哈尔滨市地质环境分析

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1、中国地质大学（北京）城市环境地质学结课报告院（系）：水资源与环境学院专业：水文与水资源工程姓名：林高聪学号： 61任课教师：刘飞老师哈尔滨市地质环境分析概述哈尔滨市位于东经12542 13010， 北纬 4404 4640，是黑龙江省省会，东北北部的政治、经济、文化和交通中心，东北四大中心城市之一，也是中国省辖市中陆地管辖面积最大、管辖总人口居第二位的特大城市。全市面积万平方公里，辖8 区 7县，代管 3个县级市。 户籍总人口万人， 其中市区人口万人。 哈尔滨市辖8 区 7 县 3 市，分别为南岗区、道里区、道外区、香坊区、松北区、平房区、呼兰区、阿城区和宾县、方正县、依兰县、巴彦县、木兰县、

2、延寿县、通河县，代管县级双城市、尚志市、五常市。主城区指哈尔滨市道里区、道外区、南岗区、香坊区、平房区、松北区、呼兰区规划的城市建成区。总用地面积 458 平方公里。区域总人口万人，其中市区人口万（2010 年统计数据） 。目前正在建设的新城区有：群力新区（属道里区）、哈西新区（属南岗区） 、松北科技创新城（属松北区）、哈南工业新城（属哈尔滨南部地区包括平房区等）、哈东新区（属道外区、宾县）。哈尔滨地处松嫩平原， 海拔较低地势平坦， 最新的区域构造和断裂活动的发生在第四纪早期既早更新世时期，中、晚更新世期间无断裂活动的迹象，区域稳定性高，经其他学者分析哈尔滨在未来 100 年发生区域构造运动或

3、地震大于的活动可能性很小，这就为城市的发展建设提供了稳定的环境基础。 但是由于近年来城市快速发展，人口迅速的增加， 城区建设出现工程地质问题突现，居民生活环境的质量与城市建设出现冲突，无节制的开采地下水，城市垃圾的不合理处置，水资源监管不利， 工程地质活动造成的不良工程地质作用等，不但引起了一系列的城市环境地质问题，同时也制约了城市的和谐发展和降低了居民生活水平的质量，并且造成了不良的社会影响。本文分析了哈尔滨主市区的城市环境地质出现的问题，确定了其主题特征， 并提出适合的系列专题图，希望可以为评价和提高哈尔滨城市地质环境质量提供参考。一、哈尔滨城市地质环境问题尽管哈尔滨市主城区地处区域稳定性

4、高，地势平坦， 区域地质灾害少，但是近年来城市建设和发展遇到的地质环境问题日益增多，如：地面塌陷、特殊土、水环境污染、大面积地下水降落漏斗区、城市垃圾等。1.地面塌陷地面塌陷是指地表岩土体受外部荷载或自身重力以及其他因素作用下，的岩土工程强度下发生的地表坍塌现象，规模在几米到几十米不等，采区、矿产采空区和岩溶地貌区。当荷载大于自身多发生在平原地下水开继北京、上海等地面塌陷灾害重灾城市之后，哈尔滨也成为国内地面塌陷频发的城市。特别是哈尔滨主要的城区的和街道很多城市基础设施都是沿用上个世纪的建设或者在此基础上的翻新和维护，其道路交通、 城市地下管线、 地下工程面临今天的交通压力和城市容量不断扩大，

5、 逐渐暴露出地质问题，这些地区成为哈尔滨地面塌陷的多发区。特别是今年八月份受持续降雨的影响和城市自身基础设施的影响，南岗区发生了一系列的地面塌陷事件，造成多人受伤和2 人死亡（表1）。表 1 2012 年 8 月哈尔滨地面塌陷部分事件名录表时间地点塌陷面积原因8月9日南岗区铁路街与上长约 3米宽约 2米8 日降雨将排泄井冲塌，导致周边方街交口人行道地面出现塌陷8月 12日南岗区工程师街 358 日大雨造成极大管压，使超期服 1 号门前人行道役的排水管出现泄漏造成塌陷8月 14日哈尔滨市南岗区邮长约 2米、宽约1 米8 日大雨造成排水管下沉约半米，政街 622 号人行泄漏的雨水将四周泥沙冲走形成

6、道与马路连接处空洞引发路面塌陷。8月 14日哈尔滨市南岗区辽10 余平米造成 2 人死亡，两人受伤。阳街 90 号门前8月 16日哈尔滨市南岗区燎米深空洞原街与大直街交叉口8月 17日哈市东直路与红旗大街交口8月 17日道里区机场路康家路段8 月29 日哈尔滨南岗区和兴路 88 号门前路段的二环快速干道一侧面积达几十平方米，最深达 5米28 日“布拉达”台风北上降雨影响， 形成积水， 入渗导致地面沉降。慢车道2.特殊土的工程地质问题（ 1）季节性冻土工程地质问题冻土是只温度达到零摄氏度以下，地表一下某一深度范围内的岩土体以及它们空隙裂隙中的水发生冻结的现象。由于水结冰会体积会变大，更主要的是在

7、土壤水势梯度作用下，为冻结区域的水会向冻结区域迁移和聚集，从而扩大冻胀区域，所以冻土有明显的冻胀现象，发生冻土的区域会膨胀、地面隆起等现象。冻土的另一个特征是，冻土由于气温升高，土中的冰会融化，从而又导致岩土体的体积减小发生沉降，这种现象又叫做，融沉现象。季节性冻土即是随季节温度变化发生冻土和融土现象的岩土体，在哈尔滨普遍存在，冬季发生冻胀现象，春季出现融沉现象。季节性冻土的反复冻胀和融沉循环出现给工程建设带了极大的困难，冻土的压缩性降低，但抗剪强度降低；融土的压缩系高。反复的冻融会导致岩土体的工程力学参数发生极具的变化。哈尔滨冬季（11 月翌年2 月）历年平均气温，春季（3 月 5 月）历年

8、平均气温， 年平均气温， 这是导致季节性冻土发生的气候因素；表层岩土为人工填土和粉质粘土，人工填土空隙发育，结构松散，粉质粘土含水率高，这是哈尔滨冻土发生的物质基础，据调查和研究，哈尔滨的冬季冻土层厚度达到200cm。（ 2）淤泥质粘土 -软土的工程地质问题淤泥类土是指在水流缓慢的沉积环境中和有微生物参与作用的条件沉积形成含较多有机质，输送软弱（天然孔隙比大于1，天然含水率大于液限）的含较多粉粒的粘性土。哈尔滨地区松花江中游地区，在松花江南侧松花江河漫滩地貌单元，其中处于人工填土层下部的全新统低漫滩冲积成因土层中，其中广泛分布着粉质粘土：黄褐色灰褐色，软塑。流塑，中高压缩性；淤泥质粉质粘土：灰

9、色黑褐色，流塑，高压缩性，含有机质，有腥臭味。以及岗阜状平原地貌中人工填土下部的上更新统哈尔滨组冲积湖积层、中更新统山荒山组湖积层粉质粘土：黄褐色一褐黄色，可塑，中压缩性；粉质粘土：褐黄色一褐黑色，软塑，含可塑土，中压缩性。其工程力学性质强度低，压缩性高，承载力低，含水率高，对哈尔滨的城市建设，特别是建筑基础设施的建设造成了极大的困难。3. 水环境问题（1）水质污染2010年哈尔滨环境状况公告显示全市当年废水排放总量为万吨，其中工业废水排放量为万吨，占 %。市区废水排放总量为万吨，其中工业废水为万吨，占% ；废水中主要污染物化学需氧量（ COD）排放量为吨，其中工业废水COD排放量为吨，占%；

10、氨氮排放量为2762吨，其中工业废水氨氮排放量为吨，占% 。尽管在政府监督部门的监管下，哈尔滨年废水排放总量逐年下降，但是2010 年哈尔滨地表水总体评价为轻度污染，依然处于水质污染的行列中。根据 2010 年枯水期哈尔滨城市规划区地下水水质监测资料分析，硝酸盐(以 N 计)超标区呈点状分布于哈尔滨东光厂、黑龙江大学、 黑龙江省水文地质工程地质勘察院、道外区东凤镇；亚硝酸盐(以 N 计)超标区呈点状分布在哈尔滨市东安机械厂、松北区团结镇李家村、呼兰区兴旺水泥管厂；氨氮(以 N 计 )超标区呈点状分布在利民一水厂、利民二水厂；氯化物超标区呈点状分布在哈尔滨市毛皮厂；总硬度超标区主要呈片状分布在哈

11、尔滨第一机器制造厂一哈尔滨毛皮厂、省国土资源厅一市电焊条厂一带，呈点状分布于哈尔滨兆麟公园、哈尔滨市东光厂、 省森林植物园、 哈尔滨市滨江火车站等地；高锰酸盐指数超标区呈点状分布于松北区渔场、团结镇李家村、利民一水厂。一般化学指标中铁、锰全区普遍超标；枯水期在哈尔滨水泥制品厂、哈一机、香坊区木材厂、 哈尔滨东光厂、香坊区灰菜沟、哈尔滨泡沫厂等地形成了重碳酸氯化物型水。在哈尔滨轴承厂形成了点状分布的重碳酸氯化物硫酸型水，在哈尔滨毛皮厂形成点状的氯化物重碳酸型水。除此之外， 由于早期大量开采地下水形成大量的地下水降落漏斗区，造成江水位常年高于岸边地下水位m，引起江水侧渗补给地下水，随着入浸时间的延

12、续，引起地下水质随江水而变， 据傍河抽水试验，随抽水时间延续抽水井水中氯、悬浮物含量逐渐增高，虽含水层有一定净化能力，但净化能力有限，时间久了地下水即会随江水水质而变。（2）地下水水位下降、降落漏斗区哈尔滨市地下水位降落漏斗形成于1980 年，随着地下水开采量的逐年增加，漏斗面积不断扩大。据黑龙江省环境水文地质总站监测资料，哈尔滨1970 年市区地下水开采量约在108m3/a 左右，地下水处于采补平衡状态，水位下降5 7m 。1971 年开采量增加，呈现开采大干补给的超采状态，水位出现持续下降。1985 年原有的五个小降落漏斗区形成以重型机械场为中心的大型地下水降落漏斗区，中心水位标高，面积1

13、60km 2。1987-1990 年期间，平房区以东安机械场为中心也逐渐形成地下水降落漏斗区，漏斗中水位累计下降，漏斗面积约260km2。90 年后，由于意识到大量开采地下水造成的影响，在政府管理下，以及地表水的充费利用下，减少地下水的年开采量， 这使得地下水降落区的扩大得以抑制，水位逐渐回升态势。1998 年重型机器厂的降落漏斗区域的中心移至菅草岭供水八厂和轴承厂，南移了2km左右。原漏斗中心水位自1996 年至 2005 年上升了，到2001 年枯水期降落漏斗形态发展成为较稳定的椭圆形，在椭圆的两端形成两个极小的漏斗中心，分别为菅草岭供水八厂和轴承厂，此时漏斗面积约380km 2。 200

14、3 年漏斗形态未发生大的变化，仍以菅草岭为中心、形态仍以东北向为长轴的椭圆形区域降落漏斗，但轴承厂小漏斗(漏斗中心 )消失，此时面积约380km2 ，漏斗中心水位埋深。水位标高。至2005 年，降落漏斗总体形态与2003 年基本相同，漏斗面积约380km 2，漏斗中心水位埋深，水位标高，与2003 年相比上升了。降落漏斗中心水位目前仍低于松花江水位5 余米。平房区自1992 年开始引松花江水作为供水水源，地下水开采量锐减，由1991 年的108m3/a 减少至1993 年的 108m3/a，水位开始大幅度上升，其中，1993年上升幅度最大，平均上升速率a。1994 年随地下水开采量的增加地下水

15、水位也随之下降，1995 年继续上升。上升最快的是位于平房局部漏斗中心的东安机械厂，十年累计上升，至2000 年漏斗中心水位标高为。从1992 年开始平房区漏斗时隐时现，至2005 年枯水期，漏斗中心水位标高，漏斗仍然存在。上升区逐年向北扩展，目前已扩展到前卫无线电厂一带由于哈尔滨市区超量开采地下水，引起水位大幅度下降，使松花江阶地和岗阜状平原约100km2 范围内的地下水水位降至含水层顶板以下110m ，从而改变了地下水水力特性，由原来的承压水转为无压水。同时，因地下水水位下降而引起静水压力减小含水层变薄，致使单井涌水量衰减，由原来的4000 5000m 3/d 降至 20003000m 3

16、/d 。（3）供水紧张问题目前哈尔滨市区供水能力不足，缺口大，供需矛盾突出。市区日供水能力132 万 m3 ，日需水量为153 3 万 m3 ，目供需差达21 3 万 m3。下表为哈尔滨2010 年各类年用水总量（单位：万m3）。表 2 哈尔滨市用水现状汇总表项目城镇生活农村生活一般工大耗水和电农业用水生态环境合计用水用水业用水力工业用水用水18064160543521686620379386519544. 城市垃圾堆放问题哈尔滨 2002 年市区年产垃圾总量就已经达到240 万吨，目前哈尔滨市区现有生活垃圾堆放场 15 处，分布位于韩家店、莫力街、水泥管厂北、柳树林、和平村、冷冻厂西侧、大房

17、身、滨北铁路桥西、民富村、王岗、哈东、韩家洼子、黑鱼泡、沙坨子、程家岗，其中6处分布于岗阜状平原上，4 处位于松花江低漫滩上，5 处位于阿什河漫滩上。城内内还有很多零散的垃圾堆放点。 。目前大部分垃圾裸露堆放，未进行填埋处理，垃圾中的有机质和有毒元素发生腐烂分解，产生大量含有污染质的淋滤液，在地表漫流， 进而污染土壤、 地表水、地下水，使垃圾堆放场附近的环境条件大大恶化。二、哈尔滨市地质环境主题及主体特征分析1. 哈尔滨市地质环境主题根据哈尔滨市区存在地质环境问题，根据其影响因素和问题的原因， 我们可以将其主题归为：地面沉降、环境污染、地下水降落漏斗。2. 哈尔滨市城市环境主题特征（ 1）地面

18、沉降群发性和集中性对 2012 年哈尔滨市区出现的地面沉降灾害研究发现，多数集中在南岗区，并且群发性程度高，在今年8 月 20 天内发生的9 次地面沉降灾害中，有8 次发生在南岗区。（ 2）地面沉降深度不大与浅层松散的土体有关观察发现，哈尔滨地区发生的地面沉降多数在几米深作用，深度不大，面积范围中等，在几平米到几十平米不等。（ 3）地面沉降受降雨影响严重8 月分发生的多次地面沉降均与降雨有关，发生在8 月 9 日 17 日期间的地面沉降时间均与 8 月 8 日的大降雨有关，发生在8 月 29 日的地面沉降与8 月 28 日的“布拉达”台风降雨有关。（ 4）地面沉降发生在管线布置部位地面沉降多发

19、生在上个世纪建设的陈旧管线或排水管线之上，或者发生在近期内发生过管线布置的地区。（ 5）地下水降落漏斗得以恢复哈尔滨市区两大降落漏斗在近年来减少开采量的保护下得以逐年恢复，降落漏斗面积也逐渐缩小。（ 6）垃圾污染严重造成水质恶化由于城市垃圾堆放点的建设不合理，导致环境污染严重，特别是造成水环境的污染。（ 7）环境污染是水资源短缺的主要原因松花江为哈尔滨提供了充足的水源，但是由于污染造成的水质恶化，增大了水处理的成本，降低了可以使用的水资源储量。三、主题地质环境要素的确定1. 地面沉降主题要素确定关于地面沉降的主题要素确定需要分析影响哈尔滨地面沉降的关键因素，通过分析这里总为几点相关因素。（ 1

20、）城市管道和管线布局哈尔滨地面沉降多发生在设有管道布置的空间位置，特别是供水管道和排水管道位置，很多地面沉降的发生是由于管道断裂或管道破裂造成漏水，水流带走了岩土体造成的地下空洞从而形成的地面塌陷。这些管道多数是上个世纪年代相对久远的陈旧设备，这也是容易发生管道破坏的原因。有些地方管线布置也增加了地面塌陷出现的概率。据地面灾害发生对周围居民的调查，居民反应， 发生地面塌陷的位置曾多次出现管线布置工作，这就造成了管线布置位置岩土体的松散和大空隙结构，增大了地面塌陷的几率。因此哈尔滨的地面沉降空间上与城市管道和管线布局要素有关。（2）降雨因素长历时的降雨或暴雨增加了哈尔滨地面塌陷的可能性，对于地势

21、低洼容易形成积水的地区容易形成地面塌陷，这是因为降雨入渗产生入渗力带走了地下的岩土体，形成地下空洞，在外部荷载作用下形成地面塌陷。（3）浅层土体哈尔滨的地面塌陷深度不大，岩土体主要人工填土和压缩性高、这与岩土体的性质有关。 哈尔滨的地层位于顶层前两层的液塑状态的淤泥质粘土和粉质粘土， 这些土体孔隙比极大，空隙裂隙发育，压缩性又高，极容易发生地面塌陷。（4）冻土冻土的反复冻融的作用，导致土体反复膨胀和收缩，这就可能会造成大量了地下裂隙和空洞，引起地面塌陷的发生。（4）地下水降落漏斗国内很多城市也反生严重地面沉降或地面塌陷，如上海、 天津等， 其中均与地下水大量开采形成的降落漏斗有关。目前，哈尔滨

22、发生的地面塌陷是否与地下水降落漏斗有关还不是很清楚，但是可以明确的一点就是相比较其他因素，地下水降落漏斗的影响程度要小很多。空间管道和管线布局地时间降雨面物质基础地层岩性塌地面荷载其他因素降落漏斗2.环境污染主题要素的确定目前只要的环境污染是水质污染和垃圾污染，水质污染的管理我们可以通过政府监管部门，严格控制排污机构组织的排污量，按照规章制度所有排放的废水要经过严格的水处理，这样可以从源头上解决水污染的问题。另一方面， 科学的宣传和教育普通公众，合理的利用水资源，合理排放生活用水和合理使用农业农药等，这主要与政府管理有关。对于垃圾处理场的选择问题，主要由以下几个因素有关：（ 1）水源地垃圾处理

23、场的建设必须要远离水源地一定范围，防治污染水源。（ 2）隔水地层垃圾处理场的建设深度一定要在顶层隔水地层之上，方式产生的淋滤夜通过地层，污染地下水。（3）交通因素垃圾处理场要建立在交通便捷的地区，由于市区每天产生大量的生活垃圾，所以及时快速的处理是要建立在良好的交通之上的。3.地下水降落漏斗主题（ 1）降落漏斗的面积和中心区域的水位（ 2）降落漏斗区内的建筑规划由于国内其他地区发生的地面沉降与地面塌陷与地下水降落漏斗有关，降落漏斗为地面沉降提供了地质条件上发生的可行性基础，但是对于城市， 外部最主要的原因还是城市建设，建筑物产生的荷载造成的地面沉降和塌陷。四、专题图设置工程地质图系列图的编制应

24、遵循以下原则：1、采用同一的技术标准。包括技术性标准（指图的基本功能与精度要求）和形式性标准（指图的规准化与形式化要求）。这对于城市工程地质编图通常要使用大量不同来源和时代的资料数据的获取、筛选和应用是非常必要的；2、强调图应具有强烈的针对性和适用性。图的内容要充分揭露和反应那些对工程建设有直接或间接制约性影响的各种工程地质环境问题并提供质量评价所需要的客观信息与预防措施；3、保持图的合理负载量，专题图件的组成应有相应的分工和清晰的层次，避免造成图中各种资料和要素的简单堆砌及过大的负载内容。4、明确用图对象。编图者应以用图者（主要是城市规划者、城市发展决策者、土木工程师） 容易理解的方式提供信

25、息，尽量用简明的制图语言、图例与区划，说明图中信息的空间位置、规模、数据与质量的关系。经过分析可知对于哈尔滨市的城市主题环境分析需要以下图件：（ 1）哈尔滨地质图；（ 2）哈尔滨市第四纪地质图；（ 3）哈尔滨市区域水文地质图，供水水文地质图；（ 4）哈尔滨市地下水埋藏深度图；（ 5）哈尔滨市地下水等水位线图；（ 6）哈尔滨市地下水化学类型图；（ 7）哈尔滨市地下水腐蚀性图；（ 8）哈尔滨市洪涝灾害分区图；（ 9）哈尔滨市土地利用现状图；（ 10）哈尔滨市工程地质条件类型图；（ 11）哈尔滨市场地稳定性分区图；（ 12）哈尔滨市冻土厚度分布图（ 13）哈尔滨市综合工程地质分区图；（ 14）哈尔滨水源地规划图（ 15）哈尔滨管地下道管线布局图（ 16）哈尔滨地下供水管道和排水管道图（ 17）哈尔滨冬季供暖管道图（ 18）哈尔滨是交通图利用这些个要素和专业知识我们可以得到下列哈尔滨城市地质主题图：（ 1）哈尔滨地面塌陷灾害密度图（ 2）哈尔滨地面塌陷与地下管线管道位置综合图（ 3）哈尔滨地下水降落漏斗区（ 4）哈尔滨地下水降落漏斗预测变化图（ 5）哈尔滨城市垃圾堆放规划区域