淺議水工環地質工作的趨勢與展望

水工環地質是水文地質、工程地質和環境地質的統稱，是地學研究領域的重 要組成部分。其中工程地質學在20 世紀20 年代在地質學基礎上開始發展，而今 已成為一門理論基礎堅實、研究內容豐富、與工程建設及人類環境密切相關、且 具有各分支學科、應用性很強的地學學科。

一、工程地質學的涵義

工程地質學（engineering geology）是研究與人類工程建筑等活動有關的地 質問題的學科，它是地質學的一個分支。工程地質學的研究目的在于查明建設地 區或建筑場地的工程地質條件，分析、預測和評價可能存在和發生的工程地質問 題及其對建筑物和地質環境的影響和危害，提出防治不良地質現象的措施，為保 證工程建設的合理規劃以及建筑物的正確設計、順利施工和正常使用，提供可靠 的地質科學依據。

二、我國水工環地質工作的研究現狀

經過盡60 年的發展，我國工程地質學已成一門研究內容豐富、理論體系嚴 謹，具有中國特色的綜合性學科，并且是國際工程地質界的重要一員。我國工程 地質學家的研究領域廣闊，主要有巖土工程特性研究和巖體工程地質力學創立、區域工程地質和區域地殼穩定性研究、環境工程地質和地質災害研究、特殊土結構和工程特性研究以及工程地質勘查的理論和技術方法等方面。

（1）巖土工程特征研究和巖體工程地質力學的創立

地基、邊坡和地下工程圍巖的變性破壞問題使工程地質學家與巖石力學家、土木工程師們開始關注對巖體介質特性的研究，認識到巖體與巖石是既有著本質 區別又相互聯系的介質。著名工程地質學家谷德振和他的同事們在一系列，巖體 工程勘察中，發現巖體的力學性質和行為主要受控于軟弱結構面的展布，包括層 面、斷裂面、節理、片理等，使巖體成為非連接、非均質、各向異性的介質。在國際上獨樹一幟。20 世紀80 年代中期以來，在中國科學院地質研究所 設立了工程地質力學開放研究實驗室，吸收國內學者共同協作，開展工程地質前 沿課題和生產上需要解決的問題的研究工作，每次學術委員會上都要討論工程地 質學的趨勢和應制定的科研方向。無形中成為我國工程地質學的研究中心，推動 著我國工程地質學的不斷發展。

（2）區域工程地質和區域地殼穩定性研究

受地質和自然地理條件制約，區域工程地質條件復雜，對區域工程地質的研 究對國土資源開發利用、工程規劃布置以及地質環境保護等意義重大。20 世紀 50 年代末，劉國昌、張咸恭、姜達權等就開展了此項研究工作，出版專著和編 制全國工程地質分區圖。幾十年來，各大河流域、部分省區和西南、西北山區都開展了較系統的區域工程地質和環境地質研究，積累了豐富的資料。經過數年的 努力，于1990 年首次出版了1：400 萬《中國工程地質圖及說明書》，1992 年出 版了1：600 萬《中國環境地質圖系》。這些成果標志著我國區域工程地質環境研 究取得了豐碩的成果。20 世紀50 年代末，我國學者谷德振和劉國昌倡導研究\"區域地殼穩定性\"，指出區域地殼穩定性是巖石圈內正在進行的地質、地球物理作用對地殼表層及工 程建筑安全的影響，即地殼現代活動對工程安全的影響程度。其研究思路是以地 質力學理論為指導，強調以地質構造研究為基礎，以斷裂活動性、現代地應力場 和地震活動性為主要研究內容，最終進行區域穩定性分級，分區和評價。在該研 究領域，胡海濤等依據李四光的\"安全島\"思想，指導重大工程場址的選擇，取 得了重要成果。例如，二灘水電站和大亞灣核電站的成功選址即是。區域地殼穩 定性研究對我國工程地質勘察來說，具有特殊的意義，這也是具有中國特色，且在國際上處于領先地位的研究領域。

（3）環境工程地質和地質災害的研究

環境工程地址是現代工程地質學的一個分支，是研究由于人類工程-經濟活 動所引起的區域性和危害人類及工程安全的工程作用的產生機制和條件并進行 預測和防治，這些作用是誘發地震、地面沉降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等。我國正式研究環境工程地質始自20 世紀60 年代的新豐江水庫誘發地 震和上海的地面沉降。80 年代初以來，共召開了四次全國性的環境工程地質學 術討論會，涉及的內容豐富多彩，有些研究成果在國際上處于先進地位。對上海 地面沉降的防治，區域性滑坡預測模型。1995 年劉傳正出版了《環境工程地質 學導論》，全面論述了環境工程地址理論體系，基本研究內容以及各類環境工程 地質作用研究的內容和方法，展示了環境工程地質的前景。與環境工程地質相關的地質災害的研究，也主要由工程地質界承擔的。近十 多年來，對危及人類和工程安全的各種地質災害，都進行了廣泛而深入的研究。1989 年 1 月召開的全國地質災害防治工作會議期間，成立了主要由工程地質學 家參加的全國地質災害研究會，次年又創辦了《中國地質災害及防治學報》，對 地質災害的研究起了促進作用，對地質災害的分類，形成機制、分布規律，預測 方法及防治對策與措施等研究成果，及時在學報上開展交流。90 年代還編制了 中國地質災害類型圖，出版了段永侯等的專著《中國地質災害》。眾多的研究成 果及著作，還有具體防治工程的成功，確立了我國在這一領域的國際地位。

三、我國水工環地質工作的發展趨勢

在 21 世紀上半葉，根據我國的發展戰略，將大大提高綜合國力，加速現代 化建設。為保持較快的穩步發展速度，在能源、交通、現代城市化建設和礦產資 源開發方面將要有更大、更快發展。同時，為了實施可持續發展戰略，要重視環 境保護，加強自然災害的防治。我國的工程地質學應重點解決好環境工程地質、災害防治等方面的問題以及復雜地質體建模理論技術、崩滑地質災害發生機理等 工程地質方面的理論與技術的發展。

今后工程地質學應重點發展的理論與技術有：

（1）復雜地質體的建模理論與技術研究，深化開挖卸荷條件下節理巖體的 力學響應及其地質-力學模型、深埋（埋深 1000-2000）條件下巖溶介質的地質-（水動）力學模型和強震條件下水-巖力學作用模型及工程巖體穩定性的研究工 作。

（2）崩滑地質災害發生機理及其非線性評價預測理論，加強災害性地質過 程的非線性及全息預報系統理論研究。即以系統工程和信息工程理論為基礎，針 對地質體結構和信息源的復雜性，充分考慮地質體可能發出的各種信息，采用信 息工程理論對多源復雜信息進行加工處理，再將傳統的確定性預測方法和處理復 雜系統與探索復雜性的非線性理論有機結合，建立災害性地質過程的全息預報系 統理論。

（3）新一代地質災害評價與防治理論-地質災害過程模擬與過程控制，全過 程動態模擬的主攻關鍵問題是復雜地質結構體的三維描述、基于復合材料的復雜 介質體結構模型、崩滑地質災害全過程的數學-力學描述及結構關系（重點是大 變形描述理論和變形耦合理論）、全過程模擬的數學力學算法，關鍵是三維算法 及其數據結構、治理工程的模擬及動態優化理論和全過程模擬的成本成像技術。

（4）高精度工程地質解釋系統，基本構架包括三維地質數據庫管理系統、二維和三維地質資料分析處理及成圖、人機聯作數據-圖形分析處理系統、高精 度層析成像技術和高精度定量分析預測技術。

（5）災害評價與預測的 3S 技術，3S 手段特別適用于區域地質災害及地質 環境的評價與管理決策，這方面研究在國內外地學研究領域中尚屬起步階段。3S 技術核心是地理信息系統GIS，在環境工程地質領域GIS 技術應用于空間環境、災害、工程地質信息系統及數字制圖，建立地質環境質量綜合評價與管理系統以 及建立地質災害動態監測、評價與空間預測系統。綜上所述，隨著人類工程建設事業以及有關的科學理論和技術的迅速發展，工程地質研究不僅在廣度上正在開辟新的、更加廣闊的領域，在深度上也將進入 一個新的境界，而且工程地質學理論也將會與有關的學科理論相聯系、交叉，形 成新的獨立學科。