論當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘察中的技術(shù)及應(yīng)用范圍

汪 帆

（河南省煤田地質(zhì)局一隊(duì)，河南 鄭州 450007）

在最近的二三十年，我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)、礦產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、鐵路、高速公路建設(shè)取得飛速的發(fā)展，而這一切發(fā)展，都離不開水工環(huán)地質(zhì)勘察工作。

1 水工環(huán)地質(zhì)勘察

水工環(huán)地質(zhì)勘察，包括水文地質(zhì)勘察、工程地質(zhì)勘察、環(huán)境地質(zhì)勘察三個(gè)方面。其中，水文地質(zhì)勘察主要查明某一區(qū)域內(nèi)的地層、巖性、構(gòu)造、含水層特征、分布、水位、水量、水質(zhì)、地下水徑流等地質(zhì)、水文條件，并計(jì)算和評(píng)價(jià)該區(qū)域地下水補(bǔ)給量與可開采量，為有關(guān)部門開發(fā)、利用水資源提供科學(xué)依據(jù)。

工程地質(zhì)勘察主要查明某一區(qū)域地層巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征、力學(xué)性質(zhì)、地下水作用等情況，計(jì)算該區(qū)域地基承載力、剪切力、地下水飽和性，評(píng)估該區(qū)域地基穩(wěn)定性，為高層建筑、橋梁、隧道、水庫(kù)、機(jī)場(chǎng)、鐵路、高速公路、港口等設(shè)施建設(shè)提供關(guān)于地基穩(wěn)定性的科學(xué)依據(jù)[1]。

環(huán)境地質(zhì)勘察主要勘查各類地質(zhì)災(zāi)害（包括滑坡、泥石流、地面沉陷、水井干枯、地裂縫等）發(fā)生的原因、范圍、規(guī)模，再根據(jù)勘查結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)，并向有關(guān)部門提出預(yù)防、治理地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)依據(jù)。

2 當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘察中使用的先進(jìn)技術(shù)

2.1 瞬變電磁法勘察技術(shù)

瞬變電磁法，英文原名為Time domain electromagnetic methods，縮寫為TEM。瞬變電磁法利用發(fā)射線圈產(chǎn)生瞬變電磁場(chǎng)，向地下發(fā)射一次脈沖電磁場(chǎng)。在該脈沖電磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈觀測(cè)二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)地下介質(zhì)的電阻率。

瞬變電磁法施工效率高，在煤田水文地質(zhì)勘察中屬于首選方法。瞬變電磁法也是在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體的最靈敏的方法，該方法適用于金屬礦勘探、煤炭采空區(qū)勘察[2]。

2.2 GPS技術(shù)

1958年，美國(guó)軍方啟動(dòng)GPS項(xiàng)目，經(jīng)過三十年苦心經(jīng)營(yíng)，于1988年成功布署24顆定位人造衛(wèi)星，建成GPS系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)英文名“Global Positioning System”的首字母縮寫）。這些衛(wèi)星在地球上方2.2 萬(wàn)km高度的太空運(yùn)行，均勻分布于六個(gè)軌道面，與地球赤道成55°的夾角。今天，無論任何人在任何時(shí)刻位于地球上任何一個(gè)地點(diǎn)，都可以通過GPS接收機(jī)獲取GPS衛(wèi)星發(fā)出的定位信號(hào)，從而迅速確定自己所在位置的三維立體坐標(biāo)。

GPS技術(shù)具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航能力與定位能力，而且GPS技術(shù)不受天氣、地形、地貌等自然條件的影響。在水工環(huán)地質(zhì)勘察中應(yīng)用GPS技術(shù)，可以大大提高勘察精度，節(jié)約勘察時(shí)間。

2.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)通過無人機(jī)、飛機(jī)、衛(wèi)星的遙感器，采集可見光、紅外線、微波，并進(jìn)行提取、判定、加工、處理、分析，從而獲取目標(biāo)地物的詳細(xì)信息。根據(jù)飛行器與地面的高度不同，遙感技術(shù)又可分為低空遙感（無人機(jī)遙感）、高空遙感（飛機(jī)遙感）、航天遙感（衛(wèi)星遙感）[3]。遙感技術(shù)可以進(jìn)行大面積、大范圍的同步觀測(cè)，獲取信息的速度快，周期短，還可以動(dòng)態(tài)反映地物的整體面貌與各種變化。在水工環(huán)地質(zhì)勘察中應(yīng)用遙感技術(shù)，有利于提高勘測(cè)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)性動(dòng)態(tài)勘測(cè)。

3 探討水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)的應(yīng)用范圍

3.1 土地資源利用規(guī)劃

土地資源利用規(guī)劃是在一定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的要求與當(dāng)?shù)刈匀弧⒔?jīng)濟(jì)、社會(huì)條件和對(duì)該區(qū)域土地資源如何開發(fā)利用，在空間上、時(shí)間上作出的總體的戰(zhàn)略性布局與統(tǒng)籌安排。當(dāng)前，百萬(wàn)人口以上的大城市土地利用已經(jīng)趨于飽和，土地資源高度稀缺（2016年，深圳每年僅能新增6 km2建設(shè)用地）。因此，做好土地資源利用規(guī)劃已經(jīng)成為水工環(huán)地質(zhì)勘察的一項(xiàng)重點(diǎn)課題。綜合運(yùn)用GPS技術(shù)、遙感技術(shù)，可以讓勘察單位在最短的時(shí)間內(nèi)完整掌握被勘察土地上地貌、水文、地質(zhì)條件、土地資源及其分布、利用方式、土地上基礎(chǔ)設(shè)施狀況等方面的詳細(xì)信息，從而做好超前規(guī)劃，提高土地資源利用規(guī)劃的質(zhì)量[4]。

3.2 地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及大城市人口的持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)大城市的用水量也在不斷上升（1990年全國(guó)城市用水量大約為54 億m3，2018年全國(guó)城市用水量已超過800 億m3），同時(shí)，各大城市的飲用水水質(zhì)也呈現(xiàn)出惡化之勢(shì)，一些城市過量開采地下水，還引起了地面沉降等問題。因此，必須加強(qiáng)對(duì)地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。綜合運(yùn)用各種水工環(huán)勘察技術(shù)，可以讓有關(guān)部門及時(shí)掌握地下水水量變化，了解地下水徑流、補(bǔ)給與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并對(duì)地下水污染狀況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，從而加強(qiáng)對(duì)地下水資源的管理，科學(xué)利用寶貴的地下水資源，并且積極防治地面沉陷。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

數(shù)十年來，國(guó)內(nèi)采用粗放式模式發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對(duì)各種礦產(chǎn)資源、各種能源進(jìn)行掠奪式開采，造成了許多人為因素產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害。目前，僅山西一省，因采煤形成的采空區(qū)已超過2 萬(wàn)km2，在采空區(qū)上方，卻分布著許多高速公路、企業(yè)、農(nóng)村住宅，因采空引起的崩塌、滑坡超過750次[5]。一些地方還出現(xiàn)了地表裂縫、地表崩塌。2019年2月24～25日，四川自貢榮縣連續(xù)發(fā)生三次4級(jí)以上地震，也可能與當(dāng)?shù)亻_采頁(yè)巖氣有關(guān)。因此，必須積極運(yùn)用多種勘察技術(shù)，加強(qiáng)環(huán)境地質(zhì)勘查，主動(dòng)預(yù)防各類地質(zhì)災(zāi)害。

3.4 居民疾病監(jiān)測(cè)

醫(yī)學(xué)專家們經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)人體可以發(fā)射出光線，醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)稱之為“人體輝光”。而且，人體輝光與人的年齡、健康狀況存在著因果性聯(lián)系，青壯年發(fā)光強(qiáng)度比老年人強(qiáng)一倍以上，身體愈強(qiáng)壯、愈健康的人，發(fā)光愈強(qiáng)；反之，罹患疾病的人體發(fā)出的輝光較為微弱。因此，有專家提出大膽的設(shè)想：運(yùn)用遙感技術(shù)對(duì)某一地區(qū)的居民進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，專門采集他們發(fā)射出來的人體輝光，從而方便醫(yī)療部門對(duì)當(dāng)?shù)丶膊∵M(jìn)行監(jiān)測(cè)。還有專家提出建立大型數(shù)據(jù)庫(kù)，儲(chǔ)存健康人體輝光的詳細(xì)數(shù)據(jù)，一旦遙感監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)某一地區(qū)人群散發(fā)的輝光出現(xiàn)病理性變化，便迅速進(jìn)行識(shí)別，提前進(jìn)行預(yù)防性治療。毫無疑問，專家們的上述設(shè)想是大膽的、超前的。雖然這些設(shè)想目前還不具備實(shí)現(xiàn)的可能性，但應(yīng)當(dāng)成為水工環(huán)地質(zhì)勘察未來的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們與環(huán)境、資源間的關(guān)系變得越來越緊張。另一方面，隨著科技的升級(jí)，水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)不斷取得新的發(fā)展。因此，我們應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用先進(jìn)的水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)，加強(qiáng)水文、工程、地質(zhì)環(huán)境勘察，為提高人民生活質(zhì)量不斷作出新的貢獻(xiàn)。