地下水勘查技術(shù)方法體系集成研究

肖興平，阮　俊，佟元清

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051)

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地下水勘查技術(shù)方法體系集成研究

肖興平，阮俊，佟元清

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051)

[摘要]當(dāng)前，運(yùn)用多種技術(shù)方法解決某項(xiàng)地質(zhì)問題成為地質(zhì)調(diào)查工作的常態(tài)化需要，技術(shù)方法之間的相互協(xié)作、綜合集成、一體化應(yīng)用是地質(zhì)工作發(fā)展的趨勢(shì)。本文在梳理地下水勘查領(lǐng)域技術(shù)方法體系的基礎(chǔ)上，分析了地下水勘查技術(shù)方法的內(nèi)容與集成模式，表明技術(shù)方法的集成與綜合運(yùn)用能有效支撐當(dāng)前我國(guó)地下水勘查工作。

[關(guān)鍵詞]地下水；技術(shù)方法；集成；體系

地下水勘查是地質(zhì)調(diào)查工作的方向之一，在我國(guó)現(xiàn)有地質(zhì)調(diào)查工作布局中，地下水勘查作為水文地質(zhì)調(diào)查的主體，與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查之間的關(guān)系緊密，統(tǒng)稱水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查，自1999年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組建以來，地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目實(shí)施已有十余年，地下水勘查工作在服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，在防災(zāi)減災(zāi)、抗旱找水等重大災(zāi)害應(yīng)急工作中作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)；地下水勘查支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力不斷增強(qiáng)，地下水勘查技術(shù)方法體系不斷豐富，地下水勘查與技術(shù)方法之間的融合力度不斷加大。

當(dāng)前，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正全力開展九大計(jì)劃的部署與推進(jìn)，其中重要經(jīng)濟(jì)區(qū)和城市群綜合地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)支撐計(jì)劃、國(guó)土開發(fā)與保護(hù)基礎(chǔ)地質(zhì)支撐計(jì)劃、地質(zhì)科技支撐計(jì)劃中所涉及的部分工程均有地下水勘查作支撐，地下水勘查作用更加凸顯，技術(shù)方法運(yùn)用更加多樣和協(xié)同。

1地下水勘查技術(shù)方法的分類體系

1.1物探技術(shù)

地球物理勘探(簡(jiǎn)稱物探)是地下水勘查工作中很重要的手段之一，其以被探測(cè)的地質(zhì)體與圍巖的物性差異(電性、磁性、彈性波、放射性、重力、熱等)為基礎(chǔ)，探測(cè)和識(shí)別地質(zhì)體，達(dá)到解決地質(zhì)問題目的。在地下水勘查工作中可提供以下幾個(gè)方面的信息：提供地下含水體信息，包括含水體的埋深、厚度以及地下水礦化度、孔隙率等參數(shù)；提供地質(zhì)體的要素特征，包括地層結(jié)構(gòu)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等；提供地質(zhì)體的地球物理場(chǎng)的變化特征，包括電場(chǎng)、電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、射氣場(chǎng)、彈性波場(chǎng)等，通過地球物理場(chǎng)的變化特征分析，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，判斷地下水的補(bǔ)徑排關(guān)系。目前比較成熟的水文物探方法包括地面和孔內(nèi)兩大類27種。

1.2遙感技術(shù)

遙感技術(shù)具有數(shù)據(jù)獲取快捷、方式多樣，圖像視野寬廣、形象直觀、信息量大、處理方法靈活，可進(jìn)行重復(fù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)等特點(diǎn)，在地下水勘查工作中具有良好的應(yīng)用效果和廣闊的應(yīng)用前景。

遙感工作程序通常包括信息資料收集準(zhǔn)備、室內(nèi)解譯、野外驗(yàn)證、成果整理等4個(gè)階段。遙感是以各類遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)遙感圖像反映的地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)要素等信息的識(shí)別、提取與綜合分析，獲得調(diào)查研究區(qū)的地下水特征。地質(zhì)解譯的依據(jù)是遙感圖像的影像特征，主要包括幾何形態(tài)、大小、色調(diào)或色彩、陰影、紋理等。遙感制圖是以遙感數(shù)據(jù)或圖像為信息源，以目視解譯、機(jī)助解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別提取的各種專題要素、圖形、數(shù)據(jù)為編輯對(duì)象，編制相關(guān)專題圖件的過程。

1.3鉆探技術(shù)

鉆探是使用專門機(jī)具向巖層鉆進(jìn)孔眼，直接獲取目標(biāo)點(diǎn)位、目的深度、地下水資料的主要技術(shù)方法以及開發(fā)利用地下水的重要技術(shù)手段。

鉆孔結(jié)構(gòu)是構(gòu)成鉆孔柱狀剖面技術(shù)要素的總稱，包括孔身結(jié)構(gòu)，實(shí)管、過濾管、沉淀管、濾料及止水的位置等。鉆孔結(jié)構(gòu)根據(jù)鉆孔類型、水文地質(zhì)條件、終孔直徑及深度、鉆進(jìn)工藝方法、抽水方法及鉆探設(shè)備等因素綜合確定。

鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)是在鉆進(jìn)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)含水層，初步確定含水層的富水性及巖溶在不同垂向深度的發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律等水文地質(zhì)問題的重要手段。

1.4試驗(yàn)技術(shù)

常用的地下水試驗(yàn)有抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)、地下水流速測(cè)定—連通試驗(yàn)、地下水野外彌散試驗(yàn)等。

抽水試驗(yàn)的目的是：(1)確定抽水井(孔)的特性曲線和實(shí)際涌水量，評(píng)價(jià)含水層的富水性，推斷和計(jì)算井(孔)最大涌水量與單位涌水量；(2)確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，為評(píng)價(jià)地下水資源、預(yù)測(cè)礦坑涌水量、確定礦坑疏干排水方案等提供依據(jù)；(3)確定影響半徑、合理井距、降落漏斗的形態(tài)及其擴(kuò)展情況；(4)了解地下水與地表水(或巖溶地區(qū)地下水系)及不同含水層(組)之間的水力聯(lián)系。

1.5同位素技術(shù)

同位素是質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同、在化學(xué)元素周期表中占有相同序號(hào)位置的同一類原子。環(huán)境同位素是自然環(huán)境中天然產(chǎn)生的元素的同位素，分為穩(wěn)定同位素與放射性同位素兩種類型。穩(wěn)定同位素一般用作分析地下水成因、流動(dòng)和環(huán)境因素影響的指示劑；放射性同位素主要用于確定地下水年齡。

1.6樣品測(cè)試技術(shù)

地下水勘查工作的樣品測(cè)試，包括現(xiàn)場(chǎng)分析、水質(zhì)簡(jiǎn)分析、水質(zhì)全分析、常規(guī)專項(xiàng)分析(水中金屬、有機(jī)物測(cè)試、示蹤劑測(cè)試)及有關(guān)的巖礦樣品測(cè)試等方面內(nèi)容。

在地下水勘查或?qū)ｉT研究項(xiàng)目中，還涉及到巖石、礦物等樣品的分析測(cè)試，以確定巖石礦物中的化學(xué)組成及有關(guān)組份在不同賦存狀態(tài)下的含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

1.7地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

地下水動(dòng)態(tài)是指地下水的水位、水量、水質(zhì)、水溫等要素在自然因素和人為因素影響下隨時(shí)間的變化規(guī)律。地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的是為了進(jìn)一步查明和研究水文地質(zhì)條件，特別是地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，掌握地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律，為地下水資源評(píng)價(jià)、科學(xué)管理及環(huán)境地質(zhì)問題的研究和防治提供科學(xué)依據(jù)。

1.8地下水模擬技術(shù)

地下水模擬，就是對(duì)所研究區(qū)域的水文地質(zhì)特征(如含水層結(jié)構(gòu)和參數(shù)等)或地下水系統(tǒng)的行為和狀態(tài)(如地下水位、地下水化學(xué)組分和地下水溫度等)進(jìn)行仿真，以了解地下水的時(shí)空變化特征和演化規(guī)律，為地下水的合理開發(fā)利用和管理提供科學(xué)依據(jù)。

2地下水勘查技術(shù)方法集成

地下水勘查技術(shù)方法的集成，以遙感技術(shù)、物探技術(shù)、鉆探技術(shù)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、同位素技術(shù)、模擬技術(shù)等技術(shù)方法的類別為主體，以各類技術(shù)方法相關(guān)的技術(shù)理論、規(guī)程規(guī)范、典型案例、儀器設(shè)備、軟件應(yīng)用等信息為基礎(chǔ)，以信息的瀏覽、訂閱、檢索、關(guān)聯(lián)為主體功能支撐，配以相關(guān)的特色功能如數(shù)值模型在線計(jì)算、技術(shù)方法列表、技術(shù)交流、專題專欄等，組成較為完整的技術(shù)方法信息集成體系。

地下水勘查技術(shù)方法類別眾多、知識(shí)面廣泛，具有很強(qiáng)專業(yè)性，在各種技術(shù)方法分類及相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)整理方面需要相當(dāng)?shù)膰?yán)謹(jǐn)和全面，在信息集成研究與試運(yùn)行階段，需得到相關(guān)技術(shù)專家的適時(shí)指導(dǎo)，為大量資料收集與整理工作提供指導(dǎo)建議，防止信息不準(zhǔn)確及無謂的工作量。加上一些新技術(shù)新方法的研究與應(yīng)用，也需要長(zhǎng)期進(jìn)行信息維護(hù)以保持?jǐn)?shù)據(jù)的適時(shí)更新，同時(shí)也需要多類業(yè)務(wù)專家繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)與審核，并形成長(zhǎng)效機(jī)制。

圖1　技術(shù)方法集成框架

3地下水勘查技術(shù)方法的支撐作用

依托現(xiàn)有的地下水勘查技術(shù)方法分類體系，地下水勘查與技術(shù)方法相結(jié)合，致力于解決我國(guó)當(dāng)前及今后一段時(shí)間實(shí)施的地質(zhì)工作，重點(diǎn)包括評(píng)價(jià)區(qū)域地下水資源和開采潛力，開展地下水潛力區(qū)、重點(diǎn)污染區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)1:5萬地下水勘查；開展部分重點(diǎn)城市規(guī)劃建設(shè)區(qū)1:5萬地下水勘查；開展重點(diǎn)地面沉降區(qū)水工環(huán)地質(zhì)專題，支撐地面沉降和地裂縫、礦山地質(zhì)環(huán)境、黃土濕陷、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境等重大環(huán)境地質(zhì)問題專題調(diào)查；開展主要活動(dòng)斷裂及區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查；支撐地下水土壤污染、巖溶塌陷、江海岸坡穩(wěn)定性、湖泊河流生態(tài)環(huán)境、水土污染、地殼穩(wěn)定性等重大環(huán)境地質(zhì)問題專題調(diào)查；支撐重要城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)區(qū)的1:5萬水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查；支撐集中連片特殊困難區(qū)、大型能源基地、西北干旱盆地重點(diǎn)地區(qū)、青藏髙原重點(diǎn)地區(qū)等水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查，查明基礎(chǔ)水文地質(zhì)條件，圈定富水地段，解決人畜飲水困難，評(píng)價(jià)地下水資源量，提出地下水合理開發(fā)利用與保護(hù)方案。

4結(jié)語

隨著我國(guó)地質(zhì)調(diào)查工作新格局的不斷完善，地下水勘查與技術(shù)方法不斷深度融合，多學(xué)科相互支撐、多手段協(xié)同運(yùn)用、多部門共同參與，已經(jīng)逐漸形成地下水勘查工作的新常態(tài)，地下水勘查及技術(shù)方法，有望在當(dāng)前我國(guó)開展的京津冀一體化協(xié)同發(fā)展區(qū)地質(zhì)保障、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查、泛珠三角地區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查、絲綢之路境內(nèi)段綜合地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)脆弱區(qū)和特困區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、巖溶地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查、主要含水層水質(zhì)綜合調(diào)查、土地地球化學(xué)調(diào)查、新技術(shù)新方法推廣應(yīng)用等工程領(lǐng)域發(fā)揮突出的作用。為此，集中管理各類技術(shù)方法信息、統(tǒng)一提供技術(shù)方法信息產(chǎn)品有助于全面梳理地下水勘查技術(shù)方法的各類資源，提高技術(shù)方法的利用價(jià)值。

以地下水勘查技術(shù)方法為切入口，在開展單一領(lǐng)域的技術(shù)方法服務(wù)體系研究的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大至整個(gè)地質(zhì)調(diào)查行業(yè)內(nèi)的技術(shù)方法集成與服務(wù)體系建設(shè)，是可行的，且正在被不斷的實(shí)踐與建設(shè)之中，已取得階段性進(jìn)展，需要不斷加強(qiáng)技術(shù)方法信息公益性服務(wù)產(chǎn)品的研究與探索，并提供行業(yè)內(nèi)示范與服務(wù)。

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Study on Integrate about Goundwater Exploration Technology and Method System

XIAO Xing-ping，RUANJun，TONG Yuan-qing

(Center For Hydrogeology and Environmental Geology, CGS, Baoding 071051,Hebei)

Abstract:At present, the use of a variety of technical methods to solve some geological problems become the normal need of geological survey work, technical methods of mutual cooperation, comprehensive integration, integration application is the trend of geological work development. In this paper, based on the analysis of the technology and method system of groundwater exploration, this paper analyzes the content and integrated mode of groundwater exploration technology, which indicates that the integration and comprehensive application of the technology can effectively support the current groundwater exploration in China.

Key words:Groundwater；technology and method；integration and the system

[中圖分類號(hào)]P641.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0009-02

[作者簡(jiǎn)介]肖興平(1980-)，男，湖北云夢(mèng)人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)信息化技術(shù)研究。

[基金項(xiàng)目]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目(地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法集成與服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)：1212011120431)

[收稿日期]2015-10-28