當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘查中的技術(shù)及應(yīng)用范圍

王首東

（廣東省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)，廣東 湛江 524000）

進(jìn)行水工環(huán)地質(zhì)勘查及其研究有助于推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定成長(zhǎng)。近年來(lái)，在國(guó)家可持續(xù)建設(shè)得到了蓬勃發(fā)展的同時(shí)，國(guó)家對(duì)現(xiàn)有自然環(huán)境的損害卻巨大，新時(shí)期下，在實(shí)施經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃進(jìn)程中，國(guó)家正在把水工環(huán)研究逐步運(yùn)用于目前的地質(zhì)勘查，以此提高國(guó)家地質(zhì)勘查的能力。這項(xiàng)技術(shù)的成熟應(yīng)用不但加快了中國(guó)的城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐，還大大地提升了中國(guó)對(duì)資源環(huán)境的利用和自然資源保護(hù)意識(shí)。有關(guān)單位將對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)足夠的關(guān)注，切實(shí)提高中國(guó)環(huán)境的水平。

1 水工環(huán)地質(zhì)勘查的概念及意義

1.1 水工環(huán)地質(zhì)勘查的概念

傳統(tǒng)含義上的水工環(huán)地質(zhì)學(xué)勘探，主要指對(duì)水文地質(zhì)條件、工程技術(shù)以及自然環(huán)境這三方面的重點(diǎn)勘探，但隨著時(shí)代的進(jìn)步發(fā)展，市場(chǎng)的管理體制也正在進(jìn)行著前所未有的改革，而社會(huì)環(huán)境也在不斷地加以改善，因此當(dāng)今新時(shí)代水工環(huán)地質(zhì)學(xué)勘探的內(nèi)涵比過(guò)去已經(jīng)十分全面。現(xiàn)階段的水工環(huán)地質(zhì)勘查其具體內(nèi)容在原來(lái)基礎(chǔ)上賦予了天然災(zāi)難地質(zhì)勘查，即對(duì)由于地貌變化所導(dǎo)致的天然災(zāi)難因素進(jìn)行具體勘查。該勘探技術(shù)正逐漸發(fā)展為一種綜合能力強(qiáng)、覆蓋面廣的、與經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)提高具有密切聯(lián)系的一種新興實(shí)用型學(xué)科。

水工環(huán)地質(zhì)勘查主要包括的是水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的勘查，三者在具體勘查項(xiàng)目上不同。水文與地質(zhì)勘查重點(diǎn)在于研究工程所在區(qū)域內(nèi)水中的相對(duì)變化規(guī)律與運(yùn)動(dòng)，以明確確定工程范圍內(nèi)的水中的位置和形成規(guī)律，以評(píng)價(jià)水中的物理、化學(xué)性質(zhì)，以及地下水環(huán)境對(duì)工程的影響等，當(dāng)然水文勘查同時(shí)也是進(jìn)行對(duì)地下水資源的合理開(kāi)發(fā)利用的重要基礎(chǔ)。

1.2 水工環(huán)地質(zhì)勘查的意義

現(xiàn)階段，以耗費(fèi)自然資源、威脅人們健康為巨大代價(jià)的開(kāi)發(fā)之道早已無(wú)法被人類(lèi)社會(huì)所認(rèn)可，取而代之的是人與自然和諧共處，積極尋求可持續(xù)開(kāi)發(fā)的生活方式。在更大的社會(huì)歷史背景下，對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘探的觀念也將因此而進(jìn)行了轉(zhuǎn)變。并在對(duì)未來(lái)的勘探和研究任務(wù)中，明確指出了必須把保護(hù)環(huán)境放到第一地位。由于面臨著難度日漸加大的水工環(huán)地質(zhì)勘探任務(wù)，如何利用科學(xué)合理的技術(shù)手段在確保完成勘探工作的同時(shí)，解決好對(duì)建設(shè)中的環(huán)境、場(chǎng)地的具體控制，及其對(duì)利用控制工程地質(zhì)的影響與評(píng)價(jià)等問(wèn)題，成了目前亟待解決的首要課題。其基本作用即是通過(guò)對(duì)環(huán)境土層、水文地質(zhì)情況的掌握和探索，提高現(xiàn)階段的找礦質(zhì)量，保證預(yù)建項(xiàng)目的質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 電法

作為一項(xiàng)常用的技術(shù)手段，電法也擁有著高度的實(shí)用價(jià)值，電法的使用也極大提高了中國(guó)水工與環(huán)境地質(zhì)勘查的勘查技術(shù)水平。該方法已經(jīng)有了數(shù)百年的使用史，在不斷改進(jìn)完善過(guò)程中已蓬勃發(fā)展至今日。目前電法技術(shù)發(fā)展，其主體包含了激化電極法和高密電極法這兩個(gè)方法。利用激化電極法，在將金屬礦物、巖土等物質(zhì)加以觸發(fā)或激化加工之后，再對(duì)其所凸顯出的不同性質(zhì)開(kāi)展地質(zhì)勘查，該方法在一般情況下廣泛應(yīng)用在查找水源、勘探金屬礦物等工作中。而高密度電法，其重要工作機(jī)理即是采用陣列式勘探的方法，在野外開(kāi)展環(huán)境地質(zhì)勘查工作時(shí)，可以根據(jù)高密度勘查法加以簡(jiǎn)易的合理布設(shè)，由此以來(lái)減少了金屬電極的多次布設(shè)，從而減少了故障出現(xiàn)概率。目前該方式正逐漸脫離傳統(tǒng)人工操作模式轉(zhuǎn)入零點(diǎn)五自動(dòng)控制模式，使技術(shù)人員所收集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度比以往有了明顯提升。同時(shí)由于高壓電極間的排列方法多種多樣，使技術(shù)人員在開(kāi)展水工建筑物環(huán)境地質(zhì)勘查時(shí)收集到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確全面。因此科研人員在開(kāi)展水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)工作時(shí)，為了要提高所勘測(cè)地層的含水量和找水的準(zhǔn)確性，就必須使用大密度電法，以進(jìn)一步提高勘測(cè)成功率。

水工環(huán)地質(zhì)勘探的電法研究仍有很大的使用率，如高密度電法、激發(fā)極化電法、頻譜激電法、瞬變電氣法等。大密度電法是物理勘查方法，各種地質(zhì)條件的土壤、礦產(chǎn)、巖體在導(dǎo)電性上具有差異，它是電法勘查技術(shù)使用的基礎(chǔ)，根據(jù)導(dǎo)電的不同可以表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能，經(jīng)過(guò)分析處理，也可以表現(xiàn)出勘查區(qū)的地質(zhì)條件狀況，目前在工程特征勘查領(lǐng)域使用較多。根據(jù)實(shí)際的使用狀況，高密度電法在使用中可以自動(dòng)與快速收集大量數(shù)據(jù)，并具備了智能化采集優(yōu)勢(shì)，可以大大提高水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)效率。激勵(lì)極化電法在金屬礦藏儲(chǔ)備勘探領(lǐng)域的應(yīng)用較多，金屬礦藏儲(chǔ)備、礦山水深等相關(guān)數(shù)據(jù)都可以利用金屬的激勵(lì)極化效應(yīng)進(jìn)行表征，伴隨激勵(lì)極化電法應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，目前在非金屬礦藏、工程地質(zhì)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，如用來(lái)搜索和評(píng)估各種種類(lèi)的地下水資源。考慮到單一電技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘探中的特殊性，在具體應(yīng)用中必需靈活地進(jìn)行各種技術(shù)結(jié)合，并針對(duì)應(yīng)用結(jié)果，適時(shí)反映各種數(shù)據(jù)，以深入分析其中的地下含水量、地下水位置等，并不斷進(jìn)行工藝調(diào)整，以合理解決勘探深度和提高分辨率的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)電阻率法實(shí)際狀況，全面展現(xiàn)了高密度電阻率法的技術(shù)特色。

2.2 GPS技術(shù)

作為一項(xiàng)通過(guò)測(cè)量載波相位實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)位置的全新技術(shù)手段，GPS 方法已完全顛覆了常規(guī)的土地勘測(cè)方法，它借助衛(wèi)星的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)運(yùn)行能力，將無(wú)線信息的發(fā)送點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了高效的信息傳遞，并使用了三個(gè)更多的衛(wèi)星對(duì)當(dāng)?shù)氐慕邮諜C(jī)實(shí)現(xiàn)了位置，而地面基站則通過(guò)所配備的新型接收器，對(duì)衛(wèi)星完成了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，衛(wèi)星通過(guò)無(wú)線設(shè)備將其觀察到的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為無(wú)線信息并實(shí)現(xiàn)即時(shí)傳送，地面接收機(jī)在獲得來(lái)自衛(wèi)星的信息傳送后，通過(guò)對(duì)其提供無(wú)線信息實(shí)現(xiàn)交換和數(shù)據(jù)處理，可精準(zhǔn)地判斷出基線站的具體基線向量值，從而確認(rèn)了該基線站點(diǎn)的WGS負(fù)八十四位置，并通過(guò)對(duì)已掌握的地面坐標(biāo)系參數(shù)經(jīng)過(guò)換算后，可以決定用戶此次勘測(cè)所需的具體坐標(biāo)法。該方法已經(jīng)在許多方面都獲得了普遍的運(yùn)用，比如建立新都市過(guò)程中的城市規(guī)劃、環(huán)境污染的檢測(cè)、人體健康監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害的防范等多個(gè)方面。水文勘查領(lǐng)域，利用GPS 信息技術(shù)能夠判斷出勘查范圍，通過(guò)雷達(dá)技術(shù)的圖計(jì)算分析能夠了解勘查范圍的地層狀況，能夠研究出不同的環(huán)境成像，評(píng)價(jià)不同地區(qū)水文特征；通過(guò)GPS 信息技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘查領(lǐng)域能夠研究各個(gè)部位水文特征，評(píng)價(jià)水文特征，進(jìn)行水文地質(zhì)層的定位等。GPS技術(shù)原理圖如圖1所示。

圖1 GPS技術(shù)原理圖

2.3 RTK技術(shù)

RTK 技術(shù)主要是利用系統(tǒng)分差法，去減少對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的修正殘余誤差及其在載波相位檢測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)誤差。利用這種方法，現(xiàn)階段基本可以做到使載波相位檢測(cè)中的修正偏差限制在厘米以內(nèi)，一般條件下RTK 技術(shù)使用了三個(gè)不同的相位差點(diǎn)，其都有一個(gè)共性即為有基準(zhǔn)點(diǎn)負(fù)責(zé)傳輸修正信號(hào)，有流動(dòng)基站負(fù)責(zé)接收修正信號(hào)。RTK 技術(shù)的主要操作原則是在一個(gè)基準(zhǔn)臺(tái)站上安裝一個(gè)接收裝置，在流動(dòng)站上放置若干個(gè)相同接收裝置，各個(gè)接收裝置在相同時(shí)間對(duì)接受衛(wèi)星所發(fā)出的信息進(jìn)行接收，并把已接收到的信息和已確定的方位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最后把得到的GPS 差分改正信息運(yùn)用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)送到流動(dòng)站，以便于獲取準(zhǔn)確定位。這種方法目前已成功運(yùn)用于在水污染的控制和預(yù)防、進(jìn)行地質(zhì)研究等諸多方面，已逐步形成了水工環(huán)地質(zhì)勘查的一種主要手段。

2.4 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)的應(yīng)用是以電磁波原理為依據(jù)，利用感應(yīng)技術(shù)設(shè)備可以獲取和解析各種目標(biāo)傳播和反映的電氣波數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后得到圖像，表現(xiàn)出勘查范圍內(nèi)的地球表面各種情景信息。目前遙感技術(shù)的應(yīng)用在水工環(huán)地質(zhì)勘查領(lǐng)域已獲得重要運(yùn)用，通過(guò)遙感技術(shù)可以開(kāi)展各種自然資源的勘查和利用，可以開(kāi)展水土流失的研究，防治和監(jiān)測(cè)相關(guān)水文災(zāi)害；監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域自然資源的生態(tài)狀況，為自然資源合理利用、保護(hù)等提供依據(jù)。遙感技術(shù)的應(yīng)用還可以開(kāi)展地下水的研究，評(píng)價(jià)環(huán)境污染對(duì)地下水的危害；部分勘查區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，簡(jiǎn)單人工無(wú)法完成，利用遙感技術(shù)的使用可以解決部分特定條件下的地質(zhì)勘查和研究。遙感技術(shù)還可以開(kāi)展城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀的研究，有效地為城市規(guī)劃和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)，推動(dòng)國(guó)土資源的科學(xué)合理使用。

在開(kāi)展資源的勘察、自然災(zāi)害的預(yù)防過(guò)程中，遙感技術(shù)將給人們帶來(lái)強(qiáng)大的支持，并能和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效融合，作為水工環(huán)地質(zhì)勘查的一種關(guān)鍵手段。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，中國(guó)現(xiàn)階段的遙感技術(shù)已從原來(lái)的單波段發(fā)展為多源遙感，技術(shù)人員已經(jīng)可以利用對(duì)多元模型的解析獲取實(shí)際勘查的詳細(xì)圖像。同時(shí)由于遙感的圖像空間和其光譜清晰度的提高，該技術(shù)正逐漸應(yīng)用于城市的園林景觀建設(shè)以及環(huán)境勘查，起到了突出的作用。

3 水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用范圍

明確了水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的適用范圍，就可以更有效的根據(jù)各種水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)特性，更靈活地選用水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)。而與此同時(shí)，隨著水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)領(lǐng)域的拓展，其應(yīng)用范圍也將在進(jìn)一步地?cái)U(kuò)展。目前，水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的廣泛應(yīng)用范圍涉及水文地質(zhì)探測(cè)、自然資源利用、土地資源規(guī)劃和管理、環(huán)境保護(hù)地質(zhì)評(píng)價(jià)和管理、工程建設(shè)地質(zhì)評(píng)價(jià)、環(huán)境治理等。由于各種水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的使用領(lǐng)域、應(yīng)用特點(diǎn)等各異，在具體使用時(shí)視具體情況，選擇各種技術(shù)結(jié)合使用，以發(fā)揮各種水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然水工環(huán)地質(zhì)勘查目的的側(cè)重點(diǎn)不同也將影響到具體水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的選用。

4 水工環(huán)地質(zhì)勘查中技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

水工環(huán)地質(zhì)勘查的技術(shù)人員在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中必須把握使用重點(diǎn)，其使用重點(diǎn)主要包括：①對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘查的最高標(biāo)準(zhǔn)與要求。水工環(huán)地質(zhì)勘查對(duì)專(zhuān)業(yè)性要求較高，各種水工環(huán)勘測(cè)技術(shù)在運(yùn)用中必須確定勘測(cè)目的，需要充分考慮勘測(cè)地區(qū)的實(shí)際狀況和特征，勘測(cè)中必須注意對(duì)環(huán)境的維護(hù)，資源的使用須科學(xué)合理，充分考慮經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)效益和環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。具體的水工環(huán)地質(zhì)勘查中還須依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘查成果，持續(xù)性完善和調(diào)整水工環(huán)地質(zhì)勘查方法，以保證勘查方法與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況最大程度地一致。②關(guān)于水工環(huán)地質(zhì)勘查中安全技術(shù)手段的使用，由于目前在水工環(huán)地質(zhì)勘查中應(yīng)用的技術(shù)手段都具有各自的應(yīng)用原理，相關(guān)技術(shù)手段及應(yīng)用安全是確保水工環(huán)地質(zhì)勘查工作順利進(jìn)行的先決條件。所以在應(yīng)用GPS信息技術(shù)、RTK信息技術(shù)、遙感信息技術(shù)等時(shí)，就必須綜合分析影響技術(shù)運(yùn)用的不良原因，以確保施工流程不受干擾。另外，不同水工環(huán)地質(zhì)勘查方法的使用中也必須評(píng)價(jià)技術(shù)方法的穩(wěn)定性，研究其可能的安全隱患，保證技術(shù)方法的使用時(shí)可以保障職工的生命安全。③重視山水地貌、環(huán)境地質(zhì)勘查，由于水工環(huán)地質(zhì)勘查的工程性質(zhì)勘查建設(shè)項(xiàng)目相對(duì)較多，而山水地貌、環(huán)境保護(hù)地質(zhì)勘查建設(shè)項(xiàng)目相對(duì)較少，在實(shí)際運(yùn)用中要注重山水地貌、環(huán)境保護(hù)地質(zhì)勘查，把握勘探重點(diǎn)，全面評(píng)價(jià)土壤侵蝕、大氣環(huán)境品質(zhì)、土壤環(huán)境污染、地貌自然災(zāi)害等，更好地為水工環(huán)地質(zhì)勘查理論與技術(shù)運(yùn)用奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

水工環(huán)地質(zhì)勘查方法在我國(guó)現(xiàn)階段許多領(lǐng)域均有重大應(yīng)用，但同時(shí)可選用的技術(shù)方法也較多，因此有關(guān)工程技術(shù)人員首先必須了解各種水工環(huán)地質(zhì)勘查方法的使用特性、方法機(jī)理和使用技術(shù)方法等，然后再根據(jù)不同勘查目的和實(shí)際所勘查地區(qū)的綜合環(huán)境，靈活性地選用水工環(huán)地質(zhì)勘查方法。水工環(huán)地質(zhì)勘查中，充分考慮GPS科技、RTK科學(xué)、遙感技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的有效運(yùn)用，以全面評(píng)價(jià)水工環(huán)地質(zhì)特征，提供各種資料的有效運(yùn)用，同時(shí)也為水文地質(zhì)災(zāi)害的有效防治提供科學(xué)依據(jù)，以促進(jìn)水工環(huán)與現(xiàn)代地質(zhì)勘查科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。