論當前水工環地質勘察中的技術及應用范圍

汪 帆

（河南省煤田地質局一隊，河南 鄭州 450007）

在最近的二三十年，我國城鄉建設、礦產開發、工業生產、鐵路、高速公路建設取得飛速的發展，而這一切發展，都離不開水工環地質勘察工作。

1 水工環地質勘察

水工環地質勘察，包括水文地質勘察、工程地質勘察、環境地質勘察三個方面。其中，水文地質勘察主要查明某一區域內的地層、巖性、構造、含水層特征、分布、水位、水量、水質、地下水徑流等地質、水文條件，并計算和評價該區域地下水補給量與可開采量，為有關部門開發、利用水資源提供科學依據。

工程地質勘察主要查明某一區域地層巖性、結構、構造特征、力學性質、地下水作用等情況，計算該區域地基承載力、剪切力、地下水飽和性，評估該區域地基穩定性，為高層建筑、橋梁、隧道、水庫、機場、鐵路、高速公路、港口等設施建設提供關于地基穩定性的科學依據[1]。

環境地質勘察主要勘查各類地質災害（包括滑坡、泥石流、地面沉陷、水井干枯、地裂縫等）發生的原因、范圍、規模，再根據勘查結果進行評價、預測，并向有關部門提出預防、治理地質災害的科學依據。

2 當前水工環地質勘察中使用的先進技術

2.1 瞬變電磁法勘察技術

瞬變電磁法，英文原名為Time domain electromagnetic methods，縮寫為TEM。瞬變電磁法利用發射線圈產生瞬變電磁場，向地下發射一次脈沖電磁場。在該脈沖電磁場間歇期間，利用線圈觀測二次感應渦流場，從而探測地下介質的電阻率。

瞬變電磁法施工效率高，在煤田水文地質勘察中屬于首選方法。瞬變電磁法也是在高阻圍巖中尋找低阻地質體的最靈敏的方法，該方法適用于金屬礦勘探、煤炭采空區勘察[2]。

2.2 GPS技術

1958年，美國軍方啟動GPS項目，經過三十年苦心經營，于1988年成功布署24顆定位人造衛星，建成GPS系統（全球定位系統英文名“Global Positioning System”的首字母縮寫）。這些衛星在地球上方2.2 萬km高度的太空運行，均勻分布于六個軌道面，與地球赤道成55°的夾角。今天，無論任何人在任何時刻位于地球上任何一個地點，都可以通過GPS接收機獲取GPS衛星發出的定位信號，從而迅速確定自己所在位置的三維立體坐標。

GPS技術具有海、陸、空全方位實時三維導航能力與定位能力，而且GPS技術不受天氣、地形、地貌等自然條件的影響。在水工環地質勘察中應用GPS技術，可以大大提高勘察精度，節約勘察時間。

2.3 遙感技術

遙感技術通過無人機、飛機、衛星的遙感器，采集可見光、紅外線、微波，并進行提取、判定、加工、處理、分析，從而獲取目標地物的詳細信息。根據飛行器與地面的高度不同，遙感技術又可分為低空遙感（無人機遙感）、高空遙感（飛機遙感）、航天遙感（衛星遙感）[3]。遙感技術可以進行大面積、大范圍的同步觀測，獲取信息的速度快，周期短，還可以動態反映地物的整體面貌與各種變化。在水工環地質勘察中應用遙感技術，有利于提高勘測質量，并實現連續性動態勘測。

3 探討水工環地質勘察技術的應用范圍

3.1 土地資源利用規劃

土地資源利用規劃是在一定區域內，根據經濟、社會發展的要求與當地自然、經濟、社會條件和對該區域土地資源如何開發利用，在空間上、時間上作出的總體的戰略性布局與統籌安排。當前，百萬人口以上的大城市土地利用已經趨于飽和，土地資源高度稀缺（2016年，深圳每年僅能新增6 km2建設用地）。因此，做好土地資源利用規劃已經成為水工環地質勘察的一項重點課題。綜合運用GPS技術、遙感技術，可以讓勘察單位在最短的時間內完整掌握被勘察土地上地貌、水文、地質條件、土地資源及其分布、利用方式、土地上基礎設施狀況等方面的詳細信息，從而做好超前規劃，提高土地資源利用規劃的質量[4]。

3.2 地下水動態監測

隨著工業生產的發展以及大城市人口的持續增長，國內大城市的用水量也在不斷上升（1990年全國城市用水量大約為54 億m3，2018年全國城市用水量已超過800 億m3），同時，各大城市的飲用水水質也呈現出惡化之勢，一些城市過量開采地下水，還引起了地面沉降等問題。因此，必須加強對地下水的動態監測。綜合運用各種水工環勘察技術，可以讓有關部門及時掌握地下水水量變化，了解地下水徑流、補給與運動規律，并對地下水污染狀況進行長期監測，從而加強對地下水資源的管理，科學利用寶貴的地下水資源，并且積極防治地面沉陷。

3.3 地質災害監測

數十年來，國內采用粗放式模式發展經濟，對各種礦產資源、各種能源進行掠奪式開采，造成了許多人為因素產生的地質災害。目前，僅山西一省，因采煤形成的采空區已超過2 萬km2，在采空區上方，卻分布著許多高速公路、企業、農村住宅，因采空引起的崩塌、滑坡超過750次[5]。一些地方還出現了地表裂縫、地表崩塌。2019年2月24～25日，四川自貢榮縣連續發生三次4級以上地震，也可能與當地開采頁巖氣有關。因此，必須積極運用多種勘察技術，加強環境地質勘查，主動預防各類地質災害。

3.4 居民疾病監測

醫學專家們經過多年研究發現人體可以發射出光線，醫學術語稱之為“人體輝光”。而且，人體輝光與人的年齡、健康狀況存在著因果性聯系，青壯年發光強度比老年人強一倍以上，身體愈強壯、愈健康的人，發光愈強；反之，罹患疾病的人體發出的輝光較為微弱。因此，有專家提出大膽的設想：運用遙感技術對某一地區的居民進行持續監測，專門采集他們發射出來的人體輝光，從而方便醫療部門對當地疾病進行監測。還有專家提出建立大型數據庫，儲存健康人體輝光的詳細數據，一旦遙感監測發現某一地區人群散發的輝光出現病理性變化，便迅速進行識別，提前進行預防性治療。毫無疑問，專家們的上述設想是大膽的、超前的。雖然這些設想目前還不具備實現的可能性，但應當成為水工環地質勘察未來的一個重要應用領域。

4 結語

隨著經濟的發展，人們與環境、資源間的關系變得越來越緊張。另一方面，隨著科技的升級，水工環地質勘察技術不斷取得新的發展。因此，我們應當積極應用先進的水工環地質勘察技術，加強水文、工程、地質環境勘察，為提高人民生活質量不斷作出新的貢獻。