新形势下水文地质因素对于地质灾害的影响探讨

2021-11-29王立武

中国金属通报 2021年23期

王立武

（承德金润德规划设计有限公司，河北承德 067000）

地质灾害的表现形式多样，不同的自然地质环境易发的地质灾害也不同，如地震、泥石流、山体滑坡、土地沼泽化、土地砂化等，严重影响了当地居民的生活环境和经济发展。引发地质灾害的众多原因中，水文地质因素值得引起重视，尤其是地质灾害频发地区，因为地下水资源体系失衡，使得原有的地质灾害防御机制失效，更需加强对地质灾害频发区域的水位地质环境的勘查。

1 水文地质概念简述

地下水是水资源的重要组成部分，包括大气降水至地表，与江河湖海等原有的地表水一并渗透至地表之下的空隙，区域分布广泛，具有强大的蓄水调节能力，是人类生活用水和农业用水的基础来源之一，组成了大自然的内循环。水文地质，就是以地下水资源和水文地质环境为主要研究对象，探究地下水资源的形成条件、分布规律、物理化学特性、运动规律、对地质的影响等各种专业问题。

水文地质，主要指的就是自然界中地下水的各种运动和变化的现象，这些构成了水文地质环境变化的主要因素。地下水在一定的条件下，其结构会发生变化。例如，地下水在一些外在因素的影响下，可能会引起沼泽化、滑坡、地面下沉等地质灾害。按照地下水的不同来源，地下水的补给形式有地表水的渗入和大气降水。另外，地下水还可以通过地下暗河渗透的方式，对河流、沼泽以及湖泊等进行补给，地下水也可能直接流入海洋。地下水的上层部分，在土壤中有一部分水分直接蒸发掉了，还有一部分被植物的根系吸收，最后散发到空气中去，促进地球上水资源的循环。在这个过程中，由于受到一些地形、地貌的影响，地下水的运动可能会导致滑坡、溶蚀以及地面沉降等地质灾害。

水资源是人类社会赖以生存的最重要的自然资源之一，地下水在其中占有重要的地位。随着人类社会经济的发展，我们追求更洁净的日常生活环境，以及更高效率的工业生产，这对大自然的水资源产生了强烈的需求和依赖。为了经济效益的快速发展，很多城镇企业对邻近的地下水予取予夺，长期过度的开采行为，使得地下水位逐渐降低逼近储水安全线，产生了大量的地下水降落漏斗，还有许多化工企业为了逃避污水治理的责任，降低污水治理成本，将未处理的污水直接排入工厂附近的河流或地层，直接破坏当地水资源。

2 水文地质因素对于地质灾害的影响

2.1 地面沉降现象

水文地质因素变化会引起地面沉降，即地表部分土壤层向地下沉没的现象。地下水的存在使得地下结构的密实性与地表表层土壤的结构密度不一样，加上地壳运动和地下水文运动的共同作用力，土壤结构随之发生改变[1]。研究发现，产生地面沉降现象的主要原因有两点：一是自然重力作用，分布在地表上的松散或半松散的沉积层收到地球重力的吸引向地下沉降，缓慢形成较细密的岩石层；二是因人为活动导致的地质环境的破坏，如过度开采地下水资源，导致地层地下水位下降和水压降低，土壤间的有效应力增大，地表层的土壤向地层下方压密，从而形成地面沉降。其中，人为活动引起地面沉降现象的情况较自然重力作用的影响大。

2.2 岩层结构崩塌现象

水文地质因素变化会引起岩层结构崩塌，即碳酸盐岩、钙质碎屑岩等可溶性岩的岩溶从而导致的地面塌陷现象，该现象产生的主要诱因有两种：一是自然因素如大范围降水、季节性洪水、突发性地震、长期性干旱等不可抗力；二是人为因素如大规模的抽水、过量排水或者不合理蓄水等人为工程建设活动，其中人为活动因素的影响和危害性更大。人为工程建设活动会引起地下水运动，导致地下水动力条件发生改变，不合理的工程建设活动极易打破地下水流向和地下水压的平衡，为岩溶塌陷创造最主要的动力条件。地下水资源在主径流带由压力高处集中流向压力低处，在地下水资源最集中的排泄带就最容易发生岩溶塌陷，还有地下水位埋藏浅、变幅大或在基岩面上下频繁波动的地带，以及双层含水介质分布的地段或地下水位急剧变化的地带，这些地质环境复杂多变、地下水位频繁变化的区域都很容易因水文地质因素产生岩溶塌陷的现象。

2.3 地基变形现象

地基变形现象主要由胀缩地裂缝引起，多发生于拥有较大厚度的膨胀土分布区域。根据长期观测资料分析得出，有膨胀土分布的区域的水位变化呈现出一定的季节性变化规律，地下水位在丰水期上升、在枯水期下降，且地下水位的波动范围在膨胀土分布的底层和顶层之间，因土自然吸水现象，随着季节的变化，膨胀土跟随地下水位的高低变化而发生土的胀缩现象，从而影响到地面表层之上，诱发地表出现裂缝，严重的会引起地表的房屋开裂现象。

2.4 砂土液化现象

砂土液化，即渗透性不良的细砂土或疏松土在一定的动力条件下或水位变化的因素下发生土壤液化的现象。在地震发生时，或者水位急剧变化的情况下，细砂土类或疏松状的土壤会发生颗粒的移动，土壤颗粒变密，主要承受压力的砂土骨架面积变小，同时疏松粉、细砂土类的渗透性较差，水位的急剧变化会导致孔隙水压力急剧上升，当有效正应力减少到零时，砂土体就会完全失去承载能力，颗粒悬浮振动导致砂土液化，孔隙水在压力的作用下由下向上运动，即“喷水冒砂”现象，严重时会导致地面发生不均匀的沉陷或者地表建筑物塌陷倾倒现象，危害极大[2]。

总结水文地质因素的变化给地质灾害造成的消极现象，可以得出以下结论：地下水的流动方向和水压变化产生动力条件，若地下水循环系统发生突然的变化，极易影响地质结构和地质环境的稳定性，是土地的承载能力和强度都迅速减弱，从而诱发地质灾害。同时，地下水循环系统的失衡，多有不合理的人类活动造成，自然灾害等不可抗力因素影响相对较少。

3 基于水文地质因素的地质灾害防御工作

3.1 加强对地质灾害的监测

为了最大程度地避免地质灾害给人民的生命财产安全带来的破坏，必须加强对地质灾害的监测力度，完善对地质灾害的防御体系，采取有效的措施。首先，要加强对当地大规模的建筑施工工程的监督，规范施工工序流程，使所有的工程施工符合当地政策标准，避免不当的施工工序破坏当地地下水资源系统的平衡。还要加强对施工人员的管理，在施工开始之前，对施工人员进行全面的专业培训，告知严格按照施工工序要求活动的重要性，在实际施工过程中，用合理的规章制度来指导施工人员的活动，避免因人为因素的违规行为而影响施工工程质量，保障施工安全。同时，建立完善的监测机制，对工程施工实行全方位全天候的实时监督，一旦发现风险隐患，务必及时采取改进措施，确保施工工程安全有序的进行，在这个过程中，也能够提高管理部门对施工工程质量评估的专业能力[3]。另外，针对地质灾害高发地区，定期进行全面的检测，利用地质灾害监测的技术手段和工具，对可能发生的地质灾害风险作出合理的预判，提前准备相应的防御措施。

3.2 大力治理地下水污染问题

无节制的污水的排放会同步影响地面表层的生活饮用水和地下水资源生态，对整个地下水系统造成极大的破坏，从而对水文地质因素产生消极影响，因此，必须加强对污水排放管控及地下水污染治理的管理力度，提出明确的具体措施，包括对已经受到污染的水资源进行治理，以及对未受到污染的水资源进行预防保护措施这两个方面。首先，找到污水排放源头，加强对污染源的控制，避免污水范围进一步扩大。其次，加强污水治理技术进步和污水处理相关设备的升级，提高污水治理水平和效率，节约污水治理成本完善相应的污水治理整体方案。然后，加强对地下水资源的环境监测和防控，保护未受到污染的水资源，从源头上切断地下水污染的现象发生。同时，针对地下水污染监测和防治建立相应的评价机制，从生态评价系统的全局观出发，运用更加科学合理的水资源管理体系，才能更加高效和全面地处理地下水污染问题。

4 新形势下解决水文地质因素对地质灾害影响的具体措施

4.1 避免人为因素对地质环境的破坏

未加约束的人为活动常常对自然环境和地质环境造成破坏，要解决水文地质因素对引发地质灾害的影响，必须从人为活动做起，避免人为因素造成的环境破坏和污染。首先，要保护当地的植被覆盖面积，维护植被覆盖绿的安全红线，利用天然的植被的特性来固土保水，在降雨量较大的季节和天气时，一定数量的植被可以保护地面表层的水土免于大量流失，进而保持地表与地下的含水量和水压的平衡，防止地面沉降。其次，要禁止直接向外排放农业和工业生产中产生的有害污水，必须对有害污水进行相应的处理措施，再进行循环利用。最后，要对大规模的建筑工程建设项目方案进行严格的审查，保证在工程项目施工之前，做好科学合理的建筑规划，预估其对当地水文地质环境的影响，避免水文地质因素发生重大改变而失衡的现象，任何可能引发地质灾害的大规模工程建设都必须及时停止[3]。

4.2 建立对地质灾害的预防与监测管理体系

为了减少地质灾害的频发现象带来的生命财产损失，不仅要预防和控制水文地质环境的改变，还要建立对地质灾害的预防与检测的管理体系，尤其是地质灾害频发的区域，应该优先投入，结合当地的地形特点和气候特色，对当地的水文地质环境进行具体且全方位的不间断监测，便于敏锐地察觉当地水文地质因素的重要变化，提醒相关工作人员进行分析，并提前制定相对应的预防和应对措施。另外，还要对地下水资源的质量进行全面的监测，一旦发现地下水资源受到污染的现象，可以通过全面的监测系统帮助相关工作人员找到地下水污染水源头的具体位置，及时对地下水水污染现象进行治理和控制。尤其是遇到工程建设项目，务必利用相应的法律法规政策对工程施工单位进行严格的管理，约束工程施工单位的水污染或环境污染行为，提高工程施工单位的工程质量和管理效率。

4.3 提前准备紧急救援方案

地质灾害无法百分百避免，一旦某地发生地质灾害，无比得到及时的救援，这就要求相关部门和工作人员提前准备相应的紧急救援方案，最大程度地保障人民的生命财产安全。首先，在平时就要关注当地区域的交通设施，全面掌握交通路线，抓住地质灾害发生后的黄金救援时间进行救援[5]。其次，重视专业救援设施和通讯工具的准备，定期检查各类救援设备的质量状况，保证在实施救援时无设备之忧、全力以赴。还有，组织相关人员进行救援专业技能培训，并定期进行救援演习，加强救援专业能力。最后，加强相关人员的应变能力训练，培养正确的救援意识，以及加强乡镇地区人民的灾害求生能力，避免在地质灾害发生过程中发生踩踏事故。

4.4 合理开发利用水资源

作为农业和工业大国，大规模的农业灌溉及工业生产都有大量的用水需求，地下水资源属于战略性自然资源，且存量有限，过度无节制地开采行为会使得地下水资源迅速减少，从而引起水文地质因素的重大变化，地下水资源的系统平衡一旦被打破，随之而来的就是地面沉降、岩层结构崩塌、地基变形、砂土液化等现象，极易进一步发展成大规模的地质灾害，对国民经济发展和人民的生命财产安全都带来巨大的威胁。因此，务必保证对自然资源的开采和利用是合理的，避免当地的水文地质环境发生重大变化，把人为活动因素引发地质灾害的可能减到最低。在大面积开采地下资源活动之后，应该及时进行对应的平衡措施，如利用外部河流引流开发人工湖，对地下介质被掏空的区域进行填补等。合理开发利用自然地下水资源，维护水文地质环境的系统平衡，才可以保持自然资源与国民经济的可持续发展。

5 水文地质评估在地质灾害危险性评估中的运用

水文地质灾害危险性评估，主要是针对现有项目待建设或者已运行阶段水文地质发展情况，以地下水与岩层活动为入手点，对系统地质变化进行预先分析。在水文地质灾害危险性评估中，通过对区域地质数据及参数的分析，可保证后期项目安全、稳定运行。地质环境复杂，主要包括地质构造、岩性岩相、岩土体工程地质性质、水文地质条件、人类工程活动、地形复杂程度等。其中地质危险性发生主要决定因素，除自身因素以外，还包括降水、地下水变化等，即水文地质因素。因此要想确保地质灾害评估的质量，那么就应该重点分析区域内地下水的一些重要信息，比如地下水类型、补给、径流、排泄、含水岩组分布及水文动态变化规律等，为区域环境整体治理工程提供科学的参考。

5.1 水文地质灾害评估

（1）测绘阶段。在这个工作环节，主要是对该区域内的地质地貌和水文气象等方面进行综合分析，之后明确地下水属于哪种类型，之后深入开展对含水层与隔水层的分析，这样可以发现地下水的一些基本情况，包括径流、补给类型和污染状况等。水文地质人员在进行测绘工作的过程中，一般都是运用野外填图的方式，对垂直岩体、河谷等进行科学的测绘。

（2）物探和钻探阶段。在这一阶段，相关专业人员需要运用自身的专业知识，同时借助物探仪器设备，采取电法、重力等勘探方法，获得水文地质的电性、弹性、密度等参数信息。另外，要严格按照水文地质勘探的相关规范要求，在了解区域内水文发展趋势的情况下，开展水文地质钻探开展，合理设置钻探点，并且设计探采结合的钻探方案。具体在钻探作业过程中，需要确保钻孔深度保持在含水层带，在100深度内的钻孔斜率也不能超出1.5°。可以采取水质法进行勘探孔的布设，还要运用抽水井过滤器这一专业设备，从而确保水文地质勘测工作的质量。

（3）抽水试验勘测阶段。选择富水地段，运用试验性的开采抽水方式，或者多孔、群孔的抽水方式，科学布置抽水孔，一般需要设置3个抽水孔，以及一到两条观测线路。在进行抽水试验的过程中，应该最少进行三次，并且也要有一定的间隔时间，可以为5min、15min、25min。

（4）动态观测阶段。为了对地质灾害进行有效预防，应该掌握地下水的动态变化规律，明确地下水的运行方向，还有水量、水位、水质等情况的变化也都需要了解。一般来说，对于地下水动态观测工作的开展，需要至少坚持1个水文年的时间。通过对地下水的水量、水质、环境影响、开采技术等方面进行评估，可以为地下水开采后的水质维护和地质灾害防范工作提供科学的参考。

5.2 防控水文地质灾害的相关措施

对于水文地质导致产生的地质灾害问题，很多时候都是由于自然和人为因素共同作用下产生的，地下水和岩石介质之间会相互影响，最终导致灾害的发生。因此，通过水文地质评估工作开展，为了降低地质危险性，可以采取以下两个方面的措施：

一方面，通过对当地水文地质灾害发生的特征，同时结合区域内的地质地貌情况，科学划分工程建设的适合、较适合和不适合的区域。比如，对于那些水域面积大，且建筑群集中的阶地边缘区域，就是不适合进行工程建设的；如果是地质灾害危险程度较小，并且主要处在第一斜坡威胁的地区，在工程建设的时候应该要注意避让特殊区域，还要注意山体坡脚开挖程度要小，而且在开挖之后还要做好有效的地质灾害防范工作；如果是在斜坡单元影响地区，或者在泥石流堆积区域，面对较大的地形起伏程度，灾害处理难度会很大，此时需要重点关注气象预测信息，为了尽最大努力降低地质灾害造成的危害后果，需要及时做好生产活动转移以及人员安全疏散方面的工作。

另一方面，对于一些地形塌陷区，由于存在很大的隐蔽性，在进行地质危险性评估之后，应该与当地建设部门进行沟通，要避免在这些危险区域施工，需要重新选址建设。比如，对于公路、管线等类型的工程项目，要确保与地形踩踏区域之间保持一定的间隔距离。如果是在地表径流区域，还要注意采取必要的围护措施，否则会影响生活用水的质量，对生产生活造成巨大的危害。