遥感技术在水利水电工程地质勘查中的应用

颜 昊

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830091）

在水利水电工程的整个建设流程中，地质勘查作为工程设计的前置环节，地质勘查资料是否详细、准确，将会对工程设计方案的可行性产生决定性影响。例如，工程地质勘查结果显示施工区域内存在断层破碎带或溶洞等不良地质，那么在工程设计中必须采取相应的措施进行不良地质处理，从而保证水利工程的整体安全。因此，掌握遥感技术在工程地质勘查中的应用方法，对做好勘查工作、保障工程质量大有裨益。

1 遥感技术在工程地质勘查中的应用优势

随着遥感技术的成熟，该技术被广泛应用到地籍测绘、工程勘查、环境保护等领域。就水利水电工程而言，前期地质勘查中应用遥感技术的优势主要体现在以下3 个方面：

1）勘查范围大、信息处理速度快。理论上来说，一颗遥感卫星可准确获取3.34×105km2范围内地物信息，并且配合地面站实现对遥测信息的快速处理，最终以相片的形式输出勘查结果，整个处理过程通常可以在数秒之内完成，提高了勘查结果的时效性和可用性[1]。

2）获取信息丰富。遥感影像资料中除了清晰地呈现人眼可见的自然信息外，还能利用红外线、紫外线以及微波波段，提供包括水体深度、岩层密度、含盐量变化等人眼不可见的信息。例如，利用遥感设备可使用微波穿透第四系地层，从而获取地下水分布情况，为水利水电工程的设计与施工提供了必要的信息参考。

3）不易受到外界干扰，所得信息准确度高。基于卫星遥感技术的工程地质勘查作业，具有较强的抗干扰能力，基本上不受雨、雪、雾等恶劣天气的影响，可以全天候、不间断的获取工程所在区域的地质信息。这样不仅提供了海量的工程地质资料，而且还能保证所得信息的全面性、准确性，对彰显工程地质勘查工作的价值也有极大的帮助。

2 遥感技术在水利水电工程地质勘查中的实施

2.1 工程概况

某水库坝址以上干流长度115km，控制流域面积3881km2，包括水库工程与输水工程两部分，兼有防洪、发电、养殖功能。水库为大（2）型，采用粘土斜心墙碾压堆石坝，坝顶长度526m，坝顶宽度3.3m，最大坝高60.5m，总库容为3.83亿m3。水库装有4 台发电机组，总装机容量2050kW[2]。该工程计划工期240 日历天，建成后将发挥显著的生态效益、社会效益和经济效益。为保证水利水电工程顺利建设完成，在前期的工程地质勘查中应用到了遥感技术。

2.2 遥感技术在水利水电工程地质勘查中的具体应用

2.2.1 利用遥感技术勘查工程地区的构造稳定性

对于大型水利水电工程来说，坝体自重大，对坝基产生较大荷载，因此必须要保证工程所在地区的地质构造稳定，才能避免工程建设期间以及投入使用后，不会因为坝基沉降而导致坝体出现渗漏的问题。工程地质构造的稳定性分析主要是查明有无明显的断裂带，如果有，还要掌握其规模大小、密集程度等相关信息，从而为设计人员编制工程设计图提供必要的依据。遥感技术工程地质勘查中的应用，可以在卫星遥测相片上清楚地呈现工程所在地区的地质构造。在本次工程中，可以发现存在2 条呈平行状分布的断裂带，断层表面被第四系覆盖层所掩盖，具有较强的隐蔽性。如果采用常规的地面勘查技术，往往很难发现地层裂隙，而遥感技术不仅能够发现断层裂隙，而且还能提供裂隙走向、最大尺寸等详细信息。根据这些信息，设计师能够对地质构造的稳定性展开准确的评估，从而为水利水电工程设计与施工提供了必要的支持。

2.2.2 利用遥感技术分析工程泄漏的可能性

坝体和坝基渗漏是水利水电工程常见的质量缺陷，除了直接影响工程寿命外，如果渗漏问题没有得到及时、有效的解决，还会增加溃坝的风险。因此，在水利水电工程的地质勘查中，也要通过开展地质条件的评估，分析可能导致大坝渗漏的潜在风险，进而在施工中采取措施加以处理，避免后期大坝投入使用后出现渗漏问题。从工程地质角度来说，可能引起坝体或坝基渗漏的因素主要有古河道、地下暗河或溶洞、断裂破碎带、严重风化岩体等。同样的，使用遥感技术获取工程所在地区的遥感影像，也能清晰地反映埋藏于地下的古河道、断裂破碎带或溶洞。在本次工程中，通过遥感技术分析发现局部有断裂破碎带，未发现古河道或溶洞等其他可能导致工程渗漏的因素。根据这一勘查结果，施工企业在编制施工方案时，采取帷幕灌浆施工技术对断裂破碎带进行封堵、加固处理，对预防坝基渗漏和提高坝基承载力将会起到积极影响。

2.2.3 利用遥感技术及时发现工程周边不良地质现象

在水利水电工程建设中，除了岩层风化、断裂破碎带等地下不良地质外，在地上也存在多种类型的不良地质现象可能会对水利水电工程建设带来负面影响。比较常见的有滑坡、泥石流、边岸冲刷等。特别是滑坡、泥石流等自然灾害，具有突发性和较强的破坏性，如果不能提前做好勘查、采取预防措施，很有可能影响工程进度、工程质量，以及对现场施工人员的安全构成威胁。遥感技术可以通过动态获取工程周边的物理地质信息，实现对该区域的动态监测和科学分析。本次工程从2021 年4 月份到12 月份，工程所在地区为典型的温带大陆性季风气候，夏季雨水集中且多暴雨。利用遥感技术可以在雨季施工中密切监测工程地区的边坡动态变化情况，如果出现边坡出现明显位移的情况，可以提前进行预警，采取边坡加固措施，或者提前修建挡土墙，从而避免边坡滑塌给水利水电工程施工造成的不良影响。同样的，如果工程附近出现泥石流，也能够通过遥感技术获取遥感影像，清晰地分辨出崩塌区、堆积区、中间涌流区，根据遥感影响提前做好应对，保证现场施工顺利进行。

2.2.4 利用遥感技术为天然建筑材料的开发利用提供指导

水利水电工程建设中会使用到大量的建筑材料。如果使用自卸汽车从远处运输，一方面是难以保证建筑材料的稳定和持续供应，另一方面也会增加施工成本。如果工程周边有大量可利用的天然建筑材料（如土料、石料等），则可以做到就近取材，既降低了成本，又保证了效率。利用遥感技术开展工程地质勘查，能够以水利水电工程为中心，寻找周边一定区域内是否有可利用的、可开采的天然建筑材料。不仅如此，根据遥感影像资料还能进行运输路径规划，寻找最优的运输路径，进一步降低材料的运输成本。在本次工程中，使用遥感技术从工程区域以东6.8km 处发现一处优质砂质粘土区，为坝体施工创造了便利条件。

3 水利水电工程地质勘查中遥感技术的创新应用

3.1 “3S”技术的融合应用

随着水利水电工程建设单位对于前期地质勘查工作重视程度的提升，运用新技术、新设备开展地质勘查成为一种必然趋势。虽然遥感技术在工程地质勘查中表现出了诸多优势，但是在实际应用中也存在一些不足，例如定位精度较差，以及后期数据处理能力不强等。针对这些问题，必须要加快推进“3S（RS、GPS 和GIS）”技术的融合应用。通过遥感技术与全球定位系统（GPS）的结合，可以利用GPS 辅助定位，在此基础上利用遥感技术精准获取工程区域内的地质信息；同样的，将遥感技术与地理信息系统（GIS）相结合，可以将遥感卫星获取的海量地物信息，利用GIS 软件进行加工处理，从而输出有利于水利水电工程建设的信息[3]。目前，GIS 软件可根据遥感信息自动生成工程地质的三维模型，这就为施工企业更加全面地掌握工程地质信息提供了支持。

3.2 无人机遥感技术的应用

从遥感技术的应用来看，多数情况下还是以遥感卫星获取的遥感影像作为分析基础。在实际应用中也存在勘查作业成本较高、获取信息的灵活性不好等问题。另外，遥感影像的分辨率通常只能达到1m，已经无法满足新时期工程地质勘查与设计的精度要求[4]。在民用无人机技术日渐成熟的背景下，无人机遥感在工程地质勘查中得到了推广应用。利用无人机搭载微型遥感设备，可以按照人为规划的航线进行航测，所得遥感影像的精度进一步提升，并且操作便捷、使用成本更低。除此之外，无人机遥感可支持对同一地区的反复成像。地面工作人员可实时查看无人机航测影像，如果存在清晰度不高，或者有些重要地区未拍摄的情况，可以操控无人机重新对该区域进行多次拍摄，直到获取清晰的或者全部的信息为止。

4 结语

地质勘查是水利水电工程建设的基础环节，根据勘查所得信息开展工程设计和工程建设，对避免坝基渗漏、坝体沉降等质量问题有积极帮助。因此，在工程地质勘查中，必须要尽可能全面、精确地获取工程所在地区的地质信息。遥感技术不仅可以通过直接拍摄的方式获取地球表面的物理地质信息，而且还能借助于红外线、微波等，获得人眼不可见的地下水分布、岩层含盐量变化等信息，从而为工程设计提供了必要的参考信息。下一步，要继续深化遥感技术与GPS 技术、GIS 技术的融合应用，以及推广无人机遥感技术，从而让遥感勘查在水利水电工程建设中发挥更加重要的作用，切实提高工程质量安全。