水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用策略分析

譚希鵬 崔恒 吳業(yè)聃

摘要：本文首先介紹了常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、泥石流、地面沉降等，隨后概述了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、瞬變電磁法、遙感技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)和GPS-RTK技術(shù)等水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用策略，最后結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，提出了做好工程地質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)、重視水工環(huán)地質(zhì)勘察隊(duì)伍建設(shè)等保障水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作順利開(kāi)展的建議，為提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與治理成效提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：水工環(huán)地質(zhì)? 瞬變電磁法? 地質(zhì)災(zāi)害? 三維激光掃描

Application Strategy Analysis of Hydraulic Environment Geology in Geological Disaster Treatment

TAN Xipeng? CUI Heng? WU Yedan

（Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co.， Ltd，Qingdao，Shandong Province，266550 China）

Abstract： Firstly， this paper introduces the common geological disasters， such as landslide， debris flow， land subsidence and so on. Then it summarizes the application strategies of hydraulic environmental geological technology in geological disaster treatment， such as geological radar technology， transient electromagnetic method， remote sensing technology， three-dimensional laser scanning technology and GPS-RTK technology. Finally， combined with the working experience， some suggestions are put forward to ensure the smooth development of hydraulic environmental geological survey， such as doing a good job in the survey of engineering geological environment and paying attention to the construction of hydraulic environmental geological survey team， which provides a certain reference for improving the effectiveness of geological disaster prevention and treatment.

Key Words： Hydraulic environment geology; Transient electromagnetic method; Geological hazards; 3D laser scanning

水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查是對(duì)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查作業(yè)的統(tǒng)稱(chēng)。在野外工程建設(shè)中，各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害不僅直接影響工程質(zhì)量，而且也會(huì)對(duì)正在施工作業(yè)的人員構(gòu)成安全威脅。為了了解地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型，制定行之有效的防治措施，必須要借助于水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)，對(duì)工程所在地區(qū)的地層巖性、巖體天然應(yīng)力狀態(tài)、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等展開(kāi)全面調(diào)查，在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上采取措施，降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率，控制地質(zhì)災(zāi)害的危害后果。

1 常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型

1.1危巖和崩塌

危巖是指山坡上松動(dòng)、開(kāi)裂，隨時(shí)可能掉落的巖石。巖塊、土體在重力作用、風(fēng)化作用、振動(dòng)作用的影響下，突然掉落沿著坡面向下滾動(dòng)的現(xiàn)象，即為崩塌。根據(jù)崩塌體的不同，如果以土質(zhì)為主，則為土崩;如果以巖石為主，則為巖崩。崩塌多發(fā)生于傾斜度在60°以上的坡體上。

1.2滑坡與泥石流

滑坡與泥石流是山區(qū)比較常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。尤其是在地形比較陡峭，坡體植被稀疏的情況下，如果遇到持續(xù)性的強(qiáng)降雨，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象，進(jìn)而引起坡體滑塌，形成泥石流。由于滑坡和泥石流都具有突發(fā)性，并且存在流速快、流量大等特性，會(huì)對(duì)坡腳公路、建筑物等造成巨大損失[1]。除了自然因素外，不合理的施工作業(yè)破壞原有的巖層結(jié)構(gòu)，也會(huì)增加山體滑坡的概率。

1.3地面沉降

在礦區(qū)及周邊一定范圍內(nèi)，由于地下存在大量的采空區(qū)，在受到地面較大壓力，或者地面積水浸泡后，容易出現(xiàn)地面塌陷、沉降的地質(zhì)災(zāi)害。另外，在工業(yè)園區(qū)附近，大量抽吸地下水，會(huì)形成區(qū)域性降落漏斗，也是導(dǎo)致地面緩慢沉降的常見(jiàn)原因。在工程建設(shè)中，地面沉降會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)，上部建筑物也會(huì)發(fā)生歪斜，嚴(yán)重影響構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和質(zhì)量安全。

2 水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用策略

2.1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)中核心設(shè)備是雷達(dá)儀，將雷達(dá)儀放置在待測(cè)區(qū)域的地面上，利用雷達(dá)儀的發(fā)射天線，對(duì)地發(fā)射高頻窄脈沖電磁波（100～1000MHz）。電磁波具有很強(qiáng)的穿透力，能夠到達(dá)地下一定深度。在接觸到介質(zhì)后電磁波會(huì)發(fā)生反射，重新從地下傳導(dǎo)至地面。這時(shí)布置在地面距離雷達(dá)儀一定距離的接收機(jī)，能夠捕捉反射波信號(hào)[2]。利用時(shí)域接收機(jī)對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行降噪等處理后，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析，并生成地質(zhì)圖像，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)原理如圖1所示。

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。第一，穿透力強(qiáng)，可進(jìn)行深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測(cè);同時(shí)，電磁波在地層中傳導(dǎo)時(shí)，不容易出現(xiàn)損耗，因此可以保證較高的勘測(cè)精度。第二，地質(zhì)雷達(dá)儀布置在地面，操作較為簡(jiǎn)便，且能夠靈活移動(dòng)，從而滿足野外地質(zhì)調(diào)查的需求。當(dāng)然，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)也有自身的缺陷，如電磁波在傳導(dǎo)過(guò)程中，容易受到磁場(chǎng)的干擾，如果磁場(chǎng)紊亂，雷達(dá)儀的勘測(cè)精度也會(huì)受到影響。

2.2瞬變電磁法的應(yīng)用

該方法與地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在探測(cè)原理上有一定的相似性，利用接地線源向待測(cè)區(qū)域的地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)。在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)，從而計(jì)算出介質(zhì)電阻率，并通過(guò)電阻率推測(cè)出巖土結(jié)構(gòu)。瞬變電磁法在地質(zhì)災(zāi)害治理中有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，例如不受地形地貌的影響，在野外復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)，具有較強(qiáng)的適用性。還有就是可使用同點(diǎn)組合觀測(cè)，與探測(cè)目標(biāo)有最佳耦合，異常響應(yīng)強(qiáng)，分辨精度高。由于瞬變電磁法本質(zhì)上也屬于一種基于電磁場(chǎng)的探測(cè)技術(shù)，因此仍然無(wú)法避免地磁干擾的影響[3]。

2.3遙感技術(shù)的應(yīng)用

上文所述的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、瞬變電磁法，都是面向地下巖土結(jié)構(gòu)、巖性特征的探測(cè)技術(shù)。而地質(zhì)災(zāi)害治理中，還需要了解地面信息，包括地表植被分布、地表河流走向、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況等。在獲取地面信息時(shí)，通常會(huì)使用到遙感（RS）技術(shù)。遙感技術(shù)能夠進(jìn)行大范圍的地面信息探測(cè)，可以較為全面地反映出地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的地形地貌、形態(tài)結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)結(jié)構(gòu)、規(guī)模、色調(diào)等影響信息，推測(cè)出地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生原因，評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，甚至能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)育進(jìn)行預(yù)測(cè)[4]。例如，在山區(qū)發(fā)生泥石流災(zāi)害后，利用遙感技術(shù)不精能夠直觀地呈現(xiàn)泥石流的影響范圍，還能動(dòng)態(tài)觀測(cè)泥石流的流動(dòng)方向，進(jìn)而推測(cè)出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)泥石流的影響范圍，進(jìn)而為地質(zhì)災(zāi)害的治理和預(yù)警提供了幫助。

2.4三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

以往的地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)技術(shù)，基于探測(cè)數(shù)據(jù)、信息，只能繪制出二維平面圖。圖像上能夠展示的信息有限，不利于技術(shù)人員全面掌握地質(zhì)災(zāi)害信息。相比之下，三維激光掃描技術(shù)則能夠在掃描獲取探測(cè)區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上，自動(dòng)建立一個(gè)三維影像模型。三維激光掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害信息的呈現(xiàn)更加立體和豐富，并且由于可以實(shí)時(shí)獲取地質(zhì)信息，因此做到了對(duì)三維模型的動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害信息的跟蹤檢測(cè)。這樣就能讓技術(shù)人員對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的變化趨勢(shì)有一個(gè)全面地掌握。此外，三維激光掃描技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)精度較高，可以呈現(xiàn)出地表細(xì)微變化，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供了有價(jià)值的參考。

2.5 GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

GPS（全球定位系統(tǒng)）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)易發(fā)生災(zāi)害地區(qū)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，或者在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生以后，進(jìn)行精確定位。尤其是在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害后可以利用GPS技術(shù)進(jìn)行預(yù)警，對(duì)周邊群眾進(jìn)行及時(shí)疏散。GPS-RTK技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上，基于載波相位差分原理發(fā)展而來(lái)的一種新型高精度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)[5]。GPS-RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通信裝置、用戶(hù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、管理控制中心等模塊組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)區(qū)域的全天候、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。目前，GPS-RTK除了在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與治理中發(fā)揮突出作用外，在地面環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)等方面也有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3 地質(zhì)災(zāi)害治理中應(yīng)用水工環(huán)地質(zhì)的保障措施

3.1做好工程地質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)

在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)的推廣應(yīng)用中，為了達(dá)到理想的調(diào)查效果及切實(shí)防止地質(zhì)災(zāi)害，還需要提前做好工程地質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)，并基于勘測(cè)結(jié)果提前編制水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查作業(yè)方案。在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生區(qū)域，通常具有山體陡峭、地形復(fù)雜，并且存在一定危險(xiǎn)性的特點(diǎn)。提前開(kāi)展工程范圍內(nèi)及周邊一定區(qū)域的環(huán)境調(diào)查，能夠?yàn)檫x擇合適的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)提供依據(jù)。例如在一些植被茂密、地形崎嶇的山區(qū)，不適合布置地質(zhì)雷達(dá)儀，很難埋設(shè)不接地回線，這也就意味著地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、瞬變電磁法均不適合使用。相應(yīng)地，遙感技術(shù)或GPS-RTK技術(shù)則不受地形影響，可以在地質(zhì)災(zāi)害治理中發(fā)揮良好的應(yīng)用;同樣，提前了解工程地質(zhì)環(huán)境，對(duì)保障野外勘察人員的安全也有積極幫助，必須要引起重視。

3.2重視水工環(huán)地質(zhì)勘察隊(duì)伍建設(shè)

現(xiàn)階段地質(zhì)災(zāi)害治理中可以選擇的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)有多種，除了本文介紹的瞬變電磁法、GPS-RTK技術(shù)等，像物探技術(shù)、WebGIS技術(shù)等，也都有著廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)于從事水工環(huán)地質(zhì)勘察工作的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，必須要盡可能地掌握多種技術(shù)的操作方法，了解其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，這樣才能在野外勘察作業(yè)和地質(zhì)災(zāi)害治理中，真正發(fā)揮水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查的應(yīng)用價(jià)值[6]。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)與水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的融合日益密切，如中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局推出的“地質(zhì)云2.0”，為水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查向信息化、智能化方向發(fā)展提供了有力的支持，這也需要技術(shù)人員不斷創(chuàng)新思維、更新知識(shí)、學(xué)習(xí)技能，才能適應(yīng)新時(shí)期水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的要求。

4結(jié)語(yǔ)

預(yù)防和治理地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和群眾財(cái)產(chǎn)安全有積極影響。將水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害治理中，能夠明確災(zāi)害形成原因，評(píng)估災(zāi)害造成損失，預(yù)測(cè)災(zāi)害未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。目前，可供選擇的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)有GPS-RTK、WebGIS及地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)等多種，合理應(yīng)用這些技術(shù)可以將地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的負(fù)面影響降到最低。

參考文獻(xiàn)

[1]沈春強(qiáng)，周彤，王毅，等.淺析礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估對(duì)策[J].世界有色金屬，2020（3）：131-132.

[2]邱繼斌. 地災(zāi)防治項(xiàng)目治理階段的風(fēng)險(xiǎn)管理研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2018.

[3]裴蓓，王矗.礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法研究[J].世界有色金屬，2020（2）：233-234.

[4]安樹(shù)隆.水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用策略分析[J].華北自然資源，2021（4）：114-115.

[5]李元偉，趙越，王勇.水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用策略分析[J].世界有色金屬，2019（22）：131-132.

[6]臧梓涵.地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目評(píng)價(jià)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2019.

sdjzdx202203231620