地下空間開發(fā)與利用第二章.ppt

地下空間的開發(fā)利用肖明武漢大學(xué)水利水電學(xué)院,地下空間開發(fā)和利用的可持續(xù)性戰(zhàn)略,第二章地下空間開發(fā)和利用的可持續(xù)性戰(zhàn)略,21地下空間開發(fā)的四大浪潮隨著能源、交通、國防、市政等國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和全球性的環(huán)境保護及人類生存可持續(xù)發(fā)展的要求，地下空間的開發(fā)利用出現(xiàn)了前所未有的新浪潮。國際上出現(xiàn)了“二十一世紀是人類開發(fā)利用地下空間時代”的口號;,21地下空間開發(fā)的四大浪潮,美國未來學(xué)家雜志預(yù)測二十一世紀將有1/3人口生活和活動在地下。我國是正處于高速發(fā)展的國家，將可持續(xù)發(fā)展作為現(xiàn)代化建設(shè)的一項重大戰(zhàn)略是我國的基本國策。二十一世紀地下空間開發(fā)和利用時代，為我國隧道和地下工程的飛速發(fā)展提供了廣闊前景。,21地下空間開發(fā)的四大浪潮,一、第一次浪潮：人類發(fā)展初期特點：利用洞穴居住、防風(fēng)、防雨、防野獸的有襲擊,一、第一次浪潮:人類發(fā)展初期繩文時代洞窟遺跡(第一期),所在地：群馬県萬場町青梨,堀谷洞窟（靜岡県浜北市）,用途:居住、避難、儲藏數(shù)量:400余處特點:朝南、靠近水源、前庭寬敞,21地下空間開發(fā)的四大浪潮,二、第二次浪潮：19世紀工業(yè)革命開始特點：以歐美為主的礦山工程、城市市政和地鐵、軍事和水電工程發(fā)展迅速,礦山工程,二、第二次浪潮：,19世紀工業(yè)革命開始,21地下空間開發(fā)的四大浪潮,三、第三次浪潮：20世紀初中開始（1930年）特點：以地下空間利用為特征，人類活動移居地下如：商業(yè)街、停車場、商業(yè)街、文化娛樂活動場所、體育藝術(shù)場館,20世紀興起，21世紀為高潮原因：人類巳意識到生存環(huán)境和資源的危機特點：聯(lián)合國和世界各國提出“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”，以節(jié)約資源、改善環(huán)境，保護生態(tài)，建立可持續(xù)發(fā)展的城市的地下空間利用21世紀世界兩大事件：美國的高科技，中國的城市化,四、第四次浪潮：,20世紀興起，21世紀為高潮降低高層建筑，保持文化、藝術(shù)，給人們以寬廣、舒適感。,四、第四次浪潮：,建立可持續(xù)發(fā)展的城市,地下空間開發(fā)第四次浪潮的中心是什么？,問題,22、地下空間開發(fā)的動因,動因：建立可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略-第四次地下空間開發(fā)浪潮的中心內(nèi)容所謂可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略：保持人類生存可持續(xù)發(fā)展一、“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”提出的原因發(fā)展是人類社會永恒的主題，人類從誕生就不斷追求生產(chǎn)力的發(fā)展和社會文明的提高。,18世紀人類進入了一個快速發(fā)展時代，隨著生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，人類創(chuàng)造的財富成倍增加，生活日益舒適；但人口迅速增加，資源劇烈消耗、環(huán)境嚴重污染，不合理的資源開發(fā)利用，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日益惡化，嚴重威脅人類生存。所以：“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”1987年聯(lián)合國世界環(huán)境和發(fā)展大會提出,原因：世界經(jīng)濟“畸形”發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境日益惡化狀況：世界經(jīng)濟飛速發(fā)展，使自然資源驚人的損耗，使自然資源開發(fā)利用程度，超過了人類發(fā)展的正常需要，使得世界問題日益突出。,二、世界問題,人口爆炸：人口成幾何發(fā)展生存環(huán)境危機(a)世界人口急劇膨脹公元1年：2.5億人；1600年：5億人；1950年：25億人；1987年：50億（50年的2倍）;2000年：61.3億預(yù)計：2025年82.2億；2050年：150億,二、世界問題,(b)中國人口急劇膨脹公元6年：0.16億人；1602年：0.56億人；1949年：5.4億人；1982年：10.32億（30年2倍）;1995年：12.0億預(yù)計：2020年15.0億；2050年：17億,地球不堪重負人口大爆炸,人口問題，是全世界廣泛關(guān)注而又急迫需要解決的問題。就人類所面臨的挑戰(zhàn)而言，人口問題首屈一指。它與資源緊張、環(huán)境污染等人類生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象密切相關(guān)。因此，世界大多數(shù)國家在洞察這一問題后，快速地作出反應(yīng)，控制人口的大爆炸。,1987年7月11日，世界上第50億個人出生在前南斯拉夫的薩格勒布。這個數(shù)字不是與生懼來的，也不可能停止不前，但我們可以人為地控制它，使其緩慢地增長。從1650年至1850年，中間經(jīng)歷了200年，人口翻了一番，達到了第一個10億；而從第一個10億到第二個10億，用了80年時間；從1930年至1960年，只用了30年時間，世界人口就躍進到第三個10億。到1975年世界人口突破40億大關(guān)。人口翻番的時間越來越短。,人類的腳步,資源劇耗：石油、煤氣、有色金屬只有可數(shù)開發(fā)年限，按現(xiàn)有能源耗速度：石油50年；煤100200多年；天然氣60年耗竭；礦場已非常有限。,世界能源消耗速度單位：億噸標準煤,水污染是普遍存在的,資源劇耗大約50年后，人類目前廣泛使用的傳統(tǒng)能源煤、石油和天然氣將面臨嚴重短缺到那時，汽車還能不能在馬路上奔跑，飛機還能不能在太空飛翔，冬天是否有暖氣，夏天是否有空調(diào)，假如沒有了能源，我們的生活中還能有什么？是可怕的預(yù)言，還是真實的未來？,土地沙化，耕地減少：土地：是具有自然屬性、經(jīng)濟屬性和社會屬性，人類賴以生成的自然資源。土地功用：支撐人類生產(chǎn)和生活；提供人類生成的植物和動物；容納和轉(zhuǎn)化危機人類的排泄物。土地特性：面積有限。全球陸地1.318億km2，占地球表面的29%；土地資源不可替代；土地資源不可再生；土地沙化，耕地減少嚴重危機人類生成。,我國19861996年十年：耕地減少2963萬畝；1997、1998、1999年分別減少203萬畝，392萬畝，655萬畝。目前我國荒漠化面積262.2萬km2，占土地面積27.3%；而且沙化面積不斷增加：19601970年每年平均增加沙化土地1560萬km2；1980年以后，每年平均增加沙化土地2460萬km2；如果保持現(xiàn)有土地不減，中國耕地最大的人口承載為17億人城市范圍擴大，耕地減少城市用地緊張中國：960萬土地耕地：100萬（占1/10）人均耕地933（與前蘇聯(lián)比，人均7337約1/8），年平均遞減耕地1.66%,中國土地問題,土地沙化:我國是世界上土地沙化面積較大，分布較廣、危害嚴重的國家之一。目前我國沙化土地為168.9萬km2，占國土面積的17.6%。風(fēng)沙活動最為活躍的沙化土地近30萬km2。近年沙化土地面積的擴展速度在不斷加快，50-60年代平均每年擴展1560km2，70-80年代平均每年擴展2100km2，90年代平均每年擴展2460km2，相當于一年損失一個中等縣的土地面積。,內(nèi)蒙古二連浩特市遭遇強沙塵暴襲擊，風(fēng)力短時達9、10級，能見度不到300米，當?shù)貧庀蟛块T于14時許發(fā)布沙塵暴橙色預(yù)警信號,耕地減少:國土資源部公布全國城鎮(zhèn)存量建設(shè)用地專項調(diào)查結(jié)果，截至2004年底，全國城鎮(zhèn)規(guī)劃范圍內(nèi)共閑置、空閑、批而未供土地近400萬畝。國土資源部介紹，從1996年到2004年，全國耕地減少1億多畝；與此同時，大量土地被粗放利用，甚至浪費.,人類工程活動沙漠化趨勢增強,新形成的沙丘,溫室效應(yīng)：是由于能原過度消耗，導(dǎo)致地球表面氣溫上升，全球變暖，冰川后撤，海平面上升。臭氣層空洞擴大：煤、石油過度消耗是溫室和酸雨形成的元兇，加速臭氣層的破壞使地球失去了保護。酸雨面積超過國土40%，南方城市81.8%出現(xiàn)過酸雨。1996年世界衛(wèi)生組織警告說：四年以來，南極上空臭氣層空洞面積擴大一倍，大約為2000萬km2，并有消失的可能。臭氣層是人類的保護傘；酸雨危害人體健康、損害生態(tài)系統(tǒng)、導(dǎo)致土地酸化、影響建筑材料和結(jié)構(gòu)壽命。,溫室效應(yīng)，臭氣層空洞擴大：,溫室效應(yīng)導(dǎo)致冰川融化,冰層融化會不斷令海平面升高。海平面上升很可能帶來毀滅性的災(zāi)害。海平面上升一米，單在孟加拉，會有過百萬的人失去家園。融化的冰水會把海水沖淡海水鹽份改變會損害漁產(chǎn)并會擾亂全球的水流。,環(huán)境污染：,地理環(huán)境污染是指由于人為原因，向地理環(huán)境釋放物質(zhì)和能量，影響人類和其他生物的正常生存與發(fā)展，或造成某些地理要素的使用價值下降等現(xiàn)象。水資源的污染：導(dǎo)致水資源短缺，急需污水處理大氣污染：燃煤和汽車尾氣排放，需解決城市燃料結(jié)構(gòu)危害：影響我們后代的生存和發(fā)展,水污染是普遍存在的,大氣污染的危害,為什么青蛙媽媽找不到小蝌蚪了?,目前中國的生存和發(fā)展面臨著什么問題呢?,三、中國問題,1、龐大的人口壓力,2、嚴重的資源短缺,以城市為中心的環(huán)境污染仍在發(fā)展，并迅速向農(nóng)村蔓延；土地流失、荒漠化等生態(tài)破壞的范圍仍在擴大，程度在加劇,3深刻的環(huán)境危機,（1）以甲地為代表的所示地區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境問題是荒漠化，造成這一問題的的自然原因主要是干旱、風(fēng)蝕作用強、植被稀少，人為原因主要有過度放牧、濫墾濫挖、草原退化。,4、土地的貧乏,（2）乙為低山丘陵地區(qū)，由于氣候多雨，加之人類不合理的活動，如不合理耕作，過度砍伐樹木，使這一地區(qū)的易發(fā)生的生態(tài)環(huán)境問題是水土流失。,（3）丙所在的地形區(qū)是盆地，這個地區(qū)的大城市由于大氣污染形成的環(huán)境問題主要是酸雨，形成這一環(huán)境問題的氣候條件是濕潤多雨，當?shù)氐哪茉聪M結(jié)構(gòu)特點是以燃煤為主。,（4）圖中A-F各城市，由于能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，冬季采暖季長，又以重工業(yè)最為集中，所以環(huán)境污染以大氣污染最為突出。,（5）從以上事例，可以總結(jié)得出，環(huán)境問題的分布具有明顯的地域性特征，這主要是由于各地區(qū)的社會經(jīng)濟不同，以及自然環(huán)境條件的差異所致。,目標：建立一個健康、合理的人類可持續(xù)發(fā)展模式-開發(fā)利用地下空間，解決人類生存危機。,23地下空間開發(fā)的意義,地下空間開發(fā)的意義建立可持續(xù)發(fā)展的必由之路開發(fā)地下空間美國（賓西法尼亞大學(xué)）格蘭尼博士說：未來的城市會搬到地下，以保持城市的完整性；把自然、藝術(shù)留給城市，把交通、活動放入地下。地下空間的開發(fā)是保護環(huán)境、改善環(huán)境，提供人類所需資源，保證人類可持續(xù)發(fā)展的重要措施。,1、地下空間提供巨大的活動空間，節(jié)省大量的能耗，人類活動轉(zhuǎn)入地下,社會生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，伴隨著威脅人類生存的巨大破壞社會每增加一個人，就必須提供一個生活空間，給人類生存帶來壓力和危機問題：人口問題、土地、糧食、水資源、礦物資源、生態(tài)環(huán)境、社會等問題,人類的生態(tài)空間和生活空間都是以土地為依托人類生存所需的生活品（生態(tài)空間）人類活動所需的場所（生活空間）人口增長，土地減少導(dǎo)致生存危機人口增加，城市不能擴容開發(fā)生存空間開發(fā)空間：海洋正在開發(fā)，難度較大。宇宙正在研究，較為遙遠地下能直接受益，必然趨勢,WesternKowloonReclamation西九龍,MaOnShanreclamationcompletedin1993馬鞍山,地下空間給人們提供城市地下資源發(fā)展城市空間的立體化,（1）居住空間：隨著技術(shù)的發(fā)展，地下空間居住能達到地面標準（2）業(yè)務(wù)空間：辦公、會議、教學(xué)、實驗、醫(yī)療、社會福利活動空間（3）商業(yè)空間：批發(fā)、零售、金融、貿(mào)易等場所（4）文化空間：娛樂、體育等場所（5）交通空間：人類利用最早、最有效的利用,地下空間給人們提供城市地下資源發(fā)展城市空間的立體化,（6）物流空間：城市市政設(shè)施、管線、污水、垃圾處理（7）生產(chǎn)空間：軍事、輕工、地下電站等（8）貯存空間：地下倉庫、車庫等（9）防災(zāi)空間：人防地道（10）埋葬空間：地下埋葬和存放骨灰等,美國進行地下與地面建筑對比試驗，地下建筑節(jié)能率：明尼蘇達、波士頓為48%；鹽湖城、羅克斯分別為58%和51%。,結(jié)論：地下空間的開發(fā)為人類的生存空間提供巨大潛力,2、地下空間提供自然潔凈能源,開發(fā)地下空間，挖掘地下空間資源的潛力煤、油、水、熱、礦物等豐富的地下資源。（1）太陽能利用利用地下能源庫貯存美國19821984提建了一個地下供熱庫，夏季貯存，冬季使用。瑞典建立一個15000洞室熱水庫（以焚燒廢物為熱源）,（2）深層干熱巖（HDRhotdryrock）發(fā)電美國、德國1984年建了一個10MW的干熱巖電站（3）建立地下蓄水庫水質(zhì)好，解決水資源短缺，挪威、芬蘭、日本等都巳實現(xiàn),3、地下空間開發(fā)減少環(huán)境污染,地下交通網(wǎng)與城市中心市政、商業(yè)、活動場所相連，減少城市汽車，限制汽車流通擴大地下空間活動場所，增加城市地面綠化面積采用地下廢水處理系統(tǒng)，減少對城市污染，使污水再利用（沖洗、澆花、灌溉），緩解水資源危機。,4、開發(fā)地下空間，保持耕地，降低高層空間,開發(fā)30m以下空間，可將城市空間擴大一倍降低高層建筑，保持文化、藝術(shù)，給人們以寬廣、舒適感。歐美提出限制高樓；我國上海也提出限制高樓。開發(fā)地下空間，綜合治理城市環(huán)境。建立市政公用隧道，美化城市，管理規(guī)范化。建立地下步行街，改變城市人流川流不息的壓抑氣氛。狀況：19世紀橋梁；20世紀高層建筑；21世紀地下空間,地下空間的開發(fā)利用肖明武漢大學(xué)水利水電學(xué)院,地下空間開發(fā)和利用的發(fā)展趨勢,24地下空間開發(fā)持續(xù)發(fā)展趨勢,一、地面地下綜合化地下綜合體的開發(fā)和利用新城區(qū)一定要有地下空間規(guī)劃地下鐵道和地下步行街系統(tǒng)地下空間功能分區(qū)和協(xié)調(diào)發(fā)展,地面高架,淺層：人類活動：交通、娛樂、商業(yè)車庫等。中層：污水、垃圾處理、市政管線次深和深層：地下水、輸送、處理、回收、能源貯存、儲存的循環(huán)系統(tǒng)更深層：能源（地?zé)幔┖秃藦U料處理,二、地下空間分層化和深層化,高放廢物中的放射性核素：半衰期長、毒性大、對人類危害大。安全處置高放廢物：各國人民和政府十分關(guān)心的大事。高放廢物處置的目的：是讓廢物與人類生存的環(huán)境完全隔絕。高放廢物的處置：長期的、艱巨的、復(fù)雜的戰(zhàn)略任務(wù)。,國際放射性廢物地質(zhì)處置十年進展高放處置的方法：宇宙處置：不可行深海溝處置：不可行冰蓋處置：不可行巖石熔化處置：不可行核素嬗變和分離：停留在實驗室階段，針對極高放廢物