论当前水工环地质勘察中的技术及应用范围

汪 帆

（河南省煤田地质局一队，河南 郑州 450007）

在最近的二三十年，我国城乡建设、矿产开发、工业生产、铁路、高速公路建设取得飞速的发展，而这一切发展，都离不开水工环地质勘察工作。

1 水工环地质勘察

水工环地质勘察，包括水文地质勘察、工程地质勘察、环境地质勘察三个方面。其中，水文地质勘察主要查明某一区域内的地层、岩性、构造、含水层特征、分布、水位、水量、水质、地下水径流等地质、水文条件，并计算和评价该区域地下水补给量与可开采量，为有关部门开发、利用水资源提供科学依据。

工程地质勘察主要查明某一区域地层岩性、结构、构造特征、力学性质、地下水作用等情况，计算该区域地基承载力、剪切力、地下水饱和性，评估该区域地基稳定性，为高层建筑、桥梁、隧道、水库、机场、铁路、高速公路、港口等设施建设提供关于地基稳定性的科学依据[1]。

环境地质勘察主要勘查各类地质灾害（包括滑坡、泥石流、地面沉陷、水井干枯、地裂缝等）发生的原因、范围、规模，再根据勘查结果进行评价、预测，并向有关部门提出预防、治理地质灾害的科学依据。

2 当前水工环地质勘察中使用的先进技术

2.1 瞬变电磁法勘察技术

瞬变电磁法，英文原名为Time domain electromagnetic methods，缩写为TEM。瞬变电磁法利用发射线圈产生瞬变电磁场，向地下发射一次脉冲电磁场。在该脉冲电磁场间歇期间，利用线圈观测二次感应涡流场，从而探测地下介质的电阻率。

瞬变电磁法施工效率高，在煤田水文地质勘察中属于首选方法。瞬变电磁法也是在高阻围岩中寻找低阻地质体的最灵敏的方法，该方法适用于金属矿勘探、煤炭采空区勘察[2]。

2.2 GPS技术

1958年，美国军方启动GPS项目，经过三十年苦心经营，于1988年成功布署24颗定位人造卫星，建成GPS系统（全球定位系统英文名“Global Positioning System”的首字母缩写）。这些卫星在地球上方2.2 万km高度的太空运行，均匀分布于六个轨道面，与地球赤道成55°的夹角。今天，无论任何人在任何时刻位于地球上任何一个地点，都可以通过GPS接收机获取GPS卫星发出的定位信号，从而迅速确定自己所在位置的三维立体坐标。

GPS技术具有海、陆、空全方位实时三维导航能力与定位能力，而且GPS技术不受天气、地形、地貌等自然条件的影响。在水工环地质勘察中应用GPS技术，可以大大提高勘察精度，节约勘察时间。

2.3 遥感技术

遥感技术通过无人机、飞机、卫星的遥感器，采集可见光、红外线、微波，并进行提取、判定、加工、处理、分析，从而获取目标地物的详细信息。根据飞行器与地面的高度不同，遥感技术又可分为低空遥感（无人机遥感）、高空遥感（飞机遥感）、航天遥感（卫星遥感）[3]。遥感技术可以进行大面积、大范围的同步观测，获取信息的速度快，周期短，还可以动态反映地物的整体面貌与各种变化。在水工环地质勘察中应用遥感技术，有利于提高勘测质量，并实现连续性动态勘测。

3 探讨水工环地质勘察技术的应用范围

3.1 土地资源利用规划

土地资源利用规划是在一定区域内，根据经济、社会发展的要求与当地自然、经济、社会条件和对该区域土地资源如何开发利用，在空间上、时间上作出的总体的战略性布局与统筹安排。当前，百万人口以上的大城市土地利用已经趋于饱和，土地资源高度稀缺（2016年，深圳每年仅能新增6 km2建设用地）。因此，做好土地资源利用规划已经成为水工环地质勘察的一项重点课题。综合运用GPS技术、遥感技术，可以让勘察单位在最短的时间内完整掌握被勘察土地上地貌、水文、地质条件、土地资源及其分布、利用方式、土地上基础设施状况等方面的详细信息，从而做好超前规划，提高土地资源利用规划的质量[4]。

3.2 地下水动态监测

随着工业生产的发展以及大城市人口的持续增长，国内大城市的用水量也在不断上升（1990年全国城市用水量大约为54 亿m3，2018年全国城市用水量已超过800 亿m3），同时，各大城市的饮用水水质也呈现出恶化之势，一些城市过量开采地下水，还引起了地面沉降等问题。因此，必须加强对地下水的动态监测。综合运用各种水工环勘察技术，可以让有关部门及时掌握地下水水量变化，了解地下水径流、补给与运动规律，并对地下水污染状况进行长期监测，从而加强对地下水资源的管理，科学利用宝贵的地下水资源，并且积极防治地面沉陷。

3.3 地质灾害监测

数十年来，国内采用粗放式模式发展经济，对各种矿产资源、各种能源进行掠夺式开采，造成了许多人为因素产生的地质灾害。目前，仅山西一省，因采煤形成的采空区已超过2 万km2，在采空区上方，却分布着许多高速公路、企业、农村住宅，因采空引起的崩塌、滑坡超过750次[5]。一些地方还出现了地表裂缝、地表崩塌。2019年2月24～25日，四川自贡荣县连续发生三次4级以上地震，也可能与当地开采页岩气有关。因此，必须积极运用多种勘察技术，加强环境地质勘查，主动预防各类地质灾害。

3.4 居民疾病监测

医学专家们经过多年研究发现人体可以发射出光线，医学术语称之为“人体辉光”。而且，人体辉光与人的年龄、健康状况存在着因果性联系，青壮年发光强度比老年人强一倍以上，身体愈强壮、愈健康的人，发光愈强；反之，罹患疾病的人体发出的辉光较为微弱。因此，有专家提出大胆的设想：运用遥感技术对某一地区的居民进行持续监测，专门采集他们发射出来的人体辉光，从而方便医疗部门对当地疾病进行监测。还有专家提出建立大型数据库，储存健康人体辉光的详细数据，一旦遥感监测发现某一地区人群散发的辉光出现病理性变化，便迅速进行识别，提前进行预防性治疗。毫无疑问，专家们的上述设想是大胆的、超前的。虽然这些设想目前还不具备实现的可能性，但应当成为水工环地质勘察未来的一个重要应用领域。

4 结语

随着经济的发展，人们与环境、资源间的关系变得越来越紧张。另一方面，随着科技的升级，水工环地质勘察技术不断取得新的发展。因此，我们应当积极应用先进的水工环地质勘察技术，加强水文、工程、地质环境勘察，为提高人民生活质量不断作出新的贡献。