水工環(huán)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用策略

梁宏峰 梅建建

【摘要】目前，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方法被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害防治工程中，水文地質(zhì)和環(huán)境方法也引起了社會各界的關(guān)注。水文地質(zhì)和環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用水平?jīng)Q定了地質(zhì)災(zāi)害防治項目的實施效果，并與人與環(huán)境的和諧穩(wěn)定關(guān)系相關(guān)。地質(zhì)災(zāi)害防治的主要任務(wù)是對地質(zhì)災(zāi)害進行監(jiān)測和預(yù)警。地質(zhì)災(zāi)害防治工程既要合理利用水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)的方法，又要發(fā)揮水文地質(zhì)和環(huán)境方法的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】水工環(huán)技術(shù);地質(zhì)災(zāi)害防治;應(yīng)用策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.04.057

引言：

在防治當前地質(zhì)災(zāi)害的過程中，應(yīng)先科學(xué)展開監(jiān)測、預(yù)警，按監(jiān)測地點的具體情況，積極參考水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等之類的專業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)信息資料。在實際監(jiān)測的災(zāi)害區(qū)內(nèi)，還需要同步監(jiān)測地下水方面的參數(shù)信息，盡量全方位獲取數(shù)據(jù)信息，以便水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)能夠在防治地質(zhì)災(zāi)害中起到更明顯的作用、獲得更大的效益，進而全方位妥善處理地質(zhì)災(zāi)害。

1、水工環(huán)地質(zhì)概述

水工環(huán)地質(zhì)學(xué)是對項目所在地區(qū)的水文和環(huán)境方面的研究和調(diào)查，以及對相關(guān)地質(zhì)問題的分析和評估。目前，中國的地質(zhì)技術(shù)有了很大的提高，利用水文地質(zhì)學(xué)解決地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境問題的范圍也在擴大，水文地質(zhì)學(xué)本身已經(jīng)成為地質(zhì)研究的重要學(xué)科，其應(yīng)用也在發(fā)生變化。在預(yù)防和管理地質(zhì)災(zāi)害方面，水文地質(zhì)學(xué)經(jīng)常被用于研究、勘探和監(jiān)測，具有重要價值[1]。綜上所述，區(qū)域水文地質(zhì)的研究是預(yù)防和治理自然地質(zhì)災(zāi)害的重要手段，工程技術(shù)人員必須重視水文地質(zhì)的研究和應(yīng)用，以有效減少或防止地質(zhì)災(zāi)害造成的一系列不利影響。

2、常見地質(zhì)災(zāi)害及其特點

2.1地震自然災(zāi)害

在實際工作生活中，處理地質(zhì)災(zāi)害是一件具有非常棘手的事情。針對這些自然地質(zhì)災(zāi)害，需要針對于實際災(zāi)害類型進行分析，這一工作的開展能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的治理，而想要達到這一要求，相關(guān)部門需要始終保證地質(zhì)災(zāi)害治理可以走向系統(tǒng)化、規(guī)范化。只有根據(jù)不同地質(zhì)災(zāi)害的實際特點與狀態(tài)進行分析，形成具有針對性的治理方式，才能夠達到最好的治理效果。其中，作為比較常見的地質(zhì)災(zāi)害問題之一的地震災(zāi)害產(chǎn)生的原因主要是板塊在地殼運動期間出現(xiàn)擠壓或碰撞，一旦發(fā)生地震災(zāi)害便會帶來極嚴重的破壞，而且受災(zāi)面積特別大。同時由于地震當下的不可預(yù)知性與突發(fā)性，很多時候地震經(jīng)常是在人們猝不及防的情況下發(fā)生，在這一狀態(tài)當中產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害往往會造成更加嚴重的破壞和影響，這一特性說明了地震與其他地質(zhì)災(zāi)害之間存在的不同狀態(tài)，地震很多時候并不能夠通過人力來得到預(yù)測與管理[3]。

2.2山體滑坡與泥石流災(zāi)害

除了地震災(zāi)害之外，山體滑坡與泥石流災(zāi)害也屬于比較常見的一種地質(zhì)災(zāi)害類型，這些災(zāi)害的產(chǎn)生很多時候是由于地區(qū)范圍當中地質(zhì)發(fā)生了扭曲或者形變，進而形成了連鎖反應(yīng)，一大片地區(qū)都受到力的作用與影響[4]。除此之外，如果這片區(qū)域的土質(zhì)結(jié)構(gòu)分析比較松軟，地質(zhì)結(jié)構(gòu)密度不高，那么很容易出現(xiàn)就會引發(fā)地面坍塌災(zāi)害。經(jīng)過調(diào)查與分析之后可以發(fā)現(xiàn)，當下人類生活過程中建設(shè)的一些高強度建筑也很多時候會導(dǎo)致地面塌陷災(zāi)害的出現(xiàn)，由于人類建設(shè)的建筑強度越來越高，因此很多時候?qū)Φ鼗斐闪瞬豢赡孓D(zhuǎn)的破壞性影響。在這些因素的疊加之后，人類的活動對大自然的正常運轉(zhuǎn)造成了嚴重的影響，這種影響不可逆并且非常嚴重。由于我國社會主義現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展所需要的資源是無限的，但是大自然是有限的，所以，在建設(shè)企業(yè)發(fā)展研究過程中我們不能過度的開采礦產(chǎn)，同時也不能忽略自然生態(tài)保護問題。針對于這一問題的出現(xiàn)，有關(guān)部門需要做出表率作用，出臺相關(guān)法律法規(guī)來控制這一問題的出現(xiàn)。

例如2021年7月5日四川木里縣項腳鄉(xiāng)項腳溝流域7條支溝相繼發(fā)生泥石流，主溝項腳溝規(guī)模達到巨型（特大型），通過“人防”+“技防”，實現(xiàn)了成功避險。（如圖1）承擔木里縣汛期地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)支撐督導(dǎo)工作的四川省地礦局106地質(zhì)隊按照自然資源部、省自然資源廳關(guān)于2021年度地質(zhì)災(zāi)害普適性專業(yè)檢測的建設(shè)任務(wù)要求，配合地方政府，通過前期地質(zhì)災(zāi)害排查、培訓(xùn)、應(yīng)急演練等技術(shù)工作，以及實施了地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測設(shè)備項目。特別是7月4日項目組再次前往項腳溝開展泥石流災(zāi)害再排查、一日一提醒工作，同時對監(jiān)測設(shè)備的有效運行進行了查驗，在泥石流達到前約30分鐘成功發(fā)出預(yù)警。通過以人防為主技防為輔、人防和技防結(jié)合的防災(zāi)措施，為7月5日成功避險提供了堅實的技術(shù)支撐。

前期調(diào)查：據(jù)106隊前期調(diào)查，項腳鄉(xiāng)屬高山峽谷地貌，雨量充沛，年降水量800～1000mm，土地侵蝕以流水為主，巖層抗風(fēng)化作用弱，山體切割深，形成陡坡，裸巖較多，項腳鄉(xiāng)溝域?qū)偕钋懈顦?gòu)造侵蝕中高山地貌，溝域內(nèi)地形陡峻，臨空條件發(fā)育，為崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了空間條件，同時也有利于泥石流松散固體物源的匯集。匯水面積達77平方公里，泥石流高程從4300米到2100米，總高差2200米，地形的陡峭益于水和固體物質(zhì)移動。泥石流靜態(tài)松散固體物質(zhì)達到2200萬方，動態(tài)物質(zhì)的儲量達到300萬方（通過前期調(diào)查得出）。持續(xù)降雨，泥石流爆發(fā)的小時降雨強度為20mm（通過自動化監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測得出）。此次七溝群發(fā)一次性沖出的量達到100多萬方，在泥石流分類中達到巨型泥石流的規(guī)模，危害非常大。

木里縣地質(zhì)狀況：木里縣地處青藏高原東南緣、橫斷山脈中段東側(cè)，屬青藏高原與云貴高原的過渡地帶。全縣以高山、中山地貌為主，山脈間發(fā)育三條大河，自西向東分別為：水洛河（別名沖天河）、木里河（別名理塘河）和雅奢江，三條河流由北向南縱貫全境。河谷狹窄呈“V”字型，谷坡陡峻。大河兩側(cè)支流密布，境內(nèi)地形地貌復(fù)雜多樣。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生除了與地質(zhì)構(gòu)造地層巖性等相關(guān)外，巖土體性狀亦是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本條件。結(jié)構(gòu)面發(fā)育、巖土體整體性差、抗風(fēng)化能力弱等因素往往成為地質(zhì)災(zāi)害的決定性因素，而其中暴雨更是其誘發(fā)的主要因素，特別是木里縣雨季經(jīng)常出現(xiàn)的短時間高強度的降雨，經(jīng)常誘發(fā)泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

應(yīng)急處置：采用應(yīng)急治理，通過挖掘機進行排淤和疏通水道。對項腳鄉(xiāng)項腳溝進行徹底治理，目前正在做施工圖的設(shè)計，設(shè)計有九座高壩、八座谷坊，設(shè)計的意圖是在上游通過高壩和谷坊把滑坡和崩塌形成的物源固住，在下游通過洪水排導(dǎo)槽讓洪水順利通過，以這兩種方式對七條溝進行徹底治理。（如圖2）

2.3地裂縫災(zāi)害

地裂縫災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害問題中的主要表現(xiàn)形式之一，地裂縫災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展主要可以表現(xiàn)出區(qū)域性斷裂的情況[5]，嚴重時還會影響產(chǎn)生一種十分具有嚴重的破壞性。之所以會出現(xiàn)地裂縫這種地址災(zāi)害，主要的原因就是地下水。由于很多時候?qū)τ诘叵滤拈_采沒有使用合適的方式來進行規(guī)劃，因此在大量的地下水被抽取之后，地區(qū)當中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也因此而出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，甚至局部地區(qū)還會出現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)斷裂的情況。

2.4地面塌陷災(zāi)害

山體滑坡是一種動態(tài)的地質(zhì)過程或現(xiàn)象，在一定條件下，自然或人為的力量使地表的巖石和土壤下沉，在地下形成一個坑。根據(jù)近因，滑坡可分為自然滑坡和人為滑坡;人為滑坡可分為泵類滑坡、排水滑坡、積水滑坡、滲水滑坡、震動滑坡、張力滑坡、巖溶滑坡、采礦滑坡等[6]。在各種類型的塌陷中，巖溶和礦井塌陷在有碳酸鹽巖的地區(qū)最為常見。山體滑坡的主要風(fēng)險是對房屋、鐵路、公路、礦山、水庫、大壩和其他工程結(jié)構(gòu)造成損害，可能導(dǎo)致房屋倒塌、道路下沉、水庫漏水、山體滑坡以及大壩和堤壩的裂縫。此外，山體滑坡破壞了土壤儲備，摧毀了大量的可耕地，并使一些城鎮(zhèn)和礦區(qū)的環(huán)境惡化。

3、水工環(huán)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用策略

3.1泥石流治理

地質(zhì)災(zāi)害如滑坡和山體滑坡往往是地震災(zāi)害的結(jié)果，一個地區(qū)的重大滑坡或山體滑坡往往對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人員財產(chǎn)安全構(gòu)成重大威脅。為了防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，我們可以通過水力學(xué)和環(huán)境土力學(xué)來提高對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防。根據(jù)目前的知識，水文地質(zhì)技術(shù)可以被認為是管理滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的最有效方法，因為它們在短時間內(nèi)減少了損失。例如，在開發(fā)自然資源時，技術(shù)必須考慮到該地區(qū)人類活動的影響，特別是地質(zhì)災(zāi)害的影響。因此，建議工程師進行干預(yù)，以恢復(fù)自然系統(tǒng)，并確保其在能力范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。 在水利工程和環(huán)境巖土工程中，數(shù)據(jù)收集和預(yù)警系統(tǒng)在恢復(fù)過程中經(jīng)常被用來監(jiān)測和控制地質(zhì)區(qū)域。例如，數(shù)據(jù)收集使我們能夠確定地質(zhì)災(zāi)害的確切位置，如滑坡和洞穴。在此基礎(chǔ)上，預(yù)警系統(tǒng)被用來分析和監(jiān)測項目區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。值得注意的是，必須對容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)的位置進行評估和預(yù)測，以避免潛在的問題。

3.2地面塌陷治理

影響土地沉降的主要因素是自然和人為的因素。自然影響是指地殼的各種運動或地質(zhì)條件的重大變化，使地面上升或下降，導(dǎo)致地面的不規(guī)則沉降。人為的影響包括大量抽取地下水資源或過度開采地下礦產(chǎn)資源。在現(xiàn)階段土地沉降地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，中國最重要的措施是建立更加科學(xué)和完善的土地沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，密切監(jiān)測地下水的具體活動情況和地表土地沉降的程度，并進一步控制水資源的使用，避免水資源的不必要浪費;進一步控制地下水的使用和開發(fā)，防止地下水資源被大量開采，造成地表沉降的地質(zhì)危險。

3.3地層沉降治理

水位測量裝置具體操作方法是將探頭連接到水位計的一端，將指示器連接到另一端，在兩者之間標上適當比例和尺寸的鋼尺。當探針接觸到水面時，儀器的顯示會發(fā)生明顯變化，鋼尺上的相應(yīng)刻度會顯示出某一深度的水位。這可以及早發(fā)現(xiàn)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的地表流動擾動，并為并提供一個堅實的應(yīng)急計劃。水工環(huán)地質(zhì)的各種指標對礦區(qū)的整體地質(zhì)環(huán)境有重大影響，因此，在解決地質(zhì)結(jié)構(gòu)下沉的項目中不考慮水工環(huán)地質(zhì)，會導(dǎo)致地下水的過度開采。同時，采礦作業(yè)的后果將進一步加劇礦區(qū)地下水位的沉降，導(dǎo)致下游水管理的一系列地質(zhì)風(fēng)險。使用水力和環(huán)境地質(zhì)技術(shù)獲得的結(jié)果將使地質(zhì)項目的管理和控制更加智能，以控制沉降。在制定應(yīng)急計劃時，礦業(yè)公司應(yīng)承擔更大的社會責任，將生態(tài)問題放在首位，確保地質(zhì)沉降不影響礦山的自然生態(tài)系統(tǒng)。

3.4滑坡治理

滑坡地質(zhì)災(zāi)害具有很強的破壞性，一般發(fā)生在偏遠山區(qū)地帶，相關(guān)人員可在這些地質(zhì)災(zāi)害中運用水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)，結(jié)合實際勘察結(jié)果，制定合理、可行的防治方案和措施，降低此類地質(zhì)災(zāi)害造成的損失。如果不能有效避免地面崩塌的發(fā)生，應(yīng)先將人群轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域內(nèi)，減少地災(zāi)對人們造成的影響。規(guī)范林業(yè)開發(fā)行為，根據(jù)具體情況，建立完善的開采方案計劃，對開發(fā)程序進行控制，以防過度開發(fā)促使地質(zhì)災(zāi)害形成，并加強生態(tài)環(huán)境修復(fù)，提升生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。加強數(shù)據(jù)采集和預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可準確判定地質(zhì)災(zāi)害實際發(fā)生位置以及范圍，為地質(zhì)災(zāi)害治理奠定提供有力支撐。

3.5地震治理

水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在地震災(zāi)害管理項目中的應(yīng)用，主要是對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警。通過識別礦山的水力環(huán)流地質(zhì)，水力環(huán)流地質(zhì)的應(yīng)用可以大大預(yù)測潛在的地質(zhì)災(zāi)害。水力環(huán)流地質(zhì)學(xué)最重要的一個方面是利用水力環(huán)流地質(zhì)信息來劃定礦區(qū)。這些信息可以用來根據(jù)人工產(chǎn)生的地震波在巖層中的傳播路徑和時間來確定礦區(qū)巖石界面的深度和形狀。礦山剖面的特點可以更仔細地調(diào)整，進一步適應(yīng)復(fù)雜礦區(qū)的實際勘探需要。結(jié)合水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方法，可以合理制定復(fù)雜礦區(qū)的檢測類型和范圍，更適合于地震災(zāi)害治理項目的實際應(yīng)用。

4、水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在使用過程中的相應(yīng)環(huán)境保護措施

4.1落實環(huán)保理念

加強對地質(zhì)學(xué)工作者的關(guān)于環(huán)境方面的培訓(xùn)及環(huán)境保護的概念，將收集工作中產(chǎn)生的廢水和廢液，送到處理廠進行回收利用，并采用科學(xué)安全的方法處理其他生活垃圾，確保測量人員的工作行為和生活方式對環(huán)境造成的破壞盡可能小。減輕勘測設(shè)備對環(huán)境的影響，在礦山地質(zhì)和水力勘測過程中，如果需要使用化學(xué)品進行測試，例如測試地下水樣本，在這項工作中，勘測人員應(yīng)盡量減少化學(xué)品與地下水源的接觸，可以使用干凈的容器對地下水進行取樣，然后保護好環(huán)境。此外，需要確保調(diào)查區(qū)域的電子設(shè)備保持在安全狀態(tài)，廢棄的設(shè)備或電池被收集和處理，以免污染工作區(qū)域的環(huán)境。

4.2提升工作人員工作能力

首先，需要提高研究設(shè)備和技術(shù)的升級，增加研究經(jīng)費的投入，促進研究和技術(shù)發(fā)展的進步，以提高研究和技術(shù)發(fā)展的效率，提高研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的準確性，這可以大大減輕研究人員進行的許多研究對生態(tài)環(huán)境的破壞，并試圖獲得更準確的結(jié)果。其次，要嚴格選聘科研人員，嚴格遵守有關(guān)規(guī)章制度，選擇專業(yè)能力水平符合工作標準、道德上保持良好素質(zhì)的技術(shù)人員和責任感，保證科研項目的可靠性，避免科研項目是為了利益而科研項目的態(tài)度。最后，應(yīng)該注意對水工環(huán)地質(zhì)勘探的監(jiān)測，因為水工環(huán)地質(zhì)勘探與其他地質(zhì)勘探相比有其特殊性。它的危險性是比較高的，地質(zhì)的特殊性對勘查技術(shù)的使用會產(chǎn)生比較大的影響，在實際的工作中，勘查人員要做好基礎(chǔ)的工作，保障勘查環(huán)境維持穩(wěn)定，使地質(zhì)環(huán)境可以始終處于工作人員的監(jiān)管之下，進而保障地質(zhì)勘查工作的順利安全開展。

4.3有效使用勘察技術(shù)

在水文地質(zhì)勘查中我們經(jīng)常使用GPS技術(shù)和PTK技術(shù)等。GPS技術(shù)指的是使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行勘測，這種方式的精密度較高，得到的數(shù)據(jù)比較精確，還可以根據(jù)參數(shù)獲取對應(yīng)的坐標值，可以在地質(zhì)災(zāi)害情況下和環(huán)境污染情況下使用。PTK技術(shù)指的就是通過系統(tǒng)差分法將地質(zhì)勘查中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差進行糾正和調(diào)整，經(jīng)常被使用在地質(zhì)勘查、地質(zhì)災(zāi)害與污染環(huán)境的監(jiān)測中。因此，在水工環(huán)地質(zhì)勘測中使用正確的技術(shù)可以有效提高技術(shù)的使用頻率，從根本上提高水工環(huán)地質(zhì)勘查工作的工作質(zhì)量與效率。

結(jié)語：

綜上所述，將地質(zhì)調(diào)查方法應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害管理，可以在減少施工時間的同時，最大限度地減少損失和經(jīng)濟損失。經(jīng)濟價值也能夠準確、及時地反映出來，有關(guān)部門應(yīng)加強對各種防治方法的研究，提高防治效果。充分利用水工環(huán)地質(zhì)工程技術(shù)，防治滑坡、泥石流、廢棄河道、地震、泥石流、土地退化等地質(zhì)災(zāi)害。在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時，必須認真研究其成因，運用水工環(huán)地質(zhì)原理做出相應(yīng)的決策，實施不同的管理措施，以體現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害防治的作用。

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