多源地質水利水電工程論文范文

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1水利水電工程地質勘測數據分析

水利水電工程地質勘探的任務與要求主要是調查地層巖性、地質構造、物理地質、水文地質等對工程有重要意義的地質現象和地質問題，以及這些現象和問題對水工建筑物的影響［1］，主要從地表測繪和地下勘探兩個方面開展工作獲取所需的地質信息，解譯分析各種地質結構的原始信息，為工程選址、設計和施工提供可靠的地質資料。地表空間數據主要通過工程地質測繪工作獲得，包括地形等高線、地質點數據和遙感信息數據等，這些數據反映了區域地形地貌、地層、巖性、地質構造、水文地質條件、物理地質現象等。這些數據需要填繪在適當比例尺地形圖上加以綜合反映。地下空間數據主要來源于工程地質勘探和工程物探，是在工程地質測繪的基礎上，通過勘探查明地表以下的工程地質問題而取得的深部地質資料數據。這兩類數據的具體描述見表1。這些通過各種勘測手段獲得的地表、地下空間數據共同構成了反映工程區地質情況的原始數據。從計算機表達形式上看，地質數據實際上是表示地質信息的數、字母和符號的集合，可分為3類:①字符型數據，如地層名稱及代號、斷層名稱及編號、斷層規模和級別等，此類數據量較大;②數值型數據，如地層產狀、鉆孔坐標和高程、地層厚度等;③圖形數據，如航拍圖、素描圖等。由于地質條件和地質作用的復雜多變，以及各種技術勘測手段之間的較大差異，造成地質原始數據數量巨大、種類繁多且結構復雜，其多源性、離散性和定性特征給工程地質分析帶來很大的困難，因此需要耦合多種類型的地質數據對地質結構進行解譯分析，將離散不確定的數據通過各種手段轉化為連續確定的數據，將定性數據描述定量化，盡量以數值型數據和圖形數據來表達，為工程地質問題分析提供高質量的數據。

2耦合多源數據的水利水電工程地質剖面生成方法

各類地質數據解譯分析的目的是為了弄清工程區復雜的地質結構幾何形態和空間分布關系，水利水電工程地質研究的主要對象為地形地貌、地層巖性和地質構造三類地質要素。因此，耦合多源地質數據的解譯分析結果，對各類地質要素進行綜合分析，獲得能客觀反映其空間構造的剖面數據，將為三維地質數據的集成提供數據源。根據地質結構分析可知，反映工程地質條件的數據多種多樣，如地形等高線、鉆孔、平硐、實測剖面、遙感解譯圖、地層柱狀圖、區域地質圖、構造地質圖等，由于數據來源、勘測手段、數據精度等方面的不一致，使得這些地質數據不能完全統一地反映實際地質條件，需要進行耦合處理分析，形成一致的解釋結果。根據數據的類型和使用方式，可將其分為兩大類:①直接可用數據。包括鉆孔、平硐及其相關屬性數據，這些通過地質勘探得到的原始采樣數據，精度很高，利用數據庫進行存儲管理后，可直接用于剖面解譯和集成系統中。②間接圖形數據。由不同分辨率不同精度的圖形組成，既包含分析處理過的原始信息，如三維地形、剖面數據等，也包括分析得到的數據，如通過地質點、遙感圖像解譯獲得的地層界線、斷層、褶皺等構造跡線，以及地層柱狀圖、構造地質圖等，這類數據一般利用AutoCAD平臺進行二維存儲，需要進行耦合統一分析。在傳統剖面形成的基礎上，提出改進的耦合多源地質數據的地質剖面生成方法如下:a．將綜合反映工程區域地質測繪、勘探和分析成果的工程地質平面圖數字化處理，主要包含地形等高線、地表出露的巖層界線和構造輪廓線(斷層、褶皺等)，以及勘探數據分布，如圖1(a)所示。b．結合工程需要在平面圖上交互定義剖面位置，如圖1(a)中的A—A''''剖面線。c．確定剖面位置后，考慮一定的距離s(0≤s≤r，r定義為研究區域內剖面的緩沖半徑)和權重w選擇該位置附近的鉆孔和平硐，s越小，w越大。d．在平面圖的基礎上，結合巖層剖面分析圖和構造地質圖，分別計算剖切面與地形面、巖層界面及斷層跡線之間的交點，得到點集Pt、Ps和Pf，連接各點集中的點即可形成相應的地形線、巖層界線和斷層線。e．自動導入鉆孔、平硐數據并分析各地質結構產狀，對上一步得到的結果進行調整修改，使其與實際數據完全吻合;并采用樣條曲線技術對每條界線進行平滑處理，獲得如圖1(b)所示的剖面。該方法基于表格數據、圖形數據和相關的地質信息，能夠半自動化地完成剖面定義和繪制，依此可形成一系列工程所需要的地質橫縱剖面圖和軸線剖面圖，并可在確定的高程下對這些剖面圖進行平切，可獲得不同高程下向深部推斷分析的地質平切圖。

3水利水電工程地質綜合數據集成

通過對各種原始勘探資料的整理分析和耦合，獲得了一系列與工程相關的、含有地質專家經驗知識的二維橫縱剖面圖和平切圖，鉆孔、平硐數據可通過數據庫直接讀入，還需要將所有剖面中的各類巖層界線、構造界線等按照統一的“層(layer)”進行分層歸類，其自動分層和集成處理的主要步驟如下:a．定位二維剖面圖。收集所有剖面，分別對橫縱剖面和平切面進行定位，其中橫縱剖面的定位數據包括剖面名稱、段數、起始坐標(x1，y1，z)和終點坐標(x2，y2，z)，當剖面段數大于1時還有一系列分段坐標;平切面的定位數據為平切面名稱和高程。這些定位數據存儲于數據庫中。b．提取二維剖面線數據并作三維轉換。在AutoCAD中自動提取相關的橫縱剖面和平切圖等二維圖形中的地質線條上的點坐標，并依次分類全部存儲在數據庫中，主要包括地層類、斷層類和界限類(主要是劃分的風化、卸荷上下限)等。c．剖面線自動分層。必須有一個較完整的細分圖層的剖面，才能對所有剖面線進行自動求交判斷。兩條不同剖面線之間存在交點則表明同屬一個圖層，據此可將剖面線自動分層，每條剖面線的數據包括圖層名、所在剖面名稱和一系列構成剖面線的點數據。

4工程實例分析

某水電工程所處地區屬揚子板塊西緣松潘-甘孜造山帶南的木里弧形構造帶，壩段及鄰近區域地層普遍變質，褶皺強烈，斷裂發育，工程地質條件非常復雜。該工程壩址位于雅礱江中下游河段，河流流向約N25°E，河道順直而狹窄，其工程地質研究區域為一長方形，沿河流方向呈北東向展布，長1700m，寬1560m，面積約2.7km2。該工程地質勘測設計歷經10余年，獲得了大量工程地質勘察資料和研究成果，基于上述不同階段的地質勘察數據，針對選定壩址區域進行各種地質解譯分析研究，對其地質結構進行空間構造推斷分析，按照研究區域和各主體工程設計的需要，獲得了一系列的地質分析成果，包括研究區域的工程地質平面圖和數字地形，8個從壩址上游到下游展布的橫剖面圖，5個左右岸分布的縱剖面圖，19個不同高程的平切面圖，以及其他沿各種建筑物軸線剖切的剖面圖等。圖2給出了基于壩區5m間距地形等高線建立的數字地形模型，圖3為壩軸線附近的橫剖面圖。所有上述數據三維集成后的成果如圖4所示，包括所有鉆孔、平硐和剖面數據，并分類得到不同巖層、斷層、巖脈、覆蓋層、風化卸荷界限等耦合解譯數據。基于耦合集成的三維數據可建立相應的三維地質模型，如圖5所示，為地質、水工、施工等不同專業工程師設計分析提供地質模型平臺。

5結語

基于工程地質勘測數據如數字化地形等高線、鉆孔、平硐數據等，和解析得到的各種地質結構空間構造數據，采用耦合多源數據的剖面解析與生成方法，獲得了保持所有數據一致的二維CAD剖面圖(橫縱剖面、軸切剖面和平切面等)，進而通過三維環境下的自動分層處理方法實現了水利水電工程多源地質數據的綜合集成。這些多源數據構成了水利水電工程地質建模的基礎數據，必須準確、可靠，因此該部分基礎性工作不僅需要地質工程師豐富的專業知識和實踐經驗，而且龐大的信息量需要進行自動化和智能化處理，構建以數據庫為基礎的驅動模式，能夠同時滿足地質構造規律和地質分析的數據需要。本文提出的耦合多源數據的地質信息空間解析與三維集成方法，對各種來源、精度、分辨率不同的地質數據進行耦合解譯分析和三維自動集成，保證了所有有效數據成為地質分析可利用的、可靠的信息，并結合工程實例進行了應用分析，在實踐中取得了較好的效果。

作者：王剛李明超周四寶單位：中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室