周冀

摘要：從水文地質(zhì)單元分區(qū)影響因素出發(fā)，確定各評價指標，搭建Geo3DGIS三維可視化水文地質(zhì)分析平臺，以Geoeye-1衛(wèi)星影像、多光譜Landsat8 OLI/TRS影像為DOM數(shù)據(jù)，以區(qū)域地質(zhì)信息及零散的數(shù)字信息化地質(zhì)資料為素材，結(jié)合比例尺為1：5萬的DEM數(shù)據(jù)、搭建GeoGIS三維地質(zhì)動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫平臺，統(tǒng)一坐標系統(tǒng)為Beijing54，3度帶大地坐標系。結(jié)合地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及地下水出露特征，可將研究區(qū)分為兩個大的巖溶水文地質(zhì)單元。

Abstract： Starting from the hydrogeological unit partition influence factors， this paper determines the evaluation indexes， builds Geo3DGIS hydrogeological analysis platform， 3 d visualization with Geoeye-1 satellite images and multi-spectral Landsat8 OLI/TRS images for DOM data， with regional geological information and scattered information digital geological data as the material， combined with the scale of 1：50000 DEM data， builds GeoGIS three-dimensional geological dynamic information database platform， and unifies coordinate system for Beijing54， 3 degrees with geodetic coordinate system. Based on the characteristics of strata lithology， geological structure， topography and groundwater， the study area can be divided into two large karst hydrogeologic units.

關(guān)鍵詞：巖溶隧道；水文地質(zhì)單元；Geo3DGIS分析平臺

Key words： karst tunnels；Hydrogeologic unit；Geo3DGIS analysis platform

中圖分類號：U452.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）24-0124-02

0 引言

在水文地質(zhì)概念模型的建立中，水文地質(zhì)單元的劃分是很重要的一步 。理論上，水文地質(zhì)單元的劃分越細越好，但這會增加建模的工作量，使建模變得復(fù)雜繁瑣。傳統(tǒng)方法主要根據(jù)經(jīng)驗，定性地將研究區(qū)域分成若干段，考慮的因素不夠全面，使后續(xù)模型的建立有失準確或過于復(fù)雜。研究區(qū)域的水文地質(zhì)條件是水文地質(zhì)單元劃分的依據(jù)，如地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、滲透系數(shù)、地下水水位、隧道埋深等。本文是以西南某巖溶隧道工程為例，基于Geo3DGIS三維可視化水文地質(zhì)分析平臺，對研究區(qū)水文地質(zhì)單元劃分進行分析。

1 搭建Geo3DGIS三維可視化水文地質(zhì)分析平臺

以Geoeye-1衛(wèi)星影像、多光譜Landsat8 OLI/TRS影像為DOM數(shù)據(jù)，以區(qū)域地質(zhì)信息及零散的數(shù)字信息化地質(zhì)資料為素材，結(jié)合比例尺為1：5萬的DEM數(shù)據(jù)、搭建GeoGIS三維地質(zhì)動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫平臺，統(tǒng)一坐標系統(tǒng)為Beijing54，3度帶大地坐標系。數(shù)據(jù)庫平臺包括了矢量及柵格格式的區(qū)域地質(zhì)圖、工程區(qū)綜合地質(zhì)圖、地名地貌及道路交通信息等。本次項目研究中，首先在ArcGIS中利用柵格DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)過洼地填平、水流方向計算、水流積聚計算和河網(wǎng)矢量轉(zhuǎn)化等這幾個水文處理步驟，提取河網(wǎng)水系和地表分水嶺。該項目研究以雪花河、文海的水位為源位置，提取了組成分水嶺基本邊界的山脊線。最后，綜合考察研究工程區(qū)分水嶺、河網(wǎng)水系與其它地形地貌特征相結(jié)合來劃分工程區(qū)地表匯水區(qū)。

由圖1可知，拉美谷山口～文海山口一線為雪花河與拉市海的地表分水嶺。分水嶺以北為地表匯水Ⅰ區(qū)，地表水總體流向自東向西并于剝落附近匯入金沙江；分水嶺以南為地表匯水Ⅱ區(qū)，地表水總體自北向南流入拉市海；分水嶺南西側(cè)為Ⅲ區(qū)，該區(qū)地表水自東向西匯入金沙江。根據(jù)地表水的徑流特征，Ⅰ區(qū)又可分為Ⅰ1、Ⅰ2兩個子區(qū)，Ⅱ區(qū)則可分為Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4、Ⅱ5、Ⅱ6、Ⅱ7、Ⅱ8八個子區(qū)，Ⅲ區(qū)可分為Ⅲ1、Ⅲ2兩個子區(qū)。引水隧洞工程區(qū)主要穿過Ⅰ1和Ⅱ1區(qū)。文海為Ⅱ2區(qū)的排泄基準面，區(qū)內(nèi)地表水均向文海匯集。青龍湖水庫位于Ⅱ1區(qū)內(nèi)。

此次工程研究工作中，通過工程區(qū)Geo 3DGIS三維可視化平臺，集成室內(nèi)遙感解譯和野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，綜合分析發(fā)現(xiàn)：Ⅱ1、Ⅱ4區(qū)內(nèi)，沿巖層走向多見灰?guī)r溶蝕裂隙發(fā)育，地表上覆多為殘積、崩坡積及冰水堆積層。

根據(jù)已知地質(zhì)資料分析可知，工程區(qū)從北向南，隧洞軸線依次出露的地層有三疊系下統(tǒng)臘美組（T1l）、三疊系中統(tǒng)北衙組第一段（T2b1）、三疊系中統(tǒng)北衙組第二段（T2b2）、二疊系虎跳澗區(qū)玄武巖組（Pβ）。其中，T2b1、T2b2均屬可溶巖地層，巖性主要為灰白色、深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r偶夾少量頁巖。T1l巖性主要為灰綠色砂巖、砂泥巖，表面風(fēng)化后多呈紫紅色。Pβ主要呈灰綠色的玄武巖。地貌、水系解譯標志：工程區(qū)內(nèi)，經(jīng)遙感影像解譯與野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果綜合分析，可發(fā)現(xiàn)可溶與非可溶巖性界線附近多見灰?guī)r溶蝕地貌，洼地集中分布，地表水系多有轉(zhuǎn)向、分流，曲折明顯。同時在斷裂構(gòu)造位置發(fā)育有暗河管道。

2 水文地質(zhì)單元劃分及其主要特征

通常情況下，豐富的巖溶水都賦存在管道化程度比較高的介質(zhì)中，地下水在能量、流態(tài)、空間分布等許多方面都具備地表河水的特征，具有支流、干流、流域和排泄口等地表水系的構(gòu)成要素，而成為具有一定流域面積的地下水系；不同水系之間還存在襲奪等地表水系的演變行為。因此，對巖溶水的研究，必須對它們的系統(tǒng)性、明渠化特征給予高度的重視。

在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟條件下，尤其是探測技術(shù)還無法確定巖溶管道的空間位置、形態(tài)、巖溶水分布的條件下，巖溶水的系統(tǒng)性研究對水資源的開發(fā)、利用，對隧洞等地下工程的涌突水探測等都具有十分重要的意義。對隧洞涌水而言，通過巖溶水的系統(tǒng)性研究，可以大致確定每個系統(tǒng)對隧洞涌水的影響，結(jié)合其它相關(guān)研究，便可對隧洞涌水量進行較準確的計算。同時，巖溶水的系統(tǒng)性研究也是應(yīng)用其它方法計算隧洞涌水量的基礎(chǔ)。

研究區(qū)總體地勢東高西低，中部高，南北低。區(qū)內(nèi)西部為溶蝕高原，東部為溶蝕高中山，南部為拉市海盆地。結(jié)合地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及地下水出露特征，可將研究區(qū)分為兩個大的巖溶水文地質(zhì)單元：三家村—海西一級水文地質(zhì)單元（A）和新華—美泉一級水文地質(zhì)單元（B）。

2.1 三家村—海西一級水文地質(zhì)單元（A）

本區(qū)西部以金沙江為排泄邊界，北部和東部以三疊系下統(tǒng)臘美組（T1l）砂巖、泥巖、礫巖構(gòu)成隔水邊界，研究區(qū)內(nèi)單元面積約79.87km2。單元內(nèi)地下含水層有三疊系中統(tǒng)北衙組第一段（T2b1）、三疊系中統(tǒng)北衙組第二段（T2b2）及第三系下統(tǒng)麗江組第三段（E2l3）。北部地下水接受大氣降水補給后順溶蝕裂隙自北東向南西徑流，最后沿F3斷層（中甸—龍蟠—喬后斷裂中段）線狀排泄于金沙江右岸。南部地下水接受補給后順溶蝕裂隙網(wǎng)絡(luò)自北東向南西匯集于指云寺暗河管道，最終以泉群形式向金沙江右岸排泄。

2.2 新華—美泉一級水文地質(zhì)單元（B）

本區(qū)西部以二疊系虎跳澗區(qū)玄武巖組（Pβ）、三疊系下統(tǒng)臘美組（T1l）砂巖、泥巖、礫巖構(gòu)成隔水邊界，雪花河構(gòu)成其北部排泄邊界，拉市海構(gòu)成其南部排泄邊界，東部由三疊系下統(tǒng)臘美組（T1l）砂巖、泥巖、礫巖構(gòu)成隔水邊界，單元面積約52.38km2。單元內(nèi)地下含水層為三疊系中統(tǒng)北衙組第一段（T2b1）、三疊系中統(tǒng)北衙組第二段（T2b2）。本單元地下水受近南北向發(fā)育的新華向斜和文海背斜控制，北部地下水接受補給后順溶蝕裂隙向雪花河沿岸徑流。南部地下水接受補給后除部分沿溶蝕裂隙向拉市海盆地北部邊緣徑流外，其余地下水向車門舉暗河匯集，最終向南匯入拉市海。

根據(jù)地下水的補給、徑流、排泄特征，本單元又可細分為三個次級單元：向雪花河排泄的新華二級水文地質(zhì)單元（B1）、向拉市海盆地北部排泄的依可實—依可六二級水文地質(zhì)單元（B2）及向拉市海盆地東北部排泄的美泉二級水文地質(zhì)單元（B3）。

引水隧洞工程區(qū)位于新華—美泉一級水文地質(zhì)單元（B）之新華二級水文地質(zhì)單元（B1）內(nèi)。隧洞穿越該水文地質(zhì)單元，洞身處于地下水的水平循環(huán)帶內(nèi)，地下水以脈狀隙流、管流為主，隧洞涌突水危險性高。

3 結(jié)語

影響水文地質(zhì)單元分段的因素很多，本文結(jié)合西南某巖溶區(qū)引水隧道的實際情況，首先采用定性的方法進行初步分段，進而客觀、合理地選擇評價指標，基于Geo3DGIS三維可視化水文地質(zhì)分析平臺對各因素進行了綜合分析，依據(jù)最大隸屬度原則確定了每段的評價等級，并將同一等級的相鄰段歸為一個水文地質(zhì)單元，最終將隧道區(qū)域分成了兩個水文地質(zhì)單元。結(jié)果表明，合理的劃分使后續(xù)的建模工作更加科學(xué)、準確。

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