地質(zhì)災(zāi)害隱患和水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查計劃分析

胡發(fā)虎

（云南地礦地質(zhì)工程有限公司，昆明 650041）

1 引言

地質(zhì)災(zāi)害隱患具有較強的不確定性和隱蔽性，監(jiān)控和預(yù)防難度極大，在地質(zhì)構(gòu)造運動等因素的影響下，還有可能進一步發(fā)展成為泥石流、滑坡等重大自然災(zāi)害；水文地質(zhì)環(huán)境同樣存在較大的波動，水理結(jié)構(gòu)變化、地下水位升降等，均容易給區(qū)域生產(chǎn)生活帶來較大的安全風(fēng)險。因此，國家地質(zhì)調(diào)查局從民生建設(shè)及生態(tài)文明建設(shè)角度出發(fā)，提出了地質(zhì)災(zāi)害隱患和水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查計劃，對該計劃要點進行分析、總結(jié)，有助于獲知戰(zhàn)略部署全貌，為地質(zhì)調(diào)查實踐工作明確指導(dǎo)方向。

2 重要活動構(gòu)造與區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查

地質(zhì)調(diào)查局首先聚焦于東部平原覆蓋區(qū)，對其活動斷裂進行調(diào)查，并形成了完整的調(diào)查技術(shù)、評價方法體系，從活動斷裂的角度，對工程建設(shè)中常見的不均勻沉降、局域地表裂縫等病害進行了作用機理闡述，對京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)建設(shè)有重要的參考借鑒意義。在張家口、北京聯(lián)合申請冬奧會成功的背景下，京張地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、斷裂帶活動等隱患也進入調(diào)查、研究視域，相關(guān)主體聚焦該區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題，借助專家經(jīng)驗打分法，對相關(guān)要素進行了評價因子權(quán)值設(shè)定，并綜合自然斷點法對結(jié)果進行級別劃分，調(diào)查總面積超過5×104km2，穩(wěn)定區(qū)域大致占總面積的46.32%，在結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，提出了增設(shè)支護、建造堤壩、植樹造林等措施與建議。

3 山地丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

山地丘陵區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，蘊藏的隱患風(fēng)險類型較多。在計劃實踐環(huán)節(jié)，首先，將孕災(zāi)條件作為主要線索，在全國范圍內(nèi)劃分了11 個重點區(qū)域，總面積大致為3.3×104km2，大巴山、烏蒙山等區(qū)域均在調(diào)查之列，調(diào)查方式綜合了高精度遙感、機載LiDAR 等技術(shù)，比例尺為1∶50 000，系統(tǒng)羅列了影響災(zāi)害的核心因素、易滑地層等[1]，在分析區(qū)域、流域、城鎮(zhèn)等主體特征的基礎(chǔ)上，形成了不同尺度標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險評價模型，并編制了新型災(zāi)害地質(zhì)圖編制方式，形成了6 幅具有針對性的繪制樣板圖。在技術(shù)方法方面，形成了“星—地—空”一體的調(diào)查體系，對具有典型特征的孕災(zāi)因素進行了分析，種類涵蓋地質(zhì)結(jié)構(gòu)、斜坡類型等，在劇烈變形區(qū)劃分時，主要借助InSAR，在災(zāi)害邊界精細勾畫時，則借助了機載LiDAR 技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等，地質(zhì)圖繪制精確性更有保障，圖1 為某地斷裂帶交匯三維掃描示意圖。

圖1 某地斷裂帶交匯三維掃描示意圖

4 生態(tài)脆弱區(qū)和特困水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查

在生態(tài)脆弱區(qū)、特困經(jīng)濟區(qū)，深入研究、健全了地下水循環(huán)理論，首先是西北大型干旱區(qū)，比如，柴達木盆地、黑河流域等，研究對象主要有構(gòu)造、巖性等，通過分析得出了該地區(qū)水循環(huán)控制、演化規(guī)律及作用機理；其次，是神東—晉東地區(qū)，該地區(qū)煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)達，研究主要聚焦人為活動影響，樣本選取了100 余處礦坑，對侏羅系煤田、華北型煤田水質(zhì)進行了分類，發(fā)現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類水是其主要類別，為當(dāng)?shù)厮Y源治理提供了支撐和方向。在這些區(qū)域，地表沉降是重點地質(zhì)災(zāi)害類型，因此，地質(zhì)調(diào)查局在實踐測繪的基礎(chǔ)上，還編制了DD 2019—05《水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)（1∶50 000）》，明確了勘查數(shù)據(jù)類別，同時，更新了地面沉降信息系統(tǒng)，以地質(zhì)云平臺為依托，錄入了超過3.3×106條監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及1 500 余條水文地質(zhì)、地表沉降相關(guān)的信息，可以為區(qū)域治理、改造、脫貧攻堅提供支撐。

5 巖溶地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查

我國西南區(qū)域巖溶地貌分布較為集中，諸如石灰?guī)r等的可溶性巖層賦存量較大，流水長期作用于地上、地下的巖層，形成了石芽、溶蝕洼地、溶洞等眾多形態(tài)。巖溶區(qū)域是我國生態(tài)脆弱區(qū)的典型代表，由于其自身調(diào)蓄能力較差，無法起到固土保水的作用，因此，局域內(nèi)既旱又澇的狀況十分常見，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分縣市淹沒土地可高達200 km2（3×105畝），而同時石漠化問題還在并行擴張，這種狀況對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大阻礙，地下孔、縫、洞并存的情況下，水資源開發(fā)難度也有所上升。

在水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查中，相關(guān)部門對巖溶地區(qū)地下水賦存情況進行了系統(tǒng)的勘查，調(diào)查范圍涵蓋400 余條地下河，并在此基礎(chǔ)上明確了規(guī)劃路徑，指出調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、解決缺水問題、發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)等目標(biāo)，為脫貧攻堅事業(yè)提供了巨大助力，其開發(fā)利用模式見表1。政策推行期間，共形成了200 多項示范工程，既幫助當(dāng)?shù)鼐用窠鉀Q了水資源利用難題，也探索出了生態(tài)、經(jīng)濟友好的協(xié)同發(fā)展路徑。計劃中還關(guān)注了巖溶地區(qū)碳循環(huán)問題，對二氧化碳在不同界面上的轉(zhuǎn)化展開定量分析，并借助地表植被、沉水植物等，對固碳增匯進行了干預(yù)，為國家碳排放目標(biāo)的實現(xiàn)開辟了新路徑。據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)過治理的西南巖溶區(qū)10 年來碳匯量高達2.5×107t，與該地植樹造林所達成的碳匯量相比，可占到25%～50%，生態(tài)性能良好。

表1 西南巖溶地區(qū)水資源開發(fā)利用模式

6 主要含水層水質(zhì)綜合調(diào)查

地下水是我國重要的淡水資源，能夠為區(qū)域安全用水提供基礎(chǔ)保障，當(dāng)前水資源枯竭、污染是2 大重點地質(zhì)問題，也是地質(zhì)災(zāi)害隱患和水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查計劃中關(guān)注的焦點。2005—2015 年，中國地質(zhì)調(diào)查局首次以系統(tǒng)化、全局化思維，在全國范圍內(nèi)開展了地下水調(diào)查，總面積為4.4×106km2，涵蓋地域既有經(jīng)濟發(fā)達區(qū)，也有生態(tài)脆弱區(qū)，采集樣本總量高達3.6×104組，分析檢測指標(biāo)也多達72 項。至2016 年，相關(guān)部門對所有數(shù)據(jù)整合、分析，編制出系統(tǒng)的水質(zhì)、污染評價報告，總結(jié)出我國地下水質(zhì)區(qū)域差異明顯，存在六高、五化等問題[2]。

松散含水層是水文地質(zhì)環(huán)境中較為特殊的存在，它通常呈層狀，常見的層級有砂礫層、砂卵礫石層等，有時也呈現(xiàn)為透鏡體結(jié)構(gòu)，松散含水層中，隔水層多以結(jié)合水形式存在，透水、給水性能不佳，當(dāng)水頭差變大時，還有可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)化，這無疑增加了該種地質(zhì)類型的不確定性。珠江三角區(qū)、豫北山前沖洪沉積扇等，均是較為典型的松散含水層，因此，在計劃實施中，還對這些區(qū)域進行了水質(zhì)綜合調(diào)查，對其水質(zhì)、污染情況、規(guī)律進行了摸索，并綜合運用重金屬、有機物等污染治理技術(shù)，開展了修復(fù)示范活動，為這些區(qū)域的地下水保護提供了重要支撐。

在標(biāo)準(zhǔn)體系上，相關(guān)部門同樣進行了完善和補充，綜合實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進一步修訂了GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，并編制了關(guān)于地下水調(diào)查的方法導(dǎo)則，將指標(biāo)毒理性作為技術(shù)依據(jù)，提出了系統(tǒng)的評價方法、污染預(yù)防技術(shù)評價方法等，過程中重點關(guān)注三氮污染問題，使定量溯源成為可能，在地下水微生物調(diào)查技術(shù)中，還開發(fā)了自動原位測試取樣技術(shù)、便攜式電分析化學(xué)現(xiàn)場測試技術(shù)等，這些標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)的誕生填補了傳統(tǒng)監(jiān)控模式中的空白，為高效、便捷質(zhì)控創(chuàng)造了條件。

7 國家地下水監(jiān)測工程

水文地質(zhì)是工程建設(shè)、礦產(chǎn)開發(fā)等場景中必須關(guān)注的監(jiān)測要點之一，地下水位上升會導(dǎo)致地表鹽漬化、工程基礎(chǔ)上浮等狀況；地下水位下降，則可能引發(fā)地表沉降、地層結(jié)構(gòu)變化；地下水位反復(fù)升降時，則可能導(dǎo)致巖土膨脹幅度提升，導(dǎo)致土層膠結(jié)物流失，降低基礎(chǔ)強度。基于此，自然資源部、水利部組織、規(guī)劃了集自動化、現(xiàn)代化為一體的國家地下水監(jiān)測工程，至今總投資金額已經(jīng)達到22 億元，共建成站點20 469 個，站點控制面積可達國土的1/3，基本覆蓋了我國主要經(jīng)濟活動區(qū)。

為方便統(tǒng)一管理，管理體系借助了云平臺、大數(shù)據(jù)等先進科技，監(jiān)測站點遵循分布式采集、運行算法，將采集數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料等匯聚到共享系統(tǒng)中，與礦產(chǎn)、能源等數(shù)據(jù)庫相交互，為地質(zhì)圖、地學(xué)軟件、出版物等產(chǎn)品的制作提供依據(jù)，可用于行業(yè)生產(chǎn)、科研、政務(wù)等多種場景，“地質(zhì)云”分布式體系如圖2所示。在干旱、半干旱區(qū)，還結(jié)合使用了新型自動補水儀，形成地下水均衡試驗場[3]，提升了土壤水負壓監(jiān)測能力。

圖2 “地質(zhì)云”分布式體系架構(gòu)圖

在檢測標(biāo)準(zhǔn)方面，相關(guān)團隊同樣進行了改進和充實，重新編制了有關(guān)地下水位、水質(zhì)的12 項標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步結(jié)合三維模型搭建方法，實現(xiàn)了地下水運動實時模擬，可以在異地條件下滿足多方協(xié)同建模需求。對于承壓水、無壓水轉(zhuǎn)化問題，也研發(fā)出了專門的井監(jiān)測技術(shù)，能夠較好地解決井管結(jié)冰等問題。

8 結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)災(zāi)害隱患和水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查是一項戰(zhàn)略性、全局性工作，能夠為民生建設(shè)、生態(tài)保護提供強大的數(shù)據(jù)支撐，相關(guān)行業(yè)可以將此作為具體的工作方法導(dǎo)向，深入分析相關(guān)評價指標(biāo)體系，加強便攜式點分析化學(xué)測試技術(shù)、承壓-自流井監(jiān)測技術(shù)等的理論探索，同時，將思路擴展到實踐應(yīng)用層面，立足當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、水文條件，挖掘適宜的開發(fā)利用模式，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。