曹克元

(山西省運(yùn)城市水利勘察院，山西 運(yùn)城 044000)

?

水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法及其發(fā)展研究

曹克元

(山西省運(yùn)城市水利勘察院，山西 運(yùn)城 044000)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)的水利水電工程也得到了空前的加速發(fā)展，水利水電工程關(guān)乎中國(guó)的民生國(guó)計(jì)，而地質(zhì)勘測(cè)是水利水電工程最重要的組成部分，因此在建設(shè)水利水電工程中應(yīng)加強(qiáng)其地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)的方法。由于水利水電工程的地質(zhì)勘測(cè)質(zhì)量會(huì)直接影響其工程建設(shè)的質(zhì)量，與此同時(shí)面對(duì)市場(chǎng)提出越來(lái)越高的水利水電地質(zhì)勘測(cè)的壓力，因此應(yīng)不斷加強(qiáng)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)以及方法，確保水利水電工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

水利水電工程；地質(zhì)勘測(cè)；勘測(cè)方法；GPS；物探技術(shù)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水利水電工程建設(shè)從深到廣再到精度對(duì)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)提出更高的要求，許多傳統(tǒng)的勘測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足目前的工程需要，因此，利用科學(xué)化、創(chuàng)新性的技術(shù)是目前地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)的新發(fā)展，運(yùn)用合理的方法對(duì)水利水電工程進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，對(duì)建設(shè)水利水電工程具有重大的意義。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展以及地理學(xué)等理論的基礎(chǔ)進(jìn)步，推動(dòng)了水利水電工程勘測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，文章就水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)方法的應(yīng)用以及發(fā)展進(jìn)行了探究。

1 利用電子信息科學(xué)技術(shù)

1.1 應(yīng)用GPS全球定位系統(tǒng)

GPS的精確性以及準(zhǔn)確性有效的提高了工作效率，因此我們將GPS技術(shù)運(yùn)用到水利水電地質(zhì)勘測(cè)上，GPS技術(shù)體現(xiàn)在它方便、靈活，應(yīng)用的范圍也變得越來(lái)越廣泛。在水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)中要求的精度越來(lái)越高，而GPS技術(shù)正好可以解決目前的問(wèn)題，利用GPS技術(shù)測(cè)量能夠精準(zhǔn)的測(cè)量空間以及地面的點(diǎn)、線、面三個(gè)要素的相關(guān)信息。

傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)是在觀測(cè)站點(diǎn)與站點(diǎn)之間進(jìn)行勘測(cè)，并且必須具備優(yōu)良的通訊功能，這就限制了觀測(cè)站點(diǎn)之間的建設(shè)問(wèn)題。而使用GPS全球定位系統(tǒng)就不需要觀測(cè)站點(diǎn)之間必須保持較強(qiáng)的通訊功能，所以它操作起來(lái)就更加方便、快捷，提高工作效率。不僅如此，這種勘測(cè)技術(shù)還具有許多的智能功能，因此，極大的提高了勘測(cè)的準(zhǔn)確性、以及長(zhǎng)久性，不再受任何時(shí)間以及空間的限制。

GPS全球定位系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連接，將獲取到的數(shù)據(jù)信息輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)里，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能化的分析，并對(duì)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行妥善的處理。這就能根據(jù)精確的數(shù)據(jù)信息在處理水利水電工程建設(shè)中出現(xiàn)的難題也迎刃而解，特別是在特殊條件下，為了提升數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，應(yīng)用GPS全球定位技術(shù)對(duì)水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)。

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》可以將GPS劃分為AA、A、B、C、D、E六個(gè)等級(jí)，各級(jí)GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度可以用以下式子表示：

(1)

式中：σ為標(biāo)準(zhǔn)差，mm；a為固定誤差，mm；b為比例誤差系數(shù)；d為相鄰點(diǎn)間距離，mm。

上式a、b的取值根據(jù)GPS控制網(wǎng)的精度選擇，精度分級(jí)見表1。

表1 GPS控制網(wǎng)的精度分級(jí)

1.2 應(yīng)用地理信息系統(tǒng)

利用計(jì)算機(jī)的硬件以及軟件的支持，對(duì)地球表層整個(gè)或者部分(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述等等的技術(shù)系統(tǒng)。應(yīng)用GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)，對(duì)水利水電工程建設(shè)的地質(zhì)勘測(cè)的技術(shù)支持，該系統(tǒng)可以對(duì)勘測(cè)地質(zhì)的各種空間數(shù)據(jù)資源信息進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)資源信息與實(shí)踐中的信息進(jìn)行對(duì)比分析以及測(cè)試，通過(guò)不斷的反復(fù)測(cè)試用來(lái)確保測(cè)試的精準(zhǔn)性。

所以，可以利用GIS(地理信息系統(tǒng))對(duì)水利水電工程進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，對(duì)地質(zhì)勘測(cè)中的平面圖、樹狀圖、柱形圖、扇形圖等等類型的圖進(jìn)行精確的繪制，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)地質(zhì)勘測(cè)顯示的相關(guān)圖像以及相關(guān)信息進(jìn)行科學(xué)化、智能化的分析。如利用GIS可以對(duì)滑坡發(fā)育分布圖和坡度圖進(jìn)行疊加求交運(yùn)算，求出各坡度段的滑坡分布面積，下列5個(gè)圖為利用GIS的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

圖1 坡度圖與滑坡分布圖空間疊交分析結(jié)果圖

表2 滑坡分布面積與坡度關(guān)系

圖2 滑坡分布面積與坡度的原始分段分維序列圖

圖3 滑坡分布面積與坡度一階累計(jì)和分段分維序列圖

圖4 滑坡分布面積與坡度二階累計(jì)和分維序列圖

1.3 應(yīng)用遙感技術(shù)(RS)

遙感技術(shù)是應(yīng)用電磁波原理，運(yùn)用傳感器對(duì)各種各樣的遠(yuǎn)距離物體或者目標(biāo)所反射或者輻射的電磁波、可見光、紅外線等信號(hào)進(jìn)行收集、整理、分析，對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)以及識(shí)別，最后形成我們看得見的圖像。該技術(shù)可以在勘測(cè)過(guò)程中對(duì)地面的景觀以及物體進(jìn)行探測(cè)以及識(shí)別智能化技術(shù)。

在水利水電建設(shè)中應(yīng)用RS(遙感技術(shù))不僅能夠促進(jìn)地質(zhì)勘測(cè)精確性的質(zhì)量以及擴(kuò)大勘測(cè)的覆蓋面積，也能夠有效的提高在勘測(cè)過(guò)程中的選線以及選址等工作的質(zhì)量，并且能對(duì)水利水電建設(shè)工作的整體進(jìn)行有效的控制，提升水利水電地質(zhì)勘測(cè)的工作效率。

如在質(zhì)地勘測(cè)過(guò)程中，遇到特殊的地質(zhì)地貌相對(duì)比較復(fù)雜的時(shí)候，相關(guān)的工作人員在進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)時(shí)往往容易忽略一些關(guān)鍵性的問(wèn)題，無(wú)法確保相關(guān)人員的生命安全，造成巨大的損失。

所以，可以將遙感技術(shù)運(yùn)用到一些比較復(fù)雜的地質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)工作，如地震、滑坡、泥石流等等復(fù)雜情況，能有效的提高工作效率。利用電磁波的不同波長(zhǎng)通過(guò)遙感反射的特征圖見圖5。

2 利用物探技術(shù)

為了準(zhǔn)確定位水利水電工程質(zhì)地構(gòu)造的具體位置以及結(jié)構(gòu)深度、廣度等進(jìn)行智能化的評(píng)價(jià)，應(yīng)在水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)中應(yīng)用物探技術(shù)，將要勘測(cè)的區(qū)域位置作為對(duì)象，用勘測(cè)的儀器裝置作為勘測(cè)的載體。該技術(shù)非常適用于對(duì)精度要求較高以及一些特殊條件艱苦的野外勘測(cè)中。

應(yīng)用地球物理層析成像技術(shù)，就是在勘測(cè)的過(guò)程中借助外力然后進(jìn)行接受或者反射的方法，這種方法對(duì)于所產(chǎn)生的波長(zhǎng)進(jìn)行集中化的采集并集中化的處理。

圖5 不同波長(zhǎng)遙感反射特征圖

可以對(duì)收集到的波速值進(jìn)行模擬，構(gòu)建模型，并作為該地區(qū)的推論和探索其穩(wěn)定的程度以及整體的變化趨勢(shì)。

可以高效的、準(zhǔn)確的反應(yīng)水利水電工程建設(shè)施工地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性，并且對(duì)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。三維地質(zhì)建模體現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

3 水土保持與移民安置研究

3.1 水土保持問(wèn)題

在水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)項(xiàng)目中，不可忽視的一點(diǎn)是所測(cè)區(qū)域的土質(zhì)構(gòu)造，由于項(xiàng)目規(guī)模較大，還必須對(duì)所測(cè)區(qū)域進(jìn)行解譯與發(fā)育程度的劃分。在1994年，由長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所承擔(dān)的長(zhǎng)江上游水土保持重點(diǎn)治理區(qū)滑坡、泥石流發(fā)育程度與穩(wěn)態(tài)區(qū)域研究項(xiàng)目中，運(yùn)用TM衛(wèi)片對(duì)隴南、金沙江下游、三峽庫(kù)區(qū)3大片區(qū)土質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行解析，作出了區(qū)劃圖，并針對(duì)不同區(qū)域出現(xiàn)的問(wèn)題制定了相應(yīng)的解決方案。

3.2 移民安置問(wèn)題

從1992年便著手開辦的三峽移民工程，歷經(jīng)18a，至2010年才宣告結(jié)束。近140萬(wàn)的重大移民安置問(wèn)題，是三峽工程面臨的最大困擾，其中16萬(wàn)多移民為了支持國(guó)家水利水電工程項(xiàng)目發(fā)展，甚至遠(yuǎn)赴外省安家。遠(yuǎn)離從小生活的家鄉(xiāng)，會(huì)遇到很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，其中就業(yè)就是一大難題，大部分移民為農(nóng)民，沒有什么專業(yè)技能，國(guó)家為解決移民就業(yè)問(wèn)題，共投資6億資金提供就業(yè)培訓(xùn)。

圖6 三維地質(zhì)建模體現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

4 實(shí)際應(yīng)用案例分析

在我國(guó)新疆地區(qū)的很多水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)中，采用的方法主要有山地勘探、工程鉆探、遙感技術(shù)等，本文主要對(duì)金剛石鉆進(jìn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行合理分析，以了解地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)在水利水電工程中發(fā)揮的重要作用。由于新疆的地理?xiàng)l件比較惡劣，因此，金剛石是水利水電工程施工中經(jīng)常遇見的地質(zhì)情況，需要注重金剛石鉆進(jìn)技術(shù)的合理應(yīng)用，才能真正達(dá)到水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的重要目的。首先，本文施工的區(qū)域范圍內(nèi)，巖石的風(fēng)化程度與開孔鉆頭的選取有直接聯(lián)系，一般此案有的巖心管為0.3～0.5m，在鉆孔深度不斷增加的情況下，可以適當(dāng)增加巖心管的長(zhǎng)度，以消除傾斜情況。目前采用的主要是麻花鉆，在鉆進(jìn)至風(fēng)化巖時(shí)，需要采用短巖心管來(lái)操作，以便將巖粉及時(shí)取出。其次，在綜合分析孔深、孔徑等情況以后，合理確定套管層數(shù)，嚴(yán)禁出現(xiàn)套管彎曲的情況，必須確保各個(gè)連接部分的牢固性。同時(shí)，套管口的封閉需要此案有黏土或水泥，以免巖粉落入套管，從而保證鉆進(jìn)工作正常開展。最后，在正式下鉆時(shí)，必須緩慢進(jìn)過(guò)掉塊、孔口管換徑位置等，如果遇到阻擾情況，必須緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，以免鉆具和地質(zhì)環(huán)境受到極大影響。

綜上所述，水利水電工程建設(shè)地質(zhì)勘測(cè)方法技術(shù)正處于快速發(fā)展的時(shí)代，水利水電工程是加強(qiáng)水利水電資源開發(fā)的重要條件，因此，地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于水利水電工程建設(shè)有非常重要的影響。

[1]詹東.淺談水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法及其發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(11):2896-2898.

[2]阿金.水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(13):556.

[3]鐘國(guó)春.淺析水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊,2013(03):184.

TV221.2

B

1007-7596(2016)08-0035-03

2016-06-24

郭麗(1969-)，女，遼寧綏中人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)田水利、節(jié)水灌溉、水資源論證及調(diào)查評(píng)價(jià)、水利水電工程、水利工程施工、水土保持等。