水利水電工程地質(zhì)勘察的主要方法及難點

黃耐石

摘 要：當(dāng)前，地質(zhì)勘察逐漸由定性分析朝定量計算的方向發(fā)展，水利水電工程的地質(zhì)勘察需要使用不同的方法。地質(zhì)勘察方法選用合理與否直接影響勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，而勘察結(jié)果質(zhì)量關(guān)系到水利水電工程能否安全順利地建設(shè)。本文從地質(zhì)勘察方法入手，詳細(xì)分析了水利水電工程地址勘察的重難點。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;地質(zhì)勘察;勘察方法

Abstract： At present， geological survey is gradually developing from qualitative analysis to quantitative calculation， geological survey of water conservancy and hydropower engineering needs to use different methods. Whether the geological survey method is reasonable or not directly affects the accuracy and reliability of the survey results， and the quality of the survey results is related to whether the water conservancy and hydropower engineering can be safely and smoothly constructed. This paper started with the geological survey method and analyzed the key and difficult points of the water conservancy and hydropower engineering address survey in detail.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering;geological survey;survey method

水利水電工程地質(zhì)勘察離不開先進技術(shù)，這是確保地質(zhì)勘察高效、結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。在水利水電工程地質(zhì)勘察中，人們要大力應(yīng)用壩基巖體質(zhì)量分類方法、巖體彈塑性理論、地質(zhì)力學(xué)模型等，合理運用計算機技術(shù)和物探技術(shù)，提高地質(zhì)勘察效率，縮短勘察周期。

1 水利水電工程建筑地質(zhì)的測繪與編錄

測繪編錄雖然是基礎(chǔ)工作，卻也十分關(guān)鍵。測繪編錄一般用地質(zhì)點測法、路線測繪法和實測剖面法。在對水利水電工程所在地進行測繪編錄前，要先對所在地歷年的地質(zhì)記錄資料進行考察和收集，明確水利水電工程所在地的歷史地質(zhì)環(huán)境和活動規(guī)律，然后結(jié)合勘察手段，進行系統(tǒng)的地質(zhì)研究。所以，水利水電工程項目建設(shè)質(zhì)量的好壞與地質(zhì)勘察結(jié)果是否準(zhǔn)確有直接關(guān)系。

2 水利水電工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容

2.1 地下水監(jiān)測與水文地質(zhì)勘察

地下水是地質(zhì)環(huán)境的重要組成部分，會影響水利水電工程地基的穩(wěn)定性和持久性。地下水水位與壓力的變化對水利水電工程有如下影響：地下水水位上升，造成擠壓，導(dǎo)致地質(zhì)壓力上升;地下水水位下降，造成空隙，導(dǎo)致地質(zhì)壓力下降;地下水水位頻繁變化，導(dǎo)致地質(zhì)壓力頻繁變化。

地下水水位的變化會導(dǎo)致地質(zhì)壓力產(chǎn)生變化，最終引起地殼形變，地質(zhì)環(huán)境也隨之變化，會導(dǎo)致地表建筑物發(fā)生形變，甚至是倒塌。天然狀態(tài)下，地下水的動水壓力較小，一般不會造成嚴(yán)重后果，但若人工干預(yù)改變地下水的天然平衡條件，不均衡的動水壓力可能引起管涌、流沙等后果。

水利水電工程地質(zhì)勘察的重點是水文地質(zhì)勘察，如果水文地質(zhì)勘察不周密或者被忽視，會對水利水電工程的安全有重大影響，所以要按高標(biāo)準(zhǔn)、高要求進行水文地質(zhì)勘察。水文地質(zhì)勘察主要內(nèi)容如下：巖層、構(gòu)造、地貌等地質(zhì)特征;地下水的分布、類型及其與地表徑流的關(guān)系;地下水對水利水電工程的作用和影響;對水利水電工程的危害進行預(yù)測，并提出防治措施，消除負(fù)面影響。

具體做法如下：進行水文地質(zhì)試驗，獲取水文地質(zhì)參數(shù)，預(yù)測水文地質(zhì)影響，提出工程建議。

操作嚴(yán)格遵循規(guī)定，觀測時間與次數(shù)符合規(guī)范要求，觀測設(shè)備要合格，確保觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對地下水進行動態(tài)監(jiān)測，要探明地下水不同時間的水位水質(zhì)和來源等。其間需要注意以下幾點：保證水位觀測數(shù)據(jù)真實準(zhǔn)確;不同階段水位觀測日期要注明，便于比對;對不同類型地下水做水質(zhì)分析;收集水利水電工程地區(qū)的地質(zhì)資料，分析地下水的來源;對地下水的影響做出判斷，提出建議。

2.2 工程地質(zhì)測繪

工程地質(zhì)測繪是指通過野外調(diào)查，綜合研究地形、地層、構(gòu)造、現(xiàn)象和水文地質(zhì)條件等，運用地質(zhì)學(xué)理論知識加以解釋，并在場區(qū)周邊進行地質(zhì)填圖，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。工程地質(zhì)測繪是水利水電工程地質(zhì)勘察的另一項基礎(chǔ)性工作，人們可以通過測繪分析可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)作用和它對工程的影響。

2.3 長期觀測

在水利水電工程建設(shè)中，地質(zhì)條件并不是一成不變的，有必要隨時間的變化對水利水電工程項目地的地質(zhì)條件各要素進行長期重復(fù)觀測。觀測內(nèi)容有：巖石土體的位移速度和方向;巖石土體的地下水水位變化;巖石體內(nèi)破壞面上的壓力變化;爆破引起的質(zhì)點速度和加速度;人工加固處理的載荷變化。

人們要長期觀測收集的資料，經(jīng)分析后得出結(jié)果，保證水利水電工程長期安全穩(wěn)定，同時檢驗水利水電工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確性，為未來水利水電工程維護保養(yǎng)提供基礎(chǔ)資料。

3 水利水電工程地質(zhì)勘察的主要方法

3.1 GPS技術(shù)

GPS技術(shù)又叫作全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)，越來越廣泛地應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘察中，有如下優(yōu)點：可以準(zhǔn)確定位觀測點的三維坐標(biāo);操作性和控制性比傳統(tǒng)測量方法強;不要求觀測點直接聯(lián)系;可以持久工作，勘察結(jié)果精確;可以直接將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入計算機中進行分析和處理。當(dāng)前，

要想保證水利水電工程的整體質(zhì)量，人們需要合理運用GPS定位技術(shù)，加強地質(zhì)勘察條件、過程和結(jié)果的質(zhì)量控制，有效提高地質(zhì)勘察效率和精度。

3.2 RS技術(shù)

RS技術(shù)又被稱為遙感技術(shù)，分為航天遙感、航空遙感和地面遙感。它具有立體感強、信息豐富、視域廣闊、獲取資料快速和衛(wèi)星影像成周期性重現(xiàn)等特點[1]，廣泛應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘察中。RS技術(shù)在水利水電工程中有廣泛應(yīng)用。

3.2.1 區(qū)域地質(zhì)條件控制。RS技術(shù)可以收集大量宏觀的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，通過綜合分析這些信息，人們可以對整體地質(zhì)條件進行綜合控制，保證水利水電工程的施工質(zhì)量。依據(jù)遙感信息，人們可以分析控制條件，最終綜合控制水利水電工程施工質(zhì)量;加強水利水電工程的綜合信息控制，以區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)，實時調(diào)整水利水電工程項目;分析水文地質(zhì)形態(tài)發(fā)育，保障水利水電工程的整體性能。

因此，人們要綜合發(fā)展RS技術(shù)，加強工程質(zhì)量控制，保障區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定。

3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害隱患調(diào)查。針對大型水利水電工程庫區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患，應(yīng)用RS技術(shù)拍攝航衛(wèi)片或彩色紅外像片，結(jié)合野外現(xiàn)場調(diào)查，查明影響庫岸穩(wěn)定性的因素，明確大型塌滑體的數(shù)量、分布以及穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2.3 巖溶調(diào)查。RS遙感影像適用于巖溶水文地質(zhì)調(diào)查，不僅能解譯各種巖溶現(xiàn)象，而且可以通過不同介質(zhì)的紅外光譜差異，判斷地下水的分布，水文地質(zhì)勘察結(jié)果良好。

3.2.4 地質(zhì)測繪填圖。人們要根據(jù)勘察技術(shù)發(fā)展目標(biāo)，保證野外工作量，加強成圖現(xiàn)場校核，而地質(zhì)測繪填圖優(yōu)先考慮使用遙感地質(zhì)圖。

3.2.5 防洪、水土保持。人們要合理使用RS技術(shù)對地質(zhì)災(zāi)害隱患進行測繪分析，提出有效的防范措施，建立完善的預(yù)警機制。

3.3 GIS技術(shù)

GIS技術(shù)可以采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述地球表層的地理信息數(shù)據(jù)，是多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物，又被稱為地理信息系統(tǒng)。在水利水電工程地質(zhì)勘察中，地質(zhì)勘察人員可以使用GIS技術(shù)繪制各種工程地質(zhì)圖，同時分析收集到的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)前，GIS技術(shù)可以自主繪制剖面圖、平面圖、等值線圖以及柱狀圖等工程地質(zhì)圖，而且可以對圖形、圖像、空間組成的數(shù)據(jù)庫進行分析處理。所以，GIS技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于水利水電工程勘察中，其發(fā)展應(yīng)用如下。

3.3.1 WebGIS。WebGIS即網(wǎng)絡(luò)GIS，是互聯(lián)網(wǎng)與GIS融合的產(chǎn)物?；ヂ?lián)網(wǎng)是資源共享和遠(yuǎn)程遙控的基礎(chǔ)，GIS通過互聯(lián)網(wǎng)互享，成為公共工具，在每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，任何網(wǎng)絡(luò)用戶都可以使用WebGIS站點中的空間數(shù)據(jù)完成工作。

3.2.2 3S集成技術(shù)。3S集成技術(shù)不是簡單的結(jié)合GPS、GIS和RS，而是通過數(shù)據(jù)接口把它們連接、集合到一起，成為一個用途更廣、作用更大的聯(lián)合系統(tǒng)。在聯(lián)合系統(tǒng)中，三者分別承擔(dān)不同任務(wù)：GIS負(fù)責(zé)集成、存取和處理多源時空數(shù)據(jù);RS負(fù)責(zé)實時提供目標(biāo)相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件的各種變化;GPS負(fù)責(zé)跟蹤和定位目標(biāo)的坐標(biāo)。3S集成技術(shù)在水利水電工程種的應(yīng)用前景非常廣闊。

3.2.3 VR-GIS技術(shù)。虛擬技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合可以讓目標(biāo)區(qū)域三維可視化，真實地展現(xiàn)在技術(shù)人員面前。通過交互，技術(shù)人員可以在虛擬的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)自由移動，并利用工具進行虛擬操作來模擬真實情況。

3.4 工程物探技術(shù)

工程物探技術(shù)以觀測儀器為載體，以水利水電工程真實地理區(qū)域為勘察對象，收集數(shù)據(jù)，并應(yīng)用地質(zhì)學(xué)理論知識進行處理和解釋。工程物探技術(shù)可以對水利水電工程項目地的地質(zhì)構(gòu)造和屬性進行判定。在水利水電工程項目建設(shè)過程中，工程物探技術(shù)采集的數(shù)據(jù)高度精確，環(huán)境適應(yīng)性強。它主要包含兩種技術(shù)，即鉆孔彩色電視系統(tǒng)技術(shù)和地球物理層析成像技術(shù)。

3.4.1 鉆孔彩色電視系統(tǒng)技術(shù)。水利水電工程地質(zhì)勘察精度要求比較高。近年來，地質(zhì)勘察技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了鉆孔彩色電視系統(tǒng)技術(shù)。鉆孔彩色電視系統(tǒng)由鉆孔電視與光電耦合器共同組成，設(shè)計合理，性能穩(wěn)定。相對傳統(tǒng)探頭而言，它具有彩色圖像重現(xiàn)性好、體積小巧、待機時間長、使用壽命長等優(yōu)點。當(dāng)前，隨著數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展，人們又開發(fā)出多功能鉆孔彩色電視系統(tǒng)，將控制器、監(jiān)視器、相機融為一體。

3.4.2 地球物理層析成像技術(shù)。該技術(shù)借助已有平洞或鉆孔，通過發(fā)射并接收透射波來進行信息采集與處理，通過波速值模擬巖體，從而對巖體進行判斷評價。地球物理層析成像技術(shù)可以應(yīng)用在水利水電工程地質(zhì)勘察中，以查明目標(biāo)巖體完整度，降低勘探量，提高目標(biāo)巖體力學(xué)性能評價結(jié)果的精確性。

4 提高水利水電工程勘察質(zhì)量的建議

4.1 合理安排勘察周期

豐富的基礎(chǔ)資料是保證水利水電工程勘察質(zhì)量的前提，人們需要采用必要的勘察手段，合理安排時間來搜集基礎(chǔ)資料。人們要根據(jù)水利水電工程規(guī)模，制定基本勘察周期，再根據(jù)工程復(fù)雜度，規(guī)劃和調(diào)節(jié)時間段。工程立項時，要合理規(guī)劃時間，按計劃安排水利水電工程的勘察進度，避免盲目壓縮勘察周期[2]。

4.2 提高勘察人員素質(zhì)

勘察人員素質(zhì)是影響勘察質(zhì)量的重要原因。當(dāng)前，地質(zhì)勘察人員要積極參與培訓(xùn)，加強自主學(xué)習(xí)，不斷提升綜合素質(zhì)，如責(zé)任心、職業(yè)道德、專業(yè)技能等，以保證水利水電工程勘察質(zhì)量。

4.3 完善制度

一是要完善工程勘察規(guī)范和質(zhì)量監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)等，并嚴(yán)格執(zhí)行。二是要完善水利水電工程勘察準(zhǔn)入制度、工程勘察監(jiān)理制度以及工程勘察審查制度，并嚴(yán)格落實。

4.4 加強與設(shè)計部門的溝通

工程勘察是為工程設(shè)計服務(wù)的，地質(zhì)勘察部門和設(shè)計部門的溝通和配合十分重要，只有了解地質(zhì)情況，才能做到有的放矢。設(shè)計部門應(yīng)及時掌握勘察過程和結(jié)果，并根據(jù)實際情況優(yōu)化方案，避免在施工過程中因地質(zhì)因素造成設(shè)計變更。

5 結(jié)語

水利水電工程是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，而地質(zhì)勘察是水利水電工程建設(shè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。地質(zhì)勘察質(zhì)量的高低直接影響水利水電工程建設(shè)質(zhì)量，也影響資源的持續(xù)開發(fā)與高效應(yīng)用。水利水電工程地質(zhì)勘察具有至關(guān)重要的作用，它可以綜合指導(dǎo)水利水電工程建設(shè)，從根本上保證水利水電工程的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡保祥.遙感技術(shù)在山區(qū)高速公路工程地質(zhì)勘測中的應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2010（11）：19.

[2]李孝振，董武義.加強水利水電工程勘測設(shè)計質(zhì)量管理的途徑與建議[J].中國水利，2010（20）：95-97.