辽东半岛的环境地质问题与防治对策研究

韩刚,孔彦,李相然

(1.烟台大学土木工程学院,烟台 264005;2.山东省第三地质矿产勘查院,烟台 264005)

辽东半岛的环境地质问题与防治对策研究

韩刚1,孔彦2,李相然1

(1.烟台大学土木工程学院,烟台 264005;2.山东省第三地质矿产勘查院,烟台 264005)

辽东半岛集中了辽宁省90%的大中型骨干企业、近70%的城市人口和固定资产,创造了辽宁省85%的经济总量,是辽宁省经济发展的龙头地带。本文根据辽东半岛地区地质环境背景条件,研究了不同地区、不同工程活动的环境地质问题,分析了其发育规律与特征,提出了防治环境地质问题的4条举措,即合理开采地下水,可持续利用地区水资源;采取工程与生态结合的方式,有效防治海水入侵;加强矿产资源开采规划与管理,切实保护矿山环境;采取“防”“治”结合的原则,防治斜坡环境地质问题。关键词: 环境地质;环境地质问题;防治对策;辽东半岛

辽东半岛位于辽宁省南端,南濒黄海和渤海,北以辽河河口与鸭绿江河口的连线为界,面积2.94×104km2,是我国第二大半岛,南端则与中国第一大半岛胶东半岛隔海相望。辽东半岛地处温暖带的北部,属于暖温带湿润半湿润季风气候,其行政区划包括大连市下辖的旅顺口区、金州区、瓦房店市、普兰店市、庄河市,丹东市下辖的东港市,鞍山市下辖的岫岩县南部,以及营口市下辖的盖州市部分地区[1]。

1 辽东半岛地质环境背景条件

辽东半岛地层区划属华北地层区,大连-复州小区和营口-丹东小区。出露地层有太古宙变质表壳岩组合,古元古界辽河群,中元古界长城系,新元古界青白口系、震旦系,古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系,中生界侏罗系、白垩系及新生界第四系[2]。

辽东半岛是亚洲最古老的地块之一,有着漫长的演化历史,已发现中国最古老(大于3.8Ga)的岩石。基底岩石主要由太古代 TTG岩系和古元古代浅变质沉积岩、火山岩组成,之上广泛出露新元古代-震旦系沉积岩。中生代岩浆岩和火山岩在辽东地区广泛发育。

中朝准地台构造体系和大陆边缘活动带型构造体系构成了辽东半岛地质构造骨架。褶皱和断层以东西向、北东向和北北东向为主,北西向构造次之。北东向和北北东向构造以及东西向构造是控制全区的主要构造。新生代以来,辽东半岛持续隆起,缺失第三系地层,第四系仅零星分布在沿海平原及河谷地带[3]。

辽东半岛地貌依其基本形态类型可划分为3个区:山地丘陵区、堆积平原区、海岸带区。辽东山地丘陵区为长白山支脉吉林哈达岭的南延部分,以千山山脉为主体,主要受北北东、北东向构造控制,低山及丘陵的总体走向亦为北北东、北东向排列。成因类型以构造侵蚀-剥蚀为主。堆积平原区主要分布在辽东半岛南部和东部,在大连市分布有山前坡洪积、冲洪积倾斜平原,东港市有冲积海积平原,地势平坦开阔,近海处有较大面积的沼泽湿地及盐渍化土地。海岸带及海湾、岛屿区海岸地貌主要分为基岩海岸、砂质海岸、淤泥质海岸。

辽东地区地壳运动以上升占主导地位,第四纪地层极不发育。更新世地层厚度较小,多在山间隘口、低丘陵区或河流高阶地上零星分布。

研究区地下水含水层系统依据地下水赋存条件和含水介质特征可以划分为第四系松散岩类孔隙含水层系统、基岩裂隙含水层系统、岩溶裂隙含水层系统和新近系孔隙裂隙含水层系统4种类型。第四系松散岩类孔隙含水层系统,主要分布于低山丘陵中的山间盆(谷)地、滨海河谷及滨海山前倾斜平原区;基岩裂隙含水层系统,主要分布于辽东山地;岩溶裂隙含水层系统,主要分布于辽东山地的大连地区、太子河流域;新近系孔隙裂隙含水层系统,分布于下辽河平原区和华北平原区。

2 辽东半岛主要环境地质问题及发育规律

环境地质问题是地质环境和地质作用与现在或将来人类活动之间的相互作用而产生的不利于人类活动与发展的各种环境地质现象[4]。辽东半岛由于地区差异,人类工程活动的不同而其环境地质问题也不同。

2.1 不同区域的环境地质问题

2.1.1 海岸带区环境地质问题

(1)海水入侵

海水入侵是辽东半岛主要环境地质问题之一,具有危害性大、隐蔽性强、治理难的特点。由于地下水过量开采,特别是20世纪80年代以来,大连等地均发生不同程度的海水入侵问题。主要分布在辽东半岛大连的大魏家、南关岭、甘井子、周水子、大连港、马栏河口等地区[5]。

辽东半岛海水入侵形态有以下三种方式:①面状入侵:在松散盐类分布区的砂质海岸地带,海水从海岸沿松散层成面状向内陆入侵,如大连渤海湾营城子一带。②线状入侵:在基岩分布区的基岩海岸地带,如大连市,旅顺区等地段海水沿着基岩构造裂隙呈线状向内陆入侵。③溶洞状入侵:大连市金州湾附近的灰岩地区溶洞比较发育,海陆形成天然通道,海水在动力作用下沿着岩溶空洞贯通入侵。

浅井和深孔的水样化验结果表明,海水入侵显示出上淡下咸的规律性,说明海水入侵具有明显的成层性,并与研究区岩溶发育的成层性有密切关系。同时海水入侵与岩溶发育程度、构造和岩脉的影响有关,凡是岩溶发育并且连通性好或者受导水构造和岩脉影响的部位,海水入侵程度大,反之则弱。

研究区海水入侵己有近40a历史,由于降雨量和人工开采量变化的原因,自出现海水入侵以来,海水入侵面积有小→大→小→大的变化规律,同时它也表明海水入侵水平距离总体有近→远→近→远的变化趋势。1964年大连沿海首次出现海水入侵,以后由于经济发展速度加快,导致地下水开采量增加,加上管理力度不够,使海水入侵程度明显加剧、入侵面积急剧增加。1994年以后,由于采取了减少农用土地、控制工业开采、饮用水自来水化等措施,使得开采量减少,海水入侵范围逐渐减少。同时,海水入侵引起的一系列社会及环境问题也逐步得到政府职能部门的重视,加强了监督管理力度,采取人为措施控制了开采量,也使入侵面积的增加速度不断减缓,到1999年左右出现局部最小。1999年、2000年及2001年连续3年大连遭遇持续干旱,2002年又出现了50年来特大干旱,从7月初到9月下旬近3个月的主汛期,研究区几乎没有较大的降水过程,持续的干旱,虽然客观上使地下水需求量增加,但事实上由于大连市政府采取了节约用水等多种有效措施,多数地区成功地解决了供需矛盾,地下水总开采量不仅没有增大,反而有所减小。总开采量虽然减小,但因易于海水入侵的地区往往都是经济较为发达地区,在使用多种开源节流方法后,仍无法满足当地经济发展用水需求的前提下,必然会加大地下水开采,使局部地下水开采量增加,导致原本没有发生海水入侵的地区出现了海水入侵,从而使海水入侵总面积相对增加。虽然2001年和2002年海水入侵面积相等,但海水入侵面积总的趋势还是逐年增加。在2001～2006年6年间,海水入侵面积基本呈逐年增加趋势,增幅为23.2%,海水入侵面积最大的区域为旅顺-甘井子-金州沿海入侵段,海侵区面积为377.7km2(黄渤海岸贯通),海水入侵面积较大的区域为谢屯-复州湾-炮台入侵段,海侵区面积为229.6 km2。2008年大连地区海水入侵面积达867.8km2(不包括长海、交流岛和长兴岛等沿海岛屿),纵向最大入侵深度达7.0km,其中海水入侵面积最大区域为旅顺-甘井子-金州沿海入侵段,海水入侵区面积由原来的377.7km2增至388.8km2,比2007年增加了2.9%[6]。

(2)海岸侵蚀

辽东半岛属环渤海地区弱侵蚀岸段。据20世纪70年代至2000年两期遥感影像数据对比分析,辽东半岛海岸侵蚀岸段主要有:大连旅顺柏岚子,侵蚀速率1～1.5m/a,原因是砾石堤的堤坝不断被破坏造成的;大连鲅鱼圈,侵蚀速率10m/a,主要是人为采沙所致。在自然和人类工程活动的影响下,受蚀岸线日趋扩大,海岸侵蚀正吞啮土地,破坏着港口和海岸工程,严重影响海滨浴场、海岸景观质量,丧失了大片海滩、浴场等资源。

(3)海岸淤积

辽东半岛的海岸淤积主要分布在营口、庄河、东港市的海岸地带,其中营口岸段1978～2000年淤积速率2～30m/a;庄河岸段1976～2000年淤积速率30m/a;东港市岸段1976～2000年淤积速率25～80 m/a[7]。辽东湾在1978年时,沿海岸只有营口岸段有盐田,其他都是宽阔的滩涂和大片的湿地,尤其在几个大河入海河口处是大片的淤泥滩地,岸线曲折蜿蜒。2000年的图像上显示,整个辽东湾岸线都开辟了大片的养殖池,也构成了一道人工岸线,岸线向海推进300～3 000 m。

2.1.2 山地丘陵区环境地质问题

辽东半岛山地丘陵区是崩、滑、流地质灾害最发育的地区之一,尤其是泥石流灾害危害较大。辽东山地丘陵区南部的凤城、岫岩和盖州、瓦房店、普兰店三县交界处的老帽山区是强分布区。中度分布区位于辽东半岛的大部分地区。灾害最重的地区主要集中在辽东的凤城、岫岩(表1)以及辽南的盖州、瓦房店、普兰店三县交界处的老帽山区。1976～1989年的13 a间,共发生大规模泥石流灾害9次,几乎是每2年发生一次。进入20世纪90年代,泥石流灾害更为活跃,几乎每年汛期都有发生,已成为辽东山区最为严重的地质灾害[5]。

表1 辽宁省岫岩县大型泥石流特征统计表Table 1 The statistics table of mudslides in Xiuyan county of Liaoning p rovince

辽东山地泥石流发生与暴雨时段相一致,具有频发性、突发性、毁灭性等特点。其中,坡面型泥石流一般发育在距分水岭不远的山坡低凹处或浅沟的源头,流域面积较小,流通区不明显,形成区与堆积区相近或相连,规模较小,堆积量多小于1×104m3。这种类型的泥石流在辽东地区十分发育,往往成群出现;沟谷型泥石流主要分布在山区沟谷,流域范围较大,能明显地划分出形成区、流通区和堆积区,沟谷轮廓多呈狭长的条带状,流体性质以稀性水石流为主,固体物质多来源于坡面冲刷、沟床侵蚀和崩塌,物质大小混杂,多呈垄岗状、扇锥状堆积于支沟与主沟的汇合处。

2.2 人类工程活动诱发的环境地质问题

2.2.1 地下水开采利用诱发的环境地质问题

地下水开采利用诱发的环境地质问题主要是岩溶塌陷。例如,瓦房店市三家子地区长大铁路王家车站一带,1987年8月,由于开采地下水,共有大小陷坑25个,规模较大的有4个。塌坑长20～40m,宽5～35m,形如漏斗状。这次塌陷使长大铁路约20m长的路基下沉达1m。造成火车停运8h;同时造成部分通讯设施破坏,44间民房开裂,66眼民井干枯,经济损失较大。

2.2.2 矿产资源开采诱发的环境地质问题

辽东半岛蕴藏着极为丰富的矿产资源,其中以石灰岩为最多。这些矿产资源的开发利用,一方面促进了地区经济发展,同时也给生态环境带来了危害。废水、废气、废渣、粉尘、噪声等污染越来越严重。矿产资源开采诱发的环境地质问题主要是采空塌陷和生态环境破坏。

(1)采空塌陷问题

辽东半岛的采空塌陷集中分布于采矿区,例如,原金州石棉矿采空区地面塌陷处于大连市东北部经济枢纽地带,南矿走向为 135°左右,呈长条状,长4300m,宽1000m,石棉矿(采空区)分为南矿和北矿,南矿面积约为4.3km2,北矿面积约为2.0km2。采空区地面塌陷形态特点如下:地表裂缝,串珠状塌坑,碟形塌坑,小斜井的人行道及运输道浅部塌陷坑。采空区地面塌陷具有如下发育规律:①采深采厚比小于25的采空区地段多发生地面塌陷。②塌陷多发生于采用巷柱采矿方法地段。③塌陷与巷道走向关系是采空区地面塌陷坑多呈椭圆形,长轴方向与巷道走向一致。④塌陷与井口位置关系是南矿采空区地面塌陷多发生于斜井井口走向部位;北矿采空区地面塌陷发生在原井口位置。⑤塌陷坑处,采空区围岩破碎,第四系厚度小。⑥塌坑和开采长度的关系,当开采长度较大属于充分采动,则地面出现塌坑。⑦塌坑全部发生在雨季[8]。

(2)生态环境破坏问题

主要是采矿导致植被破坏、动物减少、土地退化、水土流失、小气候恶化等生态问题。以大连市为例,全市矿山用地总面积达3426hm2,占全市国土总面积的0.28%,矿山用地基本上是占用森林、灌丛草地或是天然裸露岩石。几乎所有矿山开采完毕的作业面及堆放、加工场地均未进行复垦及生态修复或绿化,500多家矿山企业复垦计划执行率仅为6.01%。千疮百孔的废弃矿坑,仅甘井子区就分布200多处。它们破坏了森林植被和原有的地貌结构,造成土地荒漠化和水土流失。特别是后盐地区高速公路两侧机场周围、旅顺北路附近山体被采掘得体无完肤,有损于大连作为国际性城市的整体形象。

3 辽东半岛环境地质问题防治对策

针对上述环境地质问题类型与发育规律的研究,辽东半岛的环境地质问题的预防与控制应重点开展以下几个方面的工作:

3.1 合理开采地下水,可持续利用地区水资源

辽东半岛的环境地质问题,最主要是不合理开采地下水所致,而地下水补给量的减少,则对环境地质问题的演化起到加速作用。因此应加强辽东半岛地区水资源的可持续利用与管理工作。

一是做好开源与节流工作。开源重点做好两个方面的工作,一是因地制宜,采取措施,增加地下淡水补给量。为了充分利用降水,可在入海各河河槽的不同地段,修挖长短不一的渗渠与渗沟,渗渠与渗沟内再挖深浅不等的渗井,以此使地表水尽快入渗,迅速转化成地下水。同时,还需在各河口和低洼处,修筑不同长度的拦河闸坝,使河水尽量沿途入渗,以减少地表径流入海,使大气降水最大限度地补充到地下。二是加速实施引水工程,实施地下水和地表水联合供水。节流主要是控制和调整地下水开采。控制开采量要从以下几方面着手:①近海控制开采。②调整开采时间和间隔。③调整开采井布局和水井密度。

二是增强节水意识。一个地区,当地可持续利用的水资源是有限的,但往往对水资源的需求是无限的。尤其沿海地区普遍存在资源型缺水,节约用水是一项长期任务。为了节约淡水资源,使淡水资源能充分满足生活用水的需要,应计划实行分质供水,实行水源分流制,用海水代替淡水,以减少地下水开采量。生活污水、工业污水经过一定程度的沉淀、净化即可灌溉农田,代替大量淡水。矿化度在1.5g/l左右的微咸水可与淡水混浇,也可单独利用微咸水浇灌耐盐作物及进行汛前灌浇,也可作为工业生产的冷却、冲厕用水。

三是加强地下水动态监测工作。地下水动态监测是掌握地下水变化的重要手段,能及时了解地下水动态变化,健全地下水监测体系,加强地下水监测工作,及时掌握海水入侵状况,可以科学、有效地防治海水入侵。

3.2 采取工程与生态结合的方式,有效防治海水入侵

海水入侵的防治措施除了上述地下水资源的合理开采利用外,还应建造阻挡海水入侵的水利设施和适应性生态改良措施。

阻拦海水入侵的水利设施的设置与建设,修建地下水库和地下防渗阻咸帷幕;修建地表防潮设施及防潮堤,可以有效阻挡现代海水的入侵;在堤河上建防潮闸,即可有效阻止涨潮流顺河道上溯,又可以在缺水季节拦蓄淡水,增大河流的水头压力,减缓海水入侵的速度;敷设地下抽水槽与回灌井;为阻止海水侵染,于海岸线上的咸淡水界面附近,敷设成排、成带状的井群。

适应性生态改良措施的实施。适应性生态改良是指为适应海水入侵现状,进行海水入侵区内生态改良实验,利用地下微咸水或与淡水混合利用浇灌耐盐作物,发展入侵区经济。原则上根据海水入侵区具体的海水入侵现状、发展趋势、地表景观,采取统筹规划分区治理的方法,由海岸向内陆腹地分区开发利用。

3.3 加强矿产资源开采规划与管理,切实保护矿山环境

针对辽东半岛矿产资源开采引发的环境地质问题,应采取如下防治对策:

(1)做好矿产资源开采规划,实施集约经营战略,应陆续关闭那些资源浪费严重、管理效率低下环境污染严重的矿山。

(2)建立矿山生态环境保护与恢复的地方法律法规体系。矿山环境保护立法是进行环境管理和治理的重要措施和保证。依法治理,是实现矿山生态环境状况好转的积极、有效手段。

(3)大力推广矿山生态恢复和重建的实用技术,对由于人为开采矿藏所致的地面变形问题,应对已经存在的地下采空区,要及时进行回填,以防其扩大地面塌陷的范围。

(4)采取环境经济手段加强矿山生态系统的恢复和重建。

3.4 采取“防”“治”结合的原则,防治斜坡环境地质问题

斜坡环境地质问题的防治应采取“防”“治”结合的原则,主要措施包括:

(1)引进生态护坡新技术,加强坡体保护,即综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护,形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术。

(2)对于复杂、变形较大或不适宜于治理的灾害体,采取避让措施,远离灾害。

(3)采取工程措施,对崩、滑、流灾害进行有效治理。例如建立抗滑桩、挡墙等拦挡工程,遮拦、阻抗灾害体。通过注浆加固、表面喷锚、支护、排水等措施对灾害体进行改造。对泥石流沟内松散物质采取挡土、排水、固坡,或在窄口处建立拦砂坝等拦挡工程。建立防护堤、导流堤、桩林,进行停淤。建立排导工程,导引泥石流,消除灾害。

4 结论

辽东半岛地理位置优越,岛内有我国重要的港口城市大连市、营口新港经济区和东港市。大连市现已形成以机械、石油、化工、轻纺为主的综合性工业体系,港口规模居全国第二。营口新港经济区位于半岛的西部,为侧重发展港口,以出口加工业、旅游业为主的外向型经济开发区。东港市位于半岛的东部,将成为东北地区重要的进出口港口。随着辽东半岛的对外开放与地区经济发展,也带来了一些负面的地质环境效应——环境地质问题。因此,研究辽东半岛的地质演化规律,搞清地质灾害的分布特点、发育特征、形成机理和演化规律将有助于最大程度地避免和减轻各种灾害造成的人员伤亡与经济损失,可以为半岛经济的发展与腾飞保驾护航,为今后辽东半岛乃至全省经济发展,提供科学的依据。

[1] 薛丽俭,杨诣.辽东半岛水资源合理利用与保护的对策[J].水资源保护,2001,(1):21-24.

[2] 杨欣德,李星云.辽宁省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.

[3] 王宗秀,唐哲民,杨中柱,等.大连地区中-新生代构造格架厘定[J].中国区域地质,2005,19(2):120-126.

[4] 李相然.滨海城市环境工程地质[M].西安:陕西科学技术出版社,1999.

[5] 天津地质矿产研究所,辽宁省地质矿产调查院,河北省地质调查院,等.环渤海地区地下水资源与环境地质调查评价报告[R].2005.12.

[6] 伏捷,李永化,张戈,等.大连市海水入侵灾害危险性评价[J].海洋开发与管理,2009,26(9):38-42.

[7] 魏莉,张勇.大连市海岸带生态环境存在主要问题及保护措施[J].辽宁城乡环境科技,2006,26(4):47-49.

[8] 李志杰,王建霞.大连市原金州石棉矿采空区地面塌陷治理方法[J].西部探矿工程,2008,(12):137-140.

RESEARCH OF THE GEOLOGICAL ENVIRONM ENT PROBLEMS AND THE CONTROL COUNTERM EASURE IN THE L IAO DONG PENINSULA

Han Gang1,Kong Yan2,Li Xiang-ran1
(1.Civil Engineering Department of Yantai university,Yantai 264005,China;2.The No.3 Institute of Geology and M ineral Exploration of Shandong Province,Yantai 264005,China)

The Liao Dong peninsula isan impo rtant economic developed area,and occupies an important position in GDPof Liaoning p rovince.The paper through the conditions of geological environment in Liao Dong peninsula,research the geological environment p roblemsof Liao Dong peninsula w hich is happened by different areasand different engineering activity,and analyzes the p roblemsof development regularitiesand characteristics.And then p roposes fourof the corresponding countermeasures.Namely rational exp loitation of groundwater to make the groundwater can be sustainable used;Take an engineering and ecological combination way that can have an effective p revention and control of seawater intrusion;Strengthen the exp loitation of mineral resources planning and management,p rotecting themine environment;Adopt"anti""to"the p rincip leof combining to p revent slope.

environment geology;geological environment p roblem s;countermeasures to p revent and control;the Liaodong peninsula

X141

A

1006-4362(2011)02-0018-05

2010-12-02 改回日期: 2011-03-07

韩刚(1988- ),男,硕士研究生,主要从事环境岩土工程方面的研究。