關于水利工程地質和水文地質的芻議

趙波

（臨滄市水利勘察設計院，云南 臨滄 677000）

1 引言

我國面積廣闊，地形復雜多樣，氣候條件地區差異明顯，與之對應的工程地質和水文地質情況亦是復雜多變，水利工程一般投資較大，稍不注意就將影響工程質量，造成巨大的經濟損失。工程地質勘察為工程建設的質量以及運行期的安全提供了重要基礎資料，水利工程地質勘察基本上保證了水利工程建設的順利進行。實踐證明，我國目前的病險水庫產生的主要原因除了施工質量外，最主要的原因就是前期工程地質和水文地質勘查不到位。可見，做好工程地質和水文地質勘查工作對水利工程的建設和順利運行至關重要。

2 常見水利工程的工程地質和水文地質條件

工程地質和水文地質條件，可理解為與水利工程建筑物有關的各種地質因素的綜合，主要包括：① 土石類型及其性質；② 地質結構；③地形地貌；④ 水文地質；⑤ 天然建筑材料等方面。

2.1 土石類型及其性質

土和巖石是水利工程建筑物的地基、建筑材料或建筑介質。它們的類型和性質對建筑物的穩定性、安全性、技術上的可行性、經濟上的合理性都有著極為重要的影響。

2.2 地質結構

地質結構包括地質構造和巖體結構。地質構造按構造形態可分為傾斜構造、褶皺構造和斷裂構造三種類型。巖體結構是指未固結成巖的第四級土層的結構，包括各種成因類型土層的成層特征、巖相變化和空間分布規律。

2.3 地形地貌

地形一般指地表形態、高程、山勢高低、山脈水系、自然景物、森林植被，以及建筑物分布等，常以地形圖的形式予以綜合反映。地貌主要指地表形態的成因、類型，以及發育程度等。

2.4 水文地質

水文地質條件一般包括：① 地下水類型，如上層滯水、潛水、承壓水等；②含水層與隔水層的埋藏深度、厚度、組合關系、空間分布規律及特征；③ 巖層的水理性質，包括溶水性、給水性、透水性等；④地下水的運動特征，包括流向、流速、流量、補給關系等；⑤ 地下水的動態特征，包括水位、水溫、水質隨時間的變化規律；⑥地下水的水質，包括水的物理性質、化學性質、水質評價標準等。水文地質條件的好壞直接關系到水庫是否漏水，壩基是否穩定，地下水資源評價是否可靠等一系列工程建設問題。

2.5 天然建筑材料

天然建筑材料勘查應查明工程所需的各類天然建筑材料料場的分布、位置、儲量、質量、開采和運輸條件等，為工程設計和施工提供依據。

3 水利工程地質問題分析

3.1 壩基巖體的工程地質分析

不同的壩型，其工作特點不同，所以對地質條件的要求也就不同。因此，除了對各類壩型的工作特點應有所了解外，特別要了解不同壩型對地質條件的適應性和對工程地質條件的要求。由于壩區巖體中存在的某些地質缺陷，可能導致產生的工程地質問題主要有壩基穩定問題和壩區滲漏問題。

3.2 邊坡的工程地質分析

常見的邊坡變形破壞主要有松弛張裂、蠕動變形、崩塌、滑坡四種類型。此外尚有塌滑、錯落、傾倒等過渡類型，另外泥石流也是常見的邊坡破壞的類型。影響邊坡穩定的因素有：地形地貌條件的影響；巖土類型和性質的影響；地質構造和巖體結構的影響；水的影響；其他因素如風化因素、人工挖掘、振動、地震等。

3.3 地下洞室圍巖穩定性的工程地質分析

理想的建洞山體應具備的條件：建洞區地質構造簡單，巖層厚，節理組數少，間距大，無影響整個山體穩定的斷裂帶；巖體堅硬完整；地形完整，沒有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破壞的地形；無巖溶或巖溶很不發育；地下水影響小；無有害氣體和異常地熱。

圍巖變形破壞的幾種類型：脆性破裂；塊體滑動和塌方；層狀彎折和拱曲；塑性變形和膨脹。

3.4 水庫工程地質問題分析

水庫有兩類：一類是在河流上筑壩攔水所形成的人工湖泊，即地面水庫；另一類是利用地下蓄水構造，經人工控制形成的地下水庫。水庫蓄水后，水文條件、庫周的水文地質條件都會發生比較劇烈的變化，以致影響庫區及鄰近地段的地質環境。例如庫水升高浸潤庫岸，風浪作用沖蝕庫岸，地下水位上升浸沒洼地等。因此產生了各種工程地質問題，諸如水庫滲漏、水庫浸沒、水庫塌岸、水庫淤積、水庫誘發地震等問題。

3.5 軟土基坑工程地質問題分析

軟土基坑工程地質問題主要包括兩個方面：土質邊 坡穩定和基坑降排水。在軟土基坑施工中，為防止邊坡失穩，保證施工安全，采取的措施有：設置合理坡度、設置邊坡護面、基坑支護、降低地下水位等。

軟土基坑降排水的目的主要有：增加邊坡的穩定性；對于細砂和粉砂土層的邊坡，防止流砂和管涌的發生；對下臥承壓含水層的黏性土基坑，防止基坑底部隆起；保持基坑土體干燥，方便施工。軟土基坑開挖的降排水一般有兩種途徑：明排法和人工降水。其中，人工降水經常采用輕型井點或管井井點降水方式。

4 西北地區的工程地質及水文地質問題

西北地區面積廣闊，含昆侖山和秦嶺以北、賀蘭山以西的大面積區域，涉及新疆、寧夏、甘肅、青海、陜西以及內蒙古六省區。該區域地形十分復雜，地貌多樣，山地、高原、沙漠、盆地均有分布。從水利工程的分布看，該區域集中了我國相當一部分大中型的水利工程。但是該區域地質環境較差，地質災害頻發，水文氣象條件變化較大，工程地質和水文地質問題較為復雜，能否對該地區的工程地質及水文地質問題進行透徹的分析研究，已經成為能否保證該區域水利工程順利運行及興建的關鍵。

4.1 山區泥石流、滑坡、崩塌災害

西北地區地處印度板塊和西伯利亞板塊活動區，該區域發育了大量的斷裂帶，這對水利工程的實施帶來很多不利因素。由于構造活動頻繁，西北地區也是我國的五個地震多發區之一，地震引發的活動斷裂為山區泥石流、滑坡、崩塌等地質災害創造了條件。舟曲泥石流災害、玉樹地震災害，無一不是例證。

4.2 地面沉降及地裂縫災害

地面沉降和地裂縫的成因機理和沿途破壞機制比較復雜，但產生這些災害的重要原因是過分開采地下水。西部地區社會經濟的飛速發展，使得城市膨脹、人口增長，丁礦企業迅速發展，當地表水資源已遠遠跟不上社會經濟的發展腳步時，只能通過過量抽取地下水的方法彌補。過量開采地下水直接導致地下水位快速下降，進而地面沉降、地裂縫災害不斷加劇。如西北地區的古城西安，地面沉降、地裂縫問題已經比較嚴重，好在近年來已經引起重視，各種如地下水回灌等措施正在實施，情況有所好轉。

4.3 水土流失問題

水土流失問題是困擾西北地區經濟社會發展的一個大問題。西北地區屬大陸性季風氣候區，降水時間比較集中，雨季多發暴雨，再加上該地區稀薄的植被，這直接導致了水土流失問題的發生。除了該地區的自然氣象因素外，由于濫砍濫伐、超載放牧、過渡開墾等歷史原因，西北地區水土流失問題相當嚴峻，自然條件十分惡劣。個別地區為了眼前利益，置大局于不顧，不僅不嚴格執行治理保護政策，反而大搞開發，破壞了大量的地貌和植被，更加加劇了水土流失問題。另外，近年來西北地區大量煤、油、氣資源的開發，過多生產道路的修建，也對環境帶來了很多不利的影響，導致了新的人為原因的水土流失。

4.4 隧道工程勘測問題

西北地區山區面積較大，各級水利工程、公路、鐵路的修建難免需要遇到隧道工程。例如我國的南水北調工程的西線工程位于地質構造上青藏高原東部巴顏喀拉地塊內，塊體的四周邊界以巨型走滑斷裂和逆斷裂為特征，構造運動非常強烈，是塊體運動引發應力集中和釋放能量的主要場所，在這一地區南水北調西線工程基本都以隧洞的形式穿越這一臺地。水利、鐵路和公路各項工程的前期勘測工作主要通過地面勘測的方法進行，勘測儀器設備的優劣、勘測人員素質的高低、勘測方法的選擇無疑成為形象工程的重要因素。

4.5 高邊坡問題

隨著我國大規模建設向西部推進，西北地區高山峽谷區的一系列重大的水電建設和交通干線都涉及眾多的巖質高陡邊坡變形穩定問題，以及黃土高原的高陡黃土邊坡穩定問題，露天開礦區也涉及高陡邊坡的穩定性問題，還有邊坡巖土體的動力穩定性問題。邊坡的高度已經遠遠打破我國的歷史記錄和世界紀錄，邊坡規模的增大，邊坡工程地質條件更加復雜，使高邊坡變形與穩定性成為一個突出的工程地質問題。其中高陡邊坡的工程適宜性問題、形成的地質一力學機制、變形與破壞的方式、工程荷載作用下的性狀及控制措施與途徑是高邊坡研究中必須解決的關鍵問題。

結語

有什么樣的區域背景，就決定了什么樣的工程地質和水文地質條件。實踐證明，作為一個優秀的水利工程勘測人員，不僅要了解工程地質和水文地質方面的專業知識，還要了解工程設計的原理和方法，因為工程地質問題的提出與解決均須與設計、施工單位共同協作才能完成。因此，需要不斷總結經驗，交流推廣、提高水利工程地質勘察的技術水平。

[1]曹豐.建筑施工技術.鄭州：鄭州大學出版社，2007.