第2章 工程水文地质基础理论

2.1 工程水文地质概述

人类工程活动是在一定的地质环境中进行的。人类工程活动一方面受制于地质环境，另一方面又影响和改造着地质环境。两者之间的这种相互关联、相互制约机理，正是工程地质学研究的基本任务（张倬元、王士天、王兰生，1994）。

一般说来，地质环境主要是由岩土体环境、地应力环境和水环境所构成，在自然条件下，它们之间有着密切的依存关系和相互作用，始终处于不断变化的动平衡之中。而在人类工程活动中，对地质环境系统产生的作用可归纳为表2.1所列的几种方式，其中以岩土开挖与堆填及水流水域调节为最重要的作用方式，这两种方式对地质环境可以产生高强度、大范围的直接影响。

表2.1 人类工程活动对地质环境的作用（据王思敬，1997）

人类工程活动对岩土体的作用和对水体的作用又是相互关联的。一方面由于工程的开挖、工程荷载的施加，改变了岩土体内部的应力场分布，从而影响岩体的结构，引起赋存于岩土体中地下水性态和地下水力学特征的改变；另一方面由于工程体的出现，改变了区域或工程区地下水系统的补径排条件，形成工程体干扰下的地下水渗流场，继而通过水岩作用又会产生对岩土体的影响。而这些在人类工程活动作用下改变的地质环境因素反过来又将作用于工程体之上，影响工程体的安全和使用效益。

因而研究人类工程与地质环境中的岩土体和地下水之间的相互作用关系，不仅可以解决人类工程活动中的实际问题，而且还能丰富和完善水文地质与工程地质学的基本理论。

工程地质学和水文地质学都是20世纪以来发展起来的应用地质学的重要分支，特别是从20世纪70年代以来，随着系统科学思想、现代应用数学与计算机技术、现代测试技术等新理论、新方法的引入，使得工程地质学和水文地质学这两门年轻的应用学科的基本概念和研究范畴发生了巨大的变革，其结果使得它们从定性研究进入到定量研究阶段，纳入到系统工程的轨道，与现代科学更紧密地融合起来。

传统水文地质学以地下水作为研究对象，从探讨地下水的形成、赋存特点、类型，含水层与隔水层，含水介质的渗透性能，动态特征与运动规律，物理性质与化学成分，到研究和解决供水水文地质、矿床水文地质等专门问题，内容十分丰富，理论体系也是完整的。但从总体上看，由于在学科体系、研究方法上都是从地下水本身出发，有关地下水与岩土体的关系及其相互作用，以及由此产生的一系列问题研究甚少，因而难以满足日趋复杂的人类工程活动的需要，与工程地质学科的发展明显脱节。

从不同的研究角度，不同的学科领域研究地下水，可极大地丰富水文地质学的内涵和外延，从而形成一些新的交叉学科。例如，从资源角度研究地下水，形成了供水水文地质学、矿泉水水文地质学和卤水水文地质学等；从作为一种地壳深部信息载体角度研究地下水，形成了热水水文地质学和地震水文地质学；而从作为一种地质营力角度研究地下水，则可发现其作用有正负两方面，正作用如地下水成矿；负作用则主要是地下水作为一种可诱发多种地质灾害的直接或间接营力，能在自然条件下或在人类工程活动中引起一系列直接制约工程设计、施工和运营，以及严重影响人类生存环境的工程和环境地质问题。正是考虑到这一点，张咸恭（1993）在《工程地质学报》的创刊号上撰文《地下水对工程和环境的作用》，提出了介乎于水文地质学与工程地质学之间的，可定名为“工程水文地质学”的学科方向，它从工程地质观点出发，同时考虑水和岩土体，全面系统地研究它们的相互作用及其对工程和环境的影响。应该说，这是一个新的、有广阔发展前途的学科方向。

工程水文地质问题实际上是随着社会进步，人类工程活动规模、范围的扩大而逐步引起学术界和工程界的重视的，尤其是20世纪60年代以来，世界上出现一系列重大工程失事事件(如法国的马尔帕塞拱坝、意大利瓦伊昂滑坡等)。这些失事工程的事故分析都表明，地下水在工程体与地质环境之间的破坏性相互作用中发挥着重要作用。据统计，90%以上的岩质边坡破坏与地下水的作用有关；60%的矿井事故与地下水活动有关；30%～40%的水电工程大坝失事是由渗流作用引起的。

现在所处的21世纪象征着新的科学技术时代的开始，工程建设规模、难度将有新的突破，如跨流域调水工程、大型水电工程、深部采矿工程、城市地下工程、超高层建筑、海峡隧道工程、海洋工程等。毫无疑问，这些大型工程的兴建，必将带来更多、更为复杂的工程地质问题和工程水文地质问题，需要广大科技工作者加以认真的研究和解决。