水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)與應(yīng)用初探

黃加旭

（廣東省工程勘察院，廣東 廣州 510507）

地質(zhì)勘察以及地質(zhì)研究工作中，技術(shù)人員所能夠應(yīng)用的技術(shù)展覽展現(xiàn)出創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢(shì)。并且，在全新的時(shí)代背景下，地質(zhì)學(xué)方面的研究也逐漸突破了傳統(tǒng)問題的局限，形成了較多的發(fā)展成果。但客觀分析來看，現(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)在發(fā)展過程中，仍會(huì)對(duì)能源形成過度的需求，甚至呈現(xiàn)出逐年增加的情況。這一情況的存在必然會(huì)引發(fā)不良影響，所以需要從水工環(huán)地質(zhì)勘察工作入手，以先進(jìn)的技術(shù)更加全面地把控地質(zhì)環(huán)境，降低需求對(duì)于資源形成的破壞。

1 水工環(huán)地質(zhì)勘察內(nèi)容

客觀來說，水工環(huán)地質(zhì)勘察工作的內(nèi)容相對(duì)較為廣泛，并且不同的環(huán)節(jié)有不同的要求，也有不同的重點(diǎn)。具體來說，包括以下幾點(diǎn)。

首先，在勘察工作中，工作人員需要擬定科學(xué)且完善的勘察方案，要準(zhǔn)確記錄勘察過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一的表格對(duì)數(shù)據(jù)加以收錄，加強(qiáng)勘察結(jié)果的直觀性、全面性。并且在勘察中，需重點(diǎn)勘察地下水位深度及頂板深度[1]。

其次，勘察工作中，技術(shù)人員可通過電法技術(shù)合理判斷地下水的流速以及流向，并將所測(cè)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)合理地記錄在表格中，為后續(xù)的勘察工作提供寶貴的數(shù)據(jù)保障。

最后，在勘察工作中，技術(shù)人員應(yīng)選用先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備，以保證工作效率以及勘察質(zhì)量。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)及應(yīng)用

2.1 GPS技術(shù)及應(yīng)用

GPS技術(shù)全稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)，其主要的功能在于能夠以信息系統(tǒng)為主要載體，及時(shí)地將地面信息傳遞到太空衛(wèi)星，而后在兩者有機(jī)結(jié)合的狀態(tài)下，準(zhǔn)確定位地面的位置信息。在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，引入GPS技術(shù)，可以輔助技術(shù)人員在流動(dòng)站中設(shè)置精準(zhǔn)的信號(hào)接收點(diǎn)，而后在無線系統(tǒng)以及相關(guān)裝備的輔助下，及時(shí)并精準(zhǔn)地接收基準(zhǔn)站的型號(hào)及參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)一步的明確地面位置的坐標(biāo)參數(shù)，整體操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單且精準(zhǔn)性相對(duì)較高。在勘察過程中，技術(shù)人員主要遵循的原理為WGS84原理以及向量結(jié)合原理[2]。借助GPS技術(shù)，技術(shù)人員了解到觀測(cè)點(diǎn)與衛(wèi)星之間的距離，同時(shí)也能夠借助交匯法獲取精準(zhǔn)參數(shù)，保證勘察工作的穩(wěn)步推進(jìn)。除此之外，GPS技術(shù)中包含兩大技術(shù)要點(diǎn)，分別為計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及遙感技術(shù)。所以，在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，技術(shù)人員既可利用遙感技術(shù)明確精準(zhǔn)定位，同時(shí)也可利用信息技術(shù)處理數(shù)據(jù)，客觀分析環(huán)境，保證勘察的有效性。其中，遙感技術(shù)簡(jiǎn)稱為RS技術(shù)，全稱為Remote Sensing。遙感技術(shù)的主要應(yīng)用原理為基于外層空間接收地球表層地理信息，而后對(duì)這些信息加以適當(dāng)?shù)膾呙鑲鬏斉c處理，從而更好的判斷地類物質(zhì)的狀態(tài)，對(duì)其加以控制，具有較高的綜合性。在我國(guó)發(fā)展的過程中，遙感技術(shù)多用于自然災(zāi)害預(yù)防工作、植被資源調(diào)查工作以及作物產(chǎn)量估測(cè)工作[3]。但由于這些工作在本質(zhì)上與水工環(huán)地質(zhì)勘察之間具有一定的相似性，所以在水工環(huán)地質(zhì)勘察中也具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。除此之外，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，RS技術(shù)的整體形式逐漸趨向于多元化發(fā)展，由此可見，在未來的水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，該技術(shù)將不可估量。水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，在遙感技術(shù)的輔助下，技術(shù)人員能夠及時(shí)接收并轉(zhuǎn)化所測(cè)區(qū)域的圖像，在保證圖像控件質(zhì)量以及光譜分辨率質(zhì)量的基本上更加精準(zhǔn)地提高勘察效果。

另外對(duì)于很多存在地震問題的測(cè)量區(qū)域，GPS技術(shù)也能夠?qū)ζ湫纬捎行У奶幚?。技術(shù)人員在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)用GPS技術(shù)能夠更加深入地明確所做區(qū)域內(nèi)的資源，從而對(duì)其加以合理地開發(fā)合理和應(yīng)用，避免對(duì)環(huán)境造成惡劣影響。

2.2 RTK技術(shù)及應(yīng)用

RTK技術(shù)全稱為Real Time Kinematic意為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用的過程中主要包含三大部分，分別為接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈以及流動(dòng)接收機(jī)。其中接收機(jī)與流動(dòng)接收機(jī)之間的區(qū)別在于前者是基準(zhǔn)站中的接收機(jī)，并且所處理的工作內(nèi)容有一定的區(qū)別。

在具體工作中，利用該技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備，技術(shù)人員能夠及時(shí)接收數(shù)據(jù)，并處理在波觀測(cè)值數(shù)據(jù)方面存在的差異。而在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，利用RTK技術(shù)，技術(shù)人員可及時(shí)接收載波信號(hào)，并利用技術(shù)的自動(dòng)分析功能，求差解算所測(cè)區(qū)域，進(jìn)而轉(zhuǎn)化判斷相關(guān)坐標(biāo)。相較于以往工程中技術(shù)人員常用的靜態(tài)測(cè)量技術(shù)、快速靜態(tài)測(cè)量技術(shù)以及動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)來說，RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加的明顯，具有較高的自動(dòng)性、實(shí)時(shí)性及精準(zhǔn)性，無需事后在進(jìn)行大量的簡(jiǎn)算。甚至在野外范圍內(nèi)利用RTK技術(shù)，技術(shù)人員也能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)定位坐標(biāo)并獲得較為詳細(xì)的高層數(shù)據(jù)。除此之外，利用RTK技術(shù)技術(shù)人員可以有效增強(qiáng)工程方向工作的整體質(zhì)量，為后續(xù)工程任務(wù)的穩(wěn)定開展，提供有效支撐。

在勘察地形點(diǎn)時(shí)，RTK技術(shù)也具有較高的應(yīng)用價(jià)值，技術(shù)人員需要先利用該技術(shù)測(cè)量并設(shè)定所測(cè)區(qū)域的地形情況，并對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)加以合理的記錄。完成數(shù)據(jù)采集工作后，技術(shù)人員需要發(fā)揮RTK技術(shù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，利用這一方式自動(dòng)化的處理所測(cè)得的數(shù)據(jù)并對(duì)其加以編輯，使之能夠轉(zhuǎn)化成聚焦性的地形圖。由于RTK技術(shù)具有較高的采點(diǎn)速度，所以技術(shù)人員的整體工作效率會(huì)得到有效地增強(qiáng)，而對(duì)于測(cè)量點(diǎn)高度定位的要求，也能夠達(dá)到及時(shí)的處理。水工環(huán)地質(zhì)勘察工作環(huán)境相對(duì)較為惡劣，并且極容易受到環(huán)境的影響而產(chǎn)生一些問題，但利用RTK技術(shù)可有效處理這些局限，輔助技術(shù)人員及時(shí)并精準(zhǔn)的定位，明確測(cè)量同根的控制點(diǎn)，突破外部條件形成的不良影響，降低設(shè)備轉(zhuǎn)移形成的誤差[4]。并且RTK技術(shù)可以輔助技術(shù)人員精準(zhǔn)判斷所測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在水源污染問題，使之有充足的時(shí)間擬定處理方案，提高作業(yè)效率。

利用RTK技術(shù)開展水工環(huán)地質(zhì)勘察工作時(shí)，可以參考如下流程（圖1）。

圖1 RTK技術(shù)勘察工作流程圖

2.3 電法技術(shù)及應(yīng)用

水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，電法的應(yīng)用效率相對(duì)較高，并且電法具有較高的系統(tǒng)性，其中包含幾種不同的形式。結(jié)合行業(yè)內(nèi)應(yīng)用頻率較高且發(fā)展速度較快的標(biāo)準(zhǔn)分析來看，現(xiàn)階段在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中所應(yīng)用的電法包括以下幾點(diǎn)。分別為激發(fā)極化法、高密度電法、可控源音頻大地電磁法及瞬變電磁法。

第一，針對(duì)于激發(fā)極化法分析來看，該技術(shù)的主要應(yīng)用原理為利用電極排列向大地共入電流切斷電流，在這兩項(xiàng)操作形成的瞬間，測(cè)量電極。技術(shù)人員能夠直觀地觀察到附加電場(chǎng)的變化，而這一變化所形成的效應(yīng)被稱為激發(fā)極化效應(yīng)。簡(jiǎn)單來說，利用所勘察地質(zhì)的導(dǎo)電性加以輔助手段，使之產(chǎn)生變化以及特性差異，促使技術(shù)人員了解區(qū)域內(nèi)的變化規(guī)律，進(jìn)而解決其中存在的地質(zhì)問題，這一方法是激發(fā)極化法。在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，激發(fā)極化法的應(yīng)用效果比較明顯，可輔助技術(shù)人員測(cè)量參數(shù)，并且不會(huì)輕易受到地形起伏不均勻或?yàn)檠仉娦圆痪鶆虻挠绊?，有效保證整體的工作質(zhì)量。

第二，針對(duì)于高密度電法，其主要應(yīng)用于地下介質(zhì)體的檢測(cè)工作，所以在水工環(huán)地質(zhì)勘察中有一定的應(yīng)用價(jià)值。技術(shù)人員需利用高密度電法研究地下介質(zhì)體的電阻率差異，而后通過高密度布點(diǎn)的方式測(cè)量電阻率，達(dá)到有效的勘察效果。相比于普通電阻率法來說，高密度與其之間的相同點(diǎn)主要在于原理相同，并且高密度電法共包含兩大要點(diǎn)，分別為電剖面法以及電測(cè)探法。但兩者之間也具有一定的差異，主要差異在于，高密度電法的觀測(cè)點(diǎn)會(huì)更加的豐富。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，所設(shè)定的密度會(huì)更大，對(duì)于斷面電性異常的形態(tài)規(guī)模及產(chǎn)狀所形成的反應(yīng)，效果會(huì)更加的直觀。利用高密度電法推進(jìn)水工環(huán)地質(zhì)勘察工作，技術(shù)人員可一次性完成電極的布置，有效提高工作效率也能夠控制客觀因素造成的故障以及不良影響。并且，技術(shù)人員可根據(jù)具體的工程情況合理的選擇并調(diào)整電極排列的方式，更加全面地把控地電斷面信息，維護(hù)人員安全，增強(qiáng)工作效率。

第三，針對(duì)于可控源音頻大地電磁法，該技術(shù)具有較高的創(chuàng)新性，主要以大地電磁法和音頻大地電磁法為發(fā)展基礎(chǔ)。利用該技術(shù)進(jìn)行水工環(huán)地質(zhì)勘察工作時(shí)，技術(shù)人員需要合理地選擇信號(hào)源。一般來說，可將信號(hào)源設(shè)定為接地水平電偶源。技術(shù)的主要應(yīng)用原理為在勘察工作中對(duì)比電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的比值，判斷兩者之間的關(guān)系。在電磁波趨膚效應(yīng)理論的支撐下，合理分析電磁波的傳播深度以及探測(cè)深度，并就這兩大參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探索，判斷其與頻率之間的關(guān)系，以此更加全面地了解水工環(huán)地質(zhì)的基本情況。相比于其他技術(shù)來說，這一技術(shù)的應(yīng)用頻率并不高，操作難度相對(duì)較高，但精準(zhǔn)性比較強(qiáng)。

第四，針對(duì)于瞬變電磁法，又可被稱為TEM技術(shù)。該技術(shù)于20世紀(jì)30年代在蘇聯(lián)被研發(fā)出來，研發(fā)之初主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域。但隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，現(xiàn)如今TEM技術(shù)逐漸融入到我國(guó)，并在工程勘察環(huán)境、勘察領(lǐng)域，展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)的主要應(yīng)用原理為，技術(shù)人員通過向地下發(fā)射電磁脈沖的方式，根據(jù)所反饋回的信息，對(duì)地質(zhì)條件加以勘測(cè)以及評(píng)定。該技術(shù)應(yīng)用過程中，技術(shù)人員需要對(duì)周邊環(huán)境做好適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，輔助其能夠更加全面地對(duì)周邊干擾因素形成防御，增強(qiáng)勘察精準(zhǔn)性，并且在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，TEM的應(yīng)用可輔助技術(shù)人員有效延長(zhǎng)勘察發(fā)射時(shí)間，并進(jìn)一步了解地質(zhì)與水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，增強(qiáng)整體勘察工作的穩(wěn)定性、實(shí)用性。TEM技術(shù)能夠很大程度上突破環(huán)境造成的影響，所以即便水工環(huán)地質(zhì)勘察的環(huán)境比較復(fù)雜或比較惡劣，該技術(shù)也能夠形成有效的處理。

3 結(jié)論

如今，水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值逐漸提升。其既能夠增強(qiáng)工程質(zhì)量以及工程安全性，同時(shí)也能夠降低工程對(duì)于環(huán)境及能源造成的不良影響，切實(shí)緩解能源緊缺的問題。因此，相關(guān)行業(yè)從業(yè)者需要重點(diǎn)關(guān)注這一技術(shù)種類，應(yīng)用技術(shù)，切實(shí)發(fā)揮其整體的價(jià)值。現(xiàn)如今，行業(yè)中比較常見的水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)具備一定的多樣性。如GPS技術(shù)、RTK技術(shù)、TEM技術(shù)、RS技術(shù)以及電法技術(shù)等。技術(shù)人員需要綜合掌握，合理應(yīng)用，促使工程及行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。