GIS在環境巖土工程中應用的回顧與展望

王樹彪

（遼寧省工程勘查研究院，沈陽110031）

GIS在環境巖土工程中應用的回顧與展望

王樹彪

（遼寧省工程勘查研究院，沈陽110031）

自20世紀80年代我國提出環境巖土工程概念以來，許多專家學者就對這一理論進行了不斷的研究和實踐。而隨著網絡技術的不斷發展，GIS被廣泛的應用在環境巖土工程中，在工程勘察管理評價以及探測地質災害中得到了廣泛的價值應用。因此，從環境巖土工程概念及其發展歷程出發，對GIS技術應用以及其未來的發展趨勢做出以下展望。

GIS；環境巖土工程；應用展望

引言

隨著巖土工程內涵的不斷擴大，環境巖土工程也漸漸成為一門獨立的新興學科。隨著時代的不斷發展進步，環境成為社會越發關注的問題，而環境巖土工程的主要研究對象就是環境問題，且隨著網絡技術的廣泛應用，利用GIS技術中的數字模擬功能，將環境巖土工程中所涉及到的抽象因素化為立體，可以有效提高環境巖土工程的研究水平。

一、環境巖土工程概念及其發展歷程

環境巖土工程這一概念是20世紀80年代由方曉陽教授所提出的，后經環境巖土工程學會討論決定，將其定義為一門專門學科。在環境巖土工程概念中，環境巖土工程不僅包含了傳統的巖土工程問題，也對于一些新型領域做出了探究。總的來說，其主要分為兩個方向，即地質環境工程和生態巖土工程。其中，地質環境工程主要是對一些有害污染物進行管理和分類，而生態巖土工程則主要是對地質和生態中一些比較敏感的方面進行研究，如酸雨、沙漠、濕地等等[1]。近些年，我國專家學者的不斷研究實踐，環境巖土工程取得了不斷發展。隨之對于環境巖土工程的概念也出現了新的看法，如羅國煜教授就指出，環境問題可以分為兩類，即生態污染破壞問題與環境巖土工程問題。對生態污染破壞問題筆者將不做具體分析，而環境巖土工程問題則是由規模性的巖土工程對環境產生的破壞問題，在這其中環境巖土工程問題又可以分為區域性和城市性兩方面。對此，在2000年初召開的環境巖土工程學術工程座談會中，對環境巖土工程的內涵做出了新的擴展。在會上施斌教授提出，環境巖土工程強調環境對工程施工、設計的可靠性影響，且環境巖土工程除受力學作用外，還受化學、地質學科、社會學科之間的影響，是一門多元化的邊緣性學科，所以在原有課題基礎上，還應增設垃圾填埋處理與核廢料處理。

二、GIS在環境巖土工程中的應用

（一）工程勘察管理和評價

關于GIS在環境巖土工程中工程勘察管理和評價的研究，早在20世紀80年代國外就已經展開了一系列的研究實踐，這其中以美國為代表。1987年Ellen博士等人就已經開始嘗試運用GIS技術對地質工程進行分析，隨后在1989年Peter教授等人在運用GIS技術進行工程數據分析評價時，也取得了不同的實驗成果。這為GIS在環境巖土工程中的應用奠定了一定基礎。而20世紀80年代末與90年代初，在NIF與聯邦公路管理處的共同提議下，美國建立了第一個巖土工程信息系統。該系統以GIS數據庫為基礎，對巖土工程實驗提供數據理論分析和處理[2]。而在90年代末期，加拿大也在GIS技術的應用也取得一定的研究成果。其通過模糊分類與虛擬技術的融合，有效地為環境巖土工程中程勘察管理和評價提供了數據依據。而我國雖然在GIS技術研究中起步比較晚，但是發展速度卻是不容小覷的。這其中以姜云教授的研究最為著名。在其研究過程中，其主要以重慶市為研究對象，運用GIS技術的信息儲存功能，對重慶市的巖體地形破壞程度進行時空預報，并闡釋了城市地質環境與土地利用之間的關系，對土地能力等級以及地質的穩定性進行評價劃分。隨后陳鎖忠博士也以GIS為主要控制板塊，并結合美國的地下水模擬運行系統，對我國的江蘇省無錫市進行了地區性的集成調查統計分析。在這個研究過程中，GIS作為數據總控系統，不但實現了對數據分析的可視化管理，也實現了地質數據模型的建立。對此，我國的南京大學也對GIS在環境巖土工程中的應用進行了大量的研究工作，在研究過程中，其首次對三維技術進行了大膽的嘗試，其以長江大橋為研究對象，對其空間展布特點進行分析，并以工程設計和施工為依據，實現了數據與三維模型之間的轉化。雖然在轉化過程中受到一定的文件格式限制，但仍對GIS在工程勘察管理和評價中做出了巨大的貢獻。

（二）探測地質災害

GIS技術可以有效地對地質災害進行探測，對此，筆者將從以下兩個方面進行分析。首先是對滑坡災害的探測。滑坡災害是一種發生在地質表層且具有一定的空間范圍和時間范圍的地址災害現象，由于空間大小與時間快慢都會對滑坡災害造成不同程度的影響，因此，考慮到滑坡災害的影響因素，就可以利用GIS技術對滑坡災害進行信息管理，從而加強對滑坡時間與空間因素上的統計分析，進而對滑坡災害的發生風險進行控制[3]。對此，在1989年美國的Bain教授就曾運用GIS技術對滑坡災害進行分析。其主要是通過GIS技術的數據分析處理和管理上的功能進行研究，但是由于技術的有限，其對于空間分析功能沒有做出明確的要求。1990年，荷蘭與哥倫比亞聯合對GIS技術在探測地質災害的應用上進行了研究。其利用GIS技術的空間定位功能以及數據管理和數據分析功能，實現了對斜坡穩定模型的分析以及對山體滾石掉落速度的計算。這一研究對滑坡災害探測做出了巨大的貢獻。其次是GIS技術在沙土液化災害中的探測。沙土液化是由地震或者地震負荷所引發的一種自然災害，傳統分析方式主要有定性和定量兩種，這些分析方式雖然存在一定的優勢，但仍然屬于一種傳統地質工程探測方法，且大部分工作由手動完成，不但工作效率較低，且缺乏一定的準確性。隨著信息化時代的到來，利用GIS技術對沙土液化災害分析可謂時代的大勢所趨。而在1993年美國科學家就曾運用GIS技術對沙土液化進行了研究。其以海濱平原地區為研究對象，在研究中發現，該地區可分為六個土質層，即土體性質層、地震震動周期層、液化潛在層、震動放大層、光譜加速層、預測破壞層，從而實現了對該地區的沙土液化的可視化管理。

三、GIS在環境巖土工程中發展趨勢

GIS技術作為一種模擬實際情況的軟件應用技術，筆者認為，隨著計算機技術的不斷發展，其在環境巖土工程中將具有巨大的發展前景，有以下兩個方面在不久的將來是一定會實現的。首先是GIS三維技術的應用。三維地理信息技術是目前的主要發展方向，也是發展過程中的熱點，且從目前的三維技術應用分析，也取得了一定的進展。但從整體的發展水平來看，還要進一步加強對三維技術的可視化操作與空間結構技術的重組，才能協調GIS技術三維發展過程[4]。其次是3S技術的發展。隨著我國航天事業的不斷發展，3S綜合技術也得到了顯著的提升效果，并且就未來的國際發展狀況分析，3S技術將會擁有更廣闊的發展空間。而地質勘探工作無疑是未來國家經濟建設中的重點，加強3S技術的開發，將對環境巖土工程的發展予以更有效的推動。

結語

環境巖土工程作為一種新興的邊緣化學科，對于環境保護以及建設發展具有重要的促進作用，因此，加強對環境巖土工程的研究以及GIS技術的應用，對于我國未來的經濟建設以及可持續發展具有重要意義。

[1]張凌，施斌，王寶軍.GIS環境中砂土液化評價方法[J].水文地質工程地質，2013，（5）.

[2]胡成，陳植華，丁國平.GIS技術在巖溶塌陷預測中的應用[J].桂林工學院學報，2015，（2）.

[3]沈芳，黃潤秋，苗放，許強.地理信息系統與地質環境評價[J].地質災害與環境保護，2014，（1）.

[4]施斌.理論與應用相結合的環境巖土工程討論會綜述[J].水文地質工程地質，2015，（2）.

【責任編輯 安 琪】

TU411

A

1673-291X（2016）23-0032-02

2016-08-16

王樹彪（1980-），男，遼寧清原人，部門經理，工程師，從事巖土工程研究。