西南某岩溶隧道水文地质单元划分

摘要：从水文地质单元分区影响因素出发，确定各评价指标，搭建Geo3DGIS三维可视化水文地质分析平台，以Geoeye-1卫星影像、多光谱Landsat8 OLI/TRS影像为DOM数据，以区域地质信息及零散的数字信息化地质资料为素材，结合比例尺为1：5万的DEM数据、搭建GeoGIS三维地质动态信息数据库平台，统一坐标系统为Beijing54，3度带大地坐标系。结合地层岩性、地质构造、地形地貌及地下水出露特征，可将研究区分为两个大的岩溶水文地质单元。

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.

关键词：岩溶隧道；水文地质单元；Geo3DGIS分析平台

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

中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0124-02

0 引言

在水文地质概念模型的建立中，水文地质单元的划分是很重要的一步 。理论上，水文地质单元的划分越细越好，但这会增加建模的工作量，使建模变得复杂繁琐。传统方法主要根据经验，定性地将研究区域分成若干段，考虑的因素不够全面，使后续模型的建立有失准确或过于复杂。研究区域的水文地质条件是水文地质单元划分的依据，如地层岩性、地质构造、地形地貌、渗透系数、地下水水位、隧道埋深等。本文是以西南某岩溶隧道工程为例，基于Geo3DGIS三维可视化水文地质分析平台，对研究区水文地质单元划分进行分析。

1 搭建Geo3DGIS三维可视化水文地质分析平台

以Geoeye-1卫星影像、多光谱Landsat8 OLI/TRS影像为DOM数据，以区域地质信息及零散的数字信息化地质资料为素材，结合比例尺为1：5万的DEM数据、搭建GeoGIS三维地质动态信息数据库平台，统一坐标系统为Beijing54，3度带大地坐标系。数据库平台包括了矢量及栅格格式的区域地质图、工程区综合地质图、地名地貌及道路交通信息等。本次项目研究中，首先在ArcGIS中利用栅格DEM数据，经过洼地填平、水流方向计算、水流积聚计算和河网矢量转化等这几个水文处理步骤，提取河网水系和地表分水岭。该项目研究以雪花河、文海的水位为源位置，提取了组成分水岭基本边界的山脊线。最后，综合考察研究工程区分水岭、河网水系与其它地形地貌特征相结合来划分工程区地表汇水区。

由图1可知，拉美谷山口～文海山口一线为雪花河与拉市海的地表分水岭。分水岭以北为地表汇水Ⅰ区，地表水总体流向自东向西并于剥落附近汇入金沙江；分水岭以南为地表汇水Ⅱ区，地表水总体自北向南流入拉市海；分水岭南西侧为Ⅲ区，该区地表水自东向西汇入金沙江。根据地表水的径流特征，Ⅰ区又可分为Ⅰ1、Ⅰ2两个子区，Ⅱ区则可分为Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4、Ⅱ5、Ⅱ6、Ⅱ7、Ⅱ8八个子区，Ⅲ区可分为Ⅲ1、Ⅲ2两个子区。引水隧洞工程区主要穿过Ⅰ1和Ⅱ1区。文海为Ⅱ2区的排泄基准面，区内地表水均向文海汇集。青龙湖水库位于Ⅱ1区内。

此次工程研究工作中，通过工程区Geo 3DGIS三维可视化平台，集成室内遥感解译和野外地质调查结果，综合分析发现：Ⅱ1、Ⅱ4区内，沿岩层走向多见灰岩溶蚀裂隙发育，地表上覆多为残积、崩坡积及冰水堆积层。

根据已知地质资料分析可知，工程区从北向南，隧洞轴线依次出露的地层有三叠系下统腊美组（T1l）、三叠系中统北衙组第一段（T2b1）、三叠系中统北衙组第二段（T2b2）、二叠系虎跳涧区玄武岩组（Pβ）。其中，T2b1、T2b2均属可溶岩地层，岩性主要为灰白色、深灰色白云|灰岩、灰岩、泥质灰岩偶夹少量页岩。T1l岩性主要为灰绿色砂岩、砂泥岩，表面风化后多呈紫红色。Pβ主要呈灰绿色的玄武岩。地貌、水系解译标志：工程区内，经遥感影像解译与野外地质调查结果综合分析，可发现可溶与非可溶岩性界线附近多见灰岩溶蚀地貌，洼地集中分布，地表水系多有转向、分流，曲折明显。同时在断裂构造位置发育有暗河管道。

2 水文地质单元划分及其主要特征

通常情况下，丰富的岩溶水都赋存在管道化程度比较高的介质中，地下水在能量、流态、空间分布等许多方面都具备地表河水的特征，具有支流、干流、流域和排泄口等地表水系的构成要素，而成为具有一定流域面积的地下水系；不同水系之间还存在袭夺等地表水系的演变行为。因此，对岩溶水的研究，必须对它们的系统性、明渠化特征给予高度的重视。

在现有的技术经济条件下，尤其是探测技术还无法确定岩溶管道的空间位置、形态、岩溶水分布的条件下，岩溶水的系统性研究对水资源的开发、利用，对隧洞等地下工程的涌突水探测等都具有十分重要的意义。对隧洞涌水而言，通过岩溶水的系统性研究，可以大致确定每个系统对隧洞涌水的影响，结合其它相关研究，便可对隧洞涌水量进行较准确的计算。同时，岩溶水的系统性研究也是应用其它方法计算隧洞涌水量的基础。

研究区总体地势东高西低，中部高，南北低。区内西部为溶蚀高原，东部为溶蚀高中山，南部为拉市海盆地。结合地层岩性、地质构造、地形地貌及地下水出露特征，可将研究区分为两个大的岩溶水文地质单元：三家村―海西一级水文地质单元（A）和新华―美泉一级水文地质单元（B）。

2.1 三家村―海西一级水文地质单元（A）

本区西部以金沙江为排泄边界，北部和东部以三叠系下统腊美组（T1l）砂岩、泥岩、砾岩构成隔水边界，研究区内单元面积约79.87km2。单元内地下含水层有三叠系中统北衙组第一段（T2b1）、三叠系中统北衙组第二段（T2b2）及第三系下统丽江组第三段（E2l3）。北部地下水接受大气降水补给后顺溶蚀裂隙自北东向南西径流，最后沿F3断层（中甸―龙蟠―乔后断裂中段）线状排泄于金沙江右岸。南部地下水接受补给后顺溶蚀裂隙网络自北东向南西汇集于指云寺暗河管道，最终以泉群形式向金沙江右岸排泄。

2.2 新华―美泉一级水文地质单元（B）

本区西部以二叠系虎跳涧区玄武岩组（Pβ）、三叠系下统腊美组（T1l）砂岩、泥岩、砾岩构成隔水边界，雪花河构成其北部排泄边界，拉市海构成其南部排泄边界，东部由三叠系下统腊美组（T1l）砂岩、泥岩、砾岩构成隔水边界，单元面积约52.38km2。单元内地下含水层为三叠系中统北衙组第一段（T2b1）、三叠系中统北衙组第二段（T2b2）。本单元地下水受近南北向发育的新华向斜和文海背斜控制，北部地下水接受补给后顺溶蚀裂隙向雪花河沿岸径流。南部地下水接受补给后除部分沿溶蚀裂隙向拉市海盆地北部边缘径流外，其余地下水向车门举暗河汇集，最终向南汇入拉市海。

根据地下水的补给、径流、排泄特征，本单元又可细分为三个次级单元：向雪花河排泄的新华二级水文地质单元（B1）、向拉市海盆地北部排泄的依可实―依可六二级水文地质单元（B2）及向拉市海盆地东北部排泄的美泉二级水文地质单元（B3）。

引水隧洞工程区位于新华―美泉一级水文地质单元（B）之新华二级水文地质单元（B1）内。隧洞穿越该水文地质单元，洞身处于地下水的水平循环带内，地下水以脉状隙流、管流为主，隧洞涌突水危险性高。

3 结语

影响水文地质单元分段的因素很多，本文结合西南某岩溶区引水隧道的实际情况，首先采用定性的方法进行初步分段，进而客观、合理地选择评价指标，基于Geo3DGIS三维可视化水文地质分析平台对各因素进行了综合分析，依据最大隶属度原则确定了每段的评价等级，并将同一等级的相邻段归为一个水文地质单元，最终将隧道区域分成了两个水文地质单元。结果表明，合理的划分使后续的建模工作更加科学、准确。

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