罗国煜关于城市地质-城市环境岩土工程

1、城市地质与城市环境土工安全和地质灾害研究,罗国煜 20051.,一、城市化的发展与城市地质新的定位要求,城市化是经济发展的必由之路。 各国经济发展规律： 工业化 城市化 现代化 国际上有21世纪二大事件之说（美高科技、中城市化），可见城市化之重要意义。,1.1关于城市化的现代认识,18世纪工业革命兴起，推动了城市化进程，分二个阶段： 古代城市化阶段：发展了几千年 1796 1850 近现代城市化阶段 1851 1950 1950以后 世界城市化阶段：城市化郊区化逆城市化再城市化。 逆城市化：1961 1971英国首先出现 再城市化：1980 1984美国高科技，三产重新开发市中心 当代城市化一

2、个重要特征大城市带趋势。,城市化标志： 城市化的重要概念，是人口城市化。人口城市化： 2003年全国城市化率40.53%，江苏47.77% 2002年，江苏工业化率46%，城市化率44.7%。 还要看四大生产要素集中程度（产业、资本、技术、信息）。经济市场化、国际化、社会现代化。 城市化初期，注意规模、数量；现注意质量：内涵城市化，城乡互动，区域城市化，区域经济一体化。由于经济增长对环境的负面影响,可持续发展战略是各国的选择,城市化内涵着重强调: 1.建设生态型城市。 2.循环经济发展模式（新型工业化道路） 3.TOD模式,1.2关于生态城市的某些概念,城市化是经济发展的必由之路，城市化发展阶

3、段有反复性，城市化主要问题是“大城市病”，特别是单中心的城市化（人口 密度、交通、环境下降），这就有生态城市的呼声和问题的出现。 1869年Hoeckel（动物学家），提出生态学概念（居住地的科学） 20世纪70年代联合国教科文组织发起“人与生物圈（MAB)计划”，首次提出生态城市Ecocity的概念。 1990年“第一届国际生态城市会议”（美国，加洲，伯克莱），成为生态城市运动的里程碑。,2002年深圳第五届会议（生态安全、卫生、产业、景观整合和意识培养等建议和呼声）。 我国现行说法：生产发展、生活富裕、生态良好。以上主要反映城市学家、社会学家和生态学家之观点。 其实，城市生态系统是一个复杂

4、系统，它包括自然生态系统、社会生态系统和经济生态系统。自然生态系统是基础。 各类学科和专业都应参与进来，为生态城市建设贡献力量。地质环境是生态环境的主要构成，是基础，要认真研究思考，使地学更好的为生态城市建设服务。,二、城市地质新的定位要求和新定位,由于城市化问题和新的生态城市建设目标，使城市地质有了新的定位要求和广阔的市场。 2.1从市场需求分析 城市化带来了国土整治要求。大型工程稳定性评价，工程活动诱发的地质灾害等，使岩土工程勘测、设计、施工有了长足发展。 1999年，国土资源部启动的国土资源大调查，700个重点县市做了地质灾害调查和区划。苏、锡、常三市地面调查专项研究；。重点城市地区地质

5、灾害防治专项计划（120多项）。正在兴起的生态省、市、县规划和建设等,2.2从学科演化分析,地球系统科学 环境地质三层次 环境地球科学 环境岩土工程 环境岩土工程有二类环境问题。 防止环境岩土工程问题演化为地质灾害是研究的一项主要任务。,（一）环境地质之学科演化的三层次,从环境地质内涵演化基础环境地质工程环境地质、灾害研究。 1.环境科学与环境地质 三个层次，体现了它的独特之点和丰富内涵: 地球系统科学 Earth system science：认识地球，研究地球过程。 注意放射热，太阳辐射和第三驱动力（人类活动）。“全球变化计划”，可作为代表，以研究周期的自然变化为特色。 环境地球科学 En

6、v.Geosciences：预测人类生存环境之变化。识别自然、预测灾变并注意人的诱发作用。 环境岩土工程Env.Geotechnology ：人类岩土工程活动产生的环境问题。人类活动为主导作用，按“人地调谐原则”解决问题。,污染与生态破坏 Pollution 环境灾害（污染、生态、生物入侵、土地退化、水土流失、酸雨等）。 我国重视的是十一大主要灾种：即气水圈的水旱灾、冻害、风暴潮、沙尘暴、赤潮；地圈的地震、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失、荒漠化以及森林、草原和城市火灾。,建设部界定的城市灾害： 地震、火灾、风灾、地质破坏、技术灾害、战争威胁。 2001年世界人为和自然灾害损失达1150亿美元。3

7、.3万人丧生，内中美国“9.11”事件造成的物质和经济损失190亿美元。如加上民事责任和人寿保险可能达770亿美圆，死亡3200人。 由上,可以理解国土资源部当前抓的如下新问题: 基础部抓农业地质、城市地质三维图； 水环部抓城市环境地质。 可见为城市化,地学服务的重点是为生态城市规划和建设服务,重点抓城市环境地质研究,以解决城市环境土工安全的问题。,2.3从生态城市建设目标和标准分析,生态城市研究目标： 从经济发展到可持续发展 从单一到复杂生态系统 从一项生态到地质生态环境（人类为主题的生态 空间环境， 卢1990） 从纯自然到人地调谐 要实现这些目标，地质环境的基础地位也是明显的。,2.4城

8、市地质新定位,服务城市化、生态城市规划建设这一总目标，解决城市安全问题，结合具体城市发展战略，地学研究轴线和新概念是： 环境地质 环境岩土工程 城市环境土工安全（环境岩土工程和地质灾害） 研究内涵和方法：地质环境空间结构模型研究,突出社会经济发展主体 建设 经营城市 三转变 封闭 开放竞争 单一 多元化投入 以人为本协调发展（新的发展观）: 循环经济(走新型工业化道路) 以人为本,环保先行(生态效益观) 以公共交通为导向的TOD发展模式,城市化工作,三、生态城市规划、建设的地学任务,3.1.新科学发展观下城市规划建设的程式 规划：全面的发展计划，具多面性、规范性 传统城规：据社会、经济和环境美

9、学因素 修编新城规：决策研究 强化生态环境保护、建设生态型城市空间发展 战略和模型研究后的建设 数字城市 自然生态系统和谐 标准：城市生态系统 社会生态系统文明 经济生态系统高效 目标：资源、环境、社会、生态四大要素偶合 如何建设：广义空间结构模型 以人为本，环境先行的生态效益观，绿色GDP的增长和以公共交 通为导向的城市发展模式（TOD模式），特别是地下空间多层开发利 用为主要标志。,3.2地质地理空间结构研究是生态城市规划、建设的依据,3.2.1思路 研究目标：实现资、环、社、经四大要素的最佳耦合。 经济效益 最佳 标准 资环效益 等级 中等 社会效益 较差 据地质-地理空间结构安全等级分

10、析，资环社优先点，提出发展模式和对策建议。 研究按七个模型进行：生态空间、经济空间、交通网络空间、地理空间、资源空间、地质环境空间。 数字城市： 广义言之，就是城市信息化其内涵是逐步实现数字化，网络化（电话、有线TV、互连网、数据处理中心），智能化，可视化。,背景：研究空间结构，环境容量，环境质量 水土资源承载力（包括读下下空间土地资源） 重点 环境岩土工程为体与地质灾害 按人地调谐理论勘测、设计、施工 地质、力学与工程结合 方法 三个基本理论（成因、结构、调谐） 几个生长点：系统工程理论、非线性科学、气候与地 质作用耦合,3.2.2空间结构模型研究 用广义系统空间结构模型建设（以可持续发展为

11、大目标作更大系统的工程建设）取代狭义的生态工程建设（水利、水土保持、保护和重建森林、防止沙化等）（林珲等，2000），显然生态城市规划应按地球或地质或地理空间结构（Geo-spatial structure）理论来作。 地质或地理空间结构，是指在一定的特定空间范围或区域内，自然和社会各要素（包括资源、环境、社会、经济）的组合或耦合关系；还有资源配置（如水、土），环境配置（如大气环境与气候环境），资环配置（如石油资源与深水港）等关系。,（1）生态空间：分三个区新建区（重建区）、过渡区和保护区，取不同的生态政策，如建设近郊田园带，中郊产业带，远郊外环带。 （2）经济空间：三产比重，对发展的相对比重

12、进行协调控制。 （3）交通网络空间：人性化设计，路、水、绿的分布格局。 （4）地理空间：城市功能板块组团，并使城在园中，园在城中。 （5）资源空间：水、土必备资源，其它资源由计划配置转化为市场配置。 （6）环境空间：环境问题广州只是考虑到污染问题（水、气、废物、噪声、热岛效应）。,广州生态城市规划可能走在前面，该市研究了如下六个空间结构：,较之广州空间结构模式应有重要补充： 加一个“（7）地质环境空间”，内涵是： 水、土资源承载力、环境岩土工程问题及地质灾害现状研究其依据是环境地质三层次演化的概念，两类环境问题得概念和环境岩土工程问题转化为地质灾害的概念。 结构、环境质量容量 水土矿资源承载力

13、（含地下空间开发） 环境岩土工程问题和地质灾害研究 人地调谐的工程勘测、设计和施工 1.地下水资源承载力： (1)水均衡法：地下水分布受流域水系、构造、地貌条件、含水层结构、补径排条件控制。在外部动力条件（降水蒸发地表水地下水）和内动力条件（含水介质循环条件）等所制约和控制。研究知含水层系统特征边界条件，输入输出特征内部功能特征。用水均衡法可计算地下水资源承载力，既多年均衡条件下的地下水可开采资源量。 (2)风险分析： Pf=P(L开采量允采量),2.水环境承载力 水体自净能力 水环境纳污能力 3.土地承载力 人口密度控制原则：城市人口规模-国家人均用地指标-定用地规模（据知土地利用规划和不同

14、功能区空间分布） 土地工程承载能力原则： C=F(L,P,T,E) C土地工程承载能力 L主题因素特征（岩土，水等） P环境属性特征（特性，稳定性，适宜性） T技术水平 E经济支出水平,4.3生态示范工程是新的方向,生态修复、重建和示范工程是国土整治、环境治理之方向。 修复回原状 重建改造重建、增加人期望之新特点 生态示范对地质灾害治理规范利用为重点 目前大城市修编总体规划以适应城市化发展的要求都在研究探索。,资源、环境地质 城市环境岩土工程和灾害研究（主导性增强）。 由上可见，本课题研究是生态城市规划建设的基础。 生态恢复、重建与生态示范工程 这是国土整治、环境治理的新方向新要求。 恢复生态

15、Restoration Ecology 对系统结构、功能改变作: 恢复回原状 改建 Replacement： 重建 Rehabilitation:对现有生态系统做改造，增加人期望的特点，减少人不希望的自然特点、形成不同于初始状态的生态系统。 受损生态系统的恢复过程（the recovery process in damaged ecosystem），恢复与重建的理论与运用研究。,北京的做法一定程度上体现了城市化的现代认识和生态城市的努力方向。反过来也说明上述分析认识是正确的。 1.先做了北京城市空间发展战略研究发现生态环境政策增加了城市活力和竞争力，但单中心（中心城市面积占总面积8%），导致“

16、大城市病”。 2.据此战略研究，新规划重点内容： （1）提出“两轴两带多中心”的城市空间新格局：SN与EW；西生态带，东发展带；中心与中心结合，失去与卫星城相结合的城市形态。 （2）六点实施措施：整体保护北京旧城区、整体完善建设区、疏解中心大团，重构城市空间新格局、特征运营合并，提升功能、完善综合交通体系、区域生态保护和建设 （3）特别强调： 城市安全问题，综合考虑各种灾害防治 大区域经、社、环协调发展问题 空间研究 总之，北京修编总规，强调 城市安全 协调发展 南京生态城市建设规划研究，2004年7月正式启动,四、城市环境岩土工程问题 与地质灾害优势面分析,4.1我国东西部环境岩土工程问题与

17、地质灾害 水资源危机 西部问题 生态环境建设与保护 区域稳定性 舞台 地下工程 生态城市建设规划 东部问题 大城市地面变形不稳定性 悬河化 水资源、水环境 五十年来，研究我国有长足进步，出现了一些理论和方法，但是是不够的，工程地质、岩土工程界理论落后于实践的问题还远未解决。,环境灾害问题很复杂，当前它具有全球性，综合性，交叉性和高技术趋势，需要理论支撑。 鼓励理论研究，了解从实践到理论的循环上升规律是有益的。 认知理论：数据 信息 知识 理论形成：实践基础、逻辑思维、实证方法、求真精神 数据是新思想动力，理论以数据平台为基础。 变量 少数独立变量：形成关键思想。 模拟分析独立变量间之关系，形成系统思想（理念、模式） 理念、模式经检验符合实际：逐步上升为理论。 总之，观测测量 数据 理论模式 预测 修改与证实模式 理论,实践,方法是根本,（一） 优势面控制论 The Env. Problem are controlled by the Theory of Preferred Plane 稳定性取决于：断裂老、新、活三类断裂优势 断裂 Stability: Fault Old, new, & active fault preferred fault. 地质仿真模型：优势面组合优势分离体 Geological