遙感技術在水利水電工程地質勘查中的應用

顏 昊

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，烏魯木齊 830091）

在水利水電工程的整個建設流程中，地質勘查作為工程設計的前置環節，地質勘查資料是否詳細、準確，將會對工程設計方案的可行性產生決定性影響。例如，工程地質勘查結果顯示施工區域內存在斷層破碎帶或溶洞等不良地質，那么在工程設計中必須采取相應的措施進行不良地質處理，從而保證水利工程的整體安全。因此，掌握遙感技術在工程地質勘查中的應用方法，對做好勘查工作、保障工程質量大有裨益。

1 遙感技術在工程地質勘查中的應用優勢

隨著遙感技術的成熟，該技術被廣泛應用到地籍測繪、工程勘查、環境保護等領域。就水利水電工程而言，前期地質勘查中應用遙感技術的優勢主要體現在以下3 個方面：

1）勘查范圍大、信息處理速度快。理論上來說，一顆遙感衛星可準確獲取3.34×105km2范圍內地物信息，并且配合地面站實現對遙測信息的快速處理，最終以相片的形式輸出勘查結果，整個處理過程通常可以在數秒之內完成，提高了勘查結果的時效性和可用性[1]。

2）獲取信息豐富。遙感影像資料中除了清晰地呈現人眼可見的自然信息外，還能利用紅外線、紫外線以及微波波段，提供包括水體深度、巖層密度、含鹽量變化等人眼不可見的信息。例如，利用遙感設備可使用微波穿透第四系地層，從而獲取地下水分布情況，為水利水電工程的設計與施工提供了必要的信息參考。

3）不易受到外界干擾，所得信息準確度高?；谛l星遙感技術的工程地質勘查作業，具有較強的抗干擾能力，基本上不受雨、雪、霧等惡劣天氣的影響，可以全天候、不間斷的獲取工程所在區域的地質信息。這樣不僅提供了海量的工程地質資料，而且還能保證所得信息的全面性、準確性，對彰顯工程地質勘查工作的價值也有極大的幫助。

2 遙感技術在水利水電工程地質勘查中的實施

2.1 工程概況

某水庫壩址以上干流長度115km，控制流域面積3881km2，包括水庫工程與輸水工程兩部分，兼有防洪、發電、養殖功能。水庫為大（2）型，采用粘土斜心墻碾壓堆石壩，壩頂長度526m，壩頂寬度3.3m，最大壩高60.5m，總庫容為3.83億m3。水庫裝有4 臺發電機組，總裝機容量2050kW[2]。該工程計劃工期240 日歷天，建成后將發揮顯著的生態效益、社會效益和經濟效益。為保證水利水電工程順利建設完成，在前期的工程地質勘查中應用到了遙感技術。

2.2 遙感技術在水利水電工程地質勘查中的具體應用

2.2.1 利用遙感技術勘查工程地區的構造穩定性

對于大型水利水電工程來說，壩體自重大，對壩基產生較大荷載，因此必須要保證工程所在地區的地質構造穩定，才能避免工程建設期間以及投入使用后，不會因為壩基沉降而導致壩體出現滲漏的問題。工程地質構造的穩定性分析主要是查明有無明顯的斷裂帶，如果有，還要掌握其規模大小、密集程度等相關信息，從而為設計人員編制工程設計圖提供必要的依據。遙感技術工程地質勘查中的應用，可以在衛星遙測相片上清楚地呈現工程所在地區的地質構造。在本次工程中，可以發現存在2 條呈平行狀分布的斷裂帶，斷層表面被第四系覆蓋層所掩蓋，具有較強的隱蔽性。如果采用常規的地面勘查技術，往往很難發現地層裂隙，而遙感技術不僅能夠發現斷層裂隙，而且還能提供裂隙走向、最大尺寸等詳細信息。根據這些信息，設計師能夠對地質構造的穩定性展開準確的評估，從而為水利水電工程設計與施工提供了必要的支持。

2.2.2 利用遙感技術分析工程泄漏的可能性

壩體和壩基滲漏是水利水電工程常見的質量缺陷，除了直接影響工程壽命外，如果滲漏問題沒有得到及時、有效的解決，還會增加潰壩的風險。因此，在水利水電工程的地質勘查中，也要通過開展地質條件的評估，分析可能導致大壩滲漏的潛在風險，進而在施工中采取措施加以處理，避免后期大壩投入使用后出現滲漏問題。從工程地質角度來說，可能引起壩體或壩基滲漏的因素主要有古河道、地下暗河或溶洞、斷裂破碎帶、嚴重風化巖體等。同樣的，使用遙感技術獲取工程所在地區的遙感影像，也能清晰地反映埋藏于地下的古河道、斷裂破碎帶或溶洞。在本次工程中，通過遙感技術分析發現局部有斷裂破碎帶，未發現古河道或溶洞等其他可能導致工程滲漏的因素。根據這一勘查結果，施工企業在編制施工方案時，采取帷幕灌漿施工技術對斷裂破碎帶進行封堵、加固處理，對預防壩基滲漏和提高壩基承載力將會起到積極影響。

2.2.3 利用遙感技術及時發現工程周邊不良地質現象

在水利水電工程建設中，除了巖層風化、斷裂破碎帶等地下不良地質外，在地上也存在多種類型的不良地質現象可能會對水利水電工程建設帶來負面影響。比較常見的有滑坡、泥石流、邊岸沖刷等。特別是滑坡、泥石流等自然災害，具有突發性和較強的破壞性，如果不能提前做好勘查、采取預防措施，很有可能影響工程進度、工程質量，以及對現場施工人員的安全構成威脅。遙感技術可以通過動態獲取工程周邊的物理地質信息，實現對該區域的動態監測和科學分析。本次工程從2021 年4 月份到12 月份，工程所在地區為典型的溫帶大陸性季風氣候，夏季雨水集中且多暴雨。利用遙感技術可以在雨季施工中密切監測工程地區的邊坡動態變化情況，如果出現邊坡出現明顯位移的情況，可以提前進行預警，采取邊坡加固措施，或者提前修建擋土墻，從而避免邊坡滑塌給水利水電工程施工造成的不良影響。同樣的，如果工程附近出現泥石流，也能夠通過遙感技術獲取遙感影像，清晰地分辨出崩塌區、堆積區、中間涌流區，根據遙感影響提前做好應對，保證現場施工順利進行。

2.2.4 利用遙感技術為天然建筑材料的開發利用提供指導

水利水電工程建設中會使用到大量的建筑材料。如果使用自卸汽車從遠處運輸，一方面是難以保證建筑材料的穩定和持續供應，另一方面也會增加施工成本。如果工程周邊有大量可利用的天然建筑材料（如土料、石料等），則可以做到就近取材，既降低了成本，又保證了效率。利用遙感技術開展工程地質勘查，能夠以水利水電工程為中心，尋找周邊一定區域內是否有可利用的、可開采的天然建筑材料。不僅如此，根據遙感影像資料還能進行運輸路徑規劃，尋找最優的運輸路徑，進一步降低材料的運輸成本。在本次工程中，使用遙感技術從工程區域以東6.8km 處發現一處優質砂質粘土區，為壩體施工創造了便利條件。

3 水利水電工程地質勘查中遙感技術的創新應用

3.1 “3S”技術的融合應用

隨著水利水電工程建設單位對于前期地質勘查工作重視程度的提升，運用新技術、新設備開展地質勘查成為一種必然趨勢。雖然遙感技術在工程地質勘查中表現出了諸多優勢，但是在實際應用中也存在一些不足，例如定位精度較差，以及后期數據處理能力不強等。針對這些問題，必須要加快推進“3S（RS、GPS 和GIS）”技術的融合應用。通過遙感技術與全球定位系統（GPS）的結合，可以利用GPS 輔助定位，在此基礎上利用遙感技術精準獲取工程區域內的地質信息；同樣的，將遙感技術與地理信息系統（GIS）相結合，可以將遙感衛星獲取的海量地物信息，利用GIS 軟件進行加工處理，從而輸出有利于水利水電工程建設的信息[3]。目前，GIS 軟件可根據遙感信息自動生成工程地質的三維模型，這就為施工企業更加全面地掌握工程地質信息提供了支持。

3.2 無人機遙感技術的應用

從遙感技術的應用來看，多數情況下還是以遙感衛星獲取的遙感影像作為分析基礎。在實際應用中也存在勘查作業成本較高、獲取信息的靈活性不好等問題。另外，遙感影像的分辨率通常只能達到1m，已經無法滿足新時期工程地質勘查與設計的精度要求[4]。在民用無人機技術日漸成熟的背景下，無人機遙感在工程地質勘查中得到了推廣應用。利用無人機搭載微型遙感設備，可以按照人為規劃的航線進行航測，所得遙感影像的精度進一步提升，并且操作便捷、使用成本更低。除此之外，無人機遙感可支持對同一地區的反復成像。地面工作人員可實時查看無人機航測影像，如果存在清晰度不高，或者有些重要地區未拍攝的情況，可以操控無人機重新對該區域進行多次拍攝，直到獲取清晰的或者全部的信息為止。

4 結語

地質勘查是水利水電工程建設的基礎環節，根據勘查所得信息開展工程設計和工程建設，對避免壩基滲漏、壩體沉降等質量問題有積極幫助。因此，在工程地質勘查中，必須要盡可能全面、精確地獲取工程所在地區的地質信息。遙感技術不僅可以通過直接拍攝的方式獲取地球表面的物理地質信息，而且還能借助于紅外線、微波等，獲得人眼不可見的地下水分布、巖層含鹽量變化等信息，從而為工程設計提供了必要的參考信息。下一步，要繼續深化遙感技術與GPS 技術、GIS 技術的融合應用，以及推廣無人機遙感技術，從而讓遙感勘查在水利水電工程建設中發揮更加重要的作用，切實提高工程質量安全。