地下空间开发与利用第二章PPT优秀PPT.ppt

其次章其次章 地下空间开发和利用的可持续性战略地下空间开发和利用的可持续性战略v221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮v 随着能源、交通、国防、市政等国民经济的快随着能源、交通、国防、市政等国民经济的快速发展和全球性的环境爱护及人类生存可持续发速发展和全球性的环境爱护及人类生存可持续发展的要求，地下空间的开发利用出现了前所未有展的要求，地下空间的开发利用出现了前所未有的新浪潮。的新浪潮。v 国际上出现了国际上出现了“二十一世纪是人类开发利用地二十一世纪是人类开发利用地下空间时代下空间时代”的口号的口号;221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮v 美国将来学家杂志预料二十一世纪将有美国将来学家杂志预料二十一世纪将有1/31/3人口生活和活动在地下。人口生活和活动在地下。v 我国是正处于高速发展的国家，将可持续发我国是正处于高速发展的国家，将可持续发展作为现代化建设的一项重大战略是我国的展作为现代化建设的一项重大战略是我国的基本国策。二十一世纪地下空间开发和利用基本国策。二十一世纪地下空间开发和利用时代，为我国隧道和地下工程的飞速发展供时代，为我国隧道和地下工程的飞速发展供应了广袤前景。应了广袤前景。221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮一、第一次浪潮：人类发展初期一、第一次浪潮：人类发展初期 特点：利用洞窟居住、防风、防雨、防特点：利用洞窟居住、防风、防雨、防野兽的有攻击野兽的有攻击一、第一次浪潮:人类发展初期绳文时代洞窟遗迹(第一期)所在地：群馬県万場町青梨所在地：群馬県万場町青梨堀谷洞窟（静岡県浜北市）堀谷洞窟（静岡県浜北市）用途用途:居住、避难、贮存居住、避难、贮存数量数量:400:400余处余处特点特点:朝南、靠近水源、前庭宽敞朝南、靠近水源、前庭宽敞221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮二、其次次浪潮：二、其次次浪潮：1919世纪工业革命起先世纪工业革命起先 特点：以欧美为主的矿山工程、城市市政特点：以欧美为主的矿山工程、城市市政和地铁、军事和水电工程发展快速和地铁、军事和水电工程发展快速矿山工程 二、其次次浪潮：二、其次次浪潮：1919世纪工业革世纪工业革命起先命起先221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮三、第三次浪潮：20世纪初中起先（1930年）特点：以地下空间利用为特征，人类活动移居地下 如：商业街、停车场、商业街、文化消遣活动场所、体育艺术场馆 20 20世纪兴起，世纪兴起，2121世纪为高潮世纪为高潮 缘由：人类巳意识到生存环境和资源的危缘由：人类巳意识到生存环境和资源的危机机 特点：联合国和世界各国提出特点：联合国和世界各国提出“可持续发可持续发展战略展战略”，以节约资源、改善环境，爱护生态，以节约资源、改善环境，爱护生态，建立可持续发展的城市的地下空间利用建立可持续发展的城市的地下空间利用 21 21世纪世界两大事务：美国的高科技，中世纪世界两大事务：美国的高科技，中国的城市化国的城市化四、第四次浪潮：四、第四次浪潮：20 20世纪兴起，世纪兴起，2121世纪为高潮世纪为高潮 降低高层建筑，保持文化、降低高层建筑，保持文化、艺术，给人们以宽广、舒适感。艺术，给人们以宽广、舒适感。四、第四次浪潮：四、第四次浪潮：建立可持续发展的城市 v地下空间开发第四次浪潮的中心是什么？地下空间开发第四次浪潮的中心是什么？问问 题题222 2、地下空间开发的动因、地下空间开发的动因 v动因：建立可持续发展战略-第四次地下空间开发浪潮的中心内容v所谓可持续发展战略：保持人类生存可持续发展v一、“可持续发展战略”提出的缘由v发展是人类社会永恒的主题，人类从诞生就不断追求生产力的发展和社会文明的提高。v 18世纪人类进入了一个快速发展时代，随着生产力的快速发展，人类创建的财宝成倍增加，生活日益舒适；但人口快速增加，资源猛烈消耗、环境严峻污染，不合理的资源开发利用，导致生态环境日益恶化，严峻威逼人类生存。所以：v“可持续发展战略”1987年联合国世界环境和发展大会提出v缘由：世界经济“畸形”发展，导致环境日益恶化v状况：世界经济飞速发展，使自然资源惊人的损耗，使自然资源开发利用程度，超过了人类发展的正常须要，使得世界问题日益突出。二、世界问题二、世界问题人口爆炸：人口成几何发展生存环境危机 (a)世界人口急剧膨胀 公元1年：2.5亿人；1600年：5亿人；1950年：25亿人；1987年：50亿（50年的2倍）;2000年：61.3亿 预料：2025年82.2亿；2050年：150亿 二、世界问题二、世界问题 (b)中国人口急剧膨胀 公元6年：0.16亿人；1602年：0.56亿人；1949年：5.4亿人；1982年：10.32亿（30年2倍）;1995年：12.0亿 预料：2020年15.0亿；2050年：17亿地球不堪重负人口大爆炸 人口问题，是全世界广泛关注而又急迫人口问题，是全世界广泛关注而又急迫须要解决的问题。就人类所面临的挑战而言，须要解决的问题。就人类所面临的挑战而言，人口问题数一数二。它与资源惊惶、环境污人口问题数一数二。它与资源惊惶、环境污染等人类生态环境恶化现象亲密相关。因此，染等人类生态环境恶化现象亲密相关。因此，世界大多数国家在洞察这一问题后，快速地世界大多数国家在洞察这一问题后，快速地作出反应，限制人口的大爆炸。作出反应，限制人口的大爆炸。v1987年7月11日，世界上第50亿个人诞生在前南斯拉夫的萨格勒布。这个数字不是与生惧来的，也不行能停止不前，但我们可以人为地限制它，使其缓慢地增长。v从1650年至1850年，中间经验了200年，人口翻了一番，达到了第一个10亿；而从第一个10亿到其次个10亿，用了80年时间；v从1930 年至1960年，只用了30年时间，世界人口就跃进到第三个10亿。到1975年世界人口突破40亿大关。人口翻番的时间越来越短。人类的脚步v资源剧耗：石油、煤气、有色金属只有可数开发年限，按现有能源耗速度：石油50年；煤100200多年；自然气60年耗竭；v矿场已特别有限。世界能源消耗速度世界能源消耗速度 单位：亿吨标准煤单位：亿吨标准煤能源1980年1986年增长百分比%消耗量占总量（%）消耗量占总量（%）石油37.6744.241.08389煤炭26.2530.732.433014天然气18.3121.421.262019核能、水电3.013.512.9712335总计85.24100108.1010027水污染是普遍存在的水污染是普遍存在的 资源剧耗资源剧耗 大约大约5050年后，人类目前广泛运用的传统年后，人类目前广泛运用的传统能源煤、石油和自然气将面临严峻短缺能源煤、石油和自然气将面临严峻短缺到那时，汽车还能不能在马路上奔跑，飞到那时，汽车还能不能在马路上奔跑，飞机还能不能在太空翱翔，冬天是否有暖气，夏机还能不能在太空翱翔，冬天是否有暖气，夏天是否有空调，假如没有了能源，我们的生活天是否有空调，假如没有了能源，我们的生活中还能有什么？中还能有什么？是可怕的预言，还是真实的将来？是可怕的预言，还是真实的将来？土地沙化，耕地削减：土地：是具有自然属性、经济属性和社会属性，人类赖以生成的自然资源。土地功用：支撑人类生产和生活；供应人类生成的植物和动物；容纳和转化危机人类的排泄物。土地特性：面积有限。全球陆地1.318亿km2，占地球表面的29%；土地资源不行替代；土地资源不行再生；土地沙化，耕地削减严峻危机人类生成。v我国19861996年十年：耕地削减2963万亩；1997、1998、1999年分别削减203万亩，392万亩，655万亩。v目前我国荒漠化面积262.2万km2，占土地面积27.3%；而且沙化面积不断增加：19601970年每年平均增加沙化土地1560万km2；v1980年以后，每年平均增加沙化土地2460万km2；v 假如保持现有土地不减，中国耕地最大的人口承载为17亿人v城市范围扩大，耕地削减城市用地惊惶v中国：960万土地耕地：100万（占1/10）v 人均耕地933（与前苏联比，人均7337约1/8），年平均递减耕地1.66%中国土地问题土地沙化土地沙化:我国是世界上土地沙化面积较大，分布较我国是世界上土地沙化面积较大，分布较广、危害严峻的国家之一。广、危害严峻的国家之一。目前我国沙化土地为目前我国沙化土地为168.9168.9万万km2km2，占国土面积，占国土面积的的17.6%17.6%。风沙活动最为活跃的沙化土地近。风沙活动最为活跃的沙化土地近3030万万km2km2。近年沙化土地面积的扩展速度在不断加快，近年沙化土地面积的扩展速度在不断加快，50-50-6060年头平均每年扩展年头平均每年扩展1560km21560km2，70-8070-80年头平均每年年头平均每年扩展扩展2100km22100km2，9090年头平均每年扩展年头平均每年扩展2460km22460km2，相当，相当于一年损失一个中等县的土地面积。于一年损失一个中等县的土地面积。内蒙古二连浩特市遭遇强沙尘暴攻击，风力短时达内蒙古二连浩特市遭遇强沙尘暴攻击，风力短时达9 9、1010级，能见级，能见度不到度不到300300米，当地气象部门于米，当地气象部门于1414时许发布沙尘暴橙色预警信号时许发布沙尘暴橙色预警信号 耕地削减:国土资源部公布全国城镇存量建设用地专项调查结果，截至2004年底，全国城镇规划范围内共闲置、空闲、批而未供土地近400万亩。国土资源部介绍，从1996年到2004年，全国耕地削减1亿多亩；与此同时，大量土地被粗放利用，甚至奢侈.人类工程活动沙人类工程活动沙漠化趋势增加漠化趋势增加新形成的沙丘新形成的沙丘 温室效应：是由于能原过度消耗，导致地球表面气温上升，全球变暖，冰川后撤，海平面上升。臭气层空洞扩大：煤、石油过度消耗是温室和酸雨形成的元凶，加速臭气层的破坏使地球失去了爱护。酸雨面积超过国土40%，南方城市81.8%出现过酸雨。1996年世界卫生组织警告说：四年以来，南极上空臭气层空洞面积扩大一倍，大约为2000万km2，并有消逝的可能。臭气层是人类的爱护伞；酸雨危害人体健康、损害生态系统、导致土地酸化、影响建筑材料和结构寿命。温室效应，臭气层空洞扩大：温室效应，臭气层空洞扩大：温室效应导致冰川溶化温室效应导致冰川溶化冰层溶化会不断令海平面上升。冰层溶化会不断令海平面上升。海平面上升很可能带来毁灭性的海平面上升很可能带来毁灭性的灾难。海平面上升一米，单在孟灾难。海平面上升一米，单在孟加拉，会有过百万的人失去家园。加拉，会有过百万的人失去家园。溶化的冰水会把海水冲淡海水溶化的冰水会把海水冲淡海水盐份变更会损害渔产并会扰乱全盐份变更会损害渔产并会扰乱全球的水流。球的水流。环境污染：环境污染：v地理环境污染v是指由于人为缘由，向地理环境释放物质和能量，影响人类和其他生物的正常生存与发展，或造成某些地理要素的运用价值下降等现象。v水资源的污染：导致水资源短缺，急需污水处理v大气污染：燃煤和汽车尾气排放，需解决城市燃料结构v危害：影响我们后代的生存和发展水污染是普遍存在的水污染是普遍存在的 大气污染的危害大气污染的危害为什么青蛙妈妈找不到小蝌蚪了为什么青蛙妈妈找不到小蝌蚪了?三、中国问题三、中国问题1 1、浩大的人口压力、浩大的人口压力2 2、严峻的资源短缺、严峻的资源短缺自然资源自然资源总量在世界排名总量在世界排名人均占有量占人均占有量占世界人均值的世界人均值的比例比例土地资源土地资源3 31/31/3矿产资源矿产资源3 33/53/5耕地资源耕地资源4 41/31/3河流径流量河流径流量6 61/41/4森林面积森林面积6 61/51/5 以城市为中心的环境污染仍在发展，并快速向农村扩以城市为中心的环境污染仍在发展，并快速向农村扩散；土地流失、荒漠化等生态破坏的范围仍在扩大，程度散；土地流失、荒漠化等生态破坏的范围仍在扩大，程度在加剧在加剧3 3深深刻刻的的环环境境危危机机（1 1）以甲地为代表的）以甲地为代表的所示地区突出的生态环所示地区突出的生态环境问题是荒漠化，造成这一境问题是荒漠化，造成这一问题的的自然缘由主要是干问题的的自然缘由主要是干旱、风蚀作用强、植被稀有旱、风蚀作用强、植被稀有 ，人为缘由主要有过度放牧、，人为缘由主要有过度放牧、滥垦滥挖、草原退化。滥垦滥挖、草原退化。4 4、土地的贫乏、土地的贫乏（2 2）乙为低山丘陵地区，）乙为低山丘陵地区，由于气候多雨，加之人类不由于气候多雨，加之人类不合理的活动，如合理的活动，如不合理耕作，不合理耕作，过度砍伐树木过度砍伐树木 ，使这一地，使这一地区的易发生的生态环境问题区的易发生的生态环境问题是是水土流失水土流失。（3 3）丙所在的地形区是盆）丙所在的地形区是盆地地 ，这个地区的大城市由，这个地区的大城市由于大气污染形成的环境问题于大气污染形成的环境问题主要是酸雨，形成这一环境主要是酸雨，形成这一环境问题的气候条件是潮湿多雨问题的气候条件是潮湿多雨 ，当地的能源消费结构特点，当地的能源消费结构特点是以燃煤为主是以燃煤为主 。（4 4）图中）图中A-FA-F各城市，由于各城市，由于能源结构以能源结构以燃煤燃煤为主，冬季为主，冬季采暖季长，又以采暖季长，又以重重工业最为工业最为集中，所以环境污染以集中，所以环境污染以大气大气污染污染 最为突出。最为突出。（5 5）从以上事例，可以总结）从以上事例，可以总结得出，环境问题的分布具有得出，环境问题的分布具有明显的明显的地域地域 性特征，这主要性特征，这主要是由于各地区的社会经济不是由于各地区的社会经济不同，以及同，以及自然环境自然环境条件的差条件的差异所致。异所致。v目标：建立一个健康、合理的人类可持续发展模式-开发利用地下空间，解决人类生存危机。223 3 地下空间开发的意义地下空间开发的意义地下空间开发的意义建立可持续发展的必由之路开发地下空间美国（宾西法尼亚高校）格兰尼博士说：将来的城市会搬到地下，以保持城市的完整性；把自然、艺术留给城市，把交通、活动放入地下。地下空间的开发是爱护环境、改善环境，供应人类所需资源，保证人类可持续发展的重要措施。1、地下空间供应巨大的活动空间，节约大量的能耗，人类活动转入地下v社会生产力的巨大发展，伴随着威逼人类生存的巨大破坏v社会每增加一个人，就必需供应一个生活空间，给人类生存带来压力和危机问题：人口问题、土地、粮食、水资源、矿物资源、生态环境、社会等问题v人类的生态空间和生活空间都是以土地为依托v人类生存所需的生活品（生态空间）v人类活动所需的场所（生活空间）v人口增长，土地削减导致生存危机v人口增加，城市不能扩容开发生存空间v开发空间：海洋正在开发，难度较大。v 宇宙正在探讨，较为遥远v 地下能干脆受益，必定趋势Western Kowloon Reclamation西九龙西九龙Ma On Shan reclamation completed in 1993 马鞍山马鞍山地下空间给人们供应城市地下资源地下空间给人们供应城市地下资源发展城市空间的立体化发展城市空间的立体化（1）居住空间：随着技术的发展，地下空间居住能达到地面标准（2）业务空间：办公、会议、教学、试验、医疗、社会福利活动空间（3）商业空间：批发、零售、金融、贸易等场所（4）文化空间：消遣、体育等场所（5）交通空间：人类利用最早、最有效的利用地下空间给人们供应城市地下资源地下空间给人们供应城市地下资源发展城市空间的立体化发展城市空间的立体化（6）物流空间：城市市政设施、管线、污水、垃圾处理（7）生产空间：军事、轻工、地下电站等（8）贮存空间：地下仓库、车库等 （9）防灾空间：人防地道（10）安葬空间：地下安葬和存放骨灰等v美国进行地下与地面建筑对比试验，地下建筑节能率：明尼苏达、波士顿为48%；盐湖城、罗克斯分别为58%和51%。结论：结论：地下空间的开发为人类的生存空间供应巨大潜力地下空间的开发为人类的生存空间供应巨大潜力2 2、地下空间供应自然干净能源、地下空间供应自然干净能源 开发地下空间，挖掘地下空间资源的潜力煤、油、水、热、矿物等丰富的地下资源。（1）太阳能利用利用地下能源库贮存美国19821984提建了一个地下供热库，夏季贮存，冬季运用。瑞典建立一个15000洞室热水库（以焚烧废物为热源）（2）深层干热岩（HDRhot dry rock）发电v美国、德国1984年建了一个10MW的干热岩电站 （3）建立地下蓄水库水质好，解决水资源短缺，挪威、芬兰、日本等都巳实现3 3、地下空间开发削减环境污染、地下空间开发削减环境污染v地下交通网与城市中心市政、商业、活动场所相连，削减城市汽车，限制汽车流通v扩大地下空间活动场所，增加城市地面绿化面积v接受地下废水处理系统，削减对城市污染，使污水再利用（冲洗、浇花、浇灌），缓解水资源危机。4 4、开发地下空间，保持耕地，降低高层空间、开发地下空间，保持耕地，降低高层空间v开发30m以下空间，可将城市空间扩大一倍v降低高层建筑，保持文化、艺术，给人们以宽广、舒适感。欧美提出限制高楼；我国上海也提出限制高楼。v开发地下空间，综合治理城市环境。v 建立市政公用隧道，美化城市，管理规范化。v 建立地下步行街，变更城市人流络绎不绝的压抑气氛。v 状况：19世纪桥梁；20世纪高层建筑；21世纪地下空间地下空间的开发利用地下空间的开发利用肖肖 明明武汉高校水利水电学院武汉高校水利水电学院地下空间开发和利用的发展趋势224 4 地下空间开发持续发展趋势地下空间开发持续发展趋势一、地面地下综合化一、地面地下综合化地下综合体的开发和利用地下综合体的开发和利用新城区确定要有地下空间规划新城区确定要有地下空间规划地下铁道和地下步行街系统地下铁道和地下步行街系统地下空间功能分区和协调发展地下空间功能分区和协调发展地面高架地面高架v浅层：人类活动：交通、消遣、商业车库浅层：人类活动：交通、消遣、商业车库等。等。v中层：污水、垃圾处理、市政管线中层：污水、垃圾处理、市政管线v次深和深层：地下水、输送、处理、回收、次深和深层：地下水、输送、处理、回收、能源贮存、储存的循环系统能源贮存、储存的循环系统v更深层：能源（地热）和核废料处理更深层：能源（地热）和核废料处理二、二、地下空间分层化和深层化地下空间分层化和深层化 高放废物中的放射性核素：高放废物中的放射性核素：半衰期长、毒半衰期长、毒性大、对人类危害大。性大、对人类危害大。平安处置高放废物：各国人民和政府特别关平安处置高放废物：各国人民和政府特别关切的大事。切的大事。高放废物处置的目的：是让废物与人类生存高放废物处置的目的：是让废物与人类生存的环境完全隔绝。的环境完全隔绝。高放废物的处置：长期的、艰难的、困难的高放废物的处置：长期的、艰难的、困难的战略任务。战略任务。国际放射性废物地质处置十年进展国际放射性废物地质处置十年进展 高放处置的方高放处置的方法：法：宇宙处置：宇宙处置：不行行不行行深海沟处置：深海沟处置：不行行不行行冰盖处置：冰盖处置：不行行不行行岩石熔化处置：不行行岩石熔化处置：不行行核素嬗变和分别：停留在试验室阶段，针对极高核素嬗变和分别：停留在试验室阶段，针对极高放废物放废物长期储存：不属于最终处置长期储存：不属于最终处置,是没有方法的方法是没有方法的方法高放废物深地质处置：可行高放废物深地质处置：可行处置库的寿命：处置库的寿命：至少一万年。至少一万年。这一要求是目前任何这一要求是目前任何工程所没有的，因而工程所没有的，因而处置库选址、设计、处置库选址、设计、建立和性能评价就极建立和性能评价就极为困难。为困难。长期的系统化的过程，包括：长期的系统化的过程，包括：基础探讨基础探讨 处置库选址处置库选址 地下试验室探讨地下试验室探讨 处置库建设等阶段处置库建设等阶段处置库开发处置库开发处置库开发的技术路途：选址和场址评价特定场址地下试验室 对中国，最大的可能是地下试验室可逐步演化成将来的处置库。处置库建设国际高放废物地质处置地下试验室国际高放废物地质处置地下试验室瑞典瑞典日本日本瑞士瑞士我国我国高放废物地质处高放废物地质处置的长远目标：置的长远目标：20402040年初步建成年初步建成高放废物深地质处置库高放废物深地质处置库德国高放废物地质处置库概念设计德国高放废物地质处置库概念设计美美国国于于卡卡山山基基地地地地下下隧隧道道入入口口 v统一：经济、技术、社会三大问题法规和道德v地下空间的利用评价、防灾、管理理论、开发造价评估三、地下空间开发规划立法化三、地下空间开发规划立法化四、地下空间开发促进的技术发展四、地下空间开发促进的技术发展a、地下隧道的开挖设备发展：掘进机（TBM）大型硬岩地层开挖盾构机软岩地层开挖b、小断面的地铁隧道小牵引机、小隧道使地铁经济化和敏捷化ConveyorConveyorc、微型隧道工程加速发展直径2530cm隧道：高层、铁路交通等管线信息隧道d、市政管线公用隧道e、3s技术在地下空间开发中的广泛运用3sGPS（卫星全球定位系统），RS（遥感），GIS（地球物理信息）f、勘察、设计和施工的信息化整合勘察信息设计图纸模拟施工施工信息反馈设计。要求：类：编程；类：改编程序；类：运用程序