當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展研究

陳曉宇 盧 賀

遼寧省礦產(chǎn)勘查院有限責(zé)任公司（110031）

水工環(huán)地質(zhì)與巖土工程學(xué)在項目建設(shè)中密不可分，是現(xiàn)代地質(zhì)工程的理論基礎(chǔ)。例如，在地下水開采時，需要對水儲存環(huán)境和巖土空間結(jié)構(gòu)進行分析。除此之外，鐵路、公路、隧道、橋梁等項目建設(shè)勘測也依賴水工環(huán)地質(zhì)與巖土工程學(xué)科的理論知識。

1 理論概述

1.1 水文地質(zhì)理論概述

水文地質(zhì)學(xué)科具有較為漫長的發(fā)展歷史，世界各國學(xué)者對此進行了100 多年的探索與實踐。我國于20 世紀(jì)50 年代成立了北京地質(zhì)學(xué)院，對水文地質(zhì)學(xué)科進行系統(tǒng)的研究。幾十年來，我國學(xué)者和專家不斷探索水文地質(zhì)領(lǐng)域，理論成果豐富。當(dāng)代水文地質(zhì)理論在水資源合理利用、水系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃等方面具有重要的作用，為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的理論支撐。

1.2 工程地質(zhì)理論概述

工程地質(zhì)理論由前蘇聯(lián)于20 世紀(jì)30 年代提出并確立，大量的前蘇聯(lián)學(xué)者在工程地質(zhì)學(xué)作出了巨大的貢獻。盡管我國工程地質(zhì)學(xué)起步較晚，但發(fā)展迅速，如今已經(jīng)完全適應(yīng)國民經(jīng)濟建設(shè)的技術(shù)需求，在水利工程、港口橋梁、隧道工程、電力工程中發(fā)揮了超前性的服務(wù)功能，理論成果眾多，目前已位于世界領(lǐng)先水平。

1.3 環(huán)境地質(zhì)理論概述

我國于20 世紀(jì)80 年代開始對環(huán)境地質(zhì)學(xué)科進行探索，隨著改革開放的不斷推進，人與自然的問題、城市與農(nóng)村建設(shè)的問題日益突出，相關(guān)研究機構(gòu)和建設(shè)單位通過環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，制訂了一系列有針對性的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防方案，積極應(yīng)對環(huán)境惡化問題[1]。我國的環(huán)境地質(zhì)學(xué)理論研究與時俱進，效益顯著。

1.4 巖土工程地質(zhì)理論概述

自改革開放以來，我國相關(guān)學(xué)者把巖土工程與工程地質(zhì)環(huán)境進行結(jié)合，形成了一門綜合性學(xué)科。在工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)中引入了土木工程學(xué)的理論知識，各學(xué)科高新技術(shù)的發(fā)展和該領(lǐng)域技術(shù)理念相互促進，互相融合，形成了新的理論體系，并與世界接軌。

2 當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 水工環(huán)地質(zhì)理論應(yīng)用分析

當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)理論應(yīng)用較廣，在多領(lǐng)域效果顯著，是工程地質(zhì)、水源地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)多學(xué)科的集成，在項目建設(shè)的各環(huán)節(jié)均有非常重要的指導(dǎo)地位。水文地質(zhì)主要以地下水作為研究對象，施工單位在項目建設(shè)時，需要了解地下水的位置、水中污染物含量、水源深度等。隨著我國城市用水短缺問題日益顯著，施工單位需要將地下水轉(zhuǎn)化成人類所需的生活用水，并且要有效解決地下水滲透等一系列問題。工程地質(zhì)理論主要以地質(zhì)條件作為研究對象，引入信息化技術(shù)，利用先進的數(shù)字設(shè)備勘測不同區(qū)域的地質(zhì)條件，為項目工程建設(shè)提供理論支撐。工程地質(zhì)理論在采礦工程、水利工程、海洋工程等方面應(yīng)用廣泛。水工環(huán)地質(zhì)理論以建筑工程各環(huán)節(jié)的要素作為研究對象，為施工單位提供科學(xué)、權(quán)威的技術(shù)參考依據(jù)[2]。

2.2 巖土工程理論的應(yīng)用分析

巖土工程最早由歐美等國家研究確立。我國引入該理論體系之后，對巖石和巖土進行了專業(yè)的勘測。該理論體系在地下工程、水中工程、地上工程中應(yīng)用較廣，側(cè)重于了解工程中巖土的堅硬程度、巖體結(jié)構(gòu)等。20 世紀(jì)80 年代，我國工程勘測行業(yè)確立了工程地質(zhì)勘測標(biāo)準(zhǔn)，將工程地質(zhì)理論滲透到土木工程各個環(huán)節(jié)，凡是和巖石或土有關(guān)的工程都需要借助巖土工程理論技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行具體的項目施工。

國家頒布了《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》GB 2T 50297—298，并隨之發(fā)行了一系列配套工程手冊。我國巖土工程技術(shù)質(zhì)量審查機構(gòu)快速經(jīng)歷了從設(shè)立到完善的階段。目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的不斷成熟，極大地拓寬了巖土行業(yè)技術(shù)人員的多領(lǐng)域知識。從近十幾年的基建項目建設(shè)歷程來看，南水北調(diào)、西氣東輸?shù)纫幌盗泄こ蹋蔑@了我國當(dāng)代巖土工程的巨大理論與實踐成果。

3 發(fā)展趨勢分析

3.1 水文地質(zhì)理論體系發(fā)展趨勢分析

目前，我國水文地質(zhì)理論走在世界前列，相關(guān)理論體系主要分為三類，分別為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊、標(biāo)準(zhǔn)材料行業(yè)、學(xué)術(shù)理論刊物等。我國水文地質(zhì)學(xué)理論開創(chuàng)了諸多新領(lǐng)域，在國家重點科技項目中有著重要的地位。技術(shù)人員利用多學(xué)科理論進行研究實踐，可有效解決水文地質(zhì)等一系列現(xiàn)實問題。現(xiàn)代水文地質(zhì)與現(xiàn)代科學(xué)緊密結(jié)合，引入了環(huán)境科學(xué)、信息論、系統(tǒng)論等前沿內(nèi)容，技術(shù)人員通過數(shù)字模擬方法，構(gòu)建水資源模型，實現(xiàn)了水文地質(zhì)從定性研究到定量研究的巨大轉(zhuǎn)變。如三峽工程中的大型水利水電模型技術(shù)，能夠直觀反映水文地質(zhì)的相關(guān)參數(shù)，給施工單位提供可靠的參考依據(jù)，對經(jīng)濟社會的發(fā)展具有重大的促進作用。

許多分支科學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展同樣得到了普遍的應(yīng)用。環(huán)境水文學(xué)、污染水文學(xué)、地質(zhì)水文學(xué)、遙感水文地質(zhì)學(xué)等，在城市建設(shè)、水資源規(guī)劃中起到了先導(dǎo)作用。水資源的合理開發(fā)不僅能夠解決城市居民用水問題，同時也有利于環(huán)境地質(zhì)的保護工作[3]。如通過地表水回灌技術(shù)方法，能夠有效控制一些區(qū)域地面沉降的問題。

水文地質(zhì)學(xué)在農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域同樣有著重要的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠解決地下水短缺問題，為生態(tài)農(nóng)業(yè)、基因改良等工作提供創(chuàng)新支持。水文地質(zhì)學(xué)與巖土工程密切相關(guān)，是當(dāng)代水文地質(zhì)的研究主題。如湖北大冶湖1 號橋墩水文地質(zhì)條件復(fù)雜，借助水文地質(zhì)學(xué)科與巖土工程學(xué)科理論知識，應(yīng)用帷幕注漿技術(shù)可以有效解決施工中的問題。

3.2 工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)理論的發(fā)展趨勢分析

如今，工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)吸收了現(xiàn)代科技的理論成果與技術(shù)手段，在土木工程的各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)都有著重要的指導(dǎo)作用，對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)后環(huán)境治理等工作具有重大意義。根據(jù)水利部最近數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國每年地下水開采量超過100 億m3，各地區(qū)總共形成了60 余個地下水降落漏斗。由于地下水開采引發(fā)了一系列的嚴(yán)重的地質(zhì)問題，地質(zhì)專家、學(xué)者對此進行了一系列調(diào)查研究，結(jié)合該學(xué)科理論技術(shù)，積極應(yīng)對環(huán)境惡化帶來的嚴(yán)重威脅。當(dāng)代環(huán)境地質(zhì)學(xué)科理論在經(jīng)過大量的工程實踐后日漸成熟，中國科學(xué)院的學(xué)者與專家圍繞區(qū)域環(huán)境地質(zhì)條件研究、水資源開發(fā)與環(huán)境問題調(diào)查、城市環(huán)境調(diào)查、礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查，多次開展技術(shù)研討，編制了全國性的環(huán)境地質(zhì)圖系，給全國各省份及地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境總站建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[4]。

3.3 巖土工程理論發(fā)展趨勢分析

我國巖土工程理論是一門具有邊緣學(xué)科性質(zhì)的獨立學(xué)科，在水文地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與其他學(xué)科交叉滲透，相互補充，對自然環(huán)境保護具有重大意義。十幾年來，巖土工程項目的不斷建設(shè)，豐富了本學(xué)科的理論成果，全國多個城市建成了具有典型生態(tài)效益的重點項目，為城市巖土工程預(yù)測、問題防治、風(fēng)險評價提供了理論支撐。目前，相關(guān)學(xué)者利用AHP 指標(biāo)，可以對巖土工程進行更加精準(zhǔn)的數(shù)字模型構(gòu)建。專家團隊在利用AHP 對工程各環(huán)節(jié)進行要素權(quán)重分析，確定質(zhì)量管理評價等級，評價指標(biāo)準(zhǔn)確合理地反映巖土工程質(zhì)量控制效果，利用數(shù)理統(tǒng)計的思想，對巖土工程進行整體的定量分析，從而提升項目工程的管理水平。

4 結(jié)語

水工環(huán)地質(zhì)理論和巖土工程理論相互補充、相互滲透，在我國經(jīng)濟社會建設(shè)中具有重要的意義，能夠促進城市建設(shè)的快速發(fā)展，積極保護生態(tài)環(huán)境。相關(guān)專家和學(xué)者在實踐中不斷完善學(xué)科理論成果，力求降低工程建設(shè)對環(huán)境的破壞，精準(zhǔn)地測量水資源、巖土等地質(zhì)元素，在科學(xué)的理論指導(dǎo)下更好地開采利用資源，維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。