我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的辦法

龍紹峰　張藝

【摘 要】 人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸使得當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)工作難以滿足其實(shí)際需求，這也給水工環(huán)地質(zhì)工作者提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文從介紹當(dāng)代我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)工作的發(fā)展和研究現(xiàn)狀入手，分析其不足之處，并基于此分析，探討了水工環(huán)地質(zhì)工作的發(fā)展趨勢(shì)以及未來的發(fā)展重點(diǎn)方向，以此引起相關(guān)研究人員的關(guān)注。

【關(guān)鍵詞】 水工環(huán)地質(zhì) GIS 電法 災(zāi)害地質(zhì)

從整體上來看，地質(zhì)工作主要由水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作三部分組成，這三部分對(duì)人類生存和社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)，因而倍受關(guān)注。我國(guó)的水文、工程、環(huán)境地質(zhì)（簡(jiǎn)稱水工環(huán)地質(zhì)）的物探研究工作始于上世紀(jì)五十年代初，當(dāng)時(shí)工作的特點(diǎn)是工作隊(duì)伍規(guī)模小、涉及工程項(xiàng)目數(shù)量少、對(duì)社會(huì)發(fā)展作用有限；在六七十年代，水文、工程地質(zhì)的物探逐漸成熟，特別是在工交系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、商業(yè)發(fā)展至文化系統(tǒng)等都直接或間接的廣泛使用相關(guān)的物探方法進(jìn)行水文、工程地質(zhì)調(diào)查和研究以及考古發(fā)掘工作的指導(dǎo)。從八十年代至今，隨著我國(guó)改革開放的步伐逐漸加快以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的巨大發(fā)展，水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)也得到了蓬勃發(fā)展，并取得了矚目的成績(jī)。

在全球人口數(shù)量激增和自然資源極為有限的當(dāng)今，我國(guó)正面臨著有限的水資源與人口數(shù)量迅速增長(zhǎng)、國(guó)民服務(wù)建設(shè)良性循環(huán)之間的供需矛盾，也是當(dāng)今水工環(huán)地質(zhì)在新的時(shí)代背景下面臨的全新的挑戰(zhàn)和前所未見的發(fā)展機(jī)遇。

1 水工環(huán)地質(zhì)物探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 基于GIS技術(shù)的水文地質(zhì)空間信息系統(tǒng)應(yīng)用

在空間數(shù)據(jù)方面，GIS具有存儲(chǔ)、管理、分析和再現(xiàn)功能等特點(diǎn)，這使得GIS（地理信息系統(tǒng)）的應(yīng)用在近年來成為水文地質(zhì)物探的熱點(diǎn)。由于地下水系統(tǒng)在環(huán)境方面的復(fù)雜性，一般來說，商業(yè)性質(zhì)的GIS系統(tǒng)軟件僅有的查詢和空間分析功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水文地質(zhì)物探的探知和分析需要，可以說商業(yè)性的GIS系統(tǒng)在水文地質(zhì)的物探方面大受限制。然而由長(zhǎng)安大學(xué)的孔金玲和王文科等人，在基于ARC/INFO平臺(tái)，以水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，并以應(yīng)用模型為支撐，開發(fā)了適用于水文地質(zhì)的GIS系統(tǒng)，在理論上解決上述問題。

其方法的基本思路為：以水文地質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，建立水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫，融合水文地質(zhì)要素解析、地下水量計(jì)算和評(píng)估、水動(dòng)力數(shù)值模擬等分析模型，構(gòu)成一種綜合的應(yīng)用模型體系結(jié)構(gòu)。同時(shí)，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，開發(fā)以水文空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的綜合應(yīng)用模型體系并以此為支撐，在實(shí)際的地下水勘察資料上，對(duì)該系統(tǒng)的適用性、功能性和平穩(wěn)性進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 電法在水工環(huán)地質(zhì)物探方面的大量運(yùn)用

隨著電測(cè)探法（簡(jiǎn)稱“電法”）技術(shù)的成熟應(yīng)用，電法已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于當(dāng)今的水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)工作中，并取得了良好的應(yīng)用效果。具體表現(xiàn)為：一是有效的控制了水工環(huán)地質(zhì)的勘察成本，同時(shí)也縮短了勘察的周期，提高了水工環(huán)地質(zhì)工作的效率；二是很好的適應(yīng)了現(xiàn)代化社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘察的應(yīng)用水平和質(zhì)量方面得到了有效的保障?？梢灶A(yù)見，隨著電法技術(shù)的不斷完善和成熟，電法測(cè)量技術(shù)將應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展的各大領(lǐng)域，并對(duì)相應(yīng)領(lǐng)域的發(fā)展起到推波助瀾的作用。

在現(xiàn)代化的水工環(huán)地質(zhì)工作中，常見的電法有高密度電法、頻譜激電法（SIP）、瞬變電磁法（TEM）和可控源音頻大地電磁法（CSATM）等，其中高密度電法由于其數(shù)據(jù)采集密度大，斷面電性異常的形態(tài)反映直觀等優(yōu)勢(shì)而應(yīng)用最廣泛。

1.3 數(shù)值分析技術(shù)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，大量的數(shù)值分析模擬技術(shù)應(yīng)用于水工環(huán)地質(zhì)的模擬計(jì)算當(dāng)中。以求解水文地質(zhì)參數(shù)的配線法為例，在計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)的輔助下，可以便利的完成多個(gè)時(shí)段的求解優(yōu)化，與傳統(tǒng)的方法相比，不僅很大程度上減輕的工作量，還大大的提高了計(jì)算精度。Aquifertest軟件作為在求解水文地質(zhì)參數(shù)軟件方面的代表，該軟件在水文地質(zhì)的抽水試驗(yàn)資料分析和數(shù)據(jù)處理及求取參數(shù)方面具有優(yōu)勢(shì)，還可以在較短的時(shí)間內(nèi)有效的完成對(duì)信息資料的更多、更全面的分析和處理。需要說明的是，Aquifertest軟件通常默認(rèn)是采用Theis配線法對(duì)水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算求取的。

與此同時(shí)，在水文地質(zhì)工作中，由于恢復(fù)水位數(shù)據(jù)與不抽水試驗(yàn)過程中的水躍值和三維流之間的作用影響不大，為了提高含水層信息的準(zhǔn)確性，在求取水文地質(zhì)參數(shù)工作中，往往使用水位恢復(fù)數(shù)據(jù)，這在理論上也是可靠的，同時(shí)，使用全程曲線擬合法進(jìn)行資料的復(fù)核和輔助求解，其效果也較為理想。

2 水工環(huán)地質(zhì)工作的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 以地下水勘察的水資源調(diào)查工作為重心，完善地下水相關(guān)的其他工作

我國(guó)是一個(gè)極度缺水的國(guó)家，人均水資源占有量?jī)H為世界人均水資源占有量的25%，同時(shí)，我國(guó)也是一個(gè)水資源分布極其不均勻的國(guó)家，整體上呈現(xiàn)“南多北少”的局面，這給水資源的開發(fā)利用帶來的困難。與此同時(shí)，我國(guó)又是一個(gè)人口大國(guó)和經(jīng)濟(jì)大國(guó)，人民的生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開水，為此，對(duì)水資源的開發(fā)和利用顯得尤為重要。一些北方工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)和沿海城市都面臨著水資源緊缺，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境快速惡化的問題，這些問題也制約了該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 沿海地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的綜合勘察

沿海地區(qū)一直是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的排頭兵和先鋒者，這些地區(qū)人口密集、各種產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，然而由于沿海地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，在一定程度上不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和資源開發(fā)利用。從目前調(diào)查研究來看，沿海地區(qū)主要的地質(zhì)環(huán)境問題有：湖泊淤積、岸線坍塌、水環(huán)境破壞和污染、海岸線土質(zhì)和水質(zhì)侵蝕、地面沉降等。以環(huán)渤海沿海地區(qū)為例，該地區(qū)由于復(fù)雜的地質(zhì)條件，如今面臨著海水倒灌濱海含水層、海岸線土質(zhì)侵蝕、水環(huán)境惡化和水資源短缺等地質(zhì)環(huán)境問題。為此，沿海地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的綜合勘察關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)是否能可持續(xù)健康發(fā)展的重大問題。

3 水工環(huán)地質(zhì)未來的研究方向

3.1 災(zāi)害地質(zhì)過程理論體系的研究

災(zāi)害地質(zhì)過程主要研究方向?yàn)榉蔷€性及全息預(yù)報(bào)系統(tǒng)理論，其研究重點(diǎn)應(yīng)為崩滑地質(zhì)災(zāi)害的過程機(jī)理和非線性預(yù)測(cè)理論。其主要思路為，以系統(tǒng)、信息工程為基礎(chǔ)，考慮地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和信息源的多元性和復(fù)雜性，在充分考慮其發(fā)出各種信息的發(fā)生概率情況下，利用信息工程技術(shù)對(duì)復(fù)雜信息源進(jìn)行過濾分析處理，再結(jié)合傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法和非線性理論等技術(shù)，建立起適合于災(zāi)害性地質(zhì)過程的全息預(yù)報(bào)系統(tǒng)體系。

3.2 防災(zāi)理論—地質(zhì)災(zāi)害過程仿真模擬及評(píng)價(jià)

防災(zāi)理論—地質(zhì)災(zāi)害過程仿真模擬的關(guān)鍵技術(shù)在于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維定義和描述、復(fù)雜介質(zhì)架構(gòu)模型以及災(zāi)害地質(zhì)過程的動(dòng)力仿真模擬，防災(zāi)減災(zāi)工程的模式和動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)以及全息成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔金玲，王文科，等.基于GIS的水文地質(zhì)空間信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué)，2013（21）.

[2]蘆躍峰.電法在水工環(huán)地質(zhì)勘察應(yīng)用中的認(rèn)識(shí)[J].黑龍江科技，2014（6）.

[3]陳政治.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[J].工程勘察，2013（1）.