张 琦

一、堤防工程与地质环境的关系

堤防工程所处的地质环境多为江河冲洪积平原区，地层以第四系冲积、洪积、湖积相为主。堤防工程所处地质环境的一个重要特征是，水文地质条件较为简单，地下水的补排关系较为明确。江河湖岸地层中的地下水(松散沉积物中的孔隙水，二元结构地层中的承压水)与江河湖水之间的水力联系十分密切，互为阶段性的补排关系。堤防工程所处的江河湖岸既是堤内地下水的排泄边界，又是江河湖水位较高时补给堤内地下水的补给边界。这种边界条件一旦改变，实际上就是地质环境的改变。堤防工程的特点决定了堤防工程对地质环境有较强的适应性，工程虽然规模巨大，线性工程跨越了不同的工程地质单元，地质环境差异较大，但在相同的地质环境和工程地质单元上，工程地质条件则相对较为简单，工程地质问题也相对较为明确。如果不从环境地质的角度来考虑，单从工程建筑物本身的角度来看，堤防工程并不复杂。堤防工程所处的地质环境是客观存在的现实，由于堤防工程的修建，或者说堤防工程措施的实施，对客观地质环境的改变是毋庸置疑的。改变了客观地质环境，会带来什么样的环境地质问题，是需要认真思考和研究的。

二、堤防工程带来的环境地质问题

1.堤基垂直防渗阻断地下水的正常排泄引起的环境地质问题

堤基表层为砂性土，或砂性土埋藏较浅，或表层粘性土较薄的二元结构地层，在外河水位高于堤内侧地面高程时均不同程度地存在堤基渗漏问题。堤基渗漏并不可怕，对堤基稳定影响最大的是渗透破坏。当渗透水流坡降大于堤基土体的临界水力坡降时，渗透破坏就会发生。工程上对于渗透破坏一般采用铺盖 (增加上伏粘性土层的厚度，也有延长渗径的作用)、堤内侧设排水减压井、浅基截渗墙和垂直防渗帷幕。前三种方法是堤基防渗的传统工程处理措施，较为适用，多年来实践证明效果较好。

一般说来，江河湖海是区域性地表水和地下水的最低排泄基准面，由于堤防工程的兴建，地表水将只能通过闸、泵等穿堤建筑物排出堤外；在没有进行堤基垂直防渗的情况下，地下水仍然能按照区域性地下水的总体流向，通过最短路径排向江河湖海中。显然，当实施了一定范围内的连续性垂直防渗措施后，天然状态下的地下水渗流场被人类工程活动改变了，水文地质条件发生了一定程度的变化，有些地方可能发生了根本性的变化，地下水的排泄通道被阻断了，地下水没有了出路，实际上是地质环境的改变，新的环境地质问题随之产生。

如果大范围截断了地下水的排泄通道，地下水位被壅高之后，或于地表低洼处出溢，形成水塘直接以蒸发形式与大气层进行平衡交换；或选择更大范围的区域性的排泄途径向更远的排泄基准面运移。但是无论地下水以何种方式寻找出路，已经壅高了的地下水位，使得土地发生沼泽化或盐碱化，对农作物、建筑物、人类生存环境的影响将势在必然。地下水位壅高致使水流不畅，出现水的矿化度升高，水中微生物数量增多，导致水质恶化；由于地下水位的升高，使得建筑物地基，尤其是土基中的含水量增高，甚至达到饱和，使原本能够满足建筑物要求的土基的物理力学指标降低，导致建筑物发生沉降或不均匀沉降，出现失稳。

2.堤基垂直防渗阻断江河湖水正常补给地下水引起的环境地质问题

垂直防渗除了截断地下水排泄通道带来一系列环境地质问题之外，由于江河湖岸又是附近区域地下水的补给边界，没有了大范围的地表水的补给，同样会打破地质环境的平衡，仍然会引起新的环境地质问题。归结起来主要有：

（1）地下水主要靠江河湖水集中补给的一些地区，当地工农业用水除了靠提或引取江河水之外，另一主要来源是开采地下水。由于截断了河水向地下水的补给通道，地下水失去了江河湖这一直接补给源，形成只采不补的恶性环境，必然导致地下水位的下降，影响地下水的正常开采与利用。城市区的地下水位下降后，有可能引起建筑物基础应力条件的改变，出现建筑物失稳，地面裂缝和局部塌陷的情况。城区地下水与江河湖水失去互相补排关系之后，地下水不能与外系统构成循环，必然导致水质恶化，新的环境水文地质问题由此而生。

（2）截断了河水对地下水的补给通道后，致使正常来水量情况下河水位偏高。因为河道没有了正常向外“渗漏”的条件，实际上是抛弃了江河两岸天然状态下巨大的地下调节和分蓄洪水库，江河水位必然要升高。由于在相同来水量条件下河水位的升高，迫使加高堤防，而实际上防洪标准又没有提高，导致自然生态环境的恶性循环。

堤基汛期渗透破坏与垂直防渗后引起的环境地质问题，本身就是一对矛盾。解决这样的矛盾，处理好这样的问题，需要各专业间的互相配合，认真论证，找出比较符合客观实际的解决方案，争取做到防止渗透破坏取得较好的效果，又不至于引起严重的环境地质问题。

3.开采筑堤建材引起的环境地质问题

堤防工程大多是采用当地材料筑堤，其取土原则是：就近开采，尽量不占用或少占用耕地，在堤基安全保护区范围之外取土。但是在实施过程中情况并非如此。一种情况是承包单位并未在勘测设计单位推荐的料场取料，另一种情况是汛期抢险时只能就近取土以解急用，这就可能因主动或被动地开采筑堤料引起一些环境地质问题。

（1）取土点在堤基附近，不在堤基安全保护区以外。由于取土，人为地破坏了天然的防渗铺盖，缩短了渗径，改变了可以安全抵御洪水的天然水文地质环境，增加了堤防出险的可能性。

（2）取土点虽然在堤基安全保护区以外，但由于堤防附近并没有料场，不得不将农田作为料场，开采时未留下保护层，其结果是虽然保住了堤防，但也会造成大片农田被破坏，而且不易复耕，可能产生土地砂化，使本来就有限的土地人为地减少。

（3）堤防所需的块石料大多是开山采取，采石过程中除了施工影响外，还由于人们在开采时并没有实施多少保护措施，山上的植被受到严重破坏，开采的石料和弃土被任意堆放，尤其是堆放在沟谷中的弃渣在暴雨期极易引起水土流失，可能形成泥石流，造成新的地质灾害。

（4）筑堤所需的砂砾石，基本上是从河漫滩中开采的，如果不按设计要求进行开采，可能形成河道起伏不平，糙率增大，影响河水流态，从而改变河势，造成河道变迁，引起新的问题。

以上情况均为开采天然建材时，没有环境保护意识而造成的，虽然人们已经注意到此类问题，但由于各地情况不同，这种现象在一段时间内还会长期存在，应该继续予以关注。

4.堤防工程可能引起的其他环境地质问题

汛期堤内低洼渊塘常常发生险情，且早期不易及时发现，当发生冒泡喷水时也不易准确判断其渗漏性质，只好按最坏险情进行抢险，增大了抢险工作量和抢险难度。为了减轻汛期抢险压力，堤内渊塘一般按规范要求进行填平处理，以确保堤脚一定范围内不产生险情隐患。然而，所有渊塘填平之后，也堵塞了地下水的排泄出口，会给堤内带来什么样的环境地质问题，还有待研究，并需要时间和实践去检验。

三、关于避免堤防工程引起环境地质问题的原则

为了保护堤防，也为了使自然环境不被人为破坏，在加固或新建堤防时，首先要有环境意识，这是方案拟定和正确决策的基础。各类堤防工程方案在实施过程中，应注意几个原则：（1）对需加固的堤防应尽量利用天然铺盖或加长加厚铺盖，堤后设置减压井和排水沟等措施来处理渗透破坏问题；对于险工险段或砂性土堤基段，可根据实际地质条件适当考虑垂直防渗措施，但决不可以在大范围内对全堤线进行大规模垂直防渗，即使局部堤段采取了垂直防渗，也应认真研究由此而引起的环境地质问题，提出解决方案。（2）对于堤防附近无料可取而需要占用耕地的，应在取土时对取土深度科学地确定，留有一定厚度的可植层以备复耕。（3）河道内取料应尽量在主河槽内，且开挖深度高差不宜过大，在河道弯曲和狭窄段不宜开采。（4）开挖块石料应尽量少破坏表层植被，开采弃渣料应有固定的堆放场地。

四、结语

堤防工程的建设，不同程度地改变和破坏了自然环境，某些后果可能比堤毁更为严重，而且不易恢复。有些问题需要在一定的时间后才能显现出来，故不易引起人们的重视。就防止堤基渗透破坏的工程措施而言，垂直防渗的目的较为明确，是人们普遍看好且容易接受的方案之一，但其效果并不理想。悬挂式垂直防渗降低水力坡降仅为1%～10%，且造价高。而垂直防渗带来的一系列环境地质问题将是长期深远的，必须引起足够重视。本文所论述的地质环境破坏情况仅为说明环境保护的重要性。堤防的安全事关重大，不容轻视，在加固或修筑堤防时，应该有环境保护意识。众所周知，由于江河流域上游植被的破坏，水土流失严重，河水含砂量增加，导致中下游河道淤积。人类与洪水战斗的宏伟目标应该赋以新的内涵，提出代表人类智慧的新思路。现在和今后长期要做的工作是加强全民的环保意识，以维护整个大环境系统为目标，达到保护区域环境的目的