抽水蓄能电站三维建模成果

13.3.1　　某抽水蓄能电站泰礴顶上水库

某抽水蓄能电站上水库位于昆嵛山泰礴顶东南侧支沟首部，称泰礴顶水库。上水库地形开阔，地质条件较好，具备建设较大装机规模蓄能电站的库盆条件，上水库地面高程一般为500～800m，主峰泰礴顶高程为922.8m。电站上水库采用混凝土面板堆石坝，最大坝高103m，坝顶长度495m，正常蓄水位为630m，死水位为590m，总库容916.6万m3，其中调节库容850万m3，死库容66.6万m3。

三维地形建模范围：昆嵛山泰礴顶上水库库区地质平面图长1605m、宽1500m的矩形区域，总面积共240万m3，该范围即是制作三维模型的范围。采用1:2000的地形图，三维网格的间距为10m，网格点总数为43215个。建立了三维地形表面模型和实体模型，根据大坝的标准断面参数，绘制了大坝标准剖面，沿坝轴线拉伸，生成标准大坝的三维实体。按照水库正常蓄水位630m及大坝标准三维实体，进行布尔运算生成正常蓄水位高程的三维水体，如彩图13-7所示。

地质构造特征：通过工程地质测绘，在地表上共有地质结构面38条，以近东西向陡倾角结构面（断层型、裂隙型）为主，少量近南北向缓倾角结构面。在平面图上，每条地质结构面都按照其编号和产状进行赋值，并在地质平面图上自动生成三维BSN数据文件。在三维地质模型中，绘制这些地质结构面如彩图13-8所示。

三维地质建模：泰礴顶上水库目前共打钻孔49个，钻探总进尺4112.35m，其中倾斜钻孔一个，压水试验段数728段，取样总数25个。根据钻孔数据统计结果，地下水位高程最大值677.97m，最小值517.10m。全风化层下限高程最大值683.54m（ZK13），最小值508.90m（ZK505），强风化层下限高程最大值683.34m（ZK13），最小值505.70m（ZK505），弱风化层下限高程最大值648.59m（ZK13），最小值426.28m（ZK515），微风化层下限高程最大值589.32m（ZKL-2），最小值421.28m（ZK514）。在三维地质模型中绘制三维钻孔，并在主视图的钻孔右侧绘制RQD值的阴影区域，如彩图13-9所示。以地形表面地层界线作为分界线，制作了三维地表上覆盖层的表面模型，如彩图13-10所示。

以库区坐标点（4123800.00，41391400.00）为左下角，划定0.7km2的范围，在该区域内，建立三维风化界面和三维水位面，切制工程地质剖面图32张。以钻孔数据为基础，将32个剖面连接成三角网状，以地质平面图为基础，一次切出并绘制32张剖面图，再逐个对每张剖面图进行人工的编辑修改。由于是以钻孔数据作为控制点，剖面图又是由程序自动生成的，是根据钻孔数据，按照地形线走势，绘制的风化界限和库水位，因此剖面图的编辑工作量很小。在剖面图中，将地形、全风化、强风化、弱风化、微风化和地下水位的线条进行转换，转换也是一次完成的，转换时读取线段上的每一个端点坐标，根据剖面线的位置，自动转换成三维离散点（X，Y，Z）数据。通过切制32张剖面，在原有钻孔数据的基础上，增加了很多离散点数据，使得绘制的等值线图和三维曲面更接近实际。使用surfer对这些数据分别进行网格化，生成全风化、强风化、弱风化、微风化和地下水位的GRD和DAT数据文件，进而绘制风化和地下水位的等值线图、三维表面模型和三维实体模型，剖面位置图如图13-3所示，其中的一张剖面图如图13-4所示。

等值线图是在Surfer中自动生成，储存成DXF文件，使用AutoCAD直接打开即可，如彩图13-11所示。三维表面模型，使用“绘制三维面”程序读取DAT数据文件直接生成。根据实际工程需要，确定覆盖层及全强风化为无用层，不能作为大坝的上坝料，以强风化下限作为分界面，生成无用层和有用层的三维实体，以上水库死水位高程590m作为开挖底界面，划分为两个部分，即水上和水下部分，并分别存放在不同的图层上，如彩图13-12，水上部分的无用层用红色实体表示，有用层用深绿色实体表示，水下部分无用层用粉色实体表示，有用层用浅色实体表示。以上工作完成以后，就可以很方便的按照用户的要求，计算料场储量和开挖体的体积，具体计算时，可以冻结水下部分的无用层和有用层三维实体，绘制开挖区域边界线，进行区域剖切，保留区域内部实体，使用计算体积命令，就可以自动计算出水上部分有用层和无用层的体积，开挖区域边界线个数不受限制。

图13-3　剖面位置图

图13-4　工程地质剖面图

无用层和有用层的三维实体模型建立好以后，可以适用多个不同开挖方案的比较，输出不同开挖方案无用层和有用层的体积。按照水库的开挖边坡，制作水库的三维实体模型，以无用层和有用层的水上部分作为第一集合，以水库的三维实体作为第二集合，将两个集合进行相交的干涉运算，新产生的三维实体就是开挖体，可分别计算无用层和有用层的体积。同理，可建立三维堆石坝的三维实体，将其与无用层（强风化以上）进行相交干涉运算，就是坝基开挖的强风化以上的体积，与有用层（强风化以下）进行相交干涉运算，就是坝基开挖的强风化以下的体积。

如果开挖体制做成三维实体，将其与无用层水上部分的三维实体进行干涉运算，即可得出无用层水上部分的开挖工程量，与有用层水上部分的三维实体进行干涉运算，即可得出有用层水上部分的开挖工程量。使用以上办法，对于开挖工程量的方案比较是非常有效的。

彩图13-12中绿色实体代表弱风化、微风化及新鲜岩体构成的可利用层，而红色实体代表由覆盖层及全、强风化岩体构成的无用层，蓝色实体代表死水位以下的可利用层，而粉色实体代表死水位以下的无用层。

水库正常蓄水位为630m，死水位为590m，因此590m高程以上至正常蓄水位之间的岩石可以进行挖除，一方面增加库容，另一方面挖除的岩体可以作为建坝用的堆石料。

整个上水库库区岩体按是否可以作为堆石料大体可以分为两层：上层为由第四纪覆盖层及全、强风化层构成的无用层；下层为由弱风化、微风化及新鲜岩体构成的有用层。

为准确计算无用层和有用层的储量，利用上水库钻孔勘探资料及测绘资料等原始数据，对整个上水库进行三维地质建模，通过模型可以很直观的看出各层的发育规律，同时利用模型可以很方便的计算出相关地层的体积即储量。

彩图13-13、彩图13-14中绿色实体代表死水位以上正常蓄水位以下弱风化、微风化及新鲜岩体构成的可利用层，而红色实体代表由覆盖层及全、强风化岩体构成的无用层。(www.xing528.com)

将淹没范围内死水位以上的无用层和有用层三维实体分别提取出来，可计算出其相应的储量。其中有用层储量约为146.8619×104m3，而无用层储量约为147.6257×104m3，总储量约为294.5×104m3。由于有构造影响，可能在有用层中也会含有少量的无用层料，根据实际资料，地质人员可以从有用层中减一定的折扣量作为堆石料用。

利用离散点数据可以绘制出三维剖面的线框图，如图13-5所示。

图13-5　三维剖面线框图

地质平面图上的各类地质界线转化为三维界线，包括基岩与覆盖层的分界线、覆盖层与覆盖层的分界线、地质结构面出露线等，如彩图13-15所示。

13.3.2　　某抽水蓄能电站厂房区

某抽水蓄能电站地下厂房水工设计参数：厂房尺寸，长度218m、宽度26.5m、高度52m，厂房底板高程为27.5m，机组台数6台，间距25.5m，装机容量1800MW。

三维地下厂房建模：包括三维厂房、主变室、尾水调压室和出线竖井等，如彩图13-16所示。

三维地形建模范围：地下厂房区地质平面图长1695m、宽1305m矩形区域，总面积共221×104m3，该范围即是制作三维模型的范围。采用1:2000的地形图，三维网格的间距为10m，网格点总数为35856个。建立了三维地形表面模型和实体模型。

三维地质建模：地下厂房区目前未有钻孔数据，只有两个勘探平洞，在三维地质模型上，按照平洞的实际位置绘制了三维平洞，平洞内揭露的主要地质结构面绘制成三维面。

地质构造特征：通过工程地质测绘，在地表共有主要断裂结构面41条，以近东西向陡倾角结构面为主，少量近南北向缓倾角结构面。在平面图上，每条地质结构面都按照其编号和产状进行赋值，并在地质平面图上自动生成三维BSN数据文件，在三维地质模型中，绘制这些地质结构面如彩图13-17所示。

地下厂房在三维地质模型中的位置如彩图13-18所示。由于厂房顶部高程距地面距离较大，故又针对厂房区建立了一个长580m、宽380m、高200m的三维实体，将地表测绘到的地质结构面延伸，绘制到该区域内，如彩图13-19所示。

地质平面图上的各类地质界线转化为三维界线，包括基岩与覆盖层的分界线、覆盖层与覆盖层的分界线、地质结构面出露线等，如图13-6所示。

图13-6　三维地层模型

厂房区主要地质结构面切割地下厂房形成的三维模型，彩图13-20是断裂结构面切割地下厂房，彩图13-21是冻结地质结构面，显示断裂结构面在地下厂房的截面。通过三维动态旋转观察，会起到很好的说明作用。