水利工程勘察中水文地质问题的研究

王立玲

（沧州水利勘测规划设计院有限公司，河北 沧州 061000）

0 引言

我国国土面积广阔，不同地区的地理资源禀赋呈现出截然不同的态势。这种地理特点，既是我国得天独厚的地理资源优势的重要体现，同时也是我国在基础设施建设方面必须要面临的挑战。水利工程建设是一个系统性工程，包含江河湖泊治理、水库及枢纽工程建设、水资源配置工程建设、农村水利工程建设等多个方面。水利工程作为基础设施建设中的一项基本工作，在推动经济建设发展方面起着重要作用。确保水利工程施工安全及建设质量，是水利工程建设的基本要求。而水文地质情况是影响水利工程安全的直接因素。因此，要确保水利工程施工安全，就要重视对水利工程勘察中水文地质问题的研究。

1 水文地质勘察内容概述

水利工程勘察是水利工程建设的基础工作，包括施工工程测量、工程地质情况勘测、施工地区土壤勘察等多个勘察项目。水文地质勘察是其中的一个组成部分，其研究的主要对象是地下水，主要包括地下水的形成过程、运动变化、种类特征等内容。

形成地表水的各种综合条件相对稳定，对应的勘察难度相对较小。地下水存在空间性强的特点，其垂直分布的形式受地层影响明显，在不同地质条件中形成的地下水呈现出完全不同的性质特征和运动状态。地下水存在于地下岩层缝隙之间，对地下水进行水文地质研究，就必须要对地下岩层的种类性质、地下岩层与地下水之间的运动关系进行详细研究。通过对地下岩层与地下水的交互中表现出的溶水性、持水性、给水性、透水性研究，为水利工程顺利开展创造条件。

2 水文地质问题对水利工程建设的影响

水文地质问题即是由于地下水的状态变化、运动变化及与岩层交互中使岩层性质发生变化的问题，地下水不同的变化形式会给水利工程建设带来不同的影响。

2.1 地下水整体水位升降的影响

地下水的形成因素众多，其水量补给源在不同地域表现出不同的特征。在热带、亚热带、温带季风气候区，由于降水量充沛，地下水的补给源也比较丰富，这部分气候区的地下水资源量一般随季节性变化明显。而以温带大陆性气候为主的内陆地区，受降水量少的影响，地下水的补给源相对较少，地下水资源量变化相对不大，但也存在季节性变化。除了自然因素之外，人为因素则是影响地下水位变化的另一个重要因素。水库蓄水泄洪、农田灌溉、采矿等活动，会在短期内使得部分地域的地下水容量发生急剧变化。

地下水整体水位的变化给水利工程施工带来的影响是极大的。地下水水位急剧上涨会造成建筑材料浸泡、基坑损毁、威胁施工人员安全等众多问题，而地下水位急剧下降则会产生地面塌陷（如图1所示）、土质盐渍化等问题，在一些沿海地区可能还会发生海水倒灌的问题，从而给水利工程施工带来严重的影响。

图1 地下水位下降形成的地面塌陷

2.2 地下水整体水位变化对地下岩层造成的影响

地下水特殊的存在方式，决定了它与地下岩层强交互性的特点。不同的地下岩层在与地下水的交互运动中表现出不同的性质，大理岩类、千枚岩类等变质岩质地紧密，化学和物理性质相对稳定，在与地下水的交互运动中变化幅度较小；而砂岩、砾岩等构成的地层受其构造影响，与水的交互性强。这些与水交互性强的岩层，在季节性的水位变化和人工因素影响下的水位变化的影响下，其自身性质就容易发生变化。水位上涨时岩层在浸泡中发生软化会造成坍塌，水位变化幅度大、频率高时，岩层的整体体积会急剧变化，造成地表裂隙或者地面塌陷，从而对工程施工产生影响。人为因素是造成地下水短期水位变化的主要因素，在水利工程施工过程中，项目周围局部的地下水位的不稳定发展，使得原本就较为膨胀的岩土出现不规律的胀缩，这就会对水利工程项目后期的施工造成不同程度上的破坏[1]。

2.3 地下水的运动形式对地下岩层造成的影响

一般情况下，地下水的运动形式大致保持一个平衡发展的态势，岩层保持着一个相对稳定的状态。地下水与岩层的交互中，不同形式的地下水具有不同的物理性质，对岩层产生的力学作用也完全不同。静态地下水与地下岩层交互中表现出来的重力势、静水压势、吸附势等水势与动态水势具有较大的差异，对地下岩层的影响程度也各不相同。若地下水运动状态发生变化，那么其对岩层施加的力学作用也会随之发生改变，从而使岩层的应力、体积发生一定程度的变化，而岩层的体积的膨胀和收缩，就会对工程施工产生较大的影响。在自然状态下，地下水的动水压力作用不会带来较大的危害，但在人为工程活动中，尤其是抽取地下水、修建水库时，地下水的天然动力平衡会被破坏，在动水压力的作用下，会出现岩土工程灾害，如流沙、管涌、基坑突涌（如图2）等[2]。

图2 基坑突涌对工程的危害

3 水文地质勘察的要点分析

水利工程勘察一般以地质勘察为主，通过对施工区域的地质构成、岩层稳定性等内容的调查研究，为工程的安全建设提供数据支撑。在水利项目施工过程中，深入勘察水文地质情况极其重要，全面掌握水文地质问题，可以更准确地评价与计算地下水对水利工程的影响，同时，制定有效的应急方案，最大限度降低水文地质问题所引发的危害[3]。

3.1 地下水形成及运动状态的勘察

水文地质对水利工程建设的影响主要在于水容量变化带来的地下水水位升降而引起地表塌陷、突涌等问题。

（1）地下水形成的勘察：是对地下水的形成条件进行全面的分析，全面勘察气候、地域、人工干预对地下水容量的影响，制定施工方案。

（2）地下水运动状态的勘察：地下水在不同的运动状态下会表现出不同的物理性质，这些物理性质会对岩层的物理性质产生极大的影响，从而造成一些水利工程事故的发生。因此，对于施工区域地下水的运动状态勘察，也是水利工程勘察中的一个重点内容。

3.2 岩层水理性质变化的勘察

工程地质勘察最重要的研究内容就是对地质条件的分析，即施工地域岩层的性质分析。在地下水丰富的施工地区，岩层表现出来的物理性质受到地下水活动的频繁影响，处于长期变化状态。尤其是在一些具有复杂地质情况的环境中，岩层构成密度、体积大小、连续程度等本来就呈现出一种复杂的状态，再加上地下水的长期影响，其物理性质变得愈加复杂。以往的工程地质勘察过程中常忽略了岩土水理性质的测试，导致岩土工程地质性质的评价是不科学、不全面的[4]。因此，必须要将岩层水理性质变化的勘察作为工程地质勘察中的一个重点内容，为后期水利工程施工建设提供可靠的参考依据。

4 加强水文地质问题研究的策略

4.1 重视水文地质问题研究，把握勘察要点

水文地质问题研究在以往的水利勘察中所占比例较小。在水文地质勘察中，应对勘察人员做好宣传教育，使其能够明确勘察工作目标[5]，重视水文地质问题的勘察和研究。在实际勘察工作开始之前，组织相关主题会议，明确制定水文地质勘察的具体目标、任务分配、数据搜集要点等工作，一对一落实。在施工地域勘察时，要灵活运用多种勘察技术，保证勘察数据的准确性和真实性。

4.2 加强水文地质数据分析与适时更新

在开展岩土工程水文地质调查工作时，要根据项目现状和预测评估数据信息，了解和掌握各种水文地质问题，保证水文地质参数的准确性和可靠性[6]。一方面，地下水对于岩层结构、体积的影响众多，对于岩层结构物理性质的分析研究需要庞大数据的支撑，数据的真实性和准确度直接影响对施工地域地质真实情况的把握。另一方面，地下水对岩层的影响是一个长期的动态过程，因此地下岩层各种性质变化也是一个长期的过程，保证相关数据的适时更新，对于水利工程项目的安全稳定有着重要的作用。

4.3 加强现场勘察力度，重视岩土水理性质的分析

水利工程项目的建设是一个系统性的工程，且施工地域一般多为高山峡谷、河谷险滩等地理状况比较复杂的地域，其施工难度随着工程量的增加而增强。在不同的施工地域，地下水的形成和运动状态具有明显差异，受地表气候、地域地理条件的影响也各不相同，因此，水利工程施工前期的勘察工作就显得极为重要。因地下水运动状态改变会造成地下岩层水理性质的变化，所以在地形较为复杂地区的水文地质勘察应当包括两方面：（1）加强现场勘察力度，根据整体工程设计图纸，对主要施工区域及周围的地表地形进行详细查勘。以高山地区为例，高山地区地形崎岖，降雨量受地形影响明显，对于降雨易造成山洪、泥石流等问题，对此要进行细致地考察分析；此外，山地的植被分布、土壤类型等都是影响工程施工建设的重要因素，在具体的勘察过程中一定要重视。（2）地下岩层水理性质的变化分析。随着地下水的发展变化，岩土的水理性质也会逐渐发生变化，这种变化一般是缓慢而长期的。因此，在施工过程中，要做好岩土水理性质的长期监测分析，对其融水性、持水能力、胀缩性做好重点分析，为施工建设提供持续的数据支持。

4.4 建立系统的评价机制

在水文地质勘察中，地下水的形成、种类、运动状态及因地下水运动而造成岩层水理性质的变化分析，是一个非常繁杂的地理数据处理和现象研究工作。专业技术人员不仅需要进行大量的勘察研究，还需要依照工程的具体设计提出可行的解决方案。为了节省时间和精力，应根据地下水的一般性质、岩土水理性质变化的一般规律建立一套初级评价标准，对常见的地下水运动及岩土水理性质的变化规律做系统性的简单预测，并根据预测结果，对可能出现的地质问题制定预警方案或者解决方案。

此外，除了施工前期的水文地质评价机制之外，还要针对水利工程项目施工中后期，项目本身对地区水文地质所产生的影响建立评价机制，主要包括施工工程的水污染评价、因爆破造成的地形改变对地下水运动状态的影响评价等内容。结合工程设计图纸和前期水文地质的勘察内容，尽量确保评价机制的完整。水利工程施工对水文地质的影响评价机制建立，对于加强工程项目完工后地域水文地质的检测研究、维持工程项目安全持续运行都有着重要的意义。

5 结束语

水文地质是水利工程勘察中不容忽视的一个重点内容。加强水利工程勘察中的水文地质问题研究，既可以明晰水文地质变化对工程地质产生的各种影响，也可以为后期水利工程项目的建设和维护提供重要的参考依据。