浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中的应用

摘要：对城市地下水资源调查进行了一定论述，在此基础上，分别从地质结构特征识别、地下水位和水质状况评估以及地下水水文特征分析等方面探讨了浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中的具体应用，并分析了应用过程中的局限性，提出了相应的对策，有助于促进浅表地球物理勘探方法应用的不断深入，进而为城市地下水资源管理工作的全面开展提供准确的数据参考。

关键词：浅表地球物理勘探；城市；地下水资源；调查

一、前言

随着人口的增加和城市发展的持续推进，地下水资源的供应与需求之间的平衡关系变得愈加紧张。为了有效解决城市地下水资源的管理与保护问题，浅表地球物理勘探方法成为一种有效的调查手段。浅表地球物理勘探技术，如电阻率法、地震勘探、地电阻法等，具有成本低、操作便捷、数据获取快速等优点，在城市地下水资源调查中发挥着重要作用，不仅可以快速获取地下水文地质信息，评估地下水位和水质状况，还能分析地下水水文特征和储层结构，为城市地下水资源的科学管理和合理利用提供可靠的数据支持。然而，这些方法在应用过程中也面临着一些挑战和限制，如城市环境下的干扰因素、数据处理的复杂性等。因此，深入研究浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中的应用，不仅可以加深对城市地下水资源分布和特征的认识，还能为城市地下水资源的合理开发和保护提供科学依据。

二、城市地下水资源调查概述

（一）城市地下水资源的重要性

地下水资源在城市发展和居民工作生活中具有不可替代的地位。第一，城市地下水资源是城市供水系统的重要补充。在城市供水紧张或水源短缺的情况下，地下水可以作为备用水源供水，保障城市居民的正常生活用水需求。地下水作为补充水源，具有稳定性高、水质较好等优势，可以为城市供水系统提供可靠的支持。第二，地下水资源在工业生产中具有广泛的应用。例如，地下水可以用于工业生产中的冷却、清洗等环节，为城市工业发展提供了必要的水资源支持。许多工业企业对水资源的需求量较大，而地下水资源的利用可以满足企业生产对水资源的需求，降低了对地表水资源的依赖程度，同时也有助于减少对地表水资源的竞争和压力。第三，地下水资源在农业生产中也发挥着重要作用。地下水可以用于灌溉农田，促进农业生产的增产增效。特别是在干旱地区或者水资源匮乏地区，地下水的利用可以有效地解决农业灌溉的问题，提高农作物的产量和质量，保障农民的生计和国家粮食安全。同时，地下水的利用还能够实现农业水资源的合理配置，提高水资源利用效率，推动农业现代化发展。

（二）调查目标和需求

第一，明确城市地下水资源的分布情况和储量状况，了解地下水资源的空间分布特征和储量分布规律，以便合理规划和利用地下水资源。第二，评估地下水资源的水质状况，包括水源的被污染程度、水质的稳定性以及对周边环境的影响等方面，以保障城市地下水资源的可持续利用。第三，了解地下水的补给源和补给途径，掌握地下水的补给来源和补给方式，为地下水资源的保护和管理提供科学依据。第四，研究地下水的运移规律和地下水与地表水的关系，深入分析地下水的流动方向、速度和流域范围，以及地下水与地表水之间的相互影响，为城市地下水资源的管理和保护提供科学依据。

（三）现有调查方法的局限性

第一，传统的地下水调查方法主要依赖于钻孔观测和取样分析，这种方法耗时耗力、成本较高，且无法全面覆盖城市范围，导致调查结果可能存在局限性和不确定性。第二，传统调查方法难以全面评估地下水资源的水质状况和运移规律，无法提供对地下水资源的全面了解。第三，传统调查方法往往仅关注地下水资源的数量和质量，忽视了地下水与地表水和土地利用等环境要素之间的相互影响，使得调查结果的科学性和准确性受到一定影响。第四，由于城市地下水资源调查涉及多个学科领域和专业技术，传统调查方法往往缺乏综合性和系统性，难以全面解决城市地下水资源调查中的复杂问题[1]。

三、浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中的具体应用

（一）地质结构特征识别

通过浅表地球物理勘探技术，如地电法、电磁法等，可以获取地下水文地质信息，进而识别地下水资源分布和形成的地质结构特征。地电法通过测量地下电阻率变化来推断地下不同地质单元的界面，如岩石与含水层之间的界面，从而识别地下地质结构的层理和分布情况。电磁法则利用地下介质的电磁响应特性，推断地下不同地质单元的分布和性质。这些地球物理勘探技术能够在地下水资源调查中获取地质结构的相关信息，如地下岩层的分布、厚度、倾角等，进而帮助了解地下水资源的分布规律和地下水补给的途径。地质结构特征识别为城市地下水资源调查提供了重要的数据支持，为科学合理地利用地下水资源提供了重要的依据[2]。

（二）地下水位和水质状况评估

1.地下水位调查与监测

通过浅表地球物理勘探技术，如地电法和重力法，可以快速准确地获取地下水位信息。地电法可以通过测量地下水位与地表之间的电阻率差异来推断地下水位的深度和分布情况，而重力法则是通过测量地下水对地球引起的重力异常来估计地下水位，这些技术具有高效、实时性强、成本低等特点，能够为城市地下水位调查提供重要支持。通过持续的地下水位监测，可以及时了解地下水位的变化趋势和季节性变化规律，为城市地下水资源的合理利用和管理提供科学依据。同时，地下水位调查与监测也是评估地下水资源储量、补给和利用潜力的重要手段，为城市地下水资源的可持续开发和管理提供必要的技术支持。

2.地下水水质分析与评价

通过地下水取样和水质分析，可以评估地下水的化学成分、污染物含量以及水质状况。浅表地球物理勘探方法可以辅助确定合适的取样点位置，并提供有关地下水运移和补给来源的信息。在取得地下水样品后，可以利用化学分析方法对水样进行检测，以评估水质是否符合饮用水、工业用水等不同用途的标准要求。水质评价结果可以反映地下水受到的污染程度和污染源类型，为城市地下水资源的保护和管理提供科学依据。同时，地下水水质分析也有助于识别地下水中的污染物种类和浓度分布，为制定有效的水质治理措施提供参考。

（三）地下水水文特征分析

1.地下水补给源分析

通过地下水补给源分析，可以确定地下水的补给来源及其路径，进而全面了解地下水资源的补给机制和补给途径。浅表地球物理勘探方法可以通过电阻率法、地电法等技术获取地下水补给源区的地质结构信息，并结合地下水位、地形地貌、水文地质等数据，分析地下水补给源的位置和规模。例如，电阻率法可以通过测量地下电阻率的变化来识别含水层和非含水层的边界，从而确定地下水补给区的位置。地电法则可以通过测量地下电场的分布情况来推断地下水运移路径和补给途径。这些技术的应用可以为城市地下水资源的合理开发和保护提供重要依据，帮助制定科学的地下水资源管理策略。

2.地下水运移规律研究

地下水运移规律研究旨在揭示地下水在地下介质中的流动特征和规律，包括地下水的流动速度、流向、输运方式等方面的信息。浅表地球物理勘探方法可以通过电阻率法、地电法等技术获取与地下水运移规律相关的数据。例如，电阻率法可以检测地下水流动路径上的地下介质性质变化，帮助确定地下水流动的主导方向和路径；地电法则可以通过测量地下电场的分布情况来推断地下水的流速和流向。同时，地下水位调查与监测也是研究地下水运移规律的重要手段之一，通过对地下水位变化的监测和分析，可以了解地下水的流动速度和流向，进而揭示地下水的运移规律。地下水运移规律研究的结果对于合理评估地下水资源的补给和衰减过程，指导地下水资源的开发和管理具有重要意义。

（四）地下水储层结构识别

1.地下水含水层结构解释

浅表地球物理勘探方法可用于获取地下水含水层的结构信息，帮助解释地下水储层的分布、厚度和性质等。通过地球物理勘探技术，如地电法和电磁法，可以获取地下水含水层的电性和电磁性特征。这些特征与地下水含水层的性质和结构密切相关，如含水层的厚度、孔隙度、渗透性等。通过分析地下水含水层的电性和电磁性数据，可以推断含水层的分布范围和储集条件，从而识别地下水储层的结构。此外，地下水含水层结构的解释还可以结合地质资料、地下水位监测资料等多源数据，进行综合分析和解释，进一步提高对地下水储层结构的认识和理解。地下水含水层结构的解释对于评估地下水资源的蕴藏量、可利用性以及地下水运移特征具有重要意义，为城市地下水资源的开发和利用提供科学依据和技术支持。

2.地下水储层性质分析

通过地球物理勘探方法，如地电法、电磁法等技术获取的地质和水文地球物理参数，可以用于对地下水储层的性质进行分析和评价。地下水储层性质分析主要包括地下水储层的孔隙结构、渗透性、含水率等关键参数的评估。利用地球物理勘探数据，可以推断地下水储层的孔隙度大小、孔隙结构的连通性，以及渗透性的大小。分析这些参数可以帮助评估地下水储层的储水能力、传递能力和补给能力，从而对地下水资源的开发潜力和可利用性进行评估。同时，地下水储层性质分析还可以结合其他数据，如岩心分析、水质监测等，进行综合分析和解释，更准确地评价地下水储层的性质和特征。地下水储层性质分析的结果对于制定地下水资源的合理开发方案、优化地下水开采工艺和管理措施具有重要意义，有助于实现地下水资源的有效利用和可持续发展[3]。

四、浅表地球物理勘探方法应用中的局限性与对策

（一）城市环境下的干扰因素

城市环境下存在许多干扰因素，这些因素可能影响地下水资源调查方法的准确性和可靠性。地下管线的存在会干扰地球物理勘探设备的工作，导致数据采集的不完整和不准确。同时，城市中的地下建筑物和基础设施也可能对勘探设备产生信号反射或衰减，使得数据解释变得复杂和困难。此外，城市地表活动频繁，如车辆行驶、建筑施工等，可能引起地面振动，进而影响地下水位的稳定性和地下水运移规律的研究。

针对这些干扰因素，可以采取以下措施。第一，通过提前调查和记录地下管线和建筑物的位置，可以避免勘探设备与其发生碰撞，减少数据采集过程中的干扰。第二，采用高精度的勘探设备和数据处理技术，可以提高数据的质量和分辨率，从而更准确地获取地下水资源信息。在数据处理过程中，利用地球物理模型和数值模拟方法，对干扰因素进行模拟和剔除，以获得更准确的地下水资源信息[4]。

（二）数据处理和解释的复杂性

城市地下水系统通常受到多种因素的影响，如地质构造复杂程度、地下水运移规律不确定等，导致采集的地球物理数据可能具有较高的复杂性和多样性。这些数据需要经过复杂的处理和解释过程，才能准确地反映地下水资源的分布、含量和运移规律。然而，现有的数据处理和解释方法往往存在一定的局限性，如需要大量的人力物力投入、计算时间较长、结果不稳定等问题。

针对这些局限性，可以采取以下措施。第一，借助先进的计算机技术和数据处理软件，提高数据处理的效率和精度，减少人工干预的影响。第二，建立多种数据处理和解释方法的综合模型，综合利用不同方法的优势，从而提高数据处理和解释的准确性和可靠性。第三，加强对地下水系统的物理模拟和数值模拟研究，可以更好地理解地下水系统的复杂性和规律性，为数据处理和解释提供更为科学的依据[5]。

五、结语

综上所述，浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中具有非常重要的现实意义。但是，城市地下结构复杂，地下水运移规律受到地质构造、地下建筑物、管网等因素的影响，给浅表地球物理勘探带来了一定的困难。未来还需要进一步发展数据处理和解释技术，加强多学科融合与综合应用，推动浅表地球物理勘探方法在城市地下水资源调查中的有效应用。

参考文献

[1]闫子晗.基于环境地球物理技术的地下水铬污染场地精细刻画研究[D].长春：吉林大学，2022.

[2]张福彬.综合地球物理测井参数评价地下水方法研究[J].工程地球物理学报，2021，18（05）：687-693.

[3]刘锋.基于地球物理及水文地球化学方法的岩溶地下水系统识别与水源保护[D].成都：西南交通大学，2021.

[4]刘陈龙，罗华国，王祖宽.地球物理方法在地下水勘查中的应用[J].冶金管理，2021（15）：80-81.

[5]赵燕.我国地下水地球物理勘查中的问题分析与对策研究[J].中国战略新兴产业，2018（44）：98.

作者单位：中电建江苏勘测设计研究院有限公司

责任编辑：张津平、尚丹