水工環地質在地質災害治理中的應用策略分析

譚希鵬 崔恒 吳業聃

摘要：本文首先介紹了常見的地質災害，如滑坡、泥石流、地面沉降等，隨后概述了地質雷達技術、瞬變電磁法、遙感技術、三維激光掃描技術和GPS-RTK技術等水工環地質技術在地質災害治理中的應用策略，最后結合工作經驗，提出了做好工程地質環境的勘測、重視水工環地質勘察隊伍建設等保障水工環地質調查工作順利開展的建議，為提高地質災害預防與治理成效提供了一定的借鑒。

關鍵詞：水工環地質? 瞬變電磁法? 地質災害? 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

水工環地質調查是對水文地質、工程地質、環境地質進行調查作業的統稱。在野外工程建設中，各類地質災害不僅直接影響工程質量，而且也會對正在施工作業的人員構成安全威脅。為了了解地質災害的類型，制定行之有效的防治措施，必須要借助于水工環地質調查技術，對工程所在地區的地層巖性、巖體天然應力狀態、水文地質條件、周邊環境等展開全面調查，在收集相關資料的基礎上采取措施，降低地質災害的發生率，控制地質災害的危害后果。

1 常見地質災害類型

1.1危巖和崩塌

危巖是指山坡上松動、開裂，隨時可能掉落的巖石。巖塊、土體在重力作用、風化作用、振動作用的影響下，突然掉落沿著坡面向下滾動的現象，即為崩塌。根據崩塌體的不同，如果以土質為主，則為土崩;如果以巖石為主，則為巖崩。崩塌多發生于傾斜度在60°以上的坡體上。

1.2滑坡與泥石流

滑坡與泥石流是山區比較常見的地質災害類型。尤其是在地形比較陡峭，坡體植被稀疏的情況下，如果遇到持續性的強降雨，容易出現嚴重的水土流失現象，進而引起坡體滑塌，形成泥石流。由于滑坡和泥石流都具有突發性，并且存在流速快、流量大等特性，會對坡腳公路、建筑物等造成巨大損失[1]。除了自然因素外，不合理的施工作業破壞原有的巖層結構，也會增加山體滑坡的概率。

1.3地面沉降

在礦區及周邊一定范圍內，由于地下存在大量的采空區，在受到地面較大壓力，或者地面積水浸泡后，容易出現地面塌陷、沉降的地質災害。另外，在工業園區附近，大量抽吸地下水，會形成區域性降落漏斗，也是導致地面緩慢沉降的常見原因。在工程建設中，地面沉降會導致地基失穩，上部建筑物也會發生歪斜，嚴重影響構筑物的結構穩定和質量安全。

2 水工環地質在地質災害治理中的應用策略

2.1地質雷達技術的應用

該技術中核心設備是雷達儀，將雷達儀放置在待測區域的地面上，利用雷達儀的發射天線，對地發射高頻窄脈沖電磁波（100～1000MHz）。電磁波具有很強的穿透力，能夠到達地下一定深度。在接觸到介質后電磁波會發生反射，重新從地下傳導至地面。這時布置在地面距離雷達儀一定距離的接收機，能夠捕捉反射波信號[2]。利用時域接收機對電磁波信號進行降噪等處理后，將其轉化為計算機可識別的數據，利用計算機軟件進行分析，并生成地質圖像，地質雷達技術原理如圖1所示。

地質雷達技術在地質災害治理中的應用優勢，主要體現在以下幾點。第一，穿透力強，可進行深部地質結構的探測;同時，電磁波在地層中傳導時，不容易出現損耗，因此可以保證較高的勘測精度。第二，地質雷達儀布置在地面，操作較為簡便，且能夠靈活移動，從而滿足野外地質調查的需求。當然，地質雷達技術也有自身的缺陷，如電磁波在傳導過程中，容易受到磁場的干擾，如果磁場紊亂，雷達儀的勘測精度也會受到影響。

2.2瞬變電磁法的應用

該方法與地質雷達技術在探測原理上有一定的相似性，利用接地線源向待測區域的地下發射一次脈沖磁場。在一次脈沖磁場間歇期間，利用接地電極觀測二次渦流場，從而計算出介質電阻率，并通過電阻率推測出巖土結構。瞬變電磁法在地質災害治理中有諸多應用優勢，例如不受地形地貌的影響，在野外復雜地質環境下進行地質探測，具有較強的適用性。還有就是可使用同點組合觀測，與探測目標有最佳耦合，異常響應強，分辨精度高。由于瞬變電磁法本質上也屬于一種基于電磁場的探測技術，因此仍然無法避免地磁干擾的影響[3]。

2.3遙感技術的應用

上文所述的地質雷達技術、瞬變電磁法，都是面向地下巖土結構、巖性特征的探測技術。而地質災害治理中，還需要了解地面信息，包括地表植被分布、地表河流走向、地質災害的發育情況等。在獲取地面信息時，通常會使用到遙感（RS）技術。遙感技術能夠進行大范圍的地面信息探測，可以較為全面地反映出地質災害區域的地形地貌、形態結構，并且通過結構、規模、色調等影響信息，推測出地質災害的發生原因，評估地質災害造成的損失，甚至能夠對地質災害的發育進行預測[4]。例如，在山區發生泥石流災害后，利用遙感技術不精能夠直觀地呈現泥石流的影響范圍，還能動態觀測泥石流的流動方向，進而推測出未來一段時間內泥石流的影響范圍，進而為地質災害的治理和預警提供了幫助。

2.4三維激光掃描技術的應用

以往的地質災害探測技術，基于探測數據、信息，只能繪制出二維平面圖。圖像上能夠展示的信息有限，不利于技術人員全面掌握地質災害信息。相比之下，三維激光掃描技術則能夠在掃描獲取探測區域水工環地質信息的基礎上，自動建立一個三維影像模型。三維激光掃描系統的結構組成如圖2所示。

從實際應用效果來看，三維激光掃描技術的優勢在于對于地質災害信息的呈現更加立體和豐富，并且由于可以實時獲取地質信息，因此做到了對三維模型的動態更新，實現地質災害信息的跟蹤檢測。這樣就能讓技術人員對探測區域內地質災害的變化趨勢有一個全面地掌握。此外，三維激光掃描技術獲取的數據精度較高，可以呈現出地表細微變化，為地質災害治理提供了有價值的參考。

2.5 GPS-RTK技術的應用

GPS（全球定位系統）可以實現對易發生災害地區的動態監測，或者在地質災害發生以后，進行精確定位。尤其是在一些偏遠山區，發生地質災害后可以利用GPS技術進行預警，對周邊群眾進行及時疏散。GPS-RTK技術是在GPS基礎上，基于載波相位差分原理發展而來的一種新型高精度測量技術，其測量精度可以達到厘米級[5]。GPS-RTK系統由基準站、數據通信裝置、用戶數據系統、管理控制中心等模塊組成，可以實現對待測區域的全天候、自動化監測，真正實現了無人值守。目前，GPS-RTK除了在地質災害預警與治理中發揮突出作用外，在地面環境監測與保護等方面也有重要的應用價值。

3 地質災害治理中應用水工環地質的保障措施

3.1做好工程地質環境的勘測

在水工環地質調查技術的推廣應用中，為了達到理想的調查效果及切實防止地質災害，還需要提前做好工程地質環境的勘測，并基于勘測結果提前編制水工環地質調查作業方案。在地質災害易發生區域，通常具有山體陡峭、地形復雜，并且存在一定危險性的特點。提前開展工程范圍內及周邊一定區域的環境調查，能夠為選擇合適的水工環地質調查技術提供依據。例如在一些植被茂密、地形崎嶇的山區，不適合布置地質雷達儀，很難埋設不接地回線，這也就意味著地質雷達技術、瞬變電磁法均不適合使用。相應地，遙感技術或GPS-RTK技術則不受地形影響，可以在地質災害治理中發揮良好的應用;同樣，提前了解工程地質環境，對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重視水工環地質勘察隊伍建設

現階段地質災害治理中可以選擇的水工環地質調查技術有多種，除了本文介紹的瞬變電磁法、GPS-RTK技術等，像物探技術、WebGIS技術等，也都有著廣泛的應用。因此，對于從事水工環地質勘察工作的技術人員來說，必須要盡可能地掌握多種技術的操作方法，了解其優缺點及適用范圍，這樣才能在野外勘察作業和地質災害治理中，真正發揮水工環地質調查的應用價值[6]。近年來，大數據、云計算等技術與水工環地質技術的融合日益密切，如中國地質調查局推出的“地質云2.0”，為水工環地質調查向信息化、智能化方向發展提供了有力的支持，這也需要技術人員不斷創新思維、更新知識、學習技能，才能適應新時期水工環地質調查技術發展和應用的要求。

4結語

預防和治理地質災害，對保護生態環境和群眾財產安全有積極影響。將水工環地質調查技術應用到地質災害治理中，能夠明確災害形成原因，評估災害造成損失，預測災害未來發展趨勢。目前，可供選擇的水工環地質調查技術有GPS-RTK、WebGIS及地質雷達技術等多種，合理應用這些技術可以將地質災害帶來的負面影響降到最低。

參考文獻

[1]沈春強，周彤，王毅，等.淺析礦山水工環地質災害危險性評估對策[J].世界有色金屬，2020（3）：131-132.

[2]邱繼斌. 地災防治項目治理階段的風險管理研究[D].重慶：重慶交通大學，2018.

[3]裴蓓，王矗.礦山水工環地質災害危險性評估方法研究[J].世界有色金屬，2020（2）：233-234.

[4]安樹隆.水工環地質在地質災害治理中的應用策略分析[J].華北自然資源，2021（4）：114-115.

[5]李元偉，趙越，王勇.水工環地質在地質災害治理中的應用策略分析[J].世界有色金屬，2019（22）：131-132.

[6]臧梓涵.地質災害治理項目評價研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2019.

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