我国水工环地质现状及发展趋势的办法

龙绍峰　张艺

【摘 要】 人类社会和经济的发展逐渐使得当前水工环地质工作难以满足其实际需求，这也给水工环地质工作者提出了严峻的挑战。本文从介绍当代我国水工环地质工作的发展和研究现状入手，分析其不足之处，并基于此分析，探讨了水工环地质工作的发展趋势以及未来的发展重点方向，以此引起相关研究人员的关注。

【关键词】 水工环地质 GIS 电法 灾害地质

从整体上来看，地质工作主要由水文地质、工程地质和环境地质工作三部分组成，这三部分对人类生存和社会的发展息息相关，因而倍受关注。我国的水文、工程、环境地质（简称水工环地质）的物探研究工作始于上世纪五十年代初，当时工作的特点是工作队伍规模小、涉及工程项目数量少、对社会发展作用有限；在六七十年代，水文、工程地质的物探逐渐成熟，特别是在工交系统、农业领域、商业发展至文化系统等都直接或间接的广泛使用相关的物探方法进行水文、工程地质调查和研究以及考古发掘工作的指导。从八十年代至今，随着我国改革开放的步伐逐渐加快以及经济建设的巨大发展，水工环地质技术也得到了蓬勃发展，并取得了瞩目的成绩。

在全球人口数量激增和自然资源极为有限的当今，我国正面临着有限的水资源与人口数量迅速增长、国民服务建设良性循环之间的供需矛盾，也是当今水工环地质在新的时代背景下面临的全新的挑战和前所未见的发展机遇。

1 水工环地质物探技术发展现状

1.1 基于GIS技术的水文地质空间信息系统应用

在空间数据方面，GIS具有存储、管理、分析和再现功能等特点，这使得GIS（地理信息系统）的应用在近年来成为水文地质物探的热点。由于地下水系统在环境方面的复杂性，一般来说，商业性质的GIS系统软件仅有的查询和空间分析功能远远不能满足水文地质物探的探知和分析需要，可以说商业性的GIS系统在水文地质的物探方面大受限制。然而由长安大学的孔金玲和王文科等人，在基于ARC/INFO平台，以水文地质空间数据库为基础，并以应用模型为支撑，开发了适用于水文地质的GIS系统，在理论上解决上述问题。

其方法的基本思路为：以水文地质的实际应用为基础，建立水文地质空间数据库，融合水文地质要素解析、地下水量计算和评估、水动力数值模拟等分析模型，构成一种综合的应用模型体系结构。同时，基于GIS（地理信息系统）技术，开发以水文空间数据为基础，结合已有的综合应用模型体系并以此为支撑，在实际的地下水勘察资料上，对该系统的适用性、功能性和平稳性进行验证。

1.2 电法在水工环地质物探方面的大量运用

随着电测探法（简称“电法”）技术的成熟应用，电法已经广泛的应用于当今的水工环地质勘测工作中，并取得了良好的应用效果。具体表现为：一是有效的控制了水工环地质的勘察成本，同时也缩短了勘察的周期，提高了水工环地质工作的效率；二是很好的适应了现代化社会的经济发展需求，对水工环地质勘察的应用水平和质量方面得到了有效的保障。可以预见，随着电法技术的不断完善和成熟，电法测量技术将应用到社会发展的各大领域，并对相应领域的发展起到推波助澜的作用。

在现代化的水工环地质工作中，常见的电法有高密度电法、频谱激电法（SIP）、瞬变电磁法（TEM）和可控源音频大地电磁法（CSATM）等，其中高密度电法由于其数据采集密度大，断面电性异常的形态反映直观等优势而应用最广泛。

1.3 数值分析技术

在计算机技术高速发展的今天，大量的数值分析模拟技术应用于水工环地质的模拟计算当中。以求解水文地质参数的配线法为例，在计算机数值分析技术的辅助下，可以便利的完成多个时段的求解优化，与传统的方法相比，不仅很大程度上减轻的工作量，还大大的提高了计算精度。Aquifertest软件作为在求解水文地质参数软件方面的代表，该软件在水文地质的抽水试验资料分析和数据处理及求取参数方面具有优势，还可以在较短的时间内有效的完成对信息资料的更多、更全面的分析和处理。需要说明的是，Aquifertest软件通常默认是采用Theis配线法对水文地质参数进行计算求取的。

与此同时，在水文地质工作中，由于恢复水位数据与不抽水试验过程中的水跃值和三维流之间的作用影响不大，为了提高含水层信息的准确性，在求取水文地质参数工作中，往往使用水位恢复数据，这在理论上也是可靠的，同时，使用全程曲线拟合法进行资料的复核和辅助求解，其效果也较为理想。

2 水工环地质工作的发展趋势

2.1 以地下水勘察的水资源调查工作为重心，完善地下水相关的其他工作

我国是一个极度缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均水资源占有量的25%，同时，我国也是一个水资源分布极其不均匀的国家，整体上呈现“南多北少”的局面，这给水资源的开发利用带来的困难。与此同时，我国又是一个人口大国和经济大国，人民的生活和经济的发展离不开水，为此，对水资源的开发和利用显得尤为重要。一些北方工农业发达地区和沿海城市都面临着水资源紧缺，地质生态环境快速恶化的问题，这些问题也制约了该地区的经济发展。

2.2 沿海地区地质环境的综合勘察

沿海地区一直是我国经济的排头兵和先锋者，这些地区人口密集、各种产业发达，然而由于沿海地区复杂的地质环境，在一定程度上不利于社会经济的发展和资源开发利用。从目前调查研究来看，沿海地区主要的地质环境问题有：湖泊淤积、岸线坍塌、水环境破坏和污染、海岸线土质和水质侵蚀、地面沉降等。以环渤海沿海地区为例，该地区由于复杂的地质条件，如今面临着海水倒灌滨海含水层、海岸线土质侵蚀、水环境恶化和水资源短缺等地质环境问题。为此，沿海地区地质环境的综合勘察关系到我国经济是否能可持续健康发展的重大问题。

3 水工环地质未来的研究方向

3.1 灾害地质过程理论体系的研究

灾害地质过程主要研究方向为非线性及全息预报系统理论，其研究重点应为崩滑地质灾害的过程机理和非线性预测理论。其主要思路为，以系统、信息工程为基础，考虑地质体结构和信息源的多元性和复杂性，在充分考虑其发出各种信息的发生概率情况下，利用信息工程技术对复杂信息源进行过滤分析处理，再结合传统的预测方法和非线性理论等技术，建立起适合于灾害性地质过程的全息预报系统体系。

3.2 防灾理论—地质灾害过程仿真模拟及评价

防灾理论—地质灾害过程仿真模拟的关键技术在于复杂地质结构的三维定义和描述、复杂介质架构模型以及灾害地质过程的动力仿真模拟，防灾减灾工程的模式和动态优化技术以及全息成像技术的实现。

参考文献：

[1]孔金玲，王文科，等.基于GIS的水文地质空间信息系统研究与应用[J].地理与地理信息科学，2013（21）.

[2]芦跃峰.电法在水工环地质勘察应用中的认识[J].黑龙江科技，2014（6）.

[3]陈政治.当代水工环地质及岩土工程理论体系应用与发展[J].工程勘察，2013（1）.