水利工程勘察中水文地質(zhì)問題的研究

王立玲

（滄州水利勘測規(guī)劃設(shè)計院有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

我國國土面積廣闊，不同地區(qū)的地理資源稟賦呈現(xiàn)出截然不同的態(tài)勢。這種地理特點，既是我國得天獨厚的地理資源優(yōu)勢的重要體現(xiàn)，同時也是我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面必須要面臨的挑戰(zhàn)。水利工程建設(shè)是一個系統(tǒng)性工程，包含江河湖泊治理、水庫及樞紐工程建設(shè)、水資源配置工程建設(shè)、農(nóng)村水利工程建設(shè)等多個方面。水利工程作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的一項基本工作，在推動經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展方面起著重要作用。確保水利工程施工安全及建設(shè)質(zhì)量，是水利工程建設(shè)的基本要求。而水文地質(zhì)情況是影響水利工程安全的直接因素。因此，要確保水利工程施工安全，就要重視對水利工程勘察中水文地質(zhì)問題的研究。

1 水文地質(zhì)勘察內(nèi)容概述

水利工程勘察是水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)工作，包括施工工程測量、工程地質(zhì)情況勘測、施工地區(qū)土壤勘察等多個勘察項目。水文地質(zhì)勘察是其中的一個組成部分，其研究的主要對象是地下水，主要包括地下水的形成過程、運動變化、種類特征等內(nèi)容。

形成地表水的各種綜合條件相對穩(wěn)定，對應(yīng)的勘察難度相對較小。地下水存在空間性強的特點，其垂直分布的形式受地層影響明顯，在不同地質(zhì)條件中形成的地下水呈現(xiàn)出完全不同的性質(zhì)特征和運動狀態(tài)。地下水存在于地下巖層縫隙之間，對地下水進行水文地質(zhì)研究，就必須要對地下巖層的種類性質(zhì)、地下巖層與地下水之間的運動關(guān)系進行詳細(xì)研究。通過對地下巖層與地下水的交互中表現(xiàn)出的溶水性、持水性、給水性、透水性研究，為水利工程順利開展創(chuàng)造條件。

2 水文地質(zhì)問題對水利工程建設(shè)的影響

水文地質(zhì)問題即是由于地下水的狀態(tài)變化、運動變化及與巖層交互中使巖層性質(zhì)發(fā)生變化的問題，地下水不同的變化形式會給水利工程建設(shè)帶來不同的影響。

2.1 地下水整體水位升降的影響

地下水的形成因素眾多，其水量補給源在不同地域表現(xiàn)出不同的特征。在熱帶、亞熱帶、溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，由于降水量充沛，地下水的補給源也比較豐富，這部分氣候區(qū)的地下水資源量一般隨季節(jié)性變化明顯。而以溫帶大陸性氣候為主的內(nèi)陸地區(qū)，受降水量少的影響，地下水的補給源相對較少，地下水資源量變化相對不大，但也存在季節(jié)性變化。除了自然因素之外，人為因素則是影響地下水位變化的另一個重要因素。水庫蓄水泄洪、農(nóng)田灌溉、采礦等活動，會在短期內(nèi)使得部分地域的地下水容量發(fā)生急劇變化。

地下水整體水位的變化給水利工程施工帶來的影響是極大的。地下水水位急劇上漲會造成建筑材料浸泡、基坑損毀、威脅施工人員安全等眾多問題，而地下水位急劇下降則會產(chǎn)生地面塌陷（如圖1所示）、土質(zhì)鹽漬化等問題，在一些沿海地區(qū)可能還會發(fā)生海水倒灌的問題，從而給水利工程施工帶來嚴(yán)重的影響。

圖1 地下水位下降形成的地面塌陷

2.2 地下水整體水位變化對地下巖層造成的影響

地下水特殊的存在方式，決定了它與地下巖層強交互性的特點。不同的地下巖層在與地下水的交互運動中表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，大理巖類、千枚巖類等變質(zhì)巖質(zhì)地緊密，化學(xué)和物理性質(zhì)相對穩(wěn)定，在與地下水的交互運動中變化幅度較?。欢皫r、礫巖等構(gòu)成的地層受其構(gòu)造影響，與水的交互性強。這些與水交互性強的巖層，在季節(jié)性的水位變化和人工因素影響下的水位變化的影響下，其自身性質(zhì)就容易發(fā)生變化。水位上漲時巖層在浸泡中發(fā)生軟化會造成坍塌，水位變化幅度大、頻率高時，巖層的整體體積會急劇變化，造成地表裂隙或者地面塌陷，從而對工程施工產(chǎn)生影響。人為因素是造成地下水短期水位變化的主要因素，在水利工程施工過程中，項目周圍局部的地下水位的不穩(wěn)定發(fā)展，使得原本就較為膨脹的巖土出現(xiàn)不規(guī)律的脹縮，這就會對水利工程項目后期的施工造成不同程度上的破壞[1]。

2.3 地下水的運動形式對地下巖層造成的影響

一般情況下，地下水的運動形式大致保持一個平衡發(fā)展的態(tài)勢，巖層保持著一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。地下水與巖層的交互中，不同形式的地下水具有不同的物理性質(zhì)，對巖層產(chǎn)生的力學(xué)作用也完全不同。靜態(tài)地下水與地下巖層交互中表現(xiàn)出來的重力勢、靜水壓勢、吸附勢等水勢與動態(tài)水勢具有較大的差異，對地下巖層的影響程度也各不相同。若地下水運動狀態(tài)發(fā)生變化，那么其對巖層施加的力學(xué)作用也會隨之發(fā)生改變，從而使巖層的應(yīng)力、體積發(fā)生一定程度的變化，而巖層的體積的膨脹和收縮，就會對工程施工產(chǎn)生較大的影響。在自然狀態(tài)下，地下水的動水壓力作用不會帶來較大的危害，但在人為工程活動中，尤其是抽取地下水、修建水庫時，地下水的天然動力平衡會被破壞，在動水壓力的作用下，會出現(xiàn)巖土工程災(zāi)害，如流沙、管涌、基坑突涌（如圖2）等[2]。

圖2 基坑突涌對工程的危害

3 水文地質(zhì)勘察的要點分析

水利工程勘察一般以地質(zhì)勘察為主，通過對施工區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)成、巖層穩(wěn)定性等內(nèi)容的調(diào)查研究，為工程的安全建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。在水利項目施工過程中，深入勘察水文地質(zhì)情況極其重要，全面掌握水文地質(zhì)問題，可以更準(zhǔn)確地評價與計算地下水對水利工程的影響，同時，制定有效的應(yīng)急方案，最大限度降低水文地質(zhì)問題所引發(fā)的危害[3]。

3.1 地下水形成及運動狀態(tài)的勘察

水文地質(zhì)對水利工程建設(shè)的影響主要在于水容量變化帶來的地下水水位升降而引起地表塌陷、突涌等問題。

（1）地下水形成的勘察：是對地下水的形成條件進行全面的分析，全面勘察氣候、地域、人工干預(yù)對地下水容量的影響，制定施工方案。

（2）地下水運動狀態(tài)的勘察：地下水在不同的運動狀態(tài)下會表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，這些物理性質(zhì)會對巖層的物理性質(zhì)產(chǎn)生極大的影響，從而造成一些水利工程事故的發(fā)生。因此，對于施工區(qū)域地下水的運動狀態(tài)勘察，也是水利工程勘察中的一個重點內(nèi)容。

3.2 巖層水理性質(zhì)變化的勘察

工程地質(zhì)勘察最重要的研究內(nèi)容就是對地質(zhì)條件的分析，即施工地域巖層的性質(zhì)分析。在地下水豐富的施工地區(qū)，巖層表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)受到地下水活動的頻繁影響，處于長期變化狀態(tài)。尤其是在一些具有復(fù)雜地質(zhì)情況的環(huán)境中，巖層構(gòu)成密度、體積大小、連續(xù)程度等本來就呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的狀態(tài)，再加上地下水的長期影響，其物理性質(zhì)變得愈加復(fù)雜。以往的工程地質(zhì)勘察過程中常忽略了巖土水理性質(zhì)的測試，導(dǎo)致巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評價是不科學(xué)、不全面的[4]。因此，必須要將巖層水理性質(zhì)變化的勘察作為工程地質(zhì)勘察中的一個重點內(nèi)容，為后期水利工程施工建設(shè)提供可靠的參考依據(jù)。

4 加強水文地質(zhì)問題研究的策略

4.1 重視水文地質(zhì)問題研究，把握勘察要點

水文地質(zhì)問題研究在以往的水利勘察中所占比例較小。在水文地質(zhì)勘察中，應(yīng)對勘察人員做好宣傳教育，使其能夠明確勘察工作目標(biāo)[5]，重視水文地質(zhì)問題的勘察和研究。在實際勘察工作開始之前，組織相關(guān)主題會議，明確制定水文地質(zhì)勘察的具體目標(biāo)、任務(wù)分配、數(shù)據(jù)搜集要點等工作，一對一落實。在施工地域勘察時，要靈活運用多種勘察技術(shù)，保證勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性。

4.2 加強水文地質(zhì)數(shù)據(jù)分析與適時更新

在開展巖土工程水文地質(zhì)調(diào)查工作時，要根據(jù)項目現(xiàn)狀和預(yù)測評估數(shù)據(jù)信息，了解和掌握各種水文地質(zhì)問題，保證水文地質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性[6]。一方面，地下水對于巖層結(jié)構(gòu)、體積的影響眾多，對于巖層結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)的分析研究需要龐大數(shù)據(jù)的支撐，數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確度直接影響對施工地域地質(zhì)真實情況的把握。另一方面，地下水對巖層的影響是一個長期的動態(tài)過程，因此地下巖層各種性質(zhì)變化也是一個長期的過程，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的適時更新，對于水利工程項目的安全穩(wěn)定有著重要的作用。

4.3 加強現(xiàn)場勘察力度，重視巖土水理性質(zhì)的分析

水利工程項目的建設(shè)是一個系統(tǒng)性的工程，且施工地域一般多為高山峽谷、河谷險灘等地理狀況比較復(fù)雜的地域，其施工難度隨著工程量的增加而增強。在不同的施工地域，地下水的形成和運動狀態(tài)具有明顯差異，受地表氣候、地域地理條件的影響也各不相同，因此，水利工程施工前期的勘察工作就顯得極為重要。因地下水運動狀態(tài)改變會造成地下巖層水理性質(zhì)的變化，所以在地形較為復(fù)雜地區(qū)的水文地質(zhì)勘察應(yīng)當(dāng)包括兩方面：（1）加強現(xiàn)場勘察力度，根據(jù)整體工程設(shè)計圖紙，對主要施工區(qū)域及周圍的地表地形進行詳細(xì)查勘。以高山地區(qū)為例，高山地區(qū)地形崎嶇，降雨量受地形影響明顯，對于降雨易造成山洪、泥石流等問題，對此要進行細(xì)致地考察分析；此外，山地的植被分布、土壤類型等都是影響工程施工建設(shè)的重要因素，在具體的勘察過程中一定要重視。（2）地下巖層水理性質(zhì)的變化分析。隨著地下水的發(fā)展變化，巖土的水理性質(zhì)也會逐漸發(fā)生變化，這種變化一般是緩慢而長期的。因此，在施工過程中，要做好巖土水理性質(zhì)的長期監(jiān)測分析，對其融水性、持水能力、脹縮性做好重點分析，為施工建設(shè)提供持續(xù)的數(shù)據(jù)支持。

4.4 建立系統(tǒng)的評價機制

在水文地質(zhì)勘察中，地下水的形成、種類、運動狀態(tài)及因地下水運動而造成巖層水理性質(zhì)的變化分析，是一個非常繁雜的地理數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)象研究工作。專業(yè)技術(shù)人員不僅需要進行大量的勘察研究，還需要依照工程的具體設(shè)計提出可行的解決方案。為了節(jié)省時間和精力，應(yīng)根據(jù)地下水的一般性質(zhì)、巖土水理性質(zhì)變化的一般規(guī)律建立一套初級評價標(biāo)準(zhǔn)，對常見的地下水運動及巖土水理性質(zhì)的變化規(guī)律做系統(tǒng)性的簡單預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題制定預(yù)警方案或者解決方案。

此外，除了施工前期的水文地質(zhì)評價機制之外，還要針對水利工程項目施工中后期，項目本身對地區(qū)水文地質(zhì)所產(chǎn)生的影響建立評價機制，主要包括施工工程的水污染評價、因爆破造成的地形改變對地下水運動狀態(tài)的影響評價等內(nèi)容。結(jié)合工程設(shè)計圖紙和前期水文地質(zhì)的勘察內(nèi)容，盡量確保評價機制的完整。水利工程施工對水文地質(zhì)的影響評價機制建立，對于加強工程項目完工后地域水文地質(zhì)的檢測研究、維持工程項目安全持續(xù)運行都有著重要的意義。

5 結(jié)束語

水文地質(zhì)是水利工程勘察中不容忽視的一個重點內(nèi)容。加強水利工程勘察中的水文地質(zhì)問題研究，既可以明晰水文地質(zhì)變化對工程地質(zhì)產(chǎn)生的各種影響，也可以為后期水利工程項目的建設(shè)和維護提供重要的參考依據(jù)。