水利工程勘察中水文地質問題的研究

王立玲

（滄州水利勘測規劃設計院有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

我國國土面積廣闊，不同地區的地理資源稟賦呈現出截然不同的態勢。這種地理特點，既是我國得天獨厚的地理資源優勢的重要體現，同時也是我國在基礎設施建設方面必須要面臨的挑戰。水利工程建設是一個系統性工程，包含江河湖泊治理、水庫及樞紐工程建設、水資源配置工程建設、農村水利工程建設等多個方面。水利工程作為基礎設施建設中的一項基本工作，在推動經濟建設發展方面起著重要作用。確保水利工程施工安全及建設質量，是水利工程建設的基本要求。而水文地質情況是影響水利工程安全的直接因素。因此，要確保水利工程施工安全，就要重視對水利工程勘察中水文地質問題的研究。

1 水文地質勘察內容概述

水利工程勘察是水利工程建設的基礎工作，包括施工工程測量、工程地質情況勘測、施工地區土壤勘察等多個勘察項目。水文地質勘察是其中的一個組成部分，其研究的主要對象是地下水，主要包括地下水的形成過程、運動變化、種類特征等內容。

形成地表水的各種綜合條件相對穩定，對應的勘察難度相對較小。地下水存在空間性強的特點，其垂直分布的形式受地層影響明顯，在不同地質條件中形成的地下水呈現出完全不同的性質特征和運動狀態。地下水存在于地下巖層縫隙之間，對地下水進行水文地質研究，就必須要對地下巖層的種類性質、地下巖層與地下水之間的運動關系進行詳細研究。通過對地下巖層與地下水的交互中表現出的溶水性、持水性、給水性、透水性研究，為水利工程順利開展創造條件。

2 水文地質問題對水利工程建設的影響

水文地質問題即是由于地下水的狀態變化、運動變化及與巖層交互中使巖層性質發生變化的問題，地下水不同的變化形式會給水利工程建設帶來不同的影響。

2.1 地下水整體水位升降的影響

地下水的形成因素眾多，其水量補給源在不同地域表現出不同的特征。在熱帶、亞熱帶、溫帶季風氣候區，由于降水量充沛，地下水的補給源也比較豐富，這部分氣候區的地下水資源量一般隨季節性變化明顯。而以溫帶大陸性氣候為主的內陸地區，受降水量少的影響，地下水的補給源相對較少，地下水資源量變化相對不大，但也存在季節性變化。除了自然因素之外，人為因素則是影響地下水位變化的另一個重要因素。水庫蓄水泄洪、農田灌溉、采礦等活動，會在短期內使得部分地域的地下水容量發生急劇變化。

地下水整體水位的變化給水利工程施工帶來的影響是極大的。地下水水位急劇上漲會造成建筑材料浸泡、基坑損毀、威脅施工人員安全等眾多問題，而地下水位急劇下降則會產生地面塌陷（如圖1所示）、土質鹽漬化等問題，在一些沿海地區可能還會發生海水倒灌的問題，從而給水利工程施工帶來嚴重的影響。

圖1 地下水位下降形成的地面塌陷

2.2 地下水整體水位變化對地下巖層造成的影響

地下水特殊的存在方式，決定了它與地下巖層強交互性的特點。不同的地下巖層在與地下水的交互運動中表現出不同的性質，大理巖類、千枚巖類等變質巖質地緊密，化學和物理性質相對穩定，在與地下水的交互運動中變化幅度較小；而砂巖、礫巖等構成的地層受其構造影響，與水的交互性強。這些與水交互性強的巖層，在季節性的水位變化和人工因素影響下的水位變化的影響下，其自身性質就容易發生變化。水位上漲時巖層在浸泡中發生軟化會造成坍塌，水位變化幅度大、頻率高時，巖層的整體體積會急劇變化，造成地表裂隙或者地面塌陷，從而對工程施工產生影響。人為因素是造成地下水短期水位變化的主要因素，在水利工程施工過程中，項目周圍局部的地下水位的不穩定發展，使得原本就較為膨脹的巖土出現不規律的脹縮，這就會對水利工程項目后期的施工造成不同程度上的破壞[1]。

2.3 地下水的運動形式對地下巖層造成的影響

一般情況下，地下水的運動形式大致保持一個平衡發展的態勢，巖層保持著一個相對穩定的狀態。地下水與巖層的交互中，不同形式的地下水具有不同的物理性質，對巖層產生的力學作用也完全不同。靜態地下水與地下巖層交互中表現出來的重力勢、靜水壓勢、吸附勢等水勢與動態水勢具有較大的差異，對地下巖層的影響程度也各不相同。若地下水運動狀態發生變化，那么其對巖層施加的力學作用也會隨之發生改變，從而使巖層的應力、體積發生一定程度的變化，而巖層的體積的膨脹和收縮，就會對工程施工產生較大的影響。在自然狀態下，地下水的動水壓力作用不會帶來較大的危害，但在人為工程活動中，尤其是抽取地下水、修建水庫時，地下水的天然動力平衡會被破壞，在動水壓力的作用下，會出現巖土工程災害，如流沙、管涌、基坑突涌（如圖2）等[2]。

圖2 基坑突涌對工程的危害

3 水文地質勘察的要點分析

水利工程勘察一般以地質勘察為主，通過對施工區域的地質構成、巖層穩定性等內容的調查研究，為工程的安全建設提供數據支撐。在水利項目施工過程中，深入勘察水文地質情況極其重要，全面掌握水文地質問題，可以更準確地評價與計算地下水對水利工程的影響，同時，制定有效的應急方案，最大限度降低水文地質問題所引發的危害[3]。

3.1 地下水形成及運動狀態的勘察

水文地質對水利工程建設的影響主要在于水容量變化帶來的地下水水位升降而引起地表塌陷、突涌等問題。

（1）地下水形成的勘察：是對地下水的形成條件進行全面的分析，全面勘察氣候、地域、人工干預對地下水容量的影響，制定施工方案。

（2）地下水運動狀態的勘察：地下水在不同的運動狀態下會表現出不同的物理性質，這些物理性質會對巖層的物理性質產生極大的影響，從而造成一些水利工程事故的發生。因此，對于施工區域地下水的運動狀態勘察，也是水利工程勘察中的一個重點內容。

3.2 巖層水理性質變化的勘察

工程地質勘察最重要的研究內容就是對地質條件的分析，即施工地域巖層的性質分析。在地下水豐富的施工地區，巖層表現出來的物理性質受到地下水活動的頻繁影響，處于長期變化狀態。尤其是在一些具有復雜地質情況的環境中，巖層構成密度、體積大小、連續程度等本來就呈現出一種復雜的狀態，再加上地下水的長期影響，其物理性質變得愈加復雜。以往的工程地質勘察過程中常忽略了巖土水理性質的測試，導致巖土工程地質性質的評價是不科學、不全面的[4]。因此，必須要將巖層水理性質變化的勘察作為工程地質勘察中的一個重點內容，為后期水利工程施工建設提供可靠的參考依據。

4 加強水文地質問題研究的策略

4.1 重視水文地質問題研究，把握勘察要點

水文地質問題研究在以往的水利勘察中所占比例較小。在水文地質勘察中，應對勘察人員做好宣傳教育，使其能夠明確勘察工作目標[5]，重視水文地質問題的勘察和研究。在實際勘察工作開始之前，組織相關主題會議，明確制定水文地質勘察的具體目標、任務分配、數據搜集要點等工作，一對一落實。在施工地域勘察時，要靈活運用多種勘察技術，保證勘察數據的準確性和真實性。

4.2 加強水文地質數據分析與適時更新

在開展巖土工程水文地質調查工作時，要根據項目現狀和預測評估數據信息，了解和掌握各種水文地質問題，保證水文地質參數的準確性和可靠性[6]。一方面，地下水對于巖層結構、體積的影響眾多，對于巖層結構物理性質的分析研究需要龐大數據的支撐，數據的真實性和準確度直接影響對施工地域地質真實情況的把握。另一方面，地下水對巖層的影響是一個長期的動態過程，因此地下巖層各種性質變化也是一個長期的過程，保證相關數據的適時更新，對于水利工程項目的安全穩定有著重要的作用。

4.3 加強現場勘察力度，重視巖土水理性質的分析

水利工程項目的建設是一個系統性的工程，且施工地域一般多為高山峽谷、河谷險灘等地理狀況比較復雜的地域，其施工難度隨著工程量的增加而增強。在不同的施工地域，地下水的形成和運動狀態具有明顯差異，受地表氣候、地域地理條件的影響也各不相同，因此，水利工程施工前期的勘察工作就顯得極為重要。因地下水運動狀態改變會造成地下巖層水理性質的變化，所以在地形較為復雜地區的水文地質勘察應當包括兩方面：（1）加強現場勘察力度，根據整體工程設計圖紙，對主要施工區域及周圍的地表地形進行詳細查勘。以高山地區為例，高山地區地形崎嶇，降雨量受地形影響明顯，對于降雨易造成山洪、泥石流等問題，對此要進行細致地考察分析；此外，山地的植被分布、土壤類型等都是影響工程施工建設的重要因素，在具體的勘察過程中一定要重視。（2）地下巖層水理性質的變化分析。隨著地下水的發展變化，巖土的水理性質也會逐漸發生變化，這種變化一般是緩慢而長期的。因此，在施工過程中，要做好巖土水理性質的長期監測分析，對其融水性、持水能力、脹縮性做好重點分析，為施工建設提供持續的數據支持。

4.4 建立系統的評價機制

在水文地質勘察中，地下水的形成、種類、運動狀態及因地下水運動而造成巖層水理性質的變化分析，是一個非常繁雜的地理數據處理和現象研究工作。專業技術人員不僅需要進行大量的勘察研究，還需要依照工程的具體設計提出可行的解決方案。為了節省時間和精力，應根據地下水的一般性質、巖土水理性質變化的一般規律建立一套初級評價標準，對常見的地下水運動及巖土水理性質的變化規律做系統性的簡單預測，并根據預測結果，對可能出現的地質問題制定預警方案或者解決方案。

此外，除了施工前期的水文地質評價機制之外，還要針對水利工程項目施工中后期，項目本身對地區水文地質所產生的影響建立評價機制，主要包括施工工程的水污染評價、因爆破造成的地形改變對地下水運動狀態的影響評價等內容。結合工程設計圖紙和前期水文地質的勘察內容，盡量確保評價機制的完整。水利工程施工對水文地質的影響評價機制建立，對于加強工程項目完工后地域水文地質的檢測研究、維持工程項目安全持續運行都有著重要的意義。

5 結束語

水文地質是水利工程勘察中不容忽視的一個重點內容。加強水利工程勘察中的水文地質問題研究，既可以明晰水文地質變化對工程地質產生的各種影響，也可以為后期水利工程項目的建設和維護提供重要的參考依據。