水工环地质在地质灾害治理中的应用策略分析

谭希鹏 崔恒 吴业聃

摘要：本文首先介绍了常见的地质灾害，如滑坡、泥石流、地面沉降等，随后概述了地质雷达技术、瞬变电磁法、遥感技术、三维激光扫描技术和GPS-RTK技术等水工环地质技术在地质灾害治理中的应用策略，最后结合工作经验，提出了做好工程地质环境的勘测、重视水工环地质勘察队伍建设等保障水工环地质调查工作顺利开展的建议，为提高地质灾害预防与治理成效提供了一定的借鉴。

关键词：水工环地质  瞬变电磁法  地质灾害  三维激光扫描

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

水工环地质调查是对水文地质、工程地质、环境地质进行调查作业的统称。在野外工程建设中，各类地质灾害不仅直接影响工程质量，而且也會对正在施工作业的人员构成安全威胁。为了了解地质灾害的类型，制定行之有效的防治措施，必须要借助于水工环地质调查技术，对工程所在地区的地层岩性、岩体天然应力状态、水文地质条件、周边环境等展开全面调查，在收集相关资料的基础上采取措施，降低地质灾害的发生率，控制地质灾害的危害后果。

1 常见地质灾害类型

1.1危岩和崩塌

危岩是指山坡上松动、开裂，随时可能掉落的岩石。岩块、土体在重力作用、风化作用、振动作用的影响下，突然掉落沿着坡面向下滚动的现象，即为崩塌。根据崩塌体的不同，如果以土质为主，则为土崩;如果以岩石为主，则为岩崩。崩塌多发生于倾斜度在60°以上的坡体上。

1.2滑坡与泥石流

滑坡与泥石流是山区比较常见的地质灾害类型。尤其是在地形比较陡峭，坡体植被稀疏的情况下，如果遇到持续性的强降雨，容易出现严重的水土流失现象，进而引起坡体滑塌，形成泥石流。由于滑坡和泥石流都具有突发性，并且存在流速快、流量大等特性，会对坡脚公路、建筑物等造成巨大损失[1]。除了自然因素外，不合理的施工作业破坏原有的岩层结构，也会增加山体滑坡的概率。

1.3地面沉降

在矿区及周边一定范围内，由于地下存在大量的采空区，在受到地面较大压力，或者地面积水浸泡后，容易出现地面塌陷、沉降的地质灾害。另外，在工业园区附近，大量抽吸地下水，会形成区域性降落漏斗，也是导致地面缓慢沉降的常见原因。在工程建设中，地面沉降会导致地基失稳，上部建筑物也会发生歪斜，严重影响构筑物的结构稳定和质量安全。

2 水工环地质在地质灾害治理中的应用策略

2.1地质雷达技术的应用

该技术中核心设备是雷达仪，将雷达仪放置在待测区域的地面上，利用雷达仪的发射天线，对地发射高频窄脉冲电磁波（100～1000MHz）。电磁波具有很强的穿透力，能够到达地下一定深度。在接触到介质后电磁波会发生反射，重新从地下传导至地面。这时布置在地面距离雷达仪一定距离的接收机，能够捕捉反射波信号[2]。利用时域接收机对电磁波信号进行降噪等处理后，将其转化为计算机可识别的数据，利用计算机软件进行分析，并生成地质图像，地质雷达技术原理如图1所示。

地质雷达技术在地质灾害治理中的应用优势，主要体现在以下几点。第一，穿透力强，可进行深部地质结构的探测;同时，电磁波在地层中传导时，不容易出现损耗，因此可以保证较高的勘测精度。第二，地质雷达仪布置在地面，操作较为简便，且能够灵活移动，从而满足野外地质调查的需求。当然，地质雷达技术也有自身的缺陷，如电磁波在传导过程中，容易受到磁场的干扰，如果磁场紊乱，雷达仪的勘测精度也会受到影响。

2.2瞬变电磁法的应用

该方法与地质雷达技术在探测原理上有一定的相似性，利用接地线源向待测区域的地下发射一次脉冲磁场。在一次脉冲磁场间歇期间，利用接地电极观测二次涡流场，从而计算出介质电阻率，并通过电阻率推测出岩土结构。瞬变电磁法在地质灾害治理中有诸多应用优势，例如不受地形地貌的影响，在野外复杂地质环境下进行地质探测，具有较强的适用性。还有就是可使用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，分辨精度高。由于瞬变电磁法本质上也属于一种基于电磁场的探测技术，因此仍然无法避免地磁干扰的影响[3]。

2.3遥感技术的应用

上文所述的地质雷达技术、瞬变电磁法，都是面向地下岩土结构、岩性特征的探测技术。而地质灾害治理中，还需要了解地面信息，包括地表植被分布、地表河流走向、地质灾害的发育情况等。在获取地面信息时，通常会使用到遥感（RS）技术。遥感技术能够进行大范围的地面信息探测，可以较为全面地反映出地质灾害区域的地形地貌、形态结构，并且通过结构、规模、色调等影响信息，推测出地质灾害的发生原因，评估地质灾害造成的损失，甚至能够对地質灾害的发育进行预测[4]。例如，在山区发生泥石流灾害后，利用遥感技术不精能够直观地呈现泥石流的影响范围，还能动态观测泥石流的流动方向，进而推测出未来一段时间内泥石流的影响范围，进而为地质灾害的治理和预警提供了帮助。

2.4三维激光扫描技术的应用

以往的地质灾害探测技术，基于探测数据、信息，只能绘制出二维平面图。图像上能够展示的信息有限，不利于技术人员全面掌握地质灾害信息。相比之下，三维激光扫描技术则能够在扫描获取探测区域水工环地质信息的基础上，自动建立一个三维影像模型。三维激光扫描系统的结构组成如图2所示。

从实际应用效果来看，三维激光扫描技术的优势在于对于地质灾害信息的呈现更加立体和丰富，并且由于可以实时获取地质信息，因此做到了对三维模型的动态更新，实现地质灾害信息的跟踪检测。这样就能让技术人员对探测区域内地质灾害的变化趋势有一个全面地掌握。此外，三维激光扫描技术获取的数据精度较高，可以呈现出地表细微变化，为地质灾害治理提供了有价值的参考。

2.5 GPS-RTK技术的应用

GPS（全球定位系统）可以实现对易发生灾害地区的动态监测，或者在地质灾害发生以后，进行精确定位。尤其是在一些偏远山区，发生地质灾害后可以利用GPS技术进行预警，对周边群众进行及时疏散。GPS-RTK技术是在GPS基础上，基于载波相位差分原理发展而来的一种新型高精度测量技术，其测量精度可以达到厘米级[5]。GPS-RTK系统由基准站、数据通信装置、用户数据系统、管理控制中心等模块组成，可以实现对待测区域的全天候、自动化监测，真正实现了无人值守。目前，GPS-RTK除了在地质灾害预警与治理中发挥突出作用外，在地面环境监测与保护等方面也有重要的应用价值。

3 地质灾害治理中应用水工环地质的保障措施

3.1做好工程地质环境的勘测

在水工环地质调查技术的推广应用中，为了达到理想的调查效果及切实防止地质灾害，还需要提前做好工程地质环境的勘测，并基于勘测结果提前编制水工环地质调查作业方案。在地质灾害易发生区域，通常具有山体陡峭、地形复杂，并且存在一定危险性的特点。提前开展工程范围内及周边一定区域的环境调查，能够为选择合适的水工环地质调查技术提供依据。例如在一些植被茂密、地形崎岖的山区，不适合布置地质雷达仪，很难埋设不接地回线，这也就意味着地质雷达技术、瞬变电磁法均不适合使用。相应地，遥感技术或GPS-RTK技术则不受地形影响，可以在地质灾害治理中发挥良好的应用;同样，提前了解工程地质环境，对保障野外勘察人员的安全也有积极帮助，必须要引起重视。

3.2重视水工环地质勘察队伍建设

现阶段地质灾害治理中可以选择的水工环地质调查技术有多种，除了本文介绍的瞬变电磁法、GPS-RTK技术等，像物探技术、WebGIS技术等，也都有着广泛的应用。因此，对于从事水工环地质勘察工作的技术人员来说，必须要尽可能地掌握多种技术的操作方法，了解其优缺点及适用范围，这样才能在野外勘察作业和地质灾害治理中，真正发挥水工环地质调查的应用价值[6]。近年来，大数据、云计算等技术与水工环地质技术的融合日益密切，如中国地质调查局推出的“地质云2.0”，为水工环地质调查向信息化、智能化方向发展提供了有力的支持，这也需要技术人员不断创新思维、更新知识、学习技能，才能适应新时期水工环地质调查技术发展和应用的要求。

4结语

预防和治理地质灾害，对保护生态环境和群众财产安全有积极影响。将水工环地质调查技术应用到地质灾害治理中，能够明确灾害形成原因，评估灾害造成损失，预测灾害未来发展趋势。目前，可供选择的水工环地质调查技术有GPS-RTK、WebGIS及地质雷达技术等多种，合理应用这些技术可以将地质灾害带来的负面影响降到最低。

参考文献

[1]沈春强，周彤，王毅，等.浅析矿山水工环地质灾害危险性评估对策[J].世界有色金属，2020（3）：131-132.

[2]邱继斌. 地灾防治项目治理阶段的风险管理研究[D].重庆：重庆交通大学，2018.

[3]裴蓓，王矗.矿山水工环地质灾害危险性评估方法研究[J].世界有色金属，2020（2）：233-234.

[4]安树隆.水工环地质在地质灾害治理中的应用策略分析[J].华北自然资源，2021（4）：114-115.

[5]李元伟，赵越，王勇.水工环地质在地质灾害治理中的应用策略分析[J].世界有色金属，2019（22）：131-132.

[6]臧梓涵.地质灾害治理项目评价研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2019.

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