水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中的技術(shù)應(yīng)用

王建新

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊（山東省地礦局海岸帶地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重點實驗室），山東 濰坊 261021）

水工環(huán)地質(zhì)勘測在當(dāng)前地質(zhì)勘探工作中獲得了廣泛應(yīng)用，且效果顯著。水工環(huán)地質(zhì)有三種地質(zhì)，分別是工程、水文以及環(huán)境，對這三方面展開充分深入的評估，可有助于地質(zhì)勘探工作的有序開展，雖讓將水工環(huán)地質(zhì)當(dāng)做機理研發(fā)技術(shù)價值較高，然而在實際勘探環(huán)節(jié)依然存在些許負(fù)面影響，極易出現(xiàn)浪費資源的行為，一定要盡快處理，從而提升技術(shù)質(zhì)量。

1 水工環(huán)地質(zhì)概述

水工環(huán)地質(zhì)即針對地下水資源、工程建設(shè)以及自然環(huán)境的地質(zhì)條件予以調(diào)研評估的地質(zhì)工作。水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境勘探對人類社會的發(fā)展有著直接影響，尤其是在當(dāng)前自然資源不斷浪費以及全球氣候逐漸變暖的形勢下，每個國家都在積極引進(jìn)綜合性較強的施工技術(shù)與科學(xué)指導(dǎo)理論，用來促進(jìn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，同時也將各個領(lǐng)域的勘察技術(shù)提升至全新的空間。現(xiàn)階段，我國水工環(huán)地質(zhì)工作早已從過去盲目探索轉(zhuǎn)變成一套經(jīng)驗豐富、秩序極佳的模式。基于加快社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展，制定自然環(huán)境和社會經(jīng)濟一體化模式的戰(zhàn)略目標(biāo)。在該工作模式喜愛，對當(dāng)前人類生存生產(chǎn)與社會經(jīng)濟發(fā)展中具備的矛盾與問題進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)工作數(shù)據(jù)管理、資源信息以及災(zāi)害預(yù)防等綜合型模式。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中的技術(shù)分類

2.1 GPS技術(shù)

無線電信號通過地面控制站的科學(xué)處理會傳遞到衛(wèi)星系統(tǒng)，由此成為衛(wèi)星導(dǎo)航，該導(dǎo)航控制系統(tǒng)即為GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)在對衛(wèi)星信號進(jìn)行處理時，依靠的是3個及以上的控制站，可充分保證地面定位的精準(zhǔn)性。在水工環(huán)地質(zhì)勘測環(huán)節(jié)，借助GPS導(dǎo)航接收器能夠?qū)φ军c的定位予以調(diào)整，借此實現(xiàn)在相同時間點，共同接收到3顆衛(wèi)星發(fā)射的信號，同時還可以地面控制站與這三顆衛(wèi)星之間的距離進(jìn)行精準(zhǔn)測量，再展開科學(xué)合理的計算對該點的坐標(biāo)位置予以掌控。GPS技術(shù)的應(yīng)用原理相對來說比較簡單，主要是在觀測站和基準(zhǔn)站分別安置一臺衛(wèi)星信號接收儀器，借此對衛(wèi)星產(chǎn)生的信號予以實時觀測，再應(yīng)用無線電傳送裝置將信號接收數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)傳遞至觀測站內(nèi)。待其接收完畢衛(wèi)星信號之后，再通過無線電接收設(shè)備轉(zhuǎn)換接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)，并借助相對定位的原理，對基線矢量予以解算，最后求得wgs84坐標(biāo)，同時和地方坐標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到所求的三維坐標(biāo)和精度勘測。

2.2 IRTK技術(shù)

在具體勘探過程中，該技術(shù)的基本原則是通過相位差、偽距差以及GPS位置差三個相位差，由此可見，IRTK技術(shù)和GPS技術(shù)存在一定關(guān)系。在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，將接收站生成的觀察信息以及基準(zhǔn)站發(fā)送的測量數(shù)據(jù)當(dāng)做計算基礎(chǔ)，將最終方向定位當(dāng)做最終結(jié)果予以整改。IRTK技術(shù)主要是應(yīng)用在我國地質(zhì)地震資源的處理中。該技術(shù)的工作原理時在基準(zhǔn)站放置一臺接收器，然后在流動站放置單臺或者若干臺接收器，當(dāng)這兩個站一同受到同時、同樣的GPS衛(wèi)星發(fā)射信號時，將基準(zhǔn)站得到的觀察參數(shù)和已知位置進(jìn)行對比，可獲得GPS差分改正值，之后對該其予以合理整改。再利用無線電數(shù)據(jù)將GPS差分改正值傳遞到流動站，借此就能夠獲得準(zhǔn)確無誤的實時位置。當(dāng)流動站在工作時，或者是運動狀態(tài)，或者是靜止?fàn)顟B(tài)。在過去，GPS都是單點采集，然后GPS改進(jìn)成持續(xù)采集。大部分地質(zhì)勘測時，也都選擇三維軟件包予以包路線的偏移、背景清除、噪聲濾波、頻率顫動等，大大提升了水工環(huán)地質(zhì)勘察的質(zhì)量。

2.3 遙感技術(shù)

當(dāng)前遙感技術(shù)已經(jīng)成為了地質(zhì)勘察中最為重要的技術(shù)之一，指導(dǎo)作用比較大。該技術(shù)主要應(yīng)用在計算機技術(shù)上，通過近些年對該技術(shù)的完善優(yōu)化，其已經(jīng)發(fā)展成多源波段的多元模型，對水工環(huán)地質(zhì)勘察有著很大積極作用，能夠為勘察到圖像的清晰性、完整性提供有力保障?，F(xiàn)階段光譜分辨率、遙感圖像空間越來越完善，在該形勢下，遙感技術(shù)的發(fā)展前景也越來越好。

2.4 電法

該技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘探中十分普遍，對其進(jìn)行合理運用能夠極大增強水工環(huán)地質(zhì)的實用性以及科學(xué)性。因電法的應(yīng)用時間已經(jīng)很長，所以獲得了豐富實踐經(jīng)驗，在過去的發(fā)展過程中，電法技術(shù)一次次的革新，令其在水工環(huán)地質(zhì)勘察中獲得了不斐的成績。電法技術(shù)有兩種，一種是高密度電法，另一種是激發(fā)極化法。高密度電法屬于陣列勘察方法，集合了電測探法以及電剖面法，多數(shù)應(yīng)用于野外的地質(zhì)勘測中。由于該技術(shù)操作難度較低，無需重復(fù)設(shè)置，這大大削減了故障問題出現(xiàn)的概率。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，早已不用手工的方法對高密度電法予以操作，則是采取自動化采集信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了點擊排列模式的多元化。除此之外，也令數(shù)據(jù)勘察的無誤性得到了明顯提高?？梢?，電法技術(shù)對水工環(huán)地質(zhì)勘測至關(guān)重要，尤其是為其信息的完整性、準(zhǔn)確性提供了有力保證。

2.5 其他技術(shù)

比如多通道雷達(dá)探測技術(shù)、三維無線雷達(dá)探測系統(tǒng)以及層析三維雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)在我國淺層次的地質(zhì)資源勘探中獲得了有效應(yīng)用。此外，物探技術(shù)也憑借自身諸多優(yōu)勢，比如：可提供多個描述地質(zhì)材料的物理參數(shù)、效率高、成本低、地質(zhì)環(huán)境優(yōu)良等，在水工環(huán)地質(zhì)勘測中獲得了大力推廣。同時，因為高分辨率技術(shù)勘察地質(zhì)目標(biāo)的完美實現(xiàn)，導(dǎo)致水工物探勘察技術(shù)得到了快速發(fā)展。

3 水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 GPS、RTK技術(shù)的應(yīng)用

（1）在南極永凍場地安全檢查中的應(yīng)用。在對南極永凍場地進(jìn)行安全檢查時，科學(xué)人員發(fā)現(xiàn)地下0.3m～0.5m部位的冰塊中存在融水坑，該問題對科學(xué)考察場地產(chǎn)生了較大不良影響。對此，科學(xué)人員利用GPS技術(shù)對考察場地展開了實地測量考察，通過對所測繞射波結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)，地下3.5m位置存在一些帶有散水的冰層帶，然而其含水量不多。

（2）在地質(zhì)環(huán)境污染調(diào)查中的應(yīng)用。某個消化纖維廠區(qū)所在地是石灰?guī)r地質(zhì)條件，因污水滲漏造成其內(nèi)部攜帶的消化纖維對地質(zhì)產(chǎn)生了較大污染和危害。相關(guān)人員為了獲得消化纖維在地表到淺水面巖溶結(jié)構(gòu)中的數(shù)量，在鉆孔內(nèi)部安裝了若干個井中雷達(dá)探測器。并對惠更斯—基爾霍夫疊加法進(jìn)行合理應(yīng)用，采集到了數(shù)據(jù)信息，并以此為參考制作了三維雷達(dá)圖。通過深度為10m的重建圖像得知被消化纖維污染的地區(qū)和后期開挖位置完全一致，由此可見GPS的精準(zhǔn)度。

3.2 遙感技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)的工作原理主要是結(jié)合目標(biāo)吸收、反射、輻射光譜的性能不一樣，能夠?qū)Φ孛娓黝愇矬w進(jìn)行辨別，并感覺到距離較遠(yuǎn)的事物，借此對地球環(huán)境、資源予以判斷的綜合性技術(shù)，具備較強的分辨率、探測范圍大、收集信息快、準(zhǔn)確度高、受限制因素少等優(yōu)勢。當(dāng)GF系列衛(wèi)星全部發(fā)射成功并順利應(yīng)用之后，我國遙感技術(shù)質(zhì)量得到了明顯提升，高分辨遙感應(yīng)用早已實現(xiàn)甚至超出國際水平。當(dāng)前最先進(jìn)的北斗遙感就似乎借助獲得精確的空間、時間等數(shù)據(jù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)生的遙感圖像內(nèi)容和信息予以精準(zhǔn)定位。廣泛應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和檢測、主權(quán)海域監(jiān)視與保護(hù)以及無人機飛行監(jiān)管等多個領(lǐng)域中。

（1）在礦山地質(zhì)方面的應(yīng)用。礦山地質(zhì)勘察始終是地質(zhì)工作最為關(guān)鍵的構(gòu)成部分之一。雖然開采礦山能夠獲得良好的經(jīng)濟效益，但是也很容易誘發(fā)礦山地質(zhì)危害與環(huán)境污染，像地面坍塌、泥石流、粉塵污染等能夠?qū)ψ匀簧鷳B(tài)環(huán)境、居民生活環(huán)境帶來威脅事故。以往的勘察技術(shù)效率低，且極其耗費時間與精力。而借助遙感技術(shù)對礦山所在地環(huán)境進(jìn)行調(diào)查觀測，依靠遙感圖像明確地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可有助于提升礦山環(huán)境的治理、保護(hù)等水平，也能夠降低安全事故出現(xiàn)的幾率，減少人員傷亡率，意義重大。

（2）在地下水資源開發(fā)中的應(yīng)用。我國局部地區(qū)依然存在水資源缺乏的問題，而地下水勘察能夠減輕該問題，還可以為開發(fā)、利用水資源提供很大幫助。過去的勘察技術(shù)，因各種內(nèi)外因素的影響，采集到的信息數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不完整，且效率也偏低。而通過對多光譜遙感以及熱紅外遙感技術(shù)，可對地下存在的水資源進(jìn)行全面詳細(xì)的勘察，對當(dāng)?shù)睾當(dāng)鄬?、地表溫度等?shù)據(jù)予以充分掌握。借助遙感圖像處理系統(tǒng)ENVI對所當(dāng)?shù)貓D像予以有效處理，再通過Direction工具開展圖像定向卷積濾波，強化圖像特點，放大空間細(xì)節(jié)，提高局部對比度，從而將線性結(jié)構(gòu)更加直觀生動的予以展示，進(jìn)而對斷裂走向趨勢予以準(zhǔn)確判斷。并且，在ENVI下對熱紅外遙感進(jìn)行應(yīng)用，對地表溫度、提取地下水溫度異常等予以計算。通過對斷裂走向線與地下水溫度異常區(qū)域重疊區(qū)域進(jìn)行全面分析，可圈定地下水靶區(qū)。這兩個技術(shù)的有機結(jié)合能夠明顯提升地下水預(yù)測的穩(wěn)定性，可將其當(dāng)做對地下水資源進(jìn)行開發(fā)的主要參考。

（3）在水土流失監(jiān)測中應(yīng)用。因人為方面的原因，我國很多城市都發(fā)生了水土流失的問題。但是過去的措施策略卻極易受地勢、機械等影響，無法準(zhǔn)確快速對水土流失狀況予以監(jiān)測。而無人機遙感監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)，極大彌補了這一不足。該技術(shù)主要是通過無人駕駛飛行技術(shù)、GPS定位技術(shù)等對水土現(xiàn)狀予以實時動態(tài)監(jiān)測。但是，在對該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時，應(yīng)當(dāng)編制科學(xué)合理的飛行規(guī)劃方案，通過專業(yè)光學(xué)相機、GPS等收集信息的設(shè)備得到遙感影像數(shù)據(jù)。然后借助LPS數(shù)據(jù)模型處理系統(tǒng)形成DOM成功，掌握監(jiān)測對象的尺寸、規(guī)格、定位等信息。再遵守水土流失監(jiān)測流程和要求，對該區(qū)域監(jiān)測面積、時段予以整合分析，制作監(jiān)測報告，為水土流失監(jiān)測提供有力依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，在探索水工環(huán)地質(zhì)時，應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)科學(xué)高效的技術(shù)工藝與機械設(shè)備，簡化其勘察步驟，提升結(jié)果的正確性，確保社會經(jīng)濟的穩(wěn)定健康發(fā)展。