[发明专利]一种水库区工程地质调查的解译与评价方法

摘要

本发明公开了一种水库区工程地质调查与评价的层次解译法与综合评价方法，可实现对滑坡、崩塌与泥石流等不良地质体的解译，精度可达到可研阶段的要求，并可实现对水库渗漏、库岸稳定、水库塌岸、水库浸没以及泥石流等工程地质问题的综合评价。该方法的实现步骤为：①建立水库区工程地质GIS数据库与三维真彩色遥感影像可视化系统；②建立滑坡、崩塌与泥石流等不良地质体的遥感解译标志；③以地形解译为主的初步解译；④配合影像解译的野外验证；⑤以三维解译为主的详细综合解译；⑥基于GIS的水库渗漏综合评价；⑦基于GIS的水库区库岸稳定性综合评价；⑧基于GIS的水库塌岸与水库浸没综合评价；⑨基于GIS的水库区泥石流综合评价。

主权项

1.一种水库区工程地质调查的解译与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）：针对水库区区域，收集相关的地形数据、影像数据与其他基础数据、地质资料以及已有不良地质现象解译成果，建立水库区的多源GIS数据库；步骤2）：根据步骤1水库区的多源GIS数据库，叠加工程地质与不良地质现象数据，以及其他水库相关信息，采用地理信息三维可视化平台，建立水库区的三维真彩色遥感影像可视化系统；建立滑坡、崩塌、堆积体与泥石流的解译标志；通过野外实地踏勘，在基础图像上建立典型地质灾害类型、构成要素、地貌、地质构造、岩/土体类型、水文地质现象和土地覆盖类型的遥感解译标志；步骤3）：水库区不良地质现象的地形解译：依据不良地质现象在等高线、DEM以及坡度与坡向分布等图形中所表现出的体形特征，结合以前调查结果及地质图，分析在水库区研究范围内可能存在的滑坡、堆积体与崩塌三类不良地质现象，并制作初步解译图; 步骤4）：水库区不良地质现象的影像解译：在步骤3建立初步解译图的基础上，依据不良地质现象在卫星遥感影像或航空遥感影像中所表现出的纹理特征与体貌特征，根据危险区域解译标准，分析在水库区研究范围内可能存在的滑坡、崩塌、堆积体与泥石流四类不良地质现象，从遥感影像中提取危险区域；步骤5）：水库区不良地质现象的三维解译：根据地形图上解译出危险区域的地形要素，结合三维解译判断各危险区域的安全性；针对以往调查资料中的危险区域，结合三维影像，确认其可靠性；针对从地形图上不能读取的崩塌、新形成的小规模的泥石流、岩屑崩坍，利用三维影像进行解译；其中，所述危险区域为滑坡，崩塌和泥石流；步骤6）：水库渗漏可能性的分析与评价：基于对水库区工程地质条件层次解译的上述工作成果，从地形地貌、地层岩性与地质构造三个角度出发，分析水库区的封闭条件，判断水库渗漏的可能性以及可能的渗漏通道，并针对可能存在的渗漏通道进行渗漏量计算，评价水库渗漏对水库蓄水的影响；步骤7）：库岸稳定性的分析与评价：基于对水库区工程地质条件层次的解译成果，通过基于GIS的综合分析，从地层岩性与岸坡结构等角度出发，划分水库区工程地质分段与库岸稳定分段，并针对存在滑坡、崩塌、堆积体等不良地质现象的典型岸坡段进行库岸稳定性的定量分析，评价其对工程的影响；具体步骤如下（1）水库区工程地质分段：以河谷结构类型、岩性、构造作为库区工程地质分段的主要依据，结合库区工程地质遥感解译成果，将库区沿河5km范围按工程地质条件进行分段；（2）水库区库岸稳定性分段：根据库区岸坡岩/土体工程地质性状及组合特征，结合遥感解译分析成果，将库岸岸坡划分为：稳定岸坡、基本稳定岸坡、潜在不稳定和不稳定岸坡四种类型，并划分其在水库区内的分布状况；（3）水库区库岸稳定性综合评价：以边坡单元作为基础，分析计算其三维安全系数；利用基于GIS的层次分析法对边坡单元的三维安全系数进行修正，将定量的三维稳定性指标与定性指标相结合，对库岸稳定性进行综合分析评价；定义如下的边坡单元稳定性修正指数RIIRII=∑x_iy_i其中，x_i为项目指标值,y_i为指标值对应权重；以下式计算边坡单元稳定性指数:I_SUi＝SF_3Di+RII_i其中，SF_3Di为边坡单元的三维稳定安全系数，以基于GIS的边坡稳定三维分析方法3DSlopeGIS计算，如下式所示：数学上，抗滑力与滑动力分别表示为抗剪强度与摩擦力在滑裂面上的积分，往往不能显式获得,边坡三维极限平衡的柱体分析方法将滑坡体离散为一组柱体的集合，每个柱体以一个栅格表示，采用差分形式分别计算抗滑力与滑动力，上述三维安全系数可用以下公式计算: 其中，f_R（x_i，y_i）与f_S（x_i，y_i）分别为柱体底部可能的抗滑力与滑动力，上述计算方法可获得边坡单元的稳定性指数；将库岸稳定分段内各边坡单元的稳定性指数进行面积加权平均，可获得库岸段稳定性指数，如下式所示：其中，I_SUi与A_i分别为该库岸稳定分段内第i个边坡单元的稳定性指数与面积；（4）典型岸坡库岸稳定性分析：针对规模或影响较大的滑坡、崩塌与堆积体，采用基于GIS的边坡稳定性分析方法3DSlopeGIS评价其安全性；步骤8）：水库塌岸分析与评价： （1）在水库区不良地质现象解译工作的基础上，通过基于GIS的空间分析，结合道路、房屋与农田等人类活动区域以及第四纪覆盖层分布范围与厚度的识别结果与已有数据，初步划定可能的塌岸区域；（2）根据岸坡的地形地貌与岸坡结构特点判定可能的塌岸类型；（3）针对不同类型的塌岸，分别通过基于GIS的岸坡结构法与边坡稳定分析方法3DslopeGIS，根据初步分析的塌岸范围，对研究区域的塌岸范围与塌岸宽度做进一步估算；（4）通过基于GIS的空间分析，估算研究区域塌岸潜势度BCP，并进行危险度评价；塌岸潜势度BCP可按下式计算：BCP=s+d+a其中，s为考虑了坡度的参数，按坡度划分，其中，坡度在35-40度之间时，s=6；以此为基准，坡度增加5度或减少5度，s减1；d为该处距离水库设计高水位的距离参数，其中，当该距离为100m以内时，d=3；每增加100m，d减小1；a为该处所与该段河流流向的相对坡向参数，相对坡向定义为该岸坡坡向与河流流向之间的夹角，当相对坡向在75-115度之间时，d=1；相对坡向小于75度时，d=0.9；相对坡向大于115度时，d=1.1，对上面BCP计算结果按照“四分法”进行重分类，得到研究区域内塌岸危险度；其中，危险度数值为1～4表示不易发生塌岸、危险度数值为5～9表示较不易发生塌岸、危险度数值为10～15表示较易发生塌岸、危险度数值为16～20表示容易发生塌岸，（5）基于上述工作，确定研究区域塌岸灾害范围，对塌岸灾害影响进行评估，并针对塌岸灾害发生位置的岸坡特点提出防护措施；步骤9）：水库浸没分析与评价：（1）确定水库正常蓄水位分布情况；（2）依据现有资料与解译成果，划定水库区房屋、田地所在区域；（3）通过叠加分析，确定水库区正常蓄水位3m范围内的房屋与田地所在区域；（4）将上述区域内包含的不良地质体、水库塌岸等去除，剩余区域即为初步估计的水库浸没范围，（5）依据初步估计的水库浸没范围在库区内的分布情况，包括分布密度、面积与宽度等，对水库浸没的影响做进一步评价，步骤10）：水库区泥石流分析与评价：基于DEM，利用GIS的空间分析功能，生成水系图，并划分0次谷与1次谷；（2）泥石流总流量估算：确定泥石流流量估算模型与计算参数，按照物源区泥沙堆积量与可能的侵蚀量估算最大可能的泥石流流量；（3）年均泥石流流量估算：考虑降雨影响，依据当地降雨条件，估算年均泥石流流量；（4）泥石流影响评价：从泥石流沟的泥石流流量、分布密度以及距离坝址的距离等角度，对水库区泥石流的影响进行评价；（5）典型泥石流泛滥范围估计：针对影响较大的典型泥石流沟，基于泥砂的堆积状况及过去的泥石流泛滥记录推测泥石流灾害区域，圈定最大规模的泥石流泛滥范围;（6）典型泥石流灾害影响范围估计：从泥石流假想发生处坡度15度到坡度2度之间的范围作为基准，结合过去的灾害纪录、地形及堆积物等进行判断，划定泥石流发生时的灾害影响范围;（7）典型泥石流危险性分区：黄区范围为坡度2度以上的区域，红区范围为坡度在10度以上的区域；在此基础上，从泥石流沟的泥沙产量、分布密度以及距离坝址的距离出发，对水库区泥石流的影响进行评价。