水工環(huán)地質勘察中的技術及應用

楊利勇

（江西省地質礦產勘查開發(fā)局九一五地質大隊，江西 南昌 330002）

隨著科學技術的不斷發(fā)展，我國地質勘察發(fā)展取得了突出的進步。近年來，我國經濟社會發(fā)展不斷進步，水工環(huán)地質勘察的工作方法和技術也在不斷升級，資源損耗嚴重使生態(tài)環(huán)境遭到了破壞，需要進一步解決能源的供需矛盾。隨著人們對地下勘察的范圍越來越廣，越來越頻繁，水工環(huán)地質勘察工作的應用范圍十分廣泛，涵蓋了水文、工程和環(huán)境等多個方面的勘察，在各地質項目勘察中都有所涉及，如礦山礦產資源的勘察，地下水的賦存情況勘察，也廣泛應用于生態(tài)環(huán)境和地質勘察中。水工環(huán)地質勘察的研究應用能夠推動我國在地質勘察等諸多勘察作業(yè)的發(fā)展，我國十分關注水工環(huán)地質勘察技術方法的研究，因此對水工環(huán)地質勘察工作者提出了越來越高的要求。中國涌現出了越來越多的工程建設項目，存在著部分項目的施工區(qū)域地質環(huán)境復雜的問題，為更好地利用土地資源，保護生態(tài)環(huán)境，需要采取先進的技術方法，對地質環(huán)境有更清晰的了解，改善對水工環(huán)勘察的現狀，滿足目前資源勘察和工程建設的要求，促進工程建設順利進行[1]。

1 水工環(huán)地質勘察中的技術及應用

1.1 設置水工環(huán)地質分區(qū)

為了對研究區(qū)域的水工環(huán)地質特征更加了解，需要對研究區(qū)域的地形地貌，地層巖性、地下水位及賦存情況、工程地質條件進行全面的研究，并劃定地質分區(qū)。首先結合已有的相關地質資料在野外進行實地觀測驗證，沿著研究區(qū)域的界線圈定分區(qū)范圍，總結不同分區(qū)特征。通過考慮各方面綜合因素，最后將該研究區(qū)域劃分為砂卵石區(qū)、凍土區(qū)、濕地區(qū)。砂卵石區(qū)位于該研究區(qū)域的中心偏西北側，地勢由西北向東南遞增，沿河道傾斜，高程約3214.68m～4089.73m。該區(qū)域土層土質為碎石土、細砂土等土質較為細密，地表植被較少，區(qū)域內分布著一些碎石。根據地質資料與實際考察，該區(qū)域工程地質條件較好，適合施工。凍土區(qū)位于該研究區(qū)域的東北側，該地區(qū)具有淺層地表水，由于該區(qū)域土層長期受地表水浸泡，產生大量鹽漬，通過陽光照射和自然條件下的風干，經過日積月累形成了鹽漬化土。根據已有的資料顯示，該區(qū)域土層在溫度較高時會發(fā)生翻漿情況，在溫度較低時，地表水凝固會形成明顯的凸起，因此這種土質的土層會嚴重影響工程建設，地質條件較為一般。濕地區(qū)是地勢低洼區(qū)域，地處研究區(qū)域的西南方向，有部分植被覆蓋。在雨季降水充沛的情況下，地表水匯集在該區(qū)域，形成了沼澤。到了冬季，水位下降，由于氣溫較低使地表水凝固在土層中，形成凍土，此地區(qū)地質環(huán)境較為惡劣，不適宜進行工程建設，工程地質條件較差。

1.2 遙感圖像獲取地質信息

遙感圖像對地物的表現差異是由不同的成像方式造成的，因此不同圖像具有不同特征。在進行水工環(huán)地質信息獲取和處理時，應選擇與實際地質條件相符合的遙感圖像，選擇更好體現地物的解譯波段。獲取植被、水系等環(huán)境因子，提取地質構造，成巖特性以及水文資源等地質條件信息，能夠判斷地下水的賦存情況。由于季節(jié)、環(huán)境變化大、所獲得的圖像也是不同的，因此選擇的遙感圖像時間同樣影響著信息獲取的結果。因冬季植物凋謝，巖石地表裸露，因此冬季的遙感圖像最為適合獲取地質地貌信息，利用春秋季圖像識別植被類型，農作物等信息的獲取適宜在開花結果時的圖像。選擇合適的比例尺，在自然環(huán)境和現象不存在較大變動的情況下，只針對一種波段和時間的圖像就可以完成對地質信息的識別。一直處于變化中的自然現象應選擇多波段和時間段的圖像，進行全面的結合并總結，掌握動態(tài)變化。遙感圖像的信息獲取需要多方面多技術環(huán)節(jié)綜合作用，因此，每個步驟都對遙感圖像有著重要的影響，傳感器在傳輸信號的過程以及遙感平臺是否正常運行都會導致圖像在空間和強度等方面的變化，引起對比度不高，邊緣模糊以及圖形畸變的情況，對于圖像的失真應進行及時的校正。如因傳感器產生的輻射偏差，遙感圖像的亮度會因電磁輻射強度的不同而發(fā)生改變，使遙感圖像的亮度值偏高或偏低，影響了遙感圖像對地物的反映度，需要將這一部分進行校正。遙感圖像出現幾何畸變時，會發(fā)生地物形狀畸變，導致地形邊緣模糊，使空間位置扭曲，這種畸變的發(fā)生具有偶然性，因此需要對其進行有效地控制，避免頻繁地產生此類現象。

1.3 3S集成法勘察水工環(huán)地質

3S集成法是加工和三種技術集成使用，根據不同的特點，將研究項目與區(qū)域進行全局管理和融合操作，提升水工環(huán)地質勘察的數字化信息與現實情況的貼合度。RS、GIS、GPS技術的集成是外部環(huán)境信息的來源，能夠對研究區(qū)域及的項目進行控制，可以管理研究區(qū)域的地理環(huán)境信息，其強大的空間信息處理分析功能可以為用戶提供豐富的再加工后的地理信息。水工環(huán)地質勘察的最關鍵步驟就是地質鉆探，通過鉆機鉆孔，區(qū)分地層，勘探地質，能夠為工程建設、水利施工和交通設施提供參考，根據勘察任務的不同需要，布設測線，主要以工程地質自然現象變化較多的區(qū)域布置。按照上文獲取的水工環(huán)地質信息，制作鉆孔分布圖，布置三條勘探線，設置勘測線間隔為15m，以研究區(qū)域的中心點為基準，向四周均勻布置，根據各鉆孔孔位和埋深得到鉆孔布置分布圖，判斷其縱向分布情況。若地下構造復雜，難以進行準確地鉆探，需要與機械挖掘和人工相結合，以便于觀測土層狀態(tài)和地質結構。

2 實驗論證分析

地下水資源作為各行業(yè)主要供水資源，其水文地質勘察與開發(fā)利用對社會經濟發(fā)展至關重要，因此本文以水工環(huán)勘察中的地下水勘察為研究對象，對土壤水分和深度進行相應研究，勘察地下水位。本文方法首先在研究區(qū)域布設10個勘察剖面，在遇到高壓線，信號塔等電磁干擾和鹽田地形干擾時點距做了適當的調整，為了保證野外觀測的質量，進行了質量檢查觀測。通過勘測得到的土壤水分有效深度為0.3m，測定研究區(qū)域內10個樣本位置的土壤水分，通過平均值分析土壤水分狀況，具體公式如下：

式中xQ為x波段求出的土壤含水百分率，xT±為土壤在x波段平均反射率，測定土壤水分最大值和最小值，得到平均值為36.41%，在地面與0.2m處的土壤仍具有水分，表示地下水的影響可以到達這一深度，在0.2m處的土壤水分值為15.26%。地下水通過毛細血管能夠上升的高度與土壤質地、結構、理化性質有關，同一類土壤有相同的上升高度，根據10個樣本實測數據，找出方差最小，其公式為：

式中1H為實測地下水位值，dQ為d深處的土壤水分，maxQ、minQ分別為土壤水分最大值和最小值，通過校核，最后確定為1.45m。根據上述得到的土壤水分遙感監(jiān)測數據參數對地下水位進行估測，并與已有實地測量數據進行對比，設定誤差范圍在±0.05m，結果如表1所示。

表1 勘測值與實測值對比

由表1可知，在誤差范圍內的樣本有9份，只有2號樣本不在誤差范圍內，誤差值為0.09m。其整體勘測結果較好。為驗證本文方法的可用性，將傳統(tǒng)方法和本文方法與實測值進行對比，具體勘測數據曲線如圖1所示[2-4]。

圖1 不同方法與實測值對比

由圖1可知，本文方法與傳統(tǒng)方法相比，本文方法結果與實測值結果更加接近，對8號樣本的勘測誤差最小，僅為0.02m。傳統(tǒng)方法勘測結果誤差較大，在6號樣本勘測中誤差最大，為0.13m。由此可見，本文方法勘測結果較為穩(wěn)定，勘測效果良好，具有實用性和有效性。

3 結語

本文在已有研究的基礎上，集成多種勘查技術有機結合進行實際應用研究，取得了一定的研究成果。但由于知識水平受限，還有諸多問題有待于進一步研究和探討，在分析地下水位時，沒有充分考慮地形因子、氣溫、風速等土壤水分的影響。在提取地址信息時，缺少有效的參考和對比，實際研究樣本數量不足，導致部分參數的確定還存在著一定的誤差，需要進一步加大研究規(guī)模與數量，更加細化影響因素，保證勘察估算的準確率。