水文地質和工程地質在地質災害防治工程中的應用

摘 要：水文地質和工程地質能夠分析地質災害形成的作用機制，為地質災害防治工程的建設提供技術及理論基礎。對此，通過分析水文地質研究在滑坡與泥石流防治、水位監測及工程基礎設計中的應用表現，結合實踐分析法總結工程地質研究在地質災害風險預測、工程建設選址及加固工程設計等中的關鍵技術與方法，總結出通過區域性地質災害體系建設、綜合性地質災害預測手段及智能化地質災害防治等工程建設策略，為地質災害防治領域的工程實踐提供技術及理論指導。

關鍵詞：水文地質；工程地質；地質災害防治

中圖分類號：P694 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

《全國地質災害防治“十四五”規劃》為地質災害防治工作的開展奠定了堅實基礎，但現階段地質災害防治工作缺乏綜合治理手段，導致水文地質災害防治與工程地質災害防治無法實現有機結合，不利于提升國內地質災害防治工程的建設效率。通過分析水文地質與工程地質在地質災害防治工程中的作用機制，并對地質災害防治工程設計、監測、治理和工程建設策略進行綜合分析，對充分發揮水文地質和工程地質在地質災害防治工程中的使用價值，具有關鍵作用[1]。

1 水文地質在地質災害防治中的應用

1.1 滑坡與泥石流災害防治

滑坡與泥石流的關系十分密切，易發生滑坡的區域也易發生泥石流，但泥石流的暴發必須具備水源條件。同時，暴發滑坡的物質通常也是泥石流暴發的重要固體物質來源。此外，滑坡在運動過程中常常轉化為泥石流，或是滑坡發生一段時間后，其堆積物在一定的水源條件下生成泥石流，即泥石流是滑坡的次生災害，兩者有著許多相同的促發因素。

滑坡與泥石流作為典型地質災害，其形成原因與地下水位變化、降水滲入等水文地質條件息息相關，這也導致現階段針對滑坡與泥石流災害的防治工作需要從水文地質的考究出發，體現出水文地質條件對相應災害問題防治工作的核心作用[2]。例如，水文地質分析工作依托地下水流向監測、水位變化及滲透特征分析等工作，能夠用于評估滑坡區域的穩定性。在使用FEM有限元分析法進行滑坡地質災害分析的過程中，水文地質分析工作能夠分別獲取Q源項（降雨、地下水輸入及輸出等）、S儲水系數、H水頭等計算參數，這一類計算參數通過控制方程處理，能夠得到用于滑坡地質災害認定的數據依據，幫助相關部門及時識別滑坡災害的風險系數。

此外，利用遙感技術不但可準確、直觀、全面、多角度地觀察和研究泥石流災害，還可以利用多時像的遙感資料，動態地觀察地質災害的發生、發展等過程，為災害地面調查及后續治理提供指導。同時，利用遙感技術監測泥石流的主要核心是泥石流溝的解譯。且泥石流的遙感調查方法與滑坡十分類似，也可以采用直接解譯法、動態對比法和干涉雷達等方法進行監測。

1.2 地下水位監測與調控

在地質災害防治工程的建設過程中，排水設施是防治工程的重要組成部分，為了充分發揮出排水設施的功能適配性，相關部門在了解與掌握地下排水的具體位置及排水量等相關參數的基礎上，打造尺度合適的排水設施用于地質災害防治。在此過程中，基于水文地質研究與分析開展的地下水位監測及調控工作至關重要，相關人員通過測算地下水流量及流速，確定排水系統建設的合理位置，以提高排水系統運行效率，減輕巖土體孔隙水壓力，從而大幅度提升地層穩定性。例如，在地質災害防治工程的地下集水井設施建設中，相關人員需要對地下水流速及流量設定排水閾值“X”，再根據以下地下水動力分析公式，得出目標點位的水文地質參數，將水流量超過閾值的目標點位作為集水井設置點位，確保后續集水井的排水與給水效率能夠符合地質災害防治標準。

Q=-K×A×（1）

式（1）是基于地下水動力學的流量計算方法。其中，

Q表示地下水流量，單位為m3/s；K表示滲透系數或導水系數，單位為m/s；A表示滲流截面積，單位為m2；表示水力梯度，為水位差與流動路徑長度的比值，無單位量綱。

2 工程地質在地質災害防治中的應用

2.1 地質災害風險預測

在工程地質研究中，相關人員通過現場勘查、數據分析及地質災害風險模型等手段，檢測規定區域內存在的地質災害風險，這對后續建設地質災害防治工程具有指導意義。例如，工程地質研究工作依托遙感及GIS地理信息系統技術，借助高分辨衛星影像分析等工作手段，獲取特定工作區域的巖性、結構面、地貌、崩塌體形狀、受力狀態、起始運動形式、失穩因素等地質信息，并以此生成地質災害敏感性圖層，用于直觀展示潛在的地質災害風險分布情況。因此，地質災害防治工程的相關設施能夠建設在地質災害風險分布較為集中的地區，以此充分發揮地質災害防治工程設施的利用價值。例如，針對不規則裂縫密集的地質區域，地質災害防治工程中可采用加固錨管與錨索固定巖石基座，配合不同規格的錨桿用于支護小區域滑坡體，增加目標區域的地質穩定性，并應對滑坡及泥石流等相關地質災害[3]。

2.2 建設選址與工程設計

工程地質研究分析可獲取目標區域的地質特征數據，幫助地質災害防治工作識別災害形勢和災害隱患，相關部門再以此為依據，調整地質災害防治工作的建設選址及工程布局，可顯著提高對地質災害的防控效率。以泥石流地質災害的防治工作為例，在工程地質研究階段，相關部門可利用DEM高程數據，配合GIS地理信息系統還原地區地形地貌結構圖，并依托災害模擬插件模擬泥石流可能影響的區域場所、測算泥石流運行路徑。根據高程數據測得的泥石流路徑結果，攔擋壩、導流渠及沉沙池等泥石流防治設施的選址能夠根據模擬的災害情況進行動態調整，將混凝土壩、格柵壩等阻擋設施建設于泥石流溝道上游，導流渠等設施則建設于泥石流路徑尾部，通過科學調整泥石流防治設施選址，能夠顯著提高泥石流地質災害的防治處理效率[4]。

此外，在工程設計方面，工程地質可以深入應用于地質災害防治工程的工程設計階段。例如，借助工程地質中獲取的土層結構、巖土性質等關鍵信息，相關人員在打造地質災害防治設施的過程中，采用樁基工程、擴大基礎及地下連續墻等加固手段，提升防治工程設施的穩定性，針對存在地震活動、土壤物理性能較差的工作區域，采取切實有效的災害治理方法。

3 水文地質與工程地質在地質災害防治工程中的應用策略

3.1 區域性地質災害體系建設

相關部門應通過優化地質災害風險評估手段、地質災害綜合治理手段，使區域性地質災害體系內容更加完善，為地質災害防治工程的建設提供基礎。在地質災害風險評估與區劃方面，相關部門應針對區域性地質災害，同時實施水文地質分析和工程地質調查工作，增強兩項工作的聯動性。在分析地下水流動向、滲透特性及水位變化的同時，大規模分析相關區域的巖土體穩定性、抗剪強度及應力狀態，以便快速定位地質災害敏感區，確保地質災害防治工程能夠做到分區管理。

在綜合治理手段的建設上，針對現存的區域性地質災害問題，相關部門應結合水文地質與工程地質信息，估算各分區地質災害防治工程的工程量，確保相應區域的地質災害防治資源能夠應對已有的災害問題[5]。例如，根據表1中設定的地質災害防治工程量指標，相關人員可根據水文地質及工程地質分析參數，計算各區域地質災害嚴重程度等級，若災害嚴重等級較高，則適當增加各項防治工程設施建設的工程量，以此提高各區域地質災害防治工程的治理水平。

3.2 智能技術實現地質災害防治信息的有機串聯

智能技術可用于串聯水文地質與工程地質，結合地質條件及地質信息對現有的地質災害防治工程進行改造，并提高地質災害防治工程的運行效率。例如，相關部門可基于機器學習算法開發地質災害防治數據庫，借助數據庫分析水文地質與工程地質數據，通過遙感衛星、數字模型獲取降水量、地下水位及滲流速率等水文地質參數；通過LiDAR數據獲取地形地貌參數、土體性質等工程地質參數，形成統一且多維度的信息資源庫，確保地質災害防治工作能夠依托大數據對實地災害進行多源處理。

此外，相關部門應基于數字軟件技術構建地質災害防治工程的虛擬模型，通過綜合采集地下水位、土壤濕度、巖土體應力等相關數據，在人工智能算法上推算出水文條件、地下水流動情況及地質結構等綜合信息。虛擬模型基于數字反饋，能夠得出相應的災害風險評估信息，并分析地質災害趨勢，幫助相關部門及時處理地質災害問題。

3.3 加強地下水的管理與控制

在地質災害防治領域，水文地質與工程地質發揮著舉足輕重的作用，其中對地下水的管理與控制顯得尤為關鍵。為確保地質災害的有效預防，必須全方位、系統性地監測地下水相關情況。通過精心規劃監測站點的分布能夠實時監控地下水的水位和水質等關鍵指標，從而敏銳捕捉任何異常信號。這些寶貴的數據不僅可以為地質災害預警提供堅實支撐，還可以助力相關人員更科學地規劃地下水的開采與利用。但必須警惕過度開采可能引發的地下水位急劇下降、地面沉降等嚴重地質災害。

針對地下水引發不良地質現象的災害隱患區，相關部門應采取切實有效的工程措施進行治理，如建設完善的排水網絡、提升地基穩定性等[6]。但管理與控制過程必須講究針對性，例如，針對地下水滲透與地下水積聚嚴重的區域，相關人員可以基于水文與地質條件打造排水溝及滲水井設施，并配合多層透水層改善水流路徑，減少地下水對地質結構造成的破壞與影響；針對存在局部積水嚴重的區域，相關人員應通過地址信息與水文信息反映的地下水位差等數值判斷地下水集中點，并及時采取布設抽水井的方式持續抽排地下水，在降低地下水位的同時減緩地下水對土壤與巖體的影響，減少滑坡發生的概率，以此充分發揮出水文及地質監測對于地質災害防治的關鍵價值。

3.4 完善應急管理機制

地質災害防治工程中應急管理機制的完善是保障人民生命財產安全的核心環節。為提高地質災害應對水平，需從多維度出發，全面強化這一機制。相關部門應建立全面的地質災害預警系統，該系統需持續監測水文地質與工程地質數據，及時發現并評估地質災害風險，為緊急響應奠定堅實基礎。全國地質災害氣象預報預警系統從2003年6月1日正式運行以來，通過地質災害氣象預報預警、地質災害調查監測和群測群防三位一體的防災減災措施，各地共成功避讓地質災害2 622起，及時轉移13萬人，避免財產損失18.5億元。通過國家級地質災害氣象預報預警工作的技術引領，全國轄區內有山區丘陵的30個省（區、市）和99個地質災害多發區的地、市、州及15個縣，都開展了地質災害氣象預報預警工作。同時，制定詳盡的應急預案，明確各相關部門的職責與分工，確保災害發生時能迅速啟動有序救援。并且，還要加強應急演練與培訓，提升相關人員的應急處置能力。

此外，相關部門還要增強公眾對地質災害的認知與防范意識，普及災害應對知識，從而構建全民參與的地質災害防治網絡。例如，構建以政府為主導、支持社會社區參與的地質災害防治與應急響應體系。在調度與指揮地質災害防治與應急管理的過程中，政府可以通過建立災害信息預警與共享機制，及時向企業、志愿者及社會組織提供有效的應急響應指引，并基于科學化原則制定相應的響應策略，提升應對地質災害能力。

3.5 強化生物防治

在地質災害防治的實踐中，強化生物防治尤為重要。為了切實推行這一策略，對目標區域展開深入的地質調查與生態綜合評估是其重要環節。相關部門要精準地識別出地質災害的具體類型、規模大小及其可能帶來的潛在危害，還要細致分析當地的植被覆蓋情況、土壤類別及生物多樣性的豐富程度。并在此基礎上，科學規劃出生物防治的具體方案，如大規模植樹造林、實施植被恢復計劃及構建生態環保型護坡設施，以此增強土壤的穩定性，進而有效降低滑坡、泥石流等災害的發生概率。此外，相關部門還可利用生物防治措施，確保植被能夠持續健康地生長，從而保障生態系統各項功能的長期穩定發揮。與此同時，提高公眾對地質災害防范的認識水平，并鼓勵社區力量積極參與生物防治工作。

4 結束語

提高地質災害防治工程建設質量需要完善對水文地質及工程地質的研究分析，在加大對二者應用機制的研究力度的同時，依托水文地質及工程地質資源構建綜合化地質災害治理體系。因此，相關部門應明確水文地質和工程地質在地質災害防治工程中的應用價值，充分發揮水文地質與工程地質在防治中的協同作用，為地質災害防治工程的可持續化建設奠定堅實基礎。

參考文獻

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