北京建设世界城市中主要地质环境问题的思考

郑桂森，栾英波，王继明，马学利，王 颖，闫广新

(1.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195;2.北京市地质调查研究院，北京 100195)

1 世界城市的概念

作为学术用语世界城市的概念最早由盖迪斯提出，是指在世界商务活动中具有最重要地位的城市［1］。目前国际上尚未形成统一的看法和认识，诸多学者们从不同角度对世界城市的概念和特征等作出不同的解释［2-6］。目前公认的世界城市有纽约、伦敦、东京。从世界城市发展来看，世界城市的形成和发展无一不依赖于城市区域体系的强大支持，区域的相对发展水平对世界城市形成起决定作用。刘淇书记在中国共产党北京市第十一次代表大会上的报告中进一次明确提出建设中国特色世界城市的任务。北京作为全国政治、文化中心，世界第一国际贸易强国和世界第二大经济体的核心城市之一［7］，正面临着人口快速增长、土地资源供给紧张、水资源匮乏、能源短缺、环境污染和生态退化等与地质相关的问题，京津冀城市群的构想为北京建设世界城市提供了载体。本文从北京建设世界城市的视角，从区域可持续发展的高度，对区域内存在的主要地质环境问题进行了总结，提出防灾减灾和缓解地质环境问题的建议。

2 影响世界城市建设进程中的主要地质环境问题

京津冀城市群区域内影响世界城市建设进程的主要环境地质问题有区域地壳稳定性、水资源匮乏、突发性地质灾害和缓变性地质灾害等环境问题(图1、表 1)。

2.1 区域地壳稳定性问题

京津冀地区主要发育NE和NW向两组活动断裂(图 1、表 2)。

表1 京津冀地区主要地质环境问题一览表Table 1 Major geological environment problems in jing-jin-ji area

2.1.1 NE向主要活动断裂

太行山山前断裂带:北起北京怀柔，向南经房山和河北的保定、石家庄、邯郸及直至河南的新乡附近，总体呈NE-NNE向展布，全长700余km，主要由八宝山、黄庄-高丽营、顺义、徐水、保定-石家庄、大海坨-紫荆关等十多条NE-NNE向断裂组成。沿太行山山前断裂曾发生多起地震，历史最高震级发生在1679年的河-平谷8级地震，近年多有4-5级地震，表明山前断裂北段仍在活动(图2、图3)。

图1 京津冀城市群主要城市位置及地质环境现状示意图Fig.1 The diagram of jing-jin-ji clusters'major city positions and geological environment situation

图2 黄庄－高丽营断裂探槽剖面Fig.2 Huangzhuang-gaoliying fault trench section1—耕植土;2—亚粘土;3—粉砂;4—粘土层;5—夹层;6—断层

邢台-唐山深断裂:北起卢龙、唐山、大城、河间、隆尧、邢台一线，总体走向NE，长600余km，沿此线有6级以上地震18次，以1976年唐山7.8级地震为最大。

图3 南口—孙河断裂探槽剖面Fig.3 Nankou-sunhe fault trench section1—耕植土;2—砂土;3—砂砾石;4—粘土;5—粉砂质粘土;6—粉砂;7—断层

唐山-沧东断裂带:是华北地区的一条规模较大的断裂，北起宁河、小站、沧州、吴桥和山东德州，直至临清附近，总体走向NE，全长约350km，晚第三纪—第四纪有明显活动。据1970～1995年地震资料［8］，沿沧东断裂偶有几次3级地震，没有成带分布的现象。

2.1.2 NW向主要活动断裂

无极-衡水断裂:西起曲阳、无极、衡水、德州，区内全长约200km，总体走向NW。西段活动性较强，断面落差较大，断层面上端埋深较浅。中段沿线是地热异常带［9］。

南口-孙河断裂和海河断裂:是张家口-蓬莱断裂带［10］的组成部分，目前仍在活动。

表2 河北平原第四纪主要活动断裂一览表Table 2 Hebei plain quaternary major active fault

2.2 缓变型地质灾害

2.2.1 地面沉降

华北平原地面沉降始于20世纪20年代，目前已形成天津、沧州和北京东北向3个沉降中心，是我国地面沉降灾害严重地区［11］。截止2001年，河北沧州地区累计地面沉降量＞500mm的面积达9717km2，沉降中心沉降量已达2236mm，黄骅沿海一带地面沉降，1997～2001年累计沉降量 450mm，降速率达120mm/a［12-13］。天津地面沉降在20世纪70年代曾出现年均沉降值159mm和年极端最大沉降值260mm的纪录［14］，在宝坻断裂和蓟运河断裂以南的地面沉降面积已达到 9369km2，其中累计沉降量超过1000mm 的面积达4087km2［12］，汉沽累计沉降量已达到3228mm，向西已与河北平原沉降连成一体。随着政府控沉计划的实施，汉沽地区沉降已明显减缓，但沉降速率仍超过30mm/a，形势仍然严峻［15］，沿海一带已出现负海拔标高地区近20km2，风暴潮灾害非常严重。北京地区通过多年监测统计来看，≥500mm的区域面积共1095km2，全市累计最大沉降量为1302mm，1999～2005年平均沉降速率达50.6mm/a。该地区地面沉降的危害轻于天津和河北地区，但由于高层建筑、重大线性工程较为密集且地面形变量要求较高，其潜在的威胁不容忽视［11］。地面沉降可造成地面水准点失效、地面变形，导致防洪能力降低，特别是不均匀地面沉降直接导致房屋开裂，管道破损，威胁着重大线性工程运行安全、引发海水倒灌等灾害。天津市1985年8月2日和8月19日海潮达5.5m，海堤多处决口，新港、大沽一带被海水淹没，损失12×108人民币，1992、1997年、2003年也发生过此类灾害。

2.2.2 地裂缝

河北省自20世纪60年代开始在邯郸发现地裂缝以来，70年代地裂缝迅速增加，尤其1976年唐山地震后大规模发生，在40余个县(市)70多个乡村发现地裂缝300多条，到2001年底河北省发现地裂缝212处、500余条，累计全长176.2km，涉及56个县市，长几米至数公里，宽2～70cm，最大可达2m，切割深度可达0.2～3m，最深达到6m左右，多与沿活动断裂发育方向展布［16-18］。天津发育地裂缝49处共251条，主要发育在蓟县南部与宝坻北部平原区100km2范围内，涉及91个村庄。北京市平原区1965年以来调查发育地裂缝20余处共数百条，展布方向为NE、NW两组，分别与活动断裂伴生。地裂缝的破坏性与活动断裂的破坏性一致。如邯郸市地裂缝至1983年为止共损坏楼房7处，平方数十间，切段管道2处，损坏围墙数十堵，经济损失数以百万计［19］。

2.3 突发性地质灾害

京津冀城市群区域突发性地质灾害主要有泥石流、滑坡、崩塌，发育于山区和山区与平原交界的丘陵地区，其中强降雨是最主要的诱发因素之一。河北省通过1:50万环境地质调查和65个山区县(市)地质灾害调查与区划工作共查出地质灾害隐患点3620处，威胁人口197149×104人，威胁财产达318338×104元。其中已发生泥石流灾害点及其隐患点1520处，占灾害总数的42%［20］，自新中国成立以来，河北省共发生泥石流灾害924处。因泥石流灾害共计造成723人死亡，1145人受伤［21］。崩塌、滑坡、泥石流主要分布在承德南部、唐山北部、秦皇岛北部，石家庄、邢台、邯郸3市的西部以及保定西北部［22-23］。天津市崩塌、滑坡、泥石流灾害主要发生在蓟县山区，多在山前地带，据调查代表性崩塌、滑坡地质灾害点和隐患点共有7处。北京地区根据已有资料统计情况来看，崩滑塌34550个、泥石流591条、滑坡15个［24］，泥石流是北京地区造成人员伤亡最大的地质灾害，现有泥石流沟和潜在泥石流沟共有816条，分布在7个区县64个乡镇范围内。在1950～1999年的50a间，本区共发生泥石流29次，共导致死亡500余人，毁坏房屋约8200余间，毁坏耕地约7550 hm2，造成经济损失数亿元［25］。

2.4 水资源及水质

2.4.1 水资源量重度匮乏

我国人均水资源占有量为2500m3，京津冀地区由于城市密集、人口众多，水资源总体上属于重度匮乏，北京市、天津市、河北省人均水资源占有量分别为119m3/人·年、150 m3/人·年和173 m3/人·年，远低于人均水资源占有量警戒线1000 m3/人·年。形成原因主要是多年来区域降水量远小于蒸发量，自然补给不足，其次是生产生活用水量剧增，使储备资源不足(表3)。

表3 京津冀地区水资源总量表 单位:108m3Table 3 Jing-jin-ji area total water rescources

2.4.2 水质污染严重

河北省2009年全省监测的河流中，劣Ⅴ类水质约占41.7%。部分地区浅层地下水受到了不同程度的污染，中南部地区深层地下水受本底因素影响含氟量超标［26］。天津市2009年度《水资源公报》，全市地表水监测河段1652.8km，劣Ⅴ类水河段长占监测河段的84%，全市河流污染严重，主要饮用水源地于桥水库、尔王庄水库符合Ⅲ类水质标准，水质尚好。北京市2009-2011年《水资源公报》，劣Ⅴ类水河段长占监测河段的41.02%。大中型水库18座，除官厅水库水质为Ⅳ类外，其他均符合Ⅱ-Ⅲ类水质标准。通过《北京市多参数立体地质调查》查明北京平原区第四系地下水浅层、中层和深层地下水超过Ⅲ类标准的分布面积分别为3400km2、2110km2和215km2(表4)。

表4 京津冀地区地表水体水质表Table 4 Jing-jin-ji area surface water quality

京津冀地区水质污染严重，不仅地表水遭受污染，浅层地下水也已遭受污染。水资源量的减少和用水量的增加，以及水质恶化加剧了华北平原缺水的程度。

上述地质环境问题在区域内的详细情况尚不完全清楚，但这些问题对区域经济发展的制约作用显而易见，对此应予以高度重视并开展相应工作，制定预警和防治措施，达到提高防灾减灾水平的目的。

3 防灾减灾对策思考

3.1 总体对策

人类社会发展过程，就是不断探索科学、利用自然资源和适应自然环境的过程。必须统筹规划好资源利用、环境保护、社会发展的关系，全面提高防灾减灾能力，对各类地质环境问题加强研究，制定切实可行的应对方案。对京津冀城市群域内存在的地质环境问题总体对策思考如下:加强基础性调查工作，系统查明各种地质环境问题发生、发展规律，并实施监测，做好事前预防;坚持避让原则。地质灾害是地质作用表现形式，具不可抗性，坚持避让为主的原则，是对人民生命财产最大的负责;研究制定工程建设地质灾害防灾标准。当工程建设不可避开成灾地带或区域时，很有必要对相应灾种的防灾标准深入研究，根据安全第一的原则，制定科学标准和安全措施，按区域建立避险场所。安全避险场所的建设是城市规划建设中的主要基础设施，应与城市规划同时开展，建成后绝不能将其功能扩大化，2012年“7·21”特大暴雨显示的在河道中建设各项设施的灾难性后果是沉痛的教训。普及地质灾害防灾知识，提高防灾安全意识。

3.2 具体措施

(1)活动断裂危害的对策:鉴于地壳活动是长期且多变的，针对各类地质环境系统地质灾害的潜在威胁，应建立有效的监测系统和专业化的巡视队伍，定期进行监测和巡视;从目前国内和国际的调查数据来看，一般断裂两侧的强变形带为30m，最远波及范围有时能达1km，这就意味着应避免在活动断裂30m范围内尽量避免建设重要建筑物，因此通过调查准确定位活动断裂位置和影响带宽度，以避让为主原则，主要基础设施和大型建筑物建设规划选址中，必须避让活动断裂，不可避让时，需采取相应的工程措施，如美国跨圣安德列活断裂上架滑轮输油管道，在断裂发生平移时，随之活动而不被破坏;加强对活动断裂带的变形监测和预警预测系统的研发，提高防灾水平。

(2)地面沉降危害的对策:建立地面沉降监测网络，及时掌握地面沉降现状、发展趋势、形成机理，为采取有效防治措施提供依据;对因过量开采地下水诱发的地面沉降，要改善地下水开采状况，调减深层地下水开采量，在雨季加强人工回灌，补充地下水;避免铁路、管线、桥梁等重要基础设施跨越沉降中心。

(3)地裂缝危害的对策:避让为主，对于构造地裂缝必须在工程建设规划时做出避让，以免造成损失，某些工程不可避让时，采取加固措施;加强监测和研究地裂缝在平面及空间的影响，判定科学的避让标准和有效防治措施。

(4)突发性崩塌、滑坡、泥石流灾害的对策:建立监测网和群防网，提高预警水平;撤离疏散潜在危险区人民群众;采取工程措施，消减危岩体。

(5)水资源问题的对策:全面、系统评价区域水资源量和水质，制定区域用水总体规划;科学用水，降低生产用水量，提高水资源利用率;加强污水处理研究，提高污水处理水平和排放标准。

北京建设中国特色世界城市的同时充分利用资源和环境中有利因素，高度重视区域地质环境中不利因素，加强调查评价，研究防治措施，提高防灾或减灾水平。确保生活宜居，生活良好的愿景实现。

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