GIS在環(huán)境巖土工程中應(yīng)用的回顧與展望

王樹彪

（遼寧省工程勘查研究院，沈陽110031）

GIS在環(huán)境巖土工程中應(yīng)用的回顧與展望

王樹彪

（遼寧省工程勘查研究院，沈陽110031）

自20世紀80年代我國提出環(huán)境巖土工程概念以來，許多專家學(xué)者就對這一理論進行了不斷的研究和實踐。而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS被廣泛的應(yīng)用在環(huán)境巖土工程中，在工程勘察管理評價以及探測地質(zhì)災(zāi)害中得到了廣泛的價值應(yīng)用。因此，從環(huán)境巖土工程概念及其發(fā)展歷程出發(fā)，對GIS技術(shù)應(yīng)用以及其未來的發(fā)展趨勢做出以下展望。

GIS；環(huán)境巖土工程；應(yīng)用展望

引言

隨著巖土工程內(nèi)涵的不斷擴大，環(huán)境巖土工程也漸漸成為一門獨立的新興學(xué)科。隨著時代的不斷發(fā)展進步，環(huán)境成為社會越發(fā)關(guān)注的問題，而環(huán)境巖土工程的主要研究對象就是環(huán)境問題，且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，利用GIS技術(shù)中的數(shù)字模擬功能，將環(huán)境巖土工程中所涉及到的抽象因素化為立體，可以有效提高環(huán)境巖土工程的研究水平。

一、環(huán)境巖土工程概念及其發(fā)展歷程

環(huán)境巖土工程這一概念是20世紀80年代由方曉陽教授所提出的，后經(jīng)環(huán)境巖土工程學(xué)會討論決定，將其定義為一門專門學(xué)科。在環(huán)境巖土工程概念中，環(huán)境巖土工程不僅包含了傳統(tǒng)的巖土工程問題，也對于一些新型領(lǐng)域做出了探究?？偟膩碚f，其主要分為兩個方向，即地質(zhì)環(huán)境工程和生態(tài)巖土工程。其中，地質(zhì)環(huán)境工程主要是對一些有害污染物進行管理和分類，而生態(tài)巖土工程則主要是對地質(zhì)和生態(tài)中一些比較敏感的方面進行研究，如酸雨、沙漠、濕地等等[1]。近些年，我國專家學(xué)者的不斷研究實踐，環(huán)境巖土工程取得了不斷發(fā)展。隨之對于環(huán)境巖土工程的概念也出現(xiàn)了新的看法，如羅國煜教授就指出，環(huán)境問題可以分為兩類，即生態(tài)污染破壞問題與環(huán)境巖土工程問題。對生態(tài)污染破壞問題筆者將不做具體分析，而環(huán)境巖土工程問題則是由規(guī)模性的巖土工程對環(huán)境產(chǎn)生的破壞問題，在這其中環(huán)境巖土工程問題又可以分為區(qū)域性和城市性兩方面。對此，在2000年初召開的環(huán)境巖土工程學(xué)術(shù)工程座談會中，對環(huán)境巖土工程的內(nèi)涵做出了新的擴展。在會上施斌教授提出，環(huán)境巖土工程強調(diào)環(huán)境對工程施工、設(shè)計的可靠性影響，且環(huán)境巖土工程除受力學(xué)作用外，還受化學(xué)、地質(zhì)學(xué)科、社會學(xué)科之間的影響，是一門多元化的邊緣性學(xué)科，所以在原有課題基礎(chǔ)上，還應(yīng)增設(shè)垃圾填埋處理與核廢料處理。

二、GIS在環(huán)境巖土工程中的應(yīng)用

（一）工程勘察管理和評價

關(guān)于GIS在環(huán)境巖土工程中工程勘察管理和評價的研究，早在20世紀80年代國外就已經(jīng)展開了一系列的研究實踐，這其中以美國為代表。1987年Ellen博士等人就已經(jīng)開始嘗試運用GIS技術(shù)對地質(zhì)工程進行分析，隨后在1989年P(guān)eter教授等人在運用GIS技術(shù)進行工程數(shù)據(jù)分析評價時，也取得了不同的實驗成果。這為GIS在環(huán)境巖土工程中的應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。而20世紀80年代末與90年代初，在NIF與聯(lián)邦公路管理處的共同提議下，美國建立了第一個巖土工程信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GIS數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對巖土工程實驗提供數(shù)據(jù)理論分析和處理[2]。而在90年代末期，加拿大也在GIS技術(shù)的應(yīng)用也取得一定的研究成果。其通過模糊分類與虛擬技術(shù)的融合，有效地為環(huán)境巖土工程中程勘察管理和評價提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。而我國雖然在GIS技術(shù)研究中起步比較晚，但是發(fā)展速度卻是不容小覷的。這其中以姜云教授的研究最為著名。在其研究過程中，其主要以重慶市為研究對象，運用GIS技術(shù)的信息儲存功能，對重慶市的巖體地形破壞程度進行時空預(yù)報，并闡釋了城市地質(zhì)環(huán)境與土地利用之間的關(guān)系，對土地能力等級以及地質(zhì)的穩(wěn)定性進行評價劃分。隨后陳鎖忠博士也以GIS為主要控制板塊，并結(jié)合美國的地下水模擬運行系統(tǒng)，對我國的江蘇省無錫市進行了地區(qū)性的集成調(diào)查統(tǒng)計分析。在這個研究過程中，GIS作為數(shù)據(jù)總控系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)分析的可視化管理，也實現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)模型的建立。對此，我國的南京大學(xué)也對GIS在環(huán)境巖土工程中的應(yīng)用進行了大量的研究工作，在研究過程中，其首次對三維技術(shù)進行了大膽的嘗試，其以長江大橋為研究對象，對其空間展布特點進行分析，并以工程設(shè)計和施工為依據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與三維模型之間的轉(zhuǎn)化。雖然在轉(zhuǎn)化過程中受到一定的文件格式限制，但仍對GIS在工程勘察管理和評價中做出了巨大的貢獻。

（二）探測地質(zhì)災(zāi)害

GIS技術(shù)可以有效地對地質(zhì)災(zāi)害進行探測，對此，筆者將從以下兩個方面進行分析。首先是對滑坡災(zāi)害的探測。滑坡災(zāi)害是一種發(fā)生在地質(zhì)表層且具有一定的空間范圍和時間范圍的地址災(zāi)害現(xiàn)象，由于空間大小與時間快慢都會對滑坡災(zāi)害造成不同程度的影響，因此，考慮到滑坡災(zāi)害的影響因素，就可以利用GIS技術(shù)對滑坡災(zāi)害進行信息管理，從而加強對滑坡時間與空間因素上的統(tǒng)計分析，進而對滑坡災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險進行控制[3]。對此，在1989年美國的Bain教授就曾運用GIS技術(shù)對滑坡災(zāi)害進行分析。其主要是通過GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)分析處理和管理上的功能進行研究，但是由于技術(shù)的有限，其對于空間分析功能沒有做出明確的要求。1990年，荷蘭與哥倫比亞聯(lián)合對GIS技術(shù)在探測地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用上進行了研究。其利用GIS技術(shù)的空間定位功能以及數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析功能，實現(xiàn)了對斜坡穩(wěn)定模型的分析以及對山體滾石掉落速度的計算。這一研究對滑坡災(zāi)害探測做出了巨大的貢獻。其次是GIS技術(shù)在沙土液化災(zāi)害中的探測。沙土液化是由地震或者地震負荷所引發(fā)的一種自然災(zāi)害，傳統(tǒng)分析方式主要有定性和定量兩種，這些分析方式雖然存在一定的優(yōu)勢，但仍然屬于一種傳統(tǒng)地質(zhì)工程探測方法，且大部分工作由手動完成，不但工作效率較低，且缺乏一定的準確性。隨著信息化時代的到來，利用GIS技術(shù)對沙土液化災(zāi)害分析可謂時代的大勢所趨。而在1993年美國科學(xué)家就曾運用GIS技術(shù)對沙土液化進行了研究。其以海濱平原地區(qū)為研究對象，在研究中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)可分為六個土質(zhì)層，即土體性質(zhì)層、地震震動周期層、液化潛在層、震動放大層、光譜加速層、預(yù)測破壞層，從而實現(xiàn)了對該地區(qū)的沙土液化的可視化管理。

三、GIS在環(huán)境巖土工程中發(fā)展趨勢

GIS技術(shù)作為一種模擬實際情況的軟件應(yīng)用技術(shù)，筆者認為，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，其在環(huán)境巖土工程中將具有巨大的發(fā)展前景，有以下兩個方面在不久的將來是一定會實現(xiàn)的。首先是GIS三維技術(shù)的應(yīng)用。三維地理信息技術(shù)是目前的主要發(fā)展方向，也是發(fā)展過程中的熱點，且從目前的三維技術(shù)應(yīng)用分析，也取得了一定的進展。但從整體的發(fā)展水平來看，還要進一步加強對三維技術(shù)的可視化操作與空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的重組，才能協(xié)調(diào)GIS技術(shù)三維發(fā)展過程[4]。其次是3S技術(shù)的發(fā)展。隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，3S綜合技術(shù)也得到了顯著的提升效果，并且就未來的國際發(fā)展狀況分析，3S技術(shù)將會擁有更廣闊的發(fā)展空間。而地質(zhì)勘探工作無疑是未來國家經(jīng)濟建設(shè)中的重點，加強3S技術(shù)的開發(fā)，將對環(huán)境巖土工程的發(fā)展予以更有效的推動。

結(jié)語

環(huán)境巖土工程作為一種新興的邊緣化學(xué)科，對于環(huán)境保護以及建設(shè)發(fā)展具有重要的促進作用，因此，加強對環(huán)境巖土工程的研究以及GIS技術(shù)的應(yīng)用，對于我國未來的經(jīng)濟建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

[1]張凌，施斌，王寶軍.GIS環(huán)境中砂土液化評價方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2013，（5）.

[2]胡成，陳植華，丁國平.GIS技術(shù)在巖溶塌陷預(yù)測中的應(yīng)用[J].桂林工學(xué)院學(xué)報，2015，（2）.

[3]沈芳，黃潤秋，苗放，許強.地理信息系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境評價[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2014，（1）.

[4]施斌.理論與應(yīng)用相結(jié)合的環(huán)境巖土工程討論會綜述[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，（2）.

【責(zé)任編輯 安 琪】

TU411

A

1673-291X（2016）23-0032-02

2016-08-16

王樹彪（1980-），男，遼寧清原人，部門經(jīng)理，工程師，從事巖土工程研究。