郎永彪，鄭 鄖，金 偉，穆彥虎，柴明堂

(1.青海省水利水電勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司, 西寧 810001; 2.長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430010；3.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000)

1 研究背景

凍土是指溫度低于0 ℃且含有冰的巖土體，一般可按凍結(jié)時(shí)長分為短時(shí)凍土、季節(jié)凍土和多年凍土。在我國，多年凍土分布面積約占國土面積的22.4%，主要分布于東北大小興安嶺地區(qū)、西部的高山區(qū)以及青藏高原[1]。青藏高原多年凍土分布面積達(dá)1.5×106km2[2]，但與極地多年凍土相比厚度薄、地溫高，因此對(duì)于氣候變化和人類工程活動(dòng)的敏感性更強(qiáng)[3-4]。青藏高原也是我國湖泊分布的集中區(qū)域之一[5]。近年來，受區(qū)域氣候持續(xù)暖濕化趨勢影響，青藏高原湖泊發(fā)育環(huán)境發(fā)生了顯著的變化，湖泊數(shù)量和面積的增加趨勢十分明顯[6-7], 由此導(dǎo)致湖岸潰決、湖水外溢等水患事件頻發(fā)[8-10]。當(dāng)此類水患威脅到人民生命財(cái)產(chǎn)安全和重大工程設(shè)施時(shí)，需要通過引流疏導(dǎo)工程將外溢湖水有序、可控地引流至下游安全區(qū)域。

在多年凍土區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須考慮多年凍土的環(huán)境要素敏感性和工程性質(zhì)復(fù)雜性[11]。作為一種特殊地質(zhì)體，多年凍土是在地質(zhì)歷史和氣候變遷背景下受區(qū)域地理環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、水文和植被特征等因素共同影響、通過地-氣間物質(zhì)與能量交換發(fā)育而成的[12]。因此，多年凍土的空間分布和水、熱特征在受區(qū)域氣候背景控制的同時(shí)，又受到地形、地貌、植被、水體(包括地表與地下)等局地要素的顯著影響[13-15]。同時(shí)，作為一種特殊巖土體，凍土是由礦物顆粒、冰、未凍水和氣體組成的四相體材料。由于冰、水兩相間的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化和平衡過程，凍土的物理、力學(xué)、水力學(xué)等性質(zhì)與溫度狀況密切相關(guān)，工程特性較常規(guī)巖土復(fù)雜[16]。然而，在多年凍土區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，將不可避免地改變上述局地要素，打破原有的地-氣能量平衡，引發(fā)局地多年凍土空間分布和水、熱狀況的顯著改變[17]。工程活動(dòng)對(duì)多年凍土不可避免產(chǎn)生擾動(dòng)，可引發(fā)熱融沉陷、熱融滑塌、冰錐、冰幔、凍脹丘等凍融災(zāi)害，以及由凍脹、融沉等過程所引發(fā)的系列工程病害，進(jìn)而威脅到工程構(gòu)筑物的長期穩(wěn)定和安全運(yùn)營，尤其在氣候變暖背景下上述凍融災(zāi)/病害問題更加顯著[18-23]。因此，在與人類工程活動(dòng)的相互作用過程中，凍土地質(zhì)環(huán)境諸要素受到工程活動(dòng)的影響更加顯著，產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)更加復(fù)雜深遠(yuǎn)。反過來，工程活動(dòng)也受到凍土地質(zhì)環(huán)境更加嚴(yán)格甚至苛刻的制約。

對(duì)于多年凍土區(qū)工程而言，長期系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測工作十分必要，是研究工程活動(dòng)與多年凍土相互作用的基礎(chǔ)，是工程活動(dòng)環(huán)境效應(yīng)評(píng)估、工程結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、后期科學(xué)維護(hù)補(bǔ)強(qiáng)的依據(jù)[4,24]。目前，我國科研技術(shù)人員圍繞多年凍土區(qū)重大工程建設(shè)開展了大量系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測工作，尤其在道路工程建設(shè)方面[25-28]。然而，由于缺乏相關(guān)工程實(shí)踐，關(guān)于多年凍土區(qū)水利工程監(jiān)測研究目前尚屬空白。為此，本文以青藏高原可可西里鹽湖為例，基于現(xiàn)有多年凍土監(jiān)測技術(shù)手段，結(jié)合區(qū)域內(nèi)多年凍土特征以及引流疏導(dǎo)工程特性，提出了多年凍土空間分布與水熱狀況時(shí)空演化過程、地表變形與構(gòu)筑物長期穩(wěn)定性以及次生凍融災(zāi)害發(fā)育的立體監(jiān)測研究方法。通過該方法，可為科學(xué)評(píng)估高原湖泊引流疏導(dǎo)工程對(duì)區(qū)域多年凍土及凍土環(huán)境的影響提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，目前世界范圍內(nèi)的多年凍土區(qū)工程建設(shè)主要集中在交通、工業(yè)與民用建筑、能源管線等領(lǐng)域，而水利工程較少涉及。因此，結(jié)合此次鹽湖引流工程的實(shí)施，進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的現(xiàn)場監(jiān)測工作，可為未來我國多年凍土區(qū)水利工程的建設(shè)與維護(hù)提供重要參考。

2 多年凍土勘查監(jiān)測方法

通過科學(xué)細(xì)致的現(xiàn)場勘查和監(jiān)測，準(zhǔn)確獲取和預(yù)報(bào)工程活動(dòng)范圍內(nèi)多年凍土的空間分布、熱狀況、活動(dòng)層季節(jié)凍融過程以及相關(guān)冷生現(xiàn)象與過程等凍土工程地質(zhì)條件，是建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則確定、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型和地基處理技術(shù)選取的重要前提和依據(jù)[29]。而在上述諸多勘察監(jiān)測要素中，“溫度”和“含冰量”是體現(xiàn)和把握多年凍土特殊性的關(guān)鍵，是地基承載力評(píng)估、強(qiáng)度確定以及沉降分析的根本，因此必須在現(xiàn)場勘察與后期監(jiān)測工作中重點(diǎn)關(guān)注。

目前，多年凍土的勘探技術(shù)方法主要包括常規(guī)的地質(zhì)勘探和地球物理勘探。地質(zhì)勘探包括鉆探、坑探、井探、槽探等。其中，鉆探和坑探較為常用，是必要且直接的多年凍土勘查手段。鉆探的主要目的在于確定多年凍土存在與否，多年凍土上、下限埋深、多年凍土的地溫、含冰狀況、巖性以及結(jié)構(gòu)。所獲得的巖芯可通過低溫運(yùn)輸至相關(guān)實(shí)驗(yàn)室后，開展原狀凍土試樣物理力學(xué)性質(zhì)的測定。同時(shí)，鉆孔成孔后，可通過溫度、水分、孔隙水壓力等傳感器的布設(shè)，開展多年凍土水、熱狀況的長期連續(xù)觀測，獲得高精度和長序列的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，用于科學(xué)評(píng)估工程活動(dòng)對(duì)多年凍土空間分布和水熱狀況的影響?？犹降闹饕康脑谟讷@取活動(dòng)層埋深及活動(dòng)層范圍內(nèi)土壤基本性質(zhì)等資料。

地球物理勘探具有速度快、成本低、剖面布設(shè)靈活可變、勘查手段多樣、剖面資料連續(xù)等諸多優(yōu)點(diǎn)[30]。多年凍土的物性參數(shù)會(huì)隨著凍融狀態(tài)、地溫狀況及地下冰含量等條件差異而發(fā)生顯著的改變，這為地球物理勘探在多年凍土勘查中的應(yīng)用提供了有利的物理?xiàng)l件。其中，凍土的電阻率和介電常數(shù)隨著上述條件的改變變化顯著，因此高密度電法和探地雷達(dá)在多年凍土勘查以及相關(guān)研究工作中具有明顯的優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景[31-32]。高密度電法通過考察地層土體電阻率的變化進(jìn)而達(dá)到凍土勘查的目的，可以較好地獲得多年凍土上限、地下冰分布情況以及凍土厚度等方面的信息。探地雷達(dá)通過發(fā)生高頻電磁波，根據(jù)具有不同介電常數(shù)地層的反射，進(jìn)而獲得高分辨率的地層剖面圖，在多年凍土區(qū)與融區(qū)界面劃分、動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)層季節(jié)凍融過程，以及多年凍土上限位置的識(shí)別和確定等方面具有較好的表現(xiàn)。

多年凍土空間分布與水熱狀況具有顯著的空間異質(zhì)性，同時(shí)不同的勘測手段又具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，單一手段難以掌握工程活動(dòng)區(qū)域范圍內(nèi)多年凍土的詳盡狀況或滿足工程勘察需求。因此，基于工程結(jié)構(gòu)類型和區(qū)域凍土特征，制定科學(xué)、合理的凍土勘察與現(xiàn)場監(jiān)測方法，對(duì)于掌握和評(píng)估工程活動(dòng)對(duì)區(qū)域多年凍土的影響至關(guān)重要。此外，近年來合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)(InSAR)、無人機(jī)遙感技術(shù)快速發(fā)展，并開始逐步應(yīng)用到多年凍土區(qū)凍融相關(guān)災(zāi)害的監(jiān)測當(dāng)中且表現(xiàn)突出，可顯著提高勘察與監(jiān)測工作的效率和精度[32-34]。

3 引流疏導(dǎo)工程概況和區(qū)域凍土環(huán)境

3.1 引流疏導(dǎo)工程概況

在區(qū)域氣候暖濕化背景下，2011年9月青藏高原可可西里腹地卓乃湖發(fā)生潰決，湖水外溢流經(jīng)庫賽湖、海丁諾爾湖后匯入鹽湖，使原來相對(duì)封閉的4個(gè)湖泊建立了水力聯(lián)系，形成四湖相通的格局[29]?，F(xiàn)狀情況下，卓乃湖、庫賽湖及海丁諾爾湖已失去調(diào)蓄功能，鹽湖成為流域內(nèi)的尾閭湖，上游三湖來水量的增量全部由鹽湖承擔(dān)，導(dǎo)致鹽湖水位持續(xù)上升，面積持續(xù)擴(kuò)大，存在外溢、潰決風(fēng)險(xiǎn)[30]。

鹽湖下游約11 km處，即為青藏工程走廊(圖1)，密集分布著青藏公路、青藏鐵路、青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程、格拉成品油管線和多條通信光纜。因此，一旦出現(xiàn)不可控湖水外溢，甚至湖岸潰決，將嚴(yán)重威脅到下游重大線性工程的安全運(yùn)營。為應(yīng)對(duì)鹽湖漫溢、潰決風(fēng)險(xiǎn)，2019年4月青海省相關(guān)部門完成了針對(duì)鹽湖的引流疏導(dǎo)工程實(shí)施方案。引流疏導(dǎo)工程利用天然湖岸，通過人工控泄措施，將鹽湖湖水有序、可控引流至清水河河道，并最終匯入楚瑪爾河進(jìn)入長江水系，有效控制鹽湖水位的同時(shí)，大幅降低下游重大線性工程的安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 可可西里鹽湖與青藏工程走廊Fig.1 Yanhu Lake and the Qinghai-Tibetan Plateau Engineering Corridor in Hoh Xil region

3.2 區(qū)域凍土環(huán)境

鹽湖地處青藏高原可可西里腹地清水河盆地，年平均氣溫為-4.0～-5.0 ℃，湖面海拔約4 450 m。區(qū)域內(nèi)地貌以高平原寬谷湖盆為特征，植被稀疏，蓋度為5%～30%，局部有半固定沙丘。地表土層主要為2～4 m厚的沖、洪積的粉砂、砂卵石、碎石，其下為第三紀(jì)晚期至第四紀(jì)早期的湖相沉積，巖性為泥巖、泥灰?guī)r、砂巖等，且風(fēng)化程度高。圖2給出了青藏高原多年凍土分布，可以看出，鹽湖所在區(qū)域?qū)儆诖笃B續(xù)多年凍土區(qū)。結(jié)合青藏鐵路沿線工程地質(zhì)勘查資料，從多年凍土工程地質(zhì)分區(qū)上屬于清水河盆地連續(xù)多年凍土區(qū)。

圖2 青藏高原多年凍土分布Fig.2 Permafrost distribution on the Qinghai-Tibetan Plateau

由于地處高寒高海拔無人區(qū)，自然、地理?xiàng)l件十分惡劣，交通非常不便，因此區(qū)域內(nèi)包括氣象、水文、多年凍土等方面的觀測資料十分有限[35-36]。根據(jù)青藏鐵路沿線附近地溫觀測資料，區(qū)內(nèi)多年凍土地溫主體高于-1.0 ℃，少量地溫孔監(jiān)測到的年平均地溫低于-1.0 ℃，但高于-1.5 ℃?；顒?dòng)層厚度或多年凍土上限埋深在1.0～3.3 m之間[37-38]。上限以下以高含冰量凍土為主，包括富冰、飽冰凍土和多冰凍土，常發(fā)育厚度不等的含土冰層，凍土構(gòu)造以水平層狀為主導(dǎo)。圖3給出了清水河盆地某天然場地2015年4個(gè)特征時(shí)間點(diǎn)(1月15日、4月15日、7月15日以及10月15日)的地溫曲線，可以看出該場地多年凍土年平均地溫約-1.2 ℃，活動(dòng)層厚度在1.0～1.5 m之間，10 m以下地溫梯度在0.03～0.04 ℃/m之間。

圖3 清水河盆地某天然場地地溫曲線Fig.3 Ground temperature profile of a natural ground borehole at Qingshui river basin in 2015

4 湖泊引流疏導(dǎo)工程多年凍土立體監(jiān)測方法

與公路、鐵路路基、水利大壩等填方工程不同，引流疏導(dǎo)工程多為挖方工程，涉及大量植被鏟除、地表開挖，以及由此導(dǎo)致的下伏多年凍土和地下冰的暴露，因此對(duì)多年凍土的熱擾動(dòng)更加劇烈，影響范圍更加顯著[39]。同時(shí)，工程運(yùn)營期間下泄湖水長期直接作用在新近暴露的多年凍土上，流動(dòng)水體的強(qiáng)大攜熱能力勢必導(dǎo)致下伏多年凍土的快速升溫和退化[39-42]。因此，在制定多年凍土監(jiān)測方案時(shí)，必須考慮到工程對(duì)多年凍土的擾動(dòng)強(qiáng)度和潛在影響范圍，同時(shí)需要對(duì)引流水體溫度、流速等關(guān)鍵要素進(jìn)行觀測。

圖4從技術(shù)手段、數(shù)據(jù)獲取、結(jié)果輸出和最終目標(biāo)4個(gè)層面，從空天、地面、地下3個(gè)角度提出了湖泊引流疏導(dǎo)工程多年凍土立體監(jiān)測技術(shù)方法和路線。通過多種手段的綜合使用及相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)局地尺度下多年凍土空間分布與控制因素、氣候和工程雙重影響下多年凍土動(dòng)態(tài)變化過程、次生凍融災(zāi)害形成及發(fā)育過程，以及構(gòu)筑物地基水熱過程與基礎(chǔ)形變及工程穩(wěn)定性的監(jiān)測及預(yù)報(bào)。限于篇幅，下面從地面氣象要素、凍土空間分布及水熱動(dòng)態(tài)過程、地表變形及構(gòu)筑物形變3個(gè)方面詳細(xì)介紹實(shí)施方法。

圖4 湖泊引流疏導(dǎo)工程多年凍土立體監(jiān)測方案技術(shù)路線Fig.4 Technology roadmap of field observations for drainage project in permafrost region

4.1 局地環(huán)境氣象要素

局地環(huán)境氣象監(jiān)測對(duì)于區(qū)域多年凍土監(jiān)測和預(yù)報(bào)十分必要，主要內(nèi)容包括影響多年凍土動(dòng)態(tài)變化的氣象因素和地表的能量水分平衡因子[42]。氣象要素主要包括空氣溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水等控制因素。地表能量水分平衡要素主要包括地面紅外輻射溫度、地面輻射平衡、積雪厚度、淺層土壤溫度、土壤熱通量等。如條件允許，可建立氣象梯度觀測，對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、空氣溫濕度等要素進(jìn)行2層或3層的觀測。結(jié)合鹽湖引流疏導(dǎo)工程，上述監(jiān)測要素的精度和頻率可按一般氣象站點(diǎn)要求確定即可，如關(guān)注后期鹽湖湖面后退條件下潛在沙化過程，則有必要開展氣象梯度觀測。此外，針對(duì)引流疏導(dǎo)工程，過流水體的關(guān)鍵要素同樣對(duì)于區(qū)域多年凍土水熱狀況的影響十分關(guān)鍵，包括過流水體流速、流量、水深、水溫、含鹽量等參數(shù)。

4.2 多年凍土空間分布及水熱動(dòng)態(tài)過程

為獲得多年凍土空間分布及水熱狀況，涉及的主要監(jiān)測技術(shù)手段包括探地雷達(dá)、高密度電法、鉆孔測溫、坑探和槽探等。通過多通道探地雷達(dá)和高密度電法的聯(lián)合使用，首先獲得區(qū)域范圍內(nèi)多年凍土和地下冰空間分布特征，包括多年凍土上限和活動(dòng)層厚度、多年凍土下限和厚度，地下冰空間分布和可能的融區(qū)范圍。在物探剖面的選取上，需要結(jié)合凍土制圖需求、地形地貌與地表局地因素、工程擾動(dòng)類型和程度等因素綜合確定。在此基礎(chǔ)上，對(duì)已經(jīng)確定的物探剖面進(jìn)行年內(nèi)不同季節(jié)和年際的同期連續(xù)勘測。

在掌握區(qū)域多年凍土空間分布特征和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，結(jié)合引流疏導(dǎo)工程單元類型、結(jié)構(gòu)形式、地面擾動(dòng)程度確定多年凍土監(jiān)測剖面和孔位的布設(shè)位置。與物探剖面的確定類似，多年凍土鉆孔監(jiān)測剖面和具體孔位的布設(shè)需要綜合多方面的因素，以期觀測結(jié)果能夠較好地量化工程活動(dòng)對(duì)多年凍土的影響程度和影響范圍。圖5以引流渠道或疏導(dǎo)槽為例，給出了多年凍土地溫觀測孔位布設(shè)方案。渠道對(duì)周邊多年凍土的影響可看作平面應(yīng)變問題，監(jiān)測剖面沿垂直于水流方向布設(shè)。剖面中的監(jiān)測區(qū)域可分為區(qū)域I、II、III，各個(gè)區(qū)域的監(jiān)測目的、布設(shè)原則和方法如下。

圖5 引流渠道周邊多年凍土監(jiān)測剖面布設(shè)示意圖Fig.5 Sketch showing borehole placement for permafrost observation at a drainage channel

(1)區(qū)域Ⅰ為結(jié)構(gòu)物下部多年凍土監(jiān)測區(qū)域，目的在于掌握多年凍土地基熱狀況及時(shí)間演化過程。從問題對(duì)策性和節(jié)約經(jīng)費(fèi)角度出發(fā)，半幅布設(shè)即可滿足工程穩(wěn)定性分析和凍土觀測要求?？孜徊荚O(shè)結(jié)合渠道結(jié)構(gòu)型式，建議在渠底中部(ZK11)、渠道邊坡坡腳(ZK13)、坡面中部(ZK14)各布設(shè)1個(gè)孔位。如渠底較寬時(shí)，建議在渠底中部和坡腳孔間適當(dāng)增加監(jiān)測孔位，如ZK12。在靠近坡腳位置布設(shè)系列水溫測點(diǎn)，掌握不同季節(jié)過流水體溫度及分層特征，為分析和預(yù)測工作提供關(guān)鍵邊界條件。

(2)區(qū)域Ⅱ?yàn)榍乐苓叾嗄陜鐾帘O(jiān)測區(qū)域，目的在于通過距渠道不同距離處孔位監(jiān)測結(jié)果對(duì)比量化渠道對(duì)周邊多年凍土的橫向熱影響。在孔位布設(shè)上，靠近渠道時(shí)孔位間距布設(shè)較小，然后采用間距漸變方式逐步加大孔位布設(shè)距離?？孜坏木唧w個(gè)數(shù)和間距需要通過現(xiàn)場評(píng)估和模擬計(jì)算確定。

(3)區(qū)域Ⅲ為天然場地多年凍土監(jiān)測區(qū)域，目的在于掌握天然狀態(tài)下多年凍土熱狀況，并為區(qū)域Ⅰ、Ⅱ多年凍土的變化提供背景參考值?？孜徊荚O(shè)在原始地表?xiàng)l件下未受到工程活動(dòng)擾動(dòng)的位置。

在確定孔位位置的基礎(chǔ)上，需要確定各監(jiān)測孔的孔深和地溫測點(diǎn)的布設(shè)位置。青藏高原地溫年變化深度(年較差為0 ℃)一般在10～15 m之間。為獲得氣候變化和工程活動(dòng)對(duì)深部多年凍土的影響，必須確保鉆孔深度大于地溫年變化深度。在此基礎(chǔ)上，如條件容許，可進(jìn)一步增加鉆孔深度。原則上，應(yīng)在工程活動(dòng)范圍內(nèi)布設(shè)一個(gè)深孔，深孔以打穿多年凍土層后再向下延伸5～10 m為準(zhǔn)，由此可獲得區(qū)域多年凍土層厚度準(zhǔn)確值和整個(gè)多年凍土層熱狀況的時(shí)間變化過程。地溫監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)可從活動(dòng)層、多年凍土層2個(gè)層位出發(fā)?；顒?dòng)層地溫測點(diǎn)間距建議不超過0.5 m，多年凍土層地溫測點(diǎn)間距建議為1 m。

4.3 地表變形及構(gòu)筑物形變監(jiān)測

工程活動(dòng)范圍內(nèi)次生凍融災(zāi)害與工程構(gòu)筑物長期穩(wěn)定性需要通過地表變形及構(gòu)筑物形變的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的最新手段包括遙感觀測、無人機(jī)航拍、三維地形激光掃描和傳統(tǒng)的全站儀觀測等。這些手段在觀測周期、精度、實(shí)施便捷度、成本及其結(jié)果展示等方面略有不同。在實(shí)際操作過程中，由于局地因素的限制，建議同時(shí)采用幾種手段分別進(jìn)行定期觀測，從而達(dá)到相互驗(yàn)證補(bǔ)充、提高觀測精度的目的。

InSAR技術(shù)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)獲取快捷、干涉精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在整個(gè)鹽湖及周邊區(qū)域范圍內(nèi)，可采用其對(duì)大范圍的地表季節(jié)凍脹、融沉變形和年際沉降變形(多年凍土退化背景下)速率進(jìn)行反演計(jì)算。對(duì)于特定的研究區(qū)域，可用無人機(jī)航拍的方式獲取精細(xì)化高程、地形數(shù)據(jù)，并制作高精度數(shù)字地形/高程模型(DOM/DEM)。以此為基礎(chǔ)還可以進(jìn)行水文分析，提取流域內(nèi)分水嶺和匯流區(qū)域。此外，通過選擇或人為布設(shè)合適的控制點(diǎn)，以定期航拍的方式，獲取研究區(qū)域或研究對(duì)象(溢流口、引流渠道)在觀測期內(nèi)的地表變形過程。對(duì)于引流工程構(gòu)筑物(如溢流口、護(hù)坦以及渠道)或區(qū)域內(nèi)典型變形點(diǎn)，可采用三維激光掃描與全站儀定期測量的方式，精確獲取其三維變形時(shí)間序列。

根據(jù)不同觀測手段和多年凍土變形規(guī)律，確定相應(yīng)的觀測周期。在整體獲得區(qū)域變形的基礎(chǔ)上，對(duì)典型變形部位進(jìn)行定期重點(diǎn)觀測，最終形成可視化圖件，直觀反映鹽湖周邊及其河道沿線的地表變形和結(jié)構(gòu)物形變特征及其演化規(guī)律。通過年內(nèi)不同季節(jié)和年際的同期數(shù)據(jù)對(duì)比，可獲得較好的活動(dòng)層凍脹、融沉變形以及相關(guān)次生凍融災(zāi)害的發(fā)育和演化過程。針對(duì)引流疏導(dǎo)工程結(jié)構(gòu)而言，可獲得運(yùn)營期內(nèi)包括溢流口結(jié)構(gòu)物(差異)沉降，引流渠道岸坡傾斜、變形、滑塌，引流渠道形態(tài)等時(shí)間發(fā)展過程。

5 結(jié) 語

在多年凍土區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須考慮多年凍土的脆弱性和敏感性。相較于道路、房屋建筑以及能源管線工程，水利工程由于涉及大量的挖方工程和地表局地因素的改變，尤其對(duì)地表徑流的大幅改變，勢必會(huì)給區(qū)域多年凍土和凍土環(huán)境帶來不可忽視的改變。而這種改變反過來嚴(yán)重威脅水利工程結(jié)構(gòu)自身的長期穩(wěn)定性，并可能引發(fā)系列次生凍融災(zāi)害和環(huán)境問題。因此，針對(duì)多年凍土區(qū)水利工程建設(shè)，適時(shí)建立空天-地面-地下的多年凍土立體監(jiān)測體系十分必要，具有重要的科學(xué)和工程實(shí)踐意義。目前，這一工作已經(jīng)在青海省可可西里鹽湖引流工程區(qū)域內(nèi)逐步開展。

本文從空天、地面、地下3個(gè)角度，以多年凍土水熱狀況的空間分布和時(shí)間變化為核心，重點(diǎn)針對(duì)區(qū)域氣象環(huán)境要素、多年凍土水熱過程及地表變形和構(gòu)筑物形變，利用InSAR、無人機(jī)航拍、氣象站點(diǎn)觀測、地溫觀測孔、地球物理勘探等手段實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面的觀測融合，形成了一套完整的立體監(jiān)測體系。然而，由于涉及相關(guān)技術(shù)手段在水利工程中的具體應(yīng)用，仍有很多問題需要通過現(xiàn)場實(shí)踐和室內(nèi)研究解決。結(jié)合此次鹽湖引流疏導(dǎo)工程，進(jìn)行監(jiān)測方案的逐步實(shí)施和不斷完善，可為未來多年凍土勘查監(jiān)測手段在水利工程中的應(yīng)用提供范例。

此外，目前我國在多年凍土區(qū)水利工程實(shí)踐基本屬于空白，導(dǎo)致此次針對(duì)鹽湖外溢實(shí)施的引流疏導(dǎo)工程沒有先例可循，給工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場實(shí)施帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，利用科學(xué)合理的現(xiàn)場監(jiān)測手段，獲取和積累第一手現(xiàn)場監(jiān)測資料，可為未來我國凍土區(qū)水利工程建設(shè)以及相關(guān)科研工作提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。