多源地質(zhì)水利水電工程論文范文

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1水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)分析

水利水電工程地質(zhì)勘探的任務(wù)與要求主要是調(diào)查地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、物理地質(zhì)、水文地質(zhì)等對(duì)工程有重要意義的地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)問(wèn)題，以及這些現(xiàn)象和問(wèn)題對(duì)水工建筑物的影響［1］，主要從地表測(cè)繪和地下勘探兩個(gè)方面開(kāi)展工作獲取所需的地質(zhì)信息，解譯分析各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的原始信息，為工程選址、設(shè)計(jì)和施工提供可靠的地質(zhì)資料。地表空間數(shù)據(jù)主要通過(guò)工程地質(zhì)測(cè)繪工作獲得，包括地形等高線、地質(zhì)點(diǎn)數(shù)據(jù)和遙感信息數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)反映了區(qū)域地形地貌、地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象等。這些數(shù)據(jù)需要填繪在適當(dāng)比例尺地形圖上加以綜合反映。地下空間數(shù)據(jù)主要來(lái)源于工程地質(zhì)勘探和工程物探，是在工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，通過(guò)勘探查明地表以下的工程地質(zhì)問(wèn)題而取得的深部地質(zhì)資料數(shù)據(jù)。這兩類數(shù)據(jù)的具體描述見(jiàn)表1。這些通過(guò)各種勘測(cè)手段獲得的地表、地下空間數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了反映工程區(qū)地質(zhì)情況的原始數(shù)據(jù)。從計(jì)算機(jī)表達(dá)形式上看，地質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)際上是表示地質(zhì)信息的數(shù)、字母和符號(hào)的集合，可分為3類:①字符型數(shù)據(jù)，如地層名稱及代號(hào)、斷層名稱及編號(hào)、斷層規(guī)模和級(jí)別等，此類數(shù)據(jù)量較大;②數(shù)值型數(shù)據(jù)，如地層產(chǎn)狀、鉆孔坐標(biāo)和高程、地層厚度等;③圖形數(shù)據(jù)，如航拍圖、素描圖等。由于地質(zhì)條件和地質(zhì)作用的復(fù)雜多變，以及各種技術(shù)勘測(cè)手段之間的較大差異，造成地質(zhì)原始數(shù)據(jù)數(shù)量巨大、種類繁多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其多源性、離散性和定性特征給工程地質(zhì)分析帶來(lái)很大的困難，因此需要耦合多種類型的地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解譯分析，將離散不確定的數(shù)據(jù)通過(guò)各種手段轉(zhuǎn)化為連續(xù)確定的數(shù)據(jù)，將定性數(shù)據(jù)描述定量化，盡量以數(shù)值型數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)，為工程地質(zhì)問(wèn)題分析提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

2耦合多源數(shù)據(jù)的水利水電工程地質(zhì)剖面生成方法

各類地質(zhì)數(shù)據(jù)解譯分析的目的是為了弄清工程區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)和空間分布關(guān)系，水利水電工程地質(zhì)研究的主要對(duì)象為地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造三類地質(zhì)要素。因此，耦合多源地質(zhì)數(shù)據(jù)的解譯分析結(jié)果，對(duì)各類地質(zhì)要素進(jìn)行綜合分析，獲得能客觀反映其空間構(gòu)造的剖面數(shù)據(jù)，將為三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成提供數(shù)據(jù)源。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析可知，反映工程地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)多種多樣，如地形等高線、鉆孔、平硐、實(shí)測(cè)剖面、遙感解譯圖、地層柱狀圖、區(qū)域地質(zhì)圖、構(gòu)造地質(zhì)圖等，由于數(shù)據(jù)來(lái)源、勘測(cè)手段、數(shù)據(jù)精度等方面的不一致，使得這些地質(zhì)數(shù)據(jù)不能完全統(tǒng)一地反映實(shí)際地質(zhì)條件，需要進(jìn)行耦合處理分析，形成一致的解釋結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和使用方式，可將其分為兩大類:①直接可用數(shù)據(jù)。包括鉆孔、平硐及其相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，這些通過(guò)地質(zhì)勘探得到的原始采樣數(shù)據(jù)，精度很高，利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理后，可直接用于剖面解譯和集成系統(tǒng)中。②間接圖形數(shù)據(jù)。由不同分辨率不同精度的圖形組成，既包含分析處理過(guò)的原始信息，如三維地形、剖面數(shù)據(jù)等，也包括分析得到的數(shù)據(jù)，如通過(guò)地質(zhì)點(diǎn)、遙感圖像解譯獲得的地層界線、斷層、褶皺等構(gòu)造跡線，以及地層柱狀圖、構(gòu)造地質(zhì)圖等，這類數(shù)據(jù)一般利用AutoCAD平臺(tái)進(jìn)行二維存儲(chǔ)，需要進(jìn)行耦合統(tǒng)一分析。在傳統(tǒng)剖面形成的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的耦合多源地質(zhì)數(shù)據(jù)的地質(zhì)剖面生成方法如下:a．將綜合反映工程區(qū)域地質(zhì)測(cè)繪、勘探和分析成果的工程地質(zhì)平面圖數(shù)字化處理，主要包含地形等高線、地表出露的巖層界線和構(gòu)造輪廓線(斷層、褶皺等)，以及勘探數(shù)據(jù)分布，如圖1(a)所示。b．結(jié)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(qū)域內(nèi)剖面的緩沖半徑)和權(quán)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(chǔ)上，結(jié)合巖層剖面分析圖和構(gòu)造地質(zhì)圖，分別計(jì)算剖切面與地形面、巖層界面及斷層跡線之間的交點(diǎn)，得到點(diǎn)集Pt、Ps和Pf，連接各點(diǎn)集中的點(diǎn)即可形成相應(yīng)的地形線、巖層界線和斷層線。e．自動(dòng)導(dǎo)入鉆孔、平硐數(shù)據(jù)并分析各地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀，對(duì)上一步得到的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整修改，使其與實(shí)際數(shù)據(jù)完全吻合;并采用樣條曲線技術(shù)對(duì)每條界線進(jìn)行平滑處理，獲得如圖1(b)所示的剖面。該方法基于表格數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)和相關(guān)的地質(zhì)信息，能夠半自動(dòng)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(zhì)橫縱剖面圖和軸線剖面圖，并可在確定的高程下對(duì)這些剖面圖進(jìn)行平切，可獲得不同高程下向深部推斷分析的地質(zhì)平切圖。

3水利水電工程地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)集成

通過(guò)對(duì)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(guān)的、含有地質(zhì)專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的二維橫縱剖面圖和平切圖，鉆孔、平硐數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)直接讀入，還需要將所有剖面中的各類巖層界線、構(gòu)造界線等按照統(tǒng)一的“層(layer)”進(jìn)行分層歸類，其自動(dòng)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(duì)橫縱剖面和平切面進(jìn)行定位，其中橫縱剖面的定位數(shù)據(jù)包括剖面名稱、段數(shù)、起始坐標(biāo)(x1，y1，z)和終點(diǎn)坐標(biāo)(x2，y2，z)，當(dāng)剖面段數(shù)大于1時(shí)還有一系列分段坐標(biāo);平切面的定位數(shù)據(jù)為平切面名稱和高程。這些定位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。b．提取二維剖面線數(shù)據(jù)并作三維轉(zhuǎn)換。在AutoCAD中自動(dòng)提取相關(guān)的橫縱剖面和平切圖等二維圖形中的地質(zhì)線條上的點(diǎn)坐標(biāo)，并依次分類全部存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，主要包括地層類、斷層類和界限類(主要是劃分的風(fēng)化、卸荷上下限)等。c．剖面線自動(dòng)分層。必須有一個(gè)較完整的細(xì)分圖層的剖面，才能對(duì)所有剖面線進(jìn)行自動(dòng)求交判斷。兩條不同剖面線之間存在交點(diǎn)則表明同屬一個(gè)圖層，據(jù)此可將剖面線自動(dòng)分層，每條剖面線的數(shù)據(jù)包括圖層名、所在剖面名稱和一系列構(gòu)成剖面線的點(diǎn)數(shù)據(jù)。

4工程實(shí)例分析

某水電工程所處地區(qū)屬揚(yáng)子板塊西緣松潘-甘孜造山帶南的木里弧形構(gòu)造帶，壩段及鄰近區(qū)域地層普遍變質(zhì)，褶皺強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，工程地質(zhì)條件非常復(fù)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(zhì)研究區(qū)域?yàn)橐婚L(zhǎng)方形，沿河流方向呈北東向展布，長(zhǎng)1700m，寬1560m，面積約2.7km2。該工程地質(zhì)勘測(cè)設(shè)計(jì)歷經(jīng)10余年，獲得了大量工程地質(zhì)勘察資料和研究成果，基于上述不同階段的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，針對(duì)選定壩址區(qū)域進(jìn)行各種地質(zhì)解譯分析研究，對(duì)其地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間構(gòu)造推斷分析，按照研究區(qū)域和各主體工程設(shè)計(jì)的需要，獲得了一系列的地質(zhì)分析成果，包括研究區(qū)域的工程地質(zhì)平面圖和數(shù)字地形，8個(gè)從壩址上游到下游展布的橫剖面圖，5個(gè)左右岸分布的縱剖面圖，19個(gè)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(qū)5m間距地形等高線建立的數(shù)字地形模型，圖3為壩軸線附近的橫剖面圖。所有上述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并分類得到不同巖層、斷層、巖脈、覆蓋層、風(fēng)化卸荷界限等耦合解譯數(shù)據(jù)?；隈詈霞傻娜S數(shù)據(jù)可建立相應(yīng)的三維地質(zhì)模型，如圖5所示，為地質(zhì)、水工、施工等不同專業(yè)工程師設(shè)計(jì)分析提供地質(zhì)模型平臺(tái)。

5結(jié)語(yǔ)

基于工程地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)如數(shù)字化地形等高線、鉆孔、平硐數(shù)據(jù)等，和解析得到的各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間構(gòu)造數(shù)據(jù)，采用耦合多源數(shù)據(jù)的剖面解析與生成方法，獲得了保持所有數(shù)據(jù)一致的二維CAD剖面圖(橫縱剖面、軸切剖面和平切面等)，進(jìn)而通過(guò)三維環(huán)境下的自動(dòng)分層處理方法實(shí)現(xiàn)了水利水電工程多源地質(zhì)數(shù)據(jù)的綜合集成。這些多源數(shù)據(jù)構(gòu)成了水利水電工程地質(zhì)建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，必須準(zhǔn)確、可靠，因此該部分基礎(chǔ)性工作不僅需要地質(zhì)工程師豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且龐大的信息量需要進(jìn)行自動(dòng)化和智能化處理，構(gòu)建以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)模式，能夠同時(shí)滿足地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律和地質(zhì)分析的數(shù)據(jù)需要。本文提出的耦合多源數(shù)據(jù)的地質(zhì)信息空間解析與三維集成方法，對(duì)各種來(lái)源、精度、分辨率不同的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合解譯分析和三維自動(dòng)集成，保證了所有有效數(shù)據(jù)成為地質(zhì)分析可利用的、可靠的信息，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用分析，在實(shí)踐中取得了較好的效果。

作者：王剛李明超周四寶單位：中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室