Тема «Сооружения на воде» даже в узких рамках обзора геофизических исследований при проектировании и строительстве предполагает обширный анализ возможностей геофизических методов на всех этапах создания и эксплуатации такого рода, по большей части, уникальных воплощений инженерной мысли.

Сооружения на воде в различных интернет-поисковиках представляются в виде необычных по форме и назначению конструкций, домов, парковых сооружений, прудов-бассейнов с экзотической ихтиофауной и флорой и др. Все это интересно, но развивать тему геофизических и инженерно-геофизических изысканий в приложении к такого рода объектам представляется мало целесообразным, поскольку создание их не выходит, в принципе, за рамки строительства гостеприимного коттеджа или дачи на берегу озера (и даже моря) с беседкой и бассейном в саду.

Иной размах приобретает тема воды и соединенных с ней функционально инженерных сооружений, геологических структур, больших объемов горных пород или искусственного материала (бетона, натурального камня или земли), когда речь идет о гидротехнических сооружениях (ГТС). Энциклопедии определяют их как сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием водной стихии. В зависимости от места расположения и отраслевой ориентированности ГТС могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми, наземными, подземными и подводными, производящими энергию, мелиоративными, воднотранспортными, лесосплавными, используемыми для извлечения подземных геологических ресурсов на материковой части и акваториях Мирового океана, окраинных и внутренних морей для водоснабжения и канализации, благоустройства городов и так далее.

Важнейшим и наиболее распространенным типом гидротехнических сооружений являются плотины различного назначения – от гигантских плотин мощнейших гидроэлектростанций до дамб (валов), предотвращающих затопление территорий при паводках и в половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озерах, а также ограждающих золо- и шлакоотвалы и хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, набережные в городах, пирсы, причальные сооружения портов, сооружения систем технического водоснабжения, системы гидротранспорта отходов и стоков, сооружения морских нефте- и газопромыслов  и др. Помимо плотин существует большое множество гидротехнических сооружений, в том числе специального назначения, а также сооружения регионального и районного (местного) использования [СП 58.13330.2012].

Соответственно значению для народного хозяйства объекты гидротехнического строительства делятся на 5 классов. К 1-му (высшему) классу относятся основные постоянные ГТС гидроэлектрических станций (ГЭС) мощностью более 1 млн. квт; ко 2-му — сооружения ГЭС мощностью от 301 тыс. до 1 млн. квт, сооружения сверхмагистральных внутренних водных путей (например, на Волго-Донском канале и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных тонн. К 3-му и 4-му классам относятся сооружения ГЭС мощностью 300 тыс. квт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных тонн и менее. К 5-му классу относятся временные ГТС и т.д. В зависимости от класса устанавливается степень надежности ГТС – запас их прочности и устойчивости к воздействиям, определяются максимальные расходы воды, качество стройматериалов и т.п. Кроме того, согласно классу сооружения, определяется объем и состав изыскательских, проектных и исследовательских работ.

В перспективе строительства гидротехнического сооружения необходимо проведение комплексных инженерных изысканий. Инженерные изыскания, предваряющие строительство, должны обеспечивать комплексное изучение техногенных и природных условий акватории и береговой зоны Также составляется прогноз взаимодействия сооружения с окружающей средой, обосновывается его инженерная защита и планируются меры для обеспечения экологической безопасности. Такого рода работы проводятся обязательно для всех типов сооружений.

При этом учитывается тип сооружения, пространство акватории (уже существующей или проектируемой), в пределах которой будет заметно влияние сооружения и, главное, потенциальная опасность возникновения чрезвычайных (в том числе, катастрофических) ситуаций при выходе их из строя и деструкции. Учитывая специфику гидротехнических сооружений, следует прогнозировать следующие виды чрезвычайных ситуаций, связанных со строительством и эксплуатацией гидротехнических сооружений: внезапное разрушение плотин, дамб и ограждающих элементов защитных конструкций, а также объектов инфраструктуры, встроенных в основные сдерживающие воду элементы сооружений; постепенная потеря водоудерживающими элементами гидротехнических сооружений их свойства противодействовать напору воды; чрезвычайные ситуации, не связанные напрямую с водой, например, пожары, отказы оборудования и др. Указанные возможные чрезвычайные ситуации должны учитываться уже на стадии предпроектной подготовки и затем при проектировании, а также в процессе строительства и последующей эксплуатации гидротехнических сооружений.

На самой ранней стадии геофизических изысканий (следует помнить, что в строительном деле геофизические методы, несмотря на их иногда кажущиеся фантастическими возможности, являются сопутствующими, вспомогательными, дополняющими и уточняющими данные, полученные в ходе «классических» инженерно-геологических изысканий) они играют роль инструмента для изучения геологических условий (геологического разреза, гидрогеологической и геокриологической обстановки и др.) уровня сейсмичности и метеорологических характеристик в регионе и на площадке проектируемого строительства. Геофизики, используя методы электрометрии (электрическое зондирование, теперь в высокоточной его модификации, и электрическое профилирование, в том числе георадиолокацию, а также метод естественного электрического поля), сейсмометрии (горизонтальное и вертикальное профилирование с высоким разрешением, гидроакустическую съемку, межскважинное «прозвучивание», микросейсмическое районирование), термометрии, приносят в копилку инженерных изысканий данные о геологическом разрезе и свойствах горных пород, в том числе донных грунтов, о наличии зон утечек (инфильтрации) и, наоборот, водопритока (разгрузки) как для акватории, так и прибрежной части территории, а также необходимые сведения о реальной сейсмичности в пределах участка будущего гидротехнического сооружения и его окрестностей вплоть до регионального уровня.

Геофизические исследования позволяют также «увидеть» опасные инженерно-геологические процессы и явления, выявить зоны распространения специфических грунтов (например, мощных слоев ила или выходов скальных пород), участки разуплотнения и др. Одним из направлений геофизических исследований на первом этапе работы является изучение инженерно-геологической (и геофизической) обстановки территорий и акваторий, прилегающих к гидротехническим сооружениям – обследование водоемов в прибрежных зонах, картирование дна водоема, определение мощности иловых отложений, поиск локальных объектов на дне и др.

В процессе строительства ГТС попутно проводимые геофизические работы помогают осуществлять непрерывный контроль соблюдения всех проектных установок. Для решения этой задачи используются методы электрометрии и сейсмометрии, термометрии и резистивиметрии (измерение удельного сопротивления воды). Геофизический контроль, проводимый в период строительства ГТС, позволяет выявлять возникающие отклонения от проектных показателей и проводить своевременную технологическую коррекцию. Однако главной задачей геофизической службы в период строительства является «закладка» системы дистанционного мониторинга прочностных и деформационных характеристик основных объектов гидротехнического сооружения, состояния конструктивных элементов и др., который должен будет осуществляться в течение всего срока функционирования ГТС. Оптимальным комплексом дистанционных геофизических методов для осуществления подобного мониторинга может считаться сочетание деформографии, наклонометрии и тензометрии, сейсмоакустических и вибрационных измерений, метода естественного электрического поля в градиентной и/или потенциальной его модификациях, сейсмологический контроль с установкой сейсмометров как на объектах ГТС непосредственно, так и на специально оборудованных пунктах наблюдения в прибрежных и отдаленных частях на суше и в акватории, включая установку донных сейсмометров.

По завершении строительства ГТС и начала его эксплуатации в рабочем режиме основной задачей геофизических наблюдений и измерений становится контроль (мониторинг) работы всего сооружения и отдельных его объектов и элементов инфраструктуры. Главную роль при этом выполняет созданная в период строительства комплексная система мониторинга. Работа этой системы дополняется эпизодическим контролем функционирования ключевых и наиболее уязвимых узлов, агрегатов и технологических процессов. Мониторинг этого уровня может осуществляться в «режиме посещения» по мере необходимости и/или в соответствии с технологическим регламентом. Для этой цели обычно служит передвижная лаборатория, снабженная всем необходимым геофизическим, геохимическим и гидрологическим оборудованием.

По мере эксплуатации гидротехнических систем возникает необходимость тщательного обследования всех его «рабочих» элементов и в том числе контактных поверхностей на границах раздела сооружение-вода и сооружение-грунт. Такие работы могут проводиться с обнажением скрытых водой поверхностей и конструкций или в «производственной» обстановке. Обычно проводится обследование железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, состояние контакта бетонных конструкций с откосами техногенного массива. Из геофизических (точнее, физических) методов контроля используются ультразвуковые измерения с помощью дефектоскопов, работающих на частотах 1,25-10 МГц и позволяющих находить поврежденные участки (плотностные неоднородности или зоны трещиноватости) на глубине до 5 м, а также с помощью георадиолокационных приборов с рабочим частотным диапазоном 250-1000 МГц с глубиной проникновения до 15 м. Применение метода естественного электрического поля позволяет обнаруживать места протечки (фильтрации) земляных или каменных плотин, участки «обходной» фильтрации, зоны инфильтрации в герметизирующих покрытиях в руслах оросительных каналов и других водопроводящих устройств. И чем надежнее организована система стационарного мониторинга, чем тщательнее соблюдаются все регламентные поверочные работы на ГТС, тем исправнее и дольше будет функционировать гидротехническое сооружение, в полной мере отвечая своему назначению.