基于GIS的工程地质分区方法在输电线路选线中的应用

发布时间：2019-10-24

　　摘 要: 通过分析输电线路选线所遇到的工程地质问题，提出一种基于 GIS 的工程地质分区方法，可科学有效、快速直接地指导输电线路选线，解决了常规选线方法需要耗费大量的人力、物力资源的问题。

　　关键词: GIS，层次分析，工程地质分区，输电线路

　　1、概述

　　输电线路为一长大线性工程，常常需要通过地质环境条件复杂的区域，例如断裂带、地质灾害高发区、高陡地形区以及高寒山区等。常规工程地质调查方法需耗费大量的人力物力，且对于高陡山区常出现评估不到位的情况。应用 GIS 强大的分析功能，可对大区域或局部区域进行工程地质分析，可考虑多因素对区域的耦合作用，最终达到对区域条件的科学定量评价。目前发展起来的基于 GIS 的工程地质分区方法已得到了很好的应用[1-3]，本文尝试将该技术应用于输电线路的选线中，科学、有效地指导输电线路的选线工程。

　　2 基于 GIS 的工程地质分区方法

　　基于 GIS 的工程地质分区，首先是在确定研究对象和研究目标之后，对搜集到的数据进行处理并建立空间数据库; 进而分析对研究对象有影响的各目标因素，建立层析模型和层次结构，并构造出与研究目标相关联的判断矩阵; 然后通过多因素对比确定各因素的权重，并进行一致性检验，提取分析因子; 应用 GIS 对研究对象进行栅格化，并将各因素的权重值分配到不同栅格上; 最后，对各属性值进行代数运算，并将计算结果图形化，得到最终评价结果。整个评价过程见图 1。

　　3 实例应用

　　3. 1 评价因素的选取及分级

　　本文选取一拟建输电线路的典型山区斜坡作为实例，研究区全貌见图 2。选取区域平面面积约 50 km2 ，相对高差 2 500 m。区域内发育一条断裂带，有多组岩性分布，且发育多个地质灾害点。根据该地区的地质环境条件以及坡体结构特征，选取地形地貌 ( 坡度) 、工程地质岩组、地质构造、人类活动、降雨以及灾害点密度几个因素作为工程地质分区的主要因素。

　　1) 地形地貌因素。

　　研究区斜坡为陡缓相间的地形，高程分布 650 m ～ 3 200 m，整体地形东高西低，平均坡度为 25°。在对地形地貌分级的过程中将其划分为 5 个级别: 0° ～ 8°，8° ～ 15°，15° ～ 25°，25° ～ 45°， 45° ～ 80°。

　　2) 工程地质岩组。

　　研究区内发育的地层包括灰岩、白云岩、砂岩、泥岩和玄武岩; 坡脚为冲洪积覆盖层，厚度近百米; 斜坡中部为一巨型古滑坡体。根据岩性特征，将其分为 5 类: 冲洪积层、古滑坡体、残坡积体、软岩及硬岩，其中软岩包括砂岩，泥岩和板岩，硬岩包括灰岩，白云岩，玄武岩。

　　3) 地质构造。

　　研究区地质构造较为复杂，断裂及褶皱发育，近期的构造活动主要受断裂带的控制。该断裂沿坡脚近似沿东西向分布，为一左旋走滑断裂。因此，地质构造因素主要考虑断裂带的距离效应，并将其分为 5 个等级: 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) 人类活动。

　　研究区内人类活动是诱发小型地质灾害的重要因素，主要有修建公路开挖、采矿工程以及居民建筑等，其中影响较大的公路和采矿工程。按与工程场区的距离将人类活动因素分为 5 个等级，分别为: 0 m ～ 50 m，50 m ～ 100 m，100 m ～ 300 m，300 m ～ 800 m，800 m 以上。

　　5) 降雨。

　　由于研究区高程变化较大，根据搜集到的降雨资料显示，不同高程的降雨强度差异较大，并且降雨对区域内的斜坡稳定性存在较大影响，因此，按年降雨量将降雨的影响因素分为 5 个等级，分别为: 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) 灾害点密度。

　　现场调查发现，研究区内共发育 52 个灾害点，主要分布于古滑坡后缘，以及坡脚的泥石流，按灾害点密度( 个/km2 ) 将其划分为 5 个等级，分别为: 0 ～ 0. 5，0. 5 ～ 2，2 ～ 4. 5，4. 5 ～ 6，6 ～ 7. 5。

　　3. 2 权重赋值

　　评价指标的权重赋值采用经验法来确定[4-6]，即先采用专家打分的方法确定影响因素的大小，再基于此构建相关的判断矩阵，进一步求解得到各因素指标的权重值。针对本文所选取的 6 个因素，求得各因素的权重值以及各分项指标的权重值，如表 1 所示。

　　3. 3 评价计算与结果分析

　　利用 ArcGIS 的空间分析在分类功能，将研究区划分为 10 m × 10 m 的格栅单元，并按照上一节中得到的评价指标的权重对各单元赋值，进而即可利用 ArcGIS 的栅格计算功能对研究对象进行深度计算。经过分析 6 个影响因素的权重，计算得到每个栅格的工程地质条件指数值，该值为每个栅格处的加权平均值，实现对研究区的综合工程地质评价。

　　计算结果显示，各栅格加权值的分布范围在 0. 275 ～ 0. 95 之间，可根据基栅格值的大小重新划分为 4 类，每一类对应相应的工程地质评价等级。其中工程地质条件极差区的取值小于 0. 4，工程地质条件差区的取值范围在 0. 4 ～ 0. 6 之间，工程地质条件一般区的取值范围在 0. 6 ～ 0. 8 之间，工程地质条件好区的取值范围在 0. 8 ～ 0. 95 之间。工程地质条件分区结果如表 2，图 3 所示。

　　3. 4 工程地质分区在输电线路选线中的应用

　　前文中对拟建输电线路工程的研究区进行了基于 GIS 的工程地质条件分区，将其分为了工程地质条件极差区、工程地质条件差区、工程地质条件一般区和工程地质条件好区。其中，工程地质条件极差区和差区不适宜工程建设，工程地质条件一般区和好区可作为工程建设选址。结合输电线路点线结构的特殊性，线路可跨越工程地质条件差的区域，而只需将输电线塔设置于工程地质条件较好的区域即可保证线路的稳定运行。

　　研究区内拟建一条跨越山脊的输电线路，因此，需设定条从坡脚到坡顶的路线，设计原则是在保证输电线路安全稳定的情况下尽量缩短路线长度。基于前文的工程地质分区基础，推荐一条工程地质条件较好的路线，即将输电线塔安置于工程地质条件较好或好的区域，尽量避开工程地质条件差的区域，初步选定该区域输电线路布置。

　　该方法可在输电线路选线初期应用，推荐可选路线，结合现场地质调查，综合确定输电线路选线。

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　　4 结论

　　本文利用 ArcGIS 强大的数据分析功能，进行了确定区域的工程地质分区，并利用分区结果，指导输电线路的选线工程。得到几点结论如下:

　　1) 将 ArcGIS 应用到工程地质分区中。选取地形地貌( 坡度) 、工程地质岩组、地质构造、人类活动、降雨以及灾害 点 密度几个因素作为工程地质分区的主要因素，进而进行赋值计算，将研究区分为了工程地质条件极差、差、一 般 以 及 好 4 个区域。

　　2) 将工程地质分区结果应用于输电线路的选线工程中，科学指导线路路线确定以及塔基建设位置确定，可有效避免线路中遇到大型地质灾害以及塔基变形失稳等情况。

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