在断层和滑坡的释放探测研究，以及比较、证实地气氡在两种通道中释 放效应的显著性，进一步证明山区城市地气氡的上升迁移异常对判断山区城市区 域构造及稳定性研究的可行性。 1 3 2 研究内容 根据研究思路，本论文主要有以下几点研究内容： l 、平原城市中，比较城市中各区域土壤氡的浓度大小，按测量点所处位萱 讨论其规律性分布： 2 、讨论地气氡的释放与城市中水泥建筑( 或绿地系统) 覆盖位置和覆盖大 小的关系； 3 、山区城市中，研究论证断层是地气氡释放的最好通道，研究滑坡边缘氡 异常规律，以及给山区城市环境带来的影响； 4 、研究地气氡释放对断层和滑坡的指示作用，评价在区域构造稳定性及室 内氡环境方面研究意义。 研究的技术路线如图 - 1 ： 成都理工大学硕士学位论文 室内相关资料的收集、整理 野外测量方案的设计与制定 平原城市的野外测量实验ll 山区城市的野外测鼍实验 图1 - 1 研究技术框图 1 4 完成的工作量和取得的成果 经过了约两个多月的野外测试，近一年的资料收集和整理，完成了本论文。 具体工作量和论文特点如下。 1 4 1 完成的工作量 l 、2 0 0 5 年7 - 8 月，完成成都市区地气( 氡) 的测量，并收集有关资料； 2 、2 0 0 6 年4 月，完成康定城地气( 氡) 测量、环境放射性测量与地质调查； 3 、2 0 0 6 年1 0 月，补测成都市土壤氡浓度及采样分析； 4 、2 0 0 7 年1 - 2 月，查找资料，补充其它城市土壤氡浓度调查结果； 5 、2 0 0 7 年2 月，完成论文前期准备工作，进行数据分析处理工作； 野外调研共6 5 天，一共完成测点4 0 0 多个，进行了1 0 0 0 多次测量和试验。 完成了各种有用数据表和结果分析图。 1 4 2 取得的主要成果 1 、提出了城市环境地气释放理论的概念及其研究思路； 2 、对成都市土壤氡进行了比较系统地调查，并按不同区域和位置分析、比 较给出了氡分布情况；讨论了平原城市地气氡的释放规律。 4 第1 章引言 3 、首次对康定城土壤和温泉中放射性氡气浓度进行了调查，针对雅拉河断 裂带和北门滑坡群的地气氡测量结果，研究其作为断层和滑坡构造的指示标志； 讨论了山区城市地气氡的释放规律。 4 、将城市之间的土壤氡进行比较进一步说明释放特点：简单介绍了地气氡析 出理论计算方法和人群内辐射剂量估算方法。 5 成都理工大学硕士学位论文 第2 章城市地气释放理论 近些年来，屡见新闻媒体报道各大城市发生地下不明气体爆炸或中毒事件， 这些现象有一个共同之处就是地气在城市中某些部位产生高浓度，破坏了城市环 境的平衡。城市环境地气事件的发生可以证明，城市地气的普遍存在性。随着城 市环境的不断建设，城市地表结构发生了较大的变化，使得地气的释放也受到影 响。在布满大小不一“网孔”的城市地表，地气总是“趁虚而放”、“捉摸不透”。 因此，产生城市地气释放规律性研究，是必要的，也是必然的。 2 1 城市地气的概念和危害 2 1 1 地气概念的提出 1 9 8 2 年，瑞典的k r i s t i a n s s o n 和m a l m q v i s t 提出了地气( g e o g 鹪) 的概念【3 j 。地 气泛指地球内部存在的向上迁移释放的气体流。 学者杜乐天形象地把地球称为“一个充气的球”，并指出这些气体不断地向 地球的大气圈释放，即地球的排气作用。地球的排气作用是一直进行着的全球过 程，是一种地球上非常普遍的现象 3 】。地球的排气既可以来自于地球的深部，也 可以来自于浅部；既可以是大范围的突发性放气，也可以是沿着疏松介质( 如构 造破碎带j 孔隙介质等) 持续或断断续续的放气；既可以通过大的断裂，也可以 通过遍布各地的滑坡边缘拉裂缝、温泉等排出大量的气体。 本文所指的城市环境地气是指城市地表以下的气体。如我们最熟悉、最密切 的甲烷、二氧化碳，以及对城市室内环境危害较大的放射性气体氡等。 2 1 2 环境地气事件 事件一、四川大邑地下管道爆炸追踪：神密地气引发爆炸? 2 0 0 4 年1 月7 号，大邑县北街的路面发生爆炸，经专家勘察，地下水网、 煤气管线在此次爆炸中丝毫没有受损，究竟是什么原因引发的爆炸呢? 经各方专 家研究讨论，此次爆炸并不是一般的管道爆炸，准确的说是地沟爆炸，是地沟中 的某种气体浓度过高而引发的爆炸。 事件二，昆明地下不明气体造成五人死亡，两人受伤 2 0 0 4 年9 月2 1 日，中国铁路建设第五工程局在昆明北京路南段排水工程井 下施工时，工人因吸入不明有害气体中毒，致使五人死亡，二人受伤。经昆明市 6 第2 章城市地气释放理论 环保局现场取样检测，查明排水管中气体含有一氧化碳、硫化氢、苯系列等气体。 不明气体的来源及其事故原因不明。 事件三、+ 堰闹市发生地下气体爆炸两商铺严重受损 2 0 0 5 年1 1 月1 3 日，十堰市五堰闹市区深圳街发生一起地下气体爆炸，两 间商铺损失惨重。有关专家表明，此次爆炸不是管道爆炸，是地下某种气体浓度 过高而引发的爆炸。 事件四、香港牛头角一幢大厦地下发生罕见气体爆炸 2 0 0 6 年0 4 月11 日，香港牛头角佐敦谷北道一幢大厦地下发生罕见气体爆 炸，一死九伤。气体从大堂对开的四个沙井漏出，但不能准确查明正确的泄气源 头。关闭煤气总掣之后仍然在地下大堂、两间店铺及大厦后巷电表房，发生连环 大爆炸，威力惊人。初步证明也是一种或某几种地下气体聚集而引发的。 事件五、浦东突然发生地下可燃气体爆炸 2 0 0 4 年1 1 月2 0 号，浦东上南二村4 0 号一楼两问房的地下夹层内，突然发 生可燃气体爆炸。巨大的气浪将近5 厘米厚的水泥预制板炸得七零八落，整个地 板陷入近l 米深的坑内。浦东环境市容卫生管理局的工作人员表示，爆炸与可燃 气体有关，主要成分为甲烷。但可燃气体究竟来自天然气还是下水道里产生的沼 气，难以确定。有关专家表示，作为上世纪8 0 年代建造的公房，产生沼气的可 能性不大，而且下水道的排风管道是畅通的。有关可燃气的具体来源，仍有待进 一步调查。 事件六、沈阳地下气体掀翻两户人家 2 0 0 6 年8 月8 号，沈阳市大东 区滂江街5 7 。1 号楼发生了爆炸，一 股巨响把几块2 0 厘米厚的预制板 从地上掀了起来，整个屋子地面全 部张裂开来。楼前地面两下水井盖 被崩开，楼里居民受伤。经过一番 检测与勘察表明，这里的门窗和玻 璃没有被破坏，没有明火燃烧，而 且两处事发地点又有间隔，中心点 不一样，应该不是煤气爆炸；煤气 和沼气一样，都含有甲烷，味道有图2 - 1 沈阳地下气体掀翻两户人家 相似的地方。这里地下有很大很宽的空间，可能已经产生了大量的沼气。 事件七、重庆沙区一下水道莫名起火炸飞5 口窖井盖 7 成都理工人学硕士学位论文 2 0 0 5 年1 2 月2 8 日，沙坪坝区覃 家岗正街1 8 号门前的下水道在冒火 3 个多小时后，周围的5 个窨井又发 生爆炸。在现场使用先进仪器进行 测试后，专家表示，引发爆炸的气 体并非天然气，同时，附近的天然 气管道与发生爆炸的地点还有一段 距离，初步怀疑为沼气引发的爆炸。 图2 - 2 重庆沙区下水道起火炸飞井盖 事件八、男孩玩火炮，炸飞7 个窨井盖 2 0 0 7 年2 月3 日，重庆渝北区龙溪加州美食街一男孩玩火炮时，不料将附 近9 口井盖中的7 口瞬间引发冲天而起! 图2 3 男孩玩火炮，炸飞窨并盖 从上述地气事件，我们不难发现，城市地下气体，不论城市大小都是普遍存 在的，城市化建设过程中的覆盖是引起城市地气产生、聚集的主要原因；城市覆 盖层类似于带“网眼”的盖子，“网眼”处( 如窨井盖、破碎带、裂隙缝及绿地 系统等) 是地气释放的主要通道，这些地方容易发生气体聚集现象，从而危害城 市环境安全和居民健康。 2 2 城市环境地气储存和释放的盖子模型m 2 2 1 概念 在城市化进程中，城市土壤被看作是最大、最稳定的储存元素和化学物的储 存库，城市中不同位置地下库( 土壤) 的物质、元素分布和循环状况有很大的不 同。 8 第2 章城市地气释放理论 城市中心由于各种建筑物和水泥地面的覆盖，好似一个硬的壳层，将地下库 的物质盖住，我们称其为“盖子”。这个“盖子”是介于地下存储库和城市生态 系统的大气、水、生物等几个层面之间的界面，对地下存储库中的元素和化学物 与大气、水体、植物的交换循环起了一个阻隔作用。这个“盖子”是一个零星分 布有“网眼”的盖子。这些“网眼”，就是没有覆盖的裸露区或覆盖薄弱的绿化 地带。城市中心地下土壤中的元素地球化学循环多为封闭式的库内循环，实验证 明在“网眼”处，可能或最易发生库内和库外的开放性交换循环。 郊区处于“盖子”的边缘，覆盖面积小，地下存储库中的气体元素循环既有 封闭式的库内循环，也有库内和库外的开放性交换循环。 城市化的进程，是“盖子”的扩大和修补过程；不同性质的“盖子”，产生 不同阻隔效果。 2 2 1 1 “盖子”覆盖率 “盖子”的覆盖率就是“盖子”覆盖城区土壤表层面积的比率。覆盖率过大， 可以更多地阻隔土壤“暂存库”中有害元素在城区“盖子一上下的物质( 尤其是 地气) 的交换。覆盖率过小，土壤“暂存库”中元素向库外的开放性交换相对较 强。为了保证城区生态系统的正常运转和有效地阻隔有害元素的释放，“盖子” 的覆盖率应该选择在适当的范围。 2 2 1 2 “盖子”覆盖材料 一般来说，覆盖城市土壤的不同的覆盖材料的阻隔效应有不同。例如，混凝 土覆盖比砾石或砂石覆盖的阻隔效应要大一些，建筑材料覆盖比绿化带的植被 覆盖的阻隔效应要大。绿化带中植被种类的不同，导致元素( 尤其是挥发性气体 等) 从土壤“暂存库”中向库外生态系统的循环效应不同。对于土壤污染相对 严重的区域，可以设计密封性较好的混凝土建设城市建筑物“盖子”，对于土壤 相对清洁区域，可以考虑设计成“盖子”的“网眼”( 城市绿化带) ，用花草、树 木等作为覆盖材料。 2 2 1 3 “盖子”覆盖位置 一般来说，在城市建设中，“盖子”的位置往往是根据布局美观、交通便利、 便于集中管理等因素而进行规划设计。依据城市生态地球化学评价模型，要考虑 城市地下元素的迁移转化，“盖子”的位置应尽可能覆盖地下有害元素集中分布 区，将地下有益元素集中分布区设计成“网眼”。既保证了良好的生态地球化学 9 成都理工大学硕士学位论文 循环，同时又有效地抑制有害元素进入地上环境。 2 2 1 4 “盖子”覆盖方式 城市“盖子”的形态和厚度，也就是说以什么方式覆盖，一般以城市总体布 局、城市园林设计、城市交通规划、建筑美学及元素在城区空间分布特征等各个 因素加以统筹的，以确保美观、合理、有效的覆盖方式。 2 2 2 “盖子”环境效应 在网眼和盖子边缘，如公园、绿地、郊区的农田地等，地下元素易于发生库 内外开放性循环。 我国的多目标地球化学调查所研究的城市，无一例外地都发现有某些元素的 土壤地球化学异常。事实上，所有城市土壤采样点都位于盖子网眼和边缘位置， 在盖子底下是很难采集到样品的。这种异常是“盖子”网眼和边缘土壤库内外开 放性循环结果的反映。 我们的研究，在某些城市的“网眼”位置，发现土壤中出现汞和氡气等挥发 性或迁移性非常强的元素异常。此外，某些污染元素也有向郊区发展或集中的趋 势。可能是盖子网眼和边缘土壤库内外开放性循环结果的反映。 “网眼”( 如绿化带、公园、河流边坡等) 是城市生态地球化学系统的“交 通枢纽”，没有“网眼”的城市生态地球化学系统的物质和能量交换途径是不通 畅的，生态循环必然随之瘫痪。要保证良好的生态系统，必须有适宜的“网眼” 覆盖率及适宜的“网眼”位置，以保证良性生态循环所需的物质交换通量。因此 “网眼”的物质交换效应的研究，不仅事关元素的迁移转化，而且对城市规划建 设和维持正常生态循环具有重要意义”1 。 研究“网眼”位置土壤元素的含量及周边环境( 如大气、污染源等) ，通过 大气土壤物质交换通量、元素迁移途径的研究，评价未覆盖地区物质能量交换在 城区生态循环中所占比例：评价“网眼”物质能量的交换对生态环境所造成的影 响程度；追踪“网眼”的现状是现时原因造成，还是长期迁移累积的结果，进而 提出改进措施。 在盖子边缘的郊区，由于大面积区域为非硬覆盖层，所以地下暂存库中的元 素和化学物与大气交换作用较市区强。 2 2 3 意义 城市生态的理想状况是：“盖子”的覆盖比率适宜、“网眼”位置布设正确、 1 0 第2 章城市地气释放理论 有益组分循环通畅、有害组分被有效阻隔或吸收。但实际情况下，由于各种条件 制约，往往在实际很难达到完美。所以在上述研究基础上，重点研究覆盖位置不 当的“网眼”，即那些应该覆盖而没覆盖的“网眼”，评价其在城市生态循环中所 造成危害的程度。因此，盖子模型对城市规划、建设和管理具有重要的指导意义， 主要表现在： ( 1 ) 城市化过程就是盖子的扩张和修补过程。盖子有利于封堵土壤暂存库 的元素或化学物的库外循环。 ( 2 ) 城市化过程中注意“盖子”的边缘效应。元素或化学物在郊区的库外 循环效应不容忽视。 ( 3 ) 城市化过程中注意“盖子”覆盖位置的选择。 ( 4 ) 城市化过程中注意“盖子”与“网眼”最佳比例。 ( 5 ) 城市化过程中注意“盖子”覆盖材料的选择。 ( 6 ) 城市化过程中注意“盖子”底下可能潜伏着的环境灾害，注意对城市 安全隐患的预测和防治。 成都理工人学硕士学位论文 第3 章成都市环境地气氡释放研究 3 1 地质环境条件 3 1 1 地貌特征 成都市地处四川盆地西部，位于泯江冲积扇的东部边缘，自北西向南东微倾 斜。地理坐标：东经1 0 1 5 5 到1 0 5 4 3 ，北纬2 8 2 5 至3 3 0 3 。 成都市地面高程5 3 0 4 8 5 米，地形坡降较平缓。沿河、渠地段因河、渠侵蚀， 形成北西南东向低于扇面的条形槽地，使扇状平原呈微有起伏的波状平原地形。 地貌类型属侵蚀堆积地貌，分东部台地和西部平原。东部台地分布在动物园、 青龙场、沙河一线以东。台地因后期侵蚀切割，台面起伏不平，形成洼地、残丘， 相对高差5 1 0 m ；二级阶地分布在火车北站、游乐园、牛市口、望江公园一线以 东，东部台地以西：一级阶地分布在火车北站、游乐园、府河一线以西，是市区 主要地貌单元。府河、南河沿岸偶见河漫滩。 3 1 2 地质概况 成都市规划区范围内的第四纪地层主要为中生代侏罗系( j ) 和白垩系( k ) 地 层。为一套河湖相碎屑岩沉积，岩性为棕红色、紫红色泥岩及泥质粉砂岩。成都 市第四纪地层广泛分布，从全新统到下更新地层都有，地层的成因类型较多。 成都市地处成都拗陷东部构造带和中央凹陷，其西侧是龙门山断裂带，东部 是龙泉山断裂带，中部是成都凹陷，区内构造线方向受区域构造控制，均为n e 3 0 左右方向，在区内平行展布。成都市区位于东部边缘构造带。区域性断裂带有新 津成都断裂带和彭县大邑名山断裂带小断层有凤凰山茶店子和磨盘山- 新都 断裂：此外，市区内还有n n e ，n e e ，n w , n n w 四组十余条断裂形迹。 成都市断裂发育，分布广泛，但都被不同厚度的第四纪松散沉积物覆盖，成 为隐伏断裂，加上城市化的进程，人类活动改造或破坏了城市地表结构，增加了 地表地质地貌及城市断层研究的难度。 3 1 3 自然环境 成都市现状道路面积率1 0 左右；中心区为一环路以内区域，面积2 8 k m 2 ， 占市区的1 6 。成都境内河网密布，城区三环路以内区域，共有河道5 0 条，全 1 2 第3 章成都市环境地气氡释放研究 长1 7 8 公里。其中，府河与南河分别自北东、南西流经市区，两河于九眼桥汇合 为府江干流后向南流出城外。全市河道己建河堤1 0 9 公里，其余的河堤为地堤或 自然河堤。 成都市区绿化面积少、绿化覆盖率、人均公共绿地面积三项指标与先进城市 及国家规定的园林城市标准都有差距。城中心区绿化稍差，绿地网孔分布比较分 散和不具规模。昔日，大多数公园景点、校园、河畔居民聚集其中，环境压力较 大。又由于地下有毒有害物质只有通过这些地方向地表释放，比如氡的释放，空 气中氡由土壤向地表析出，使得公园景点、校园、河畔、街道绿化带等地氡浓度 聚集，其产生的潜在环境危害也是显而易见的。市区环境污染问题突出，工业和 生活垃圾及废弃物埋藏点多，地面和地下水污染程度高，这也给本文的测量工作 带来干扰，增加了研究工作的困难。 3 2 地气氡浓度的测量 3 2 1 测点布置 调查研究范围主要是成都市区三环路内面积约2 8 0k m 2 的区域。地理坐标： 东经1 0 4 0 5 到1 0 4 2 0 ，北纬3 0 2 5 至3 3 0 3 。此范围内人口密集，建筑物集 中，城市绿地分布相对零散、面积较小。城市空气中氡浓度的状况主要受城市地 质体( 岩石、土壤) 中氡浓度的大小影响，但是由于平原城市中地表用混凝土、 沥青、地砖等覆盖较多，地下氡的释放受到影响，空气氡浓度的区域环境危害槲 应发生变化。 成都市三环路附近，主要是大片绿地草坪，或裸露的地面。土壤和空气中氡 浓度的分布受人类建筑活动的影响相对较少些，氡的释放相对畅通和分散。随着 往市区中心方向发展，绿地与土壤区减少，并有分布零教的特点，氡通过裸露的 地表向空气中释放，在人口密集区的城市园林绿地产生的环境潜在危害是显而易 见的。 为避免监测点受密集建筑的影响，采取因地而异的办法进行布点测量1 。沿 着人民路绿化带和社区、单位绿地布设3 7 个监测区( 以下简称南北剖面) ，在 市内1 3 个主要公园( 校园) 绿地布设监测点，在6 条水源边绿地( 或称河畔绿 地) 布设监测点( 图3 1 ) 。 成都理工大学硕士学位论文 3 2 2 仪器与测量方法 3 2 2 1 仪器 图3 - 1 成都市园林绿地测氡工作布点图 本次测量使用k j d 一2 0 0 0 r 新型连续测氡仪。k j d 一2 0 0 0 r 犁便携式测氡仪是成 都理工大学研制，四川新先达测控技术有限公司生产的，具有国内领先功能，广 泛应用于环境介质中氡的测量。仪器配套完整带有内置气泵，可充电，测量运行 结束，仪器可打印出监测报告同时可提供各种正确参数和谱线判别仪器的运行状 况。 1 ) 主要技术指标 a 谱仪：实时显示氡和钍的谱线； 年漂移小于2 ； 灵敏度：4 p c i l h ； 气泵：流量为1 l r a i n ； 数据存储：1 0 0 0 0 个氡浓度测量谱线； 检测器：金硅面垒探测器，对震动和噪音不敏感，背景读数低； 测量范围：0 卜1 0 0 0 0 皮居里升( 4 4 0 0 0 0 0 贝克立方米) ； 控制：面板键盘2 4 键，操作简单，预先编程的标准操作步骤： 输出：r s 一2 3 2 接口，可把数据下载到p c 机上； 1 4 第3 章成都市环境地气氡释放研究 电源：a c ：2 2 0 v ，内黉充电器充电，充足电可使用1 0 个小时； 工作环境：温度0 - 5 0 ，相对湿度5 _ 9 9 的无凝结水； 2 ) 仪器主要特点 仪器灵敏、重量轻、操作简便，在现场即可获取测量结果： 仪器采用金硅面垒探测器，瞬间测量，背景读数低，无探测污染； n 全谱测量：5 1 2 道分析器对q 射线进行精细全谱分析，计算偏差小； 仪器可同时测量氡及钍射气；可从n 谱图判断仪器是否正常； 仪器液晶显示，数据存储，既可独立完成数据处理，也可联接计算机操作； 3 2 2 2 测量方法 测量时，用钢钎杆在土壤中取孔后迅速插入抽气杆( 约6 0a m 深) ，确保杆 与土壤紧密接触，使空气不稀释土壤气体。然后连接干燥筒和进气口过滤器。因 土壤中氡的浓度较高，选择点测方式，只需要测量3 0 0s 即可达到测量精度“”。 数据处理分析则忽略第一个周期计数，随后的2 个周期取平均值得到土壤气体中 氡的浓度。 3 2 3 数据处理与评价标准 3 2 3 1 数据处理 对原始测量所得的有效数据进行统计分析，判断各测量点分别按地区和南北。 音i 面、水源河畔及公园景区是否有显著差异性。样本非正态分布或分布不明的用 非参数统计处理，一般采用秩和检验或t7 检验；如果通过方差齐性检验的数据 组则用t 检验。使用的是简明统计软件( c sy l o 3 2 ) 。 简明统计软件( c sv l o 3 2 ) 有统计分析、研究设计、统计模拟三大功能， 编制有多个统计分析模块，可完成常见资料的各种统计分析，包括：统计描述( 均 数、标准差、二项分布和p o i s s o n 分布的概率) ；参数估计( 总体均数的可信区 间估计、总体方差的可信区间估计、总体标准差的可信区间估计、二项分布总体 率的可信区间估计、p o i s s o n 分布总体均数的可信区间估计) ；假设检验( 成组 和配对t 检验、u 检验、成组设计多个样本均数比较的方差分析及两两比较、配 伍组设计的方差分析及两两比较、两组或多组秩和检验及两两比较、配对秩和检 验、配伍组秩和检验及两两比较、析因设计资料方析等) 。该软件可对多种研究 类型进行样本含量估计和检验效能估计。 成都理工大学硕士学位论文 3 2 3 2 评价标准 2 0 0 3 年以前，我国没有进行过全国性的土壤地气氡浓度调查，没有全面的 土壤氡浓度背景资料，也未制定出切实可行的土壤氡检测的国家标准，许多问题 出现在地下土壤氡的监测和异常值的解释中。在这个背景下，建设部于2 0 0 3 年 开始组织进行了“中国土壤氡浓度水平研究”课题专项工作，通过此课题，回答 了我国土壤氡浓度本底值问题，以及如何控制土壤氡浓度危害和如何确定土壤氡 检测方法等问题。修改并完善了民用建筑工程室内环境污染控制规范等有关 氡的标准o “。 本论文参考g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 土壤环境质量标准和g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 民用建 筑工程室内环境污染控制规范( 2 0 0 6 年修订) 进行评价。同时横向对比国内 其它城市土壤氡浓度现状。 3 2 4 测量结果 本文中的成都市区城市绿地是指公园、社区、校园、河畔、沿街绿化带等地， 它有净化环境、调温调湿、降照减噪等功能，是城市中最为重要的生命线之一“ ”。地下放射性元素氡气由镭衰变而产生，其分布广泛，成都平原特殊的地质环 境使得该地区本底水平较全国稍低，但是在城市绿地土壤中氡浓度的大小会影响 绿地空气氡浓度。由于城市化建设，使得城市中的绿地系统、下水道掩盖等网孔 出现地下气体浓度偏高的现象。此次测量结果见表3 1 ： 表3 - 1成都市区土壤氡浓度监测结果 测量值1测量值2平均值平均值 测点位置 ( a q n , 5( b q ，i i 向 ( n q m 3 ) ( b q ，m 3 ) c x 鼬0 0 13 2 04 2 03 7 0 c x r n 0 0 23 8 03 6 03 7 0 c x r n 0 0 32 1 4 02 2 2 0 2 1 8 0 c x r n 0 0 4 3 2 0 3 4 03 3 0 c x r n 0 0 52 2 8 02 5 8 02 4 3 0 新华公园 c x r n 0 0 61 7 2 01 2 0 01 4 6 0 1 6 3 4 ( 分散布点) c x r n 0 0 7 9 4 01 0 4 09 9 0 c x r n 0 0 8l o o o1 1 2 01 0 6 0 c x r j l 0 0 95 4 03 2 04 3 0 c x r j l 0 1 02 1 6 02 9 0 02 5 3 0 c x r n o l l5 5 4 06 1 0 0 5 8 2 0 c x r n o l 22 0 2 02 0 2 02 0 2 0 双林路 2 0 2 0 6 第3 章成都市环境地气氡释放研究 c x r j l 0 1 31 6 4 01 6 6 01 6 5 0 蓉北商贸大道2 段 1 6 5 0 c x r n o l 4 7 2 6 07 9 2 07 5 9 0五福村沙河公园7 5 9 0 c x r n 0 1 56 9 6 01 7 9 4 01 2 4 5 0 赛云台北路9 号 1 2 4 5 0 c x r n 0 1 62 6 6 03 3 2 02 9 9 0 五块石 2 9 9 0 c x r n 0 1 7 5 9 0 07 9 6 06 9 3 0 铁路局医院 6 9 3 0 c x r n o l 8 5 6 09 6 07 6 0 火车站广场南侧 7 6 0 c x r j l 0 1 95 8 09 ( ) o7 4 0 人民北路2 段9 号7 4 0 c x r n 0 2 02 6 6 03 9 8 03 3 2 0 人民北路西3 号 3 3 2 0 c 0 2 11 3 6 02 6 8 02 0 2 0 人民路交1 环路 2 0 2 0 c x r j l 0 2 2 1 8 6 01 9 8 01 9 2 0 人北路1 段 1 9 2 0 c x r n 0 2 31 0 7 6 0 1 3 7 8 01 2 2 7 0人民路万福桥 c x r j l 0 2 46 9 6 06 3 4 06 6 5 0 万福桥西l c x r n 0 2 56 4 2 06 9 8 06 7 0 0 万福桥西2 8 9 3 7 c x r n 0 2 6 4 8 6 05 7 0 05 2 8 0 万福桥西3 c x r n 0 2 78 2 4 0 9 0 0 08 6 2 0 万福桥西4 c x r n 0 2 81 4 2 0 01 4 0 0 01 4 1 0 0 五丁桥 c h 0 2 94 8 04 2 04 5 0 天府立交附近4 5 0 c x r n 0 3 05 2 04 0 04 6 0 南3 环与天府立交 4 6 0 c x r n 0 3 l5 1 4 05 5 0 05 3 2 0 成昆铁路立交 5 3 2 0 c x r n 0 3 24 7 8 06 4 6 0 5 6 2 0人南路4 段5 7 号5 6 2 0 c x r j l 0 3 31 0 2 07 6 08 9 0 人南路与桐锌林路8 9 0 c x r n 0 3 46 4 07 4 06 9 0 人南路凯莱帝景 6 9 0 c x r j l 0 3 5 1 0 6 01 1 6 01 1 1 0人南路4 段1 9 号1 1 l o c x r n 0 3 64 3 6 04 3 8 04 3 7 0 人南路4 段2 0 号4 3 7 0 c x r n 0 3 76 2 4 08 4 2 07 3 3 0 玉林东路 7 3 3 0 c x r 且0 3 8 2 6 4 03 7 0 03 1 7 0 四川经济管理学院 3 1 7 0 c x r n 0 3 95 1 2 0 8 1 2 06 6 2 0 四川教育学院 6 6 2 0 c x r n 0 4 01 7 8 01 5 8 01 6 8 0 人中路军区医院1 6 8 0 c x r n 0 4 13 6 04 2 03 9 0 文殊院 c x r n 0 4 23 9 6 05 1 8 04 5 7 02 8 6 0 ( 分散布点) c h 0 4 33 2 4 04 0 0 0 3 6 2 0 c x r n 0 4 43 4 2 04 5 6 03 9 9 0 人中路3 段江汉路3 9 9 0 c x r n 0 4 57 4 01 2 0 09 7 0 人中路2 段5 l 号 9 7 0 c x r _ 1 1 0 4 67 4 07 4 07 4 0 人中路2 段羊市街 7 4 0 c x r n 0 4 73 0 02 2 02 6 0 体育中心2 6 0 c x r n 0 4 83 6 04 8 04 2 0 人中路i 段1 2 号 4 2 0 c x r j l 0 4 98 4 07 6 0 8 0 0天府广场8 0 0 c x r n 0 5 02 3 4 05 2 6 03 8 0 0 c x r n 0 5 l1 2 6 01 1 6 01 2 1 0 1 7 成都理工大学硕士学位论义 c x r n 0 5 23 1 8 03 2 8 03 2 3 0人民公园 3 3 1 9 c x r n 0 5 37 8 01 1 2 09 5 0 ( 分散布点) c x r n 0 5 45 2 0 0 7 5 8 06 3 9 0 c x r m 0 5 5 6 3 0 06 8 6 06 5 8 0 c x r n 0 5 64 6