环境地质学复习.doc
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第一章绪论
环境地质学
1、定义:
环境地质学是地质科学中一门新兴的分支学科,也是环境科学的重要组成部分。
它是应用地质科学、环境科学以及其它相关学科的理论与方法,研究地质环境的基本特性、功能和演变规律及其与人类活动之间相互作用、相互制约的关系的一门学科。
2、2、研究对象:
人类社会与地质环境组成的复杂系统。
环境地质学主要研究人类活动与地质环境的相互作用,包括①地质作用(因素)引起的环境地质问题,如火山爆发、地震、山崩、滑坡、泥石流等灾害,以及因地壳表面化学元素分配不均匀,其丰度和赋存状态对生物生存与发展的影响(地方病)等。
②由人类活动引起的环境地质问题,包括化学污染引起的环境地质问题、大型工程和资源开发引起的环境地质问题,以及城市化引起的环境问题等
3、研究内容:
一切与人类有关的地质环境问题都属于环境地质学的研究范畴。
全球变化的研究(基础性研究)
区域环境地质问题的研究(重要内容)
资源开发环境地质问题的研究
地质灾害研究与防治
城市环境地质研究
重大工程建设的环境地质研究
医学环境地质研究
生态环境地质研究
现代科学技术在环境地质学中的应用研究
4、任务:
在分析地质环境组成要素的特征和变化规律的基础上,研究人类活动与地质环境的相互关系,揭示环境地质问题的发生、发展和演化趋势,全面评价地质环境质量,提出地质环境合理开发、利用和保护的对策与方法,为实现人类社会、经济的可持续发展提供科学依据。
5、研究方法:
(1)自然历史分析法
(2)地球化学法
(3)系统分析法
(4)环境地质制图方法
(5)模型模拟与预测方法
(6)环境地质评价方法
(7)现代科学技术方法
自然历史分析法(传统地质学的基本研究方法)
由已知推未知,通过已有环境地质问题的形成条件、机制和环境地质作用的研究,类比预测未来可能产生的变化和问题。
地球化学方法
通过对化学物质在环境中的迁移转化规律的研究以及对矿物组成和结构特征的研究,探索地质环境的变化。
如水土流失;地方病(地甲病、氟中毒)
系统分析法
要以系统理论为指导;从总体上对地质环境的各个方面(大气、水、生物、岩石因及各种资源以及物质和能量的转换过程等)和各种问题(污染、洪水、干旱、地震、塌陷等)进行综合研究,同时着重于人类和环境的相互关系,以及各种环境问题之间的有机联系
环境地质制图方法
环境地质问题具有空间性、动态性和综合性。
分析研究环境地质问题,全面系统的调查收集资料并绘制专题图件是最基本的方法,包括对自然、社会的环境要素的调查、描述、取样和监测,掌握地质环境的特征,分析环境地质问题的发生机制、分布规律,进行环境地质图件的编制等。
模型模拟与预测方法
模型模拟是在环境地质调查、资料搜集和分析测试基础上进行的研究方法。
模型方法是对环境系统的结构、功能和演化特征进行模拟和仿真,主要有结构模型、评价模型、仿真模型和预测模型等。
环境地质评价方法
环境地质评价的目的是通过揭示环境地质问题的发生和发展规律,评价其危险性及其对人类造成的破坏损失,分析人类社会在现有经济技术条件下减灾的能力,运用经济学原理评价灾害防治和污染治理的经济投入及其环境效益、经济效益和社会效益。
现代科学技术方法
总之,环境地质学研究以系统分析法为主线,以信息方法贯穿始终,通过重点区域实地考察、综合观测、模拟实验、剖析典型地质事件和生态环境事件等途径,直接获取环境变化的大量信息,并利用计算机进行信息加工处理,揭示地球表层系统与人类社会系统的演化规律和控制因素,阐明地球表层各圈层相互作用的机制,预测地球表层未来变化的趋势。
第二章环境地质学的基本理论问题
1地质环境的内涵
地质环境系指岩石圈及其表层风化产物,包括地球岩石圈和表层风化层两部分地质体的组成、结构和各类地质作用与现象。
三种基本要素:
物质组成、地质结构和动力作用。
2地质环境的基本特征(容量、质量、相容性和反馈作用)
(一)地质环境的容量
概念:
即某个特定地质空间可能承受人类社会经济发展的最大潜能。
评价:
可用特定地质空间可能提供人类利用的地质资源量和对人类排放的有害废物的容纳能力来评价。
(二)地质环境的质量
地质环境的质量,在一定程度上由地球物理因素和地球化学因素决定。
主要由以下五个方面的条件决定:
1.自然地质条件的稳定性决定地质环境质量的主要因素,其中最重要的有:
地质构造的稳定性、地形稳定性、地基稳定性、岩层性质以及地质灾害发育情况。
⒉原生地球化学背景(健康影响)
环境的地球化学背景值是地质环境质量的一个重要标志
⒊地质资源的丰富程度(财富)
⒋抗人类活动干扰的能力
⒌受污染或受破坏的程度(质量现状)
(三)地质环境的相容性
是指地质环境对人类施加的某种干扰的适应性。
(四)地质环境的反馈作用
地质环境的反馈作用,即地质环境受人类活动干扰后对这种干扰做出某种反应的作用。
3环境地质作用
环境地质作用主要指人类与地质环境间的相互作用,
①各种自然地质作用、自然地质现象对人类的作用,即自然地质作用;
②人类活动对地质环境的作用与反作用,即人为地质作用及上述地质环境的反馈作用。
人地关系与可持续发展
(一)人地关系“危机”
(二)人地关系的协调
(三)可持续发展的人地观,可持续发展的定义
“既满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。
”
其基本含义是指在不损害后代满足其需要的前提下,追求一种最大限度地满足当代人们生产、生活需要的发展模式。
第三章土地资源与地质环境
1土地资源是指在一定时期内、在一定技术条件下能够被人类利用的土地。
它的范畴随着历史、社会、经济与技术等条件的变化而变化。
土地与土壤:
既有联系,又有区别,土壤是土地表层的重要组成部分,两者是整体与部分的关系。
2土地的基本特性
1.位置的固定性
2.土地面积的有限性
3.土地的不可替代性
4.土地资源的可更新性
可更新性;土地退化
5.土地随时间的变化性
季节变化
6.土地用途的广泛性
中国土地资源的基本特征:
土地类型多种多样,农业用地占主导,牧草地、林地比重大;
山地多,平地少,区域差异明显,耕地分布不均衡、土地垦殖指数低,林地、草地生产力低下;
未利用土地多分布在西北干旱地区和青藏高原。
三、土地环境问题
经济增长,人口增加,人类对土地资源的需求日益增长。
原先局部的、次要的土地退化现象已转化为严重的全球性环境问题
土地退化是由人类活动诱发或加速的一种自然过程,主要因素是草原垦荒种地、超载放牧、乱伐森林、陡坡开荒、围湖造田、粗放灌溉、土地重用轻养等不合理的土地开发活动,导致土壤生产力下降,出现土地环境问题。
3水土流失是指地球陆地表层土壤、成土母质及岩石碎屑,在水力、风力、重力和冻融等外力作用下,发生各种形式的剥蚀、搬运和再堆积的过程。
(二)水土流失的原因
一般把水土流失的原因分为自然因素和人为因素两类。
自然因素是水土流失的物质基础,人为因素诱发并加剧了水土流失的过程。
1.自然因素(郑乐平《环境地学概论》P111)
主要包括地形(坡度和坡面)、植被覆盖度、水文、降水、土壤结构等。
2.人为因素
影响水土流失的主要人为因素是毁坏植被、不合理的耕作方式、陡坡开荒、现代城市发展以及工程建设等。
水土流失的防治对策
遵循水土流失规律,贯彻“预防为主,防治结合”和“工程措施、生态效应、社会效应和经济效益统筹兼顾“的原则,坚持治理与开发相结合、治山与治水相结合,对全流域统一规划、综合治理,因时、因地制宜,退耕还林还草;加强沿河流域的山地灾害防御、农田基本建设和地方工程建设;采取”上游保、中游挡、下游导“的措施,开展河道整治工作,提高江、河、湖、库拦蓄洪水的能力,有效减轻水土流失的危害。
1.减缓风和水流的运动速度
风速或径流速度降低,它所携带的物质亦减少。
在田野建设防风林带或种植防风篱笆,可降低风速减少风蚀。
如:
防风林带为网格状,通过第一条林带风速降为原来风速的62%;第二条,58%;第三条,48%。
减弱水流最好的办法是改变坡地地形,筑成梯田。
2.植树种草,增加土壤覆盖
3.改变耕作方式
四、土壤盐渍化
盐土、碱土和脱碱土统称为盐渍土。
土壤盐渍化(也称盐碱化)指土壤中积聚盐、碱且其含量超过正常耕作土壤水平,导致作物受到伤害的现象。
第四章水资源与地质环境
(一)水资源的概念
①水资源为全部自然界中任意形态的水,包括气态水、液态水和固态水的全部量。
②可以利用或可能被利用的水源,具有足够数量和可用的质量,并能在某一地点为满足某种用途而可被利用。
③狭义上指人类能够直接使用的淡水,即自然界水循环过程中,大气降水落到地面形成径流,流入江河、湖泊、沼泽和水库中的地表水,以及渗入地下的地下水。
以径流量表示水资源的数量。
④广义上是指人类能够直接和间接使用的各种水和水中物质,在社会生产中具有使用价值的水都可称为水资源。
它包括地球上所有的淡水和咸水,即包括天然水,也包括人类利用工程或生物措施处理更新中的水(中水)。
水资源的基本特征
水是环境中最活跃的要素。
参与了自然界物质的循环,是一种动态资源,是可以更新的资源。
1.储量的有限性
2.补给的循环性,自然界中各种形态水的运动和转换构成水文循环。
3..时空分布的不均匀性
水的分布决定于气候条件,其中以降水量最为重要。
降水受综合性气候带的控制,各地降水量的多少差别很大。
4.用途的不可替代性
参与地球的演化过程,改变地球的地表形态;一切生物体内都含有水;水是景观资源不可替代的物质;水是景观资源不可替代的物质。
水是推动人类进步和社会发展的重要的物质资源。
(一)水体污染的定义
定义:
当进入水体的污染物质超过了水体的环境容量或水体的自净能力,使水质变坏,从而破坏了水体的原有价值和作用的现象。
原因:
自然的;人为的。
主要是由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体,使水的物理、化学性质或生物群落组成发生变化,从而降低了水体的使用价值,这种现象称为水体污染。
(二)水体污染的判别指标
水质:
是指水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性。
水质指标:
表示水中杂质的种类和数量,是判别水质和水体污染的具体衡量标准。
水体污染的程度:
污水的水质指标:
主要有pH值、悬浮物、有机物浓度(BOD、COD、TOC等)、污水的细菌污染指标(细菌总数、大肠菌群个数)、有毒物质指标(铅、汞、铬等)。
水体主要污染物(与水质指标对应)
主要有需氧污染物、植物营养物、重金属、有毒化合物、酸、碱与无机盐类、漂浮物、放射性物质、病原微生物和致癌物、工业废热水等。
水体污染机制与水体自净
1.水体污染机制
污染物在水体中,始终存在着相互关联的水体污染与水体自净两个过程。
水体污染的发生与发展,取决于这两个过程的强度,它们随污染物的性质、污染源大小及受纳水体三个方面的对比关系而定。
物理作用:
水流的湍动作用、分子扩散作用及水流的冲刷作用等
物理化学作用:
吸附-解吸,胶溶-凝聚作用
化学作用:
酸化、碱化、氧化-还原、分解-化合作用等
生物作用:
生物分解、生物转化和生物富集作用
2.水体自净作用
广义的水体自净是指受污染的水体,经过水中物理、化学与生物作用,使污染物浓度降低,恢复到污染前水平的现象。
狭义上说,水体自净是指经水体中的微生物氧化分解有机污染物使水体净化的过程。
一水资源开发的负环境效应
人类对天然水资源的开发利用,不仅改变了天然水循环过程,使水量平衡在时间上和空间上出现了新的分配体系,而且给地质生态环境带来了一定的影响。
其中有对人类经济活动有利的正环境效应和不利的负环境效应。
(一)区域地下水位下降
它是水资源开发负环境效应的主要表现之一,由于超量开采地下水,地下水降落漏斗不断扩大,最终出现区域性水位下降,结果导致水资源短缺甚至枯竭。
它是地面沉降、岩溶塌陷、地裂缝等地质灾害的主要诱发因素。
(二)地面沉降
地面沉降是指某一区域内由于各种原因导致的地表浅部松散沉积物压实加密引起的地面标高下降的现象,又称地面下沉或地陷。
特点是波及范围广、下沉速度缓慢、以垂直运动为主,不易觉察,但对建筑物、城市建设和农田水利危害大。
(三)海水入侵
海水入侵是由于滨海地区地下水动力条件发生改变,引起海水或高矿化度咸水向陆地淡水含水层运移而发生水体侵入的过程和现象,又称盐水入侵、海水内浸、咸水入侵等。
海水入侵是沿海地区水资源开发带来的特殊环境问题。
水资源开发的正环境效应
(一)控制土壤返盐
将地下水位控制在一定的深度,就能抑制土壤返盐,并使盐碱地得到改良。
(二)调蓄地下库容;
在地下水位埋深较浅的地区,合理降低水位可增大地下调蓄库容,有利于降水入渗补给。
(三)改善水质:
傍河取水
第五章矿产资源开发与地质环境
一、矿山资源的概念及其特征
矿产资源:
指所有埋藏于地壳中或出露于地表,可被人们开采利用的矿物质聚集体。
广义的矿产资源指在内外力地质作用下,元素、化合物、矿物和岩石相对富集,人类开采后能得到有用商品的物质形态和数量。
狭义的矿产资源是指自然界产出的物质在地壳中富集成具有开采价值或潜在经济价值的形态和数量。
矿产资源一般包括能源资源和原料资源两类。
能源资源即矿物燃料和核燃料;
原料资源:
金属原料(金属矿产)和非金属原料(非金属矿产)。
二矿产资源的特性
1.不均匀性(地区分布)
2.有限性(不可再生性。
数量有限,宝贵性)
3.相对性(开采技术,矿产埋深)
品位:
矿石中所含有用成分(元素或化合物)的百分含量
4.生态性(地质生态环境)
三、露天开采对地质环境的影响
对环境的影响:
泉水枯竭、河水改道、边坡失稳发生崩塌、滑坡;
矿山剥离堆土及矿渣堆积占用土地;
淤塞河道、导致水患和矿山泥石流;
矿山三废造成的土壤、水体及大气污染;
破坏地貌景观,形成矿山荒漠化,加速水土流失等。
边坡的稳定性:
边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,由于坡表面倾斜,在坡体本身重力及其他外力作用下、整个坡体有从高处向低处滑动的趋势,同时,由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施,它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。
一般来说,如果边坡土(岩)体内部其一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力,边坡将产生滑动,即失去稳定;如果滑动力小于抵抗力.则认为边坡是稳定的。
四地下采矿对地质环境的影响
主要表现为:
地下采掘开挖引起地面开裂与沉陷;
矿坑疏干排水造成地面沉陷、泉水枯竭、河水断流及区域地下水位下降;
深井排水或注水诱发地震。
五矿山地质环境治理的基本原则
1.立法原则(法律确定责任、法规明确环境质量标准)
2.生态风险评价原则
3.最少量化原则
4.资源化原则
①是使受到破坏的土地、水域等,经过治理能作为合格的自然资源再度具有生态经济价值;
②其二是使开采活动产生的矿山废弃物在其它的工业活动中得以利用。
5.无害化原则(去毒法、隔离法)
是指对矿山废弃物进行的无害化处置。
6.生态系统的恢复和重建原则
包括采矿地环境质量的恢复以及生物群落的恢复和重建
第六章能源与地质环境
一、能源概念及其分类
1.概念
能源的科学定义是指能为人类利用并可获得能量的资源。
包括提供某种形式能量的物质资源和某种物质的运动形式。
矿物燃料、风力、水力、太阳能等都是能源。
2.能源的分类
(1).按照能源的生成方式划分
一次能源(初级能源):
自然界现已存在,可以直接使用而不改变其基本形态的能源,
如煤炭、石油、天然气、水力、太阳辐射等
二次能源(次级能源):
指由一次能源加工转换得到的产品能源。
如电能、汽油、沼气、火药、酒精等。
(2).按照能源的形成和再生性
可再生能源:
一般指不会随人类的开发利用而递缩的能源,既能够重复产生的自然资源,如水力、潮汐、太阳辐射、风力、地热等。
不可再生能源:
指经过漫长的地质年代生成,一旦使用在短期难以再生成的能源,如化石燃料、核燃料等。
(3)按照能源的利用历史和使用状况划分
常规能源指在一定历史时期和科学技术水平下,已经被人类广泛应用的能源。
水力、煤炭、石油、天然气、核裂变材料
新能源是由于科学技术进步新发现的能源资源或利用先进技术新开发的能源产品;过去曾被利用过而现在又以新的方式利用的能源也属于新能源。
太阳能、地热能、海洋能、沼气;风能等。
(4)按能源使用的方式划分
燃料性能源指通过直接燃烧而产生能量的能源,
如矿物燃料、生物燃料、核燃料等。
非燃料性能源是指不需通过燃烧就可获得能量的能源
如风能、水能、潮汐能、地热能、太阳能等。
二、能源环境问题概述
能源环境问题就是指人类在开发和利用能源过程中对环境造成的危害,以及这种危害反过来对人类社会的影响。
两个方面:
生态环境的破坏、环境污染
全球主要能源环境问题有:
温室效应、酸雨、臭氧层破坏、烟雾和热污染等。
第七章人类活动与地质环境
对地质环境影响较大的人类工程活动主要有:
水利水电工程、
矿业工程、
道路工程、
跨流域开发工程、
城镇或工业土木工程等。
一、大型水利水电工程环境地质问题
大型水利水电工程对地质环境的影响和破坏主要表现:
地形地貌的改变、
水利工程影响区水文地质条件的变化及其环境影响、
水库岸坡失稳、
水库淤积、
水库渗漏与浸没、
水库诱发地震、
大坝下游引水灌溉区土壤盐渍化
二与城市化过程相关的环境地质问题很多:
区域地壳稳定性问题、
地基稳定性问题、
深基坑开挖引起的边坡稳定性问题、
水质污染及水资源保护问题(水环境问题)、
城镇固体废弃物处置问题、
城市地质灾害、城市土地利用与规划等。
第八章地质灾害
一、地质灾害的定义及其内涵
定义:
是指由于地质作用(自然的、人为的或综合的)使地质环境产生突发的或累进的破坏,并造成人类生命
财产损失的现象或事件。
特点:
突发性、多发性、群发性、渐变影响持
地质灾害的内涵:
致灾的动力条件:
地质作用包括内动力地质作用、外动力地质作用及人为地质作用。
灾害事件的后果:
只有对人类生命财产和生存环境产生影响或破坏的地质事件才是地质灾害。
二、地震活动对人类的影响
(一)地震效应
在地震影响范围内,地壳表层出现的各种震害及破坏现象称为地震效应。
1.场地破坏效应>>
2.强烈地振动破坏效应
地震波直接建筑物破坏的现象,主要震害,约95%的人员伤亡和建筑物破坏是由强烈地振动造成的。
包括建筑物的水平滑动、晃动及共振等造成的破坏。
(二)地震灾害
1.地表错动和地裂缝(断层)
2.破坏地面建筑物
极震区:
震中附近振动最大,也就是破坏最严重的地区。
房屋、桥梁、水利设施、地下管道、水坝、涵洞等
3.砂土液化>>
4.崩塌、滑坡
5.海啸
6.地面标高改变洪水,火灾
砂土液化
在地震力作用下,饱水沉积物和表土的突然振动或扰动能够使看似坚硬的地面变成液状的流沙,砂粒悬浮于水中,土体完全丧失强度和承载能力。
砂水悬浮液在上覆土层压力作用下可冲破土层薄弱部位喷到地表,形成喷砂冒水现象。
地震液化的条件:
1)距震中的一定距离,震级大干5级;
2)地震区有未固结的具饱和水的沙层;
3)沙土粒径0.021一lmm之间;
4)最大液化深度可达2Om
1崩塌的特征
定义:
斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主,翻滚跳跃而下,这种现象和过程称为崩塌。
岩块(或土体)顺坡猛烈地翻滚、跳跃,并相互撞击,最后堆积于坡脚,形成倒石堆。
陡峭山坡、路堑边坡,分为山崩、塌岸和散落
主要特征:
下落速度快,发生突然;
崩塌体脱离母岩而运动;
下落过程中崩塌体自身的整体性遭到破坏;
崩塌物的垂直位移大于水平位移。
2滑坡的特征
自然地质作用和人类活动等因素的影响下,斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定的软弱面(或软弱带)“整体”或局部保持岩土体结构完整而向下滑动的过程和现象及其形成的地貌形态,称为滑坡。
又称为走山,垮山,地滑,土溜等
一个发育完全的滑坡:
由滑坡体、滑动面、滑坡壁、滑坡阶、滑坡鼓丘和滑坡裂隙等要素构成。
滑坡的特征:
①表现为发生变形破坏的岩土体以水平位移为主;②滑动体始终沿着一个或几个软弱面(带)滑动;(如古地形面、岩层层面、不整合面、断层面、贯通的节理裂隙面)等;
③滑坡滑动过程可以在瞬间完成,也可能持续几年或更长的时间;
④在较平缓的斜坡中仍可发生滑坡。
滑坡与崩塌的关系
联系:
滑坡与崩塌产生于相似的地质结构和地层条件下,具有大致相同的触发因素。
崩塌可转化为滑坡或是老滑坡体复活;滑坡转化为崩塌。
区别:
①与母体关系不同,崩塌体完全脱离母体,而滑坡体则有部分滑体残留在滑床上;
②崩塌体和滑坡体位移量不同,崩塌体的垂直位移量远大于水平位移量,而滑坡体的水平位移量大于垂直位移量;
③崩塌与滑坡堆积物的形态各异,崩塌堆积物呈锥形体,结构零乱,毫无层序,而滑坡堆积物整体性较好,有一定层序和结构特征;
④崩塌堆积物基本无裂缝,而滑坡体表面分布许多具有一定规律性的纵横裂缝。
3、泥石流
(一)泥石流,山区特有、突发性的地质灾害现象,饱含大量泥沙石块和巨砾的固液两相流体,呈粘性层流或稀性湍流等运动状态,容重一般在1.2~2.3t/m3之间。
基本特征(挟沙水流与滑坡):
①具有土体的结构性,具有一定的抗剪强度;
②具有水体的流动性;
③一般发生在山地沟谷区,具有较大的流动坡降。
(二)泥石流的形成条件
泥石流的形成条件概括起来主要表现为三个方面,即:
大量失稳的松散固体物质、充足的水源条件、特定的地貌条件。
斜坡岩土体破坏防治工程必须根据地质体的破坏机制对症实施,以改善斜坡岩土体自身及周围的生态环境为原则,把崩塌、滑坡、泥石流灾害作为一个系统工程来对待
(一)崩塌的防治
遵循标本兼治、分清主次综合治理、生物措施与工程措施相结合、治理危岩与保护自然生态环境相结合的原则。
通过治理,最大限度地降低危岩失稳的诱发因素,达到治标又治本的目的。
(二)滑坡的防治
原则:
滑坡的防治必须在查明其工程地质条件的基础上,深入分析其稳定性和危害性.找出影响滑坡的因素及相互关系,综合考虑,
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