基于GIS的工程地質(zhì)分區(qū)方法在輸電線路選線中的應(yīng)用★

程 鵬 蔡 煒 樓 平 鄧 慰

(1.南瑞集團(tuán)有限公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇南京 211106;2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院 武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢 430074; 3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江湖州 313000)

1 概述

輸電線路為一長(zhǎng)大線性工程，常常需要通過(guò)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜的區(qū)域，例如斷裂帶、地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)、高陡地形區(qū)以及高寒山區(qū)等。常規(guī)工程地質(zhì)調(diào)查方法需耗費(fèi)大量的人力物力，且對(duì)于高陡山區(qū)常出現(xiàn)評(píng)估不到位的情況。應(yīng)用GIS強(qiáng)大的分析功能，可對(duì)大區(qū)域或局部區(qū)域進(jìn)行工程地質(zhì)分析，可考慮多因素對(duì)區(qū)域的耦合作用，最終達(dá)到對(duì)區(qū)域條件的科學(xué)定量評(píng)價(jià)。目前發(fā)展起來(lái)的基于GIS的工程地質(zhì)分區(qū)方法已得到了很好的應(yīng)用［1-3］，本文嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于輸電線路的選線中，科學(xué)、有效地指導(dǎo)輸電線路的選線工程。

2 基于GIS的工程地質(zhì)分區(qū)方法

基于GIS的工程地質(zhì)分區(qū)，首先是在確定研究對(duì)象和研究目標(biāo)之后，對(duì)搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并建立空間數(shù)據(jù)庫(kù);進(jìn)而分析對(duì)研究對(duì)象有影響的各目標(biāo)因素，建立層析模型和層次結(jié)構(gòu)，并構(gòu)造出與研究目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的判斷矩陣;然后通過(guò)多因素對(duì)比確定各因素的權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，提取分析因子;應(yīng)用GIS對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行柵格化，并將各因素的權(quán)重值分配到不同柵格上;最后，對(duì)各屬性值進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果圖形化，得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 基于GIS的層次分析法技術(shù)路線圖

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)因素的選取及分級(jí)

本文選取一擬建輸電線路的典型山區(qū)斜坡作為實(shí)例，研究區(qū)全貌見(jiàn)圖2。選取區(qū)域平面面積約50 km2，相對(duì)高差2 500 m。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一條斷裂帶，有多組巖性分布，且發(fā)育多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件以及坡體結(jié)構(gòu)特征，選取地形地貌(坡度)、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動(dòng)、降雨以及災(zāi)害點(diǎn)密度幾個(gè)因素作為工程地質(zhì)分區(qū)的主要因素。

1)地形地貌因素。

研究區(qū)斜坡為陡緩相間的地形，高程分布650 m～3 200 m，整體地形東高西低，平均坡度為25°。在對(duì)地形地貌分級(jí)的過(guò)程中將其劃分為 5 個(gè)級(jí)別:0°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～45°，45°～80°。

圖2 研究區(qū)全貌圖

2)工程地質(zhì)巖組。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層包括灰?guī)r、白云巖、砂巖、泥巖和玄武巖;坡腳為沖洪積覆蓋層，厚度近百米;斜坡中部為一巨型古滑坡體。根據(jù)巖性特征，將其分為5類:沖洪積層、古滑坡體、殘坡積體、軟巖及硬巖，其中軟巖包括砂巖，泥巖和板巖，硬巖包括灰?guī)r，白云巖，玄武巖。

3)地質(zhì)構(gòu)造。

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷裂及褶皺發(fā)育，近期的構(gòu)造活動(dòng)主要受斷裂帶的控制。該斷裂沿坡腳近似沿東西向分布，為一左旋走滑斷裂。因此，地質(zhì)構(gòu)造因素主要考慮斷裂帶的距離效應(yīng)，并將其分為5個(gè)等級(jí):0 m～200 m，200 m～500 m，500 m～1 000 m，1 000 m～2 000 m，2 000 m以上。

4)人類活動(dòng)。

研究區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)是誘發(fā)小型地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，主要有修建公路開挖、采礦工程以及居民建筑等，其中影響較大的公路和采礦工程。按與工程場(chǎng)區(qū)的距離將人類活動(dòng)因素分為5個(gè)等級(jí)，分別為:0 m ～50 m，50 m ～100 m，100 m ～300 m，300 m ～800 m，800 m以上。

5)降雨。

由于研究區(qū)高程變化較大，根據(jù)搜集到的降雨資料顯示，不同高程的降雨強(qiáng)度差異較大，并且降雨對(duì)區(qū)域內(nèi)的斜坡穩(wěn)定性存在較大影響，因此，按年降雨量將降雨的影響因素分為5個(gè)等級(jí)，分別為:800 mm 以下，800 mm ～900 mm，900 mm ～1 000 mm，1 000 mm～1 200 mm，1 200 mm以上。

6)災(zāi)害點(diǎn)密度。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育52個(gè)災(zāi)害點(diǎn)，主要分布于古滑坡后緣，以及坡腳的泥石流，按災(zāi)害點(diǎn)密度(個(gè)/km2)將其劃分為 5 個(gè)等級(jí)，分別為:0 ～0.5，0.5 ～2，2 ～4.5，4.5 ～6，6 ～7.5。

3.2 權(quán)重賦值

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重賦值采用經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定［4-6］，即先采用專家打分的方法確定影響因素的大小，再基于此構(gòu)建相關(guān)的判斷矩陣，進(jìn)一步求解得到各因素指標(biāo)的權(quán)重值。針對(duì)本文所選取的6個(gè)因素，求得各因素的權(quán)重值以及各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.3 評(píng)價(jià)計(jì)算與結(jié)果分析

利用ArcGIS的空間分析在分類功能，將研究區(qū)劃分為10 m×10 m的格柵單元，并按照上一節(jié)中得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重對(duì)各單元賦值，進(jìn)而即可利用ArcGIS的柵格計(jì)算功能對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行深度計(jì)算。經(jīng)過(guò)分析6個(gè)影響因素的權(quán)重，計(jì)算得到每個(gè)柵格的工程地質(zhì)條件指數(shù)值，該值為每個(gè)柵格處的加權(quán)平均值，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)的綜合工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。

計(jì)算結(jié)果顯示，各柵格加權(quán)值的分布范圍在0.275～0.95之間，可根據(jù)基柵格值的大小重新劃分為4類，每一類對(duì)應(yīng)相應(yīng)的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)。其中工程地質(zhì)條件極差區(qū)的取值小于0.4，工程地質(zhì)條件差區(qū)的取值范圍在0.4～0.6之間，工程地質(zhì)條件一般區(qū)的取值范圍在0.6～0.8之間，工程地質(zhì)條件好區(qū)的取值范圍在0.8～0.95之間。工程地質(zhì)條件分區(qū)結(jié)果如表2，圖3所示。

表2 工程地質(zhì)條件分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4 工程地質(zhì)分區(qū)在輸電線路選線中的應(yīng)用

圖3 工程地質(zhì)條件分區(qū)綜合評(píng)價(jià)圖

前文中對(duì)擬建輸電線路工程的研究區(qū)進(jìn)行了基于GIS的工程地質(zhì)條件分區(qū)，將其分為了工程地質(zhì)條件極差區(qū)、工程地質(zhì)條件差區(qū)、工程地質(zhì)條件一般區(qū)和工程地質(zhì)條件好區(qū)。其中，工程地質(zhì)條件極差區(qū)和差區(qū)不適宜工程建設(shè)，工程地質(zhì)條件一般區(qū)和好區(qū)可作為工程建設(shè)選址。結(jié)合輸電線路點(diǎn)線結(jié)構(gòu)的特殊性，線路可跨越工程地質(zhì)條件差的區(qū)域，而只需將輸電線塔設(shè)置于工程地質(zhì)條件較好的區(qū)域即可保證線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

研究區(qū)內(nèi)擬建一條跨越山脊的輸電線路，因此，需設(shè)定條從坡腳到坡頂?shù)穆肪€，設(shè)計(jì)原則是在保證輸電線路安全穩(wěn)定的情況下盡量縮短路線長(zhǎng)度?；谇拔牡墓こ痰刭|(zhì)分區(qū)基礎(chǔ)，推薦一條工程地質(zhì)條件較好的路線，即將輸電線塔安置于工程地質(zhì)條件較好或好的區(qū)域，盡量避開工程地質(zhì)條件差的區(qū)域，初步選定該區(qū)域輸電線路布置。

該方法可在輸電線路選線初期應(yīng)用，推薦可選路線，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，綜合確定輸電線路選線。

4 結(jié)論

本文利用ArcGIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，進(jìn)行了確定區(qū)域的工程地質(zhì)分區(qū)，并利用分區(qū)結(jié)果，指導(dǎo)輸電線路的選線工程。得到幾點(diǎn)結(jié)論如下:

1)將ArcGIS應(yīng)用到工程地質(zhì)分區(qū)中。選取地形地貌(坡度)、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動(dòng)、降雨以及災(zāi)害點(diǎn)密度幾個(gè)因素作為工程地質(zhì)分區(qū)的主要因素，進(jìn)而進(jìn)行賦值計(jì)算，將研究區(qū)分為了工程地質(zhì)條件極差、差、一般以及好4個(gè)區(qū)域。

2)將工程地質(zhì)分區(qū)結(jié)果應(yīng)用于輸電線路的選線工程中，科學(xué)指導(dǎo)線路路線確定以及塔基建設(shè)位置確定，可有效避免線路中遇到大型地質(zhì)災(zāi)害以及塔基變形失穩(wěn)等情況。