滇中引水二期工程大理受水区岩溶发育特征及隧洞工程涌突水综合评价研究

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滇中引水二期工程受水区地处云贵高原与横断山山脉交接带,地势西北高、东南低,呈不均匀阶梯状逐级降低,区域降雨分布不均,季节性差异极大,整体上缺水严重。而受水区是云南省人口最密集、经济最发达、国家重点开发的区域,也是水资源供需矛盾最为突出的区域,因此水源供需问题亟待解决。滇中引水二期工程通过管涵、输水干渠及隧洞等方式,将外调水量输送给受水区的城镇水厂、湖泊水库等配水节点,但由于区内岩溶地质条件十分复杂,隧洞工程穿越该区域,不可避免会遭遇各种岩溶工程水文地质环境问题,同时还可能影响工程后期的供水效益。基于此,本论文从滇中引水二期工程大理受水区的地质环境背景和岩溶发育特征入手,通过资料搜集整理和对岩溶区域现场调查,着重分析了研究区岩溶水文地质条件并进行了岩溶水系统的划分;在分析区内岩溶水文地质环境问题的同时,选取了影响隧洞工程岩溶涌突水的指标因素,采用层次-模糊综合评价方法建立数学评价模型,对隧洞涌突水危险性进行了定性评价,另外结合三维数值模拟方法计算了隧洞工程不同施工情况下的涌水量,并最终对隧洞涌突水问题进行了综合分析评价。主要成果和结论如下:(1)研究区主要为中高山地貌,山高岭烈,高山之中夹杂盆地,地形起伏大,断层和褶皱构造发育。区内可岩溶地层主要有P1、C2+3、T3y~2、D1q、D1l和D1k,溶洞、洼地、地下暗河等岩溶形态分布广泛,发育程度强烈。(2)研究区包含澜沧江与金沙江两个一级水系统。根据区域水文网发育特征,结合地下水水动力条件与地质边界,进一步划分出10个二级水系统,其中属于澜沧江水系统的有4个,属于金沙江水系统的有6个。(3)经过统计分析,研究区内共布设输水隧洞19条,其中穿越包含可溶岩地层的隧洞有6条,累计总长16.064km,穿越可溶岩段累计总长约3.347km。隧洞涌突水问题是研究区岩溶工程水文地质环境问题中最为典型的问题,也是本文的研究重点。(4)对于研究区典型的隧洞工程岩溶涌突水问题,综合选取了影响隧洞涌突水危险性的14个指标因素,建立了隧洞涌突水危险性评价体系;结合模糊数学与AHP层次分析法,确定各个指标权重,并通过优化隶属函数计算公式得到各指标的隶属度,从而建立了研究区隧洞岩溶涌突水危险性等级评价数学模型;选取了区内岩溶水文地质条件复杂的雪峰山隧洞作为评价对象,定性评价了雪峰山隧洞各段的涌突水危险性等级。(5)通过对雪峰山隧洞工程进行三维数值模拟以及不同工况下的涌水量计算,结合层次-模糊评价模型,对隧洞各段涌突水危险性进行了综合评价。同时,对数学评价模型与数值模拟计算结果的吻合度与差异性进行了分析。
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