0 引言
大丫口水电站位于临沧市镇康县南汀河流域的南捧河中游河段，是南捧河流域规划中的第三级电站，电站坝址距上游的凤尾水电站约23km，距下游红岩水电站约10km。水库区范围约250km2，可能存在水库岩溶向下游河段、下游右岸宝水沟、下游左岸南片河及下游更远处的南汀河低邻谷渗漏等水文及工程地质问题。需开展大丫口水电站水库区岩溶水文地质条件及渗漏问题专题研究，以便能客观、科学地论证、评价岩溶及岩溶相关问题对工程的影响。
1 3S集成技术应用概述
将3S（GPS、RS、GIS）技术进行集成应用，取长补短，形成综合的、完整的对地观测系统。RS和GPS向GIS提供货更新区域信息及其空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。3S集成的方式可以在不同技术水平上实现，目前国内3S集成技术应用还主要处于起步阶段，主要表现为互相调用一些功能来实现系统之间的联系，在地质勘察工作中，应用3S集成技术，可以达到改善工作环境、规避安全风险、控制工作成本、保证工作质量和加快工作进度等效果，本文将以大丫口水电站为例，研究3S集成技术在库区渗漏问题调查中的应用方法、流程及评价等。
本研究首先将收集到的1:5万库区综合地质图、1:20万临沧测区综合水文地质图以及1:5万地形图等进行数字化、数据坐标校正、配准及转换等地质地理信息数据处理工作，并与遥感影像相关数据一起导入地质地理信息数据库中。到野外现场踏勘时，利用地质数字化填图技术，打开GPS系统，将野外工作范围内的采集获取的地下水出露点解译标志、地表岩溶洼地、落水洞及溶洞等解译标志、其余地质点解译标志、各类照片以及踏勘航迹数据导入地质地理信息数据库中，然后在三维地质遥感解译场景中复核和修正地质解译结果，形成水库区地形地貌分析、地层岩性和地质构造分析成果，为做水库区渗漏问题调查提供数据支撑。
图1 大丫口水电站三维场景图
2 水电站基本地质概况
大丫口电站位于南捧河中段，河流走向为近南北向，地势北高南低，河床狭窄呈“V”型，谷底至谷顶高差一般达550～1100m，坡度较陡一般为30°～40°，部分呈陡壁状，坡度达50°～70°；两侧山脊多呈尖脊山，深切割峡谷地貌为主，部分地段为岩溶地貌，未发现阶地堆积；两岸群峰对峙，河流落差大，水流湍急，表现出遭受强烈侵蚀作用的现象。
南捧河流域及外围分布的地层较复杂，有古生界寒武系、奥陶系、志留系海相、陆相沉积岩；上古生界泥盆系、石炭系、二叠系海相夹陆相沉积岩；中生界三叠系、侏罗系陆相夹海相沉积岩；新生界第四系堆积分布较广泛，另外侵入岩、变质岩零星分布。
区域内对工程有影响的主要断裂有：盈江～陇川断裂、龙陵～瑞丽断裂、南汀河断裂、孟连断裂、腾冲火山断裂带、怒江断裂、旱母坝断裂、木戛-谦迈断裂和澜沧-勐遮断裂，其中对工程有重大影响的断裂主要为南汀河断裂。
3 地质遥感解译
调查工作以查明区内岩溶发育的特征、分析水库蓄水后可能存在的渗漏类型、渗漏通道为目标，所以地质遥感解译侧重是对研究区内岩溶地形地貌特征、地表水文分布、可溶岩/不可溶岩界线分布、构造发育形态及地下导水通道进行遥感直接或间接解译。
3.1 地形分析
3.1.1 高程分布、地形剖面分析
在ArcGIS平台，首先利用地形等高线制作库区DEM数据，然后应用DEM制作库区的坡度、坡向和高程分布图。结合坡度、坡向和高程分布图和区域地质资料，可知库区两岸群峰对峙、山脊多呈尖脊山，深切割峡谷地貌为主，部分地段为岩溶地貌，未发现阶地堆积，表现出遭受强烈侵蚀作用的现象。
本文在地质遥感解译平台上，利用DEM数据沿通过大丫口水电站的南捧河以及仙人山断裂做两条剖面线，对应的地形纵剖面图见图2、图3。从图2中可以看出，南捧河流域内河谷深切，河谷形态以“V”型峡谷为主。南捧河自北向南高程是呈降低趋势，但是大丫口水电站左右岸库区水平距离约2千米内所处的南捧河地形高程被抬升。在图3中，仙人山断裂在大丫口水电站附近的高程值处于谷底，大丫口水电站左岸的坡降比大于右岸，且左岸由上游向下游断裂发育部位高程不断抬升，向地下分水岭延伸。且沿断裂往南捧河方向，地势逐渐降低，无低于设计正常蓄水位（650m）的低邻谷。大丫口坝址右岸距河边400m范围内、左岸距河边200m范围内形成的河流阶地与河水位高程相同。
| 图2 穿过大丫口水电站的南捧河地形纵剖面图 |
| 图3 大丫口电站附近的仙人山断裂纵剖面图 |
3.1.2 地表水文分析
地表水文分析旨在辅助解译调查区内正、负岩溶地貌发育情况及区内地表水系发育情况。调查区内地表水系以地形和地表水文特征，初步分为4个区，从北到南依次为轩莱-平子寨汇水区、五道河-仙人山汇水区、南片河汇水区和大丫口-三杈木汇水区。南捧河由北向南汇流，五道河、南片河部分汇至南捧河，南汀河和南捧河南下段为调查区排泄基准面。
3.2 岩溶地貌解译
在进行地形分析可大体确定调查区为岩溶地貌，现将室内各类遥感影像处理图与野外岩溶地貌观察点数据相叠加于同一个三维场景的遥感解译平台，对调查区的岩溶地貌做进一步的解译和分析，也为解译全区岩溶地貌发育以及岩性界线、构造发育特征提供直接或间接佐证。
调查区的北部及中部岩溶地貌表现为链状山体和大小不等的溶蚀谷地交织在一起，呈带状展布，尤其是在坝址区附近及水库末段轩莱一带。低洼地带多见塌陷漏斗、落水洞，多呈串珠状分布，坡洪积含腐植质粘性土充填覆盖，长轴方向以北东向与沿地层北西走向为主。大丫口坝址下游左右两岸的洼地及落水洞多沿岩层交界线走向附近发育，常见干的落水洞，未有地表水从其中流出。该调查区西南部、北西部局部为高原古夷平面区，山坡以缓丘为主，地形陡峭，野外地质调查发现，低洼地带多见塌陷漏斗、落水洞，多呈串珠状、环状分布，与室内遥感解译结果大致相同（见图4）。
图4 计算机自动提取的洼地、漏斗分布（图中彩色斑点）
通过室内洼地、溶洞等岩溶地貌的初步解译，给野外地质观察和验证提供了方向性指导和工作重点。将野外获得的地质第一手资料信息数字化处理，再与室内GIS解译信息进行宏观和个体性比对、复核，结果发现，各类地貌类型解译结果基本吻合，洼地、落水洞等大部分是与岩性分界线、地表分水岭或断裂构造带有关，呈串珠状分布，或是沿着地表水系走向呈环形、椭圆形分布。
3.3 岩性解译
大丫口水电站水库库区出露的碳酸盐岩含水层以二叠系沙子坡组（P1s）上、下两段、三叠系中统河湾街组（T2h）为主。隔水层包括寒武系上统柳水组（∈3l）、奥陶系中下统（O2、O1）、泥盆系下统（D1）、石炭系上统丁家寨组（C3d）、二叠系下统永德组（P1y），三叠系南梳坝组（T3nn）、大水塘组（T3d）和牛喝塘组（T3n）上、中、下段，侏罗系中统税房街组（J2s）。
对OLI Band8遥感影像展开纹理分析来揭示非可溶岩地层与可溶岩地层对比特征，发现非可溶岩相比色调更亮，纹理顺层性较明显，且因抗风化能力弱而风化层偏厚，植被覆盖率明显较高。且与可溶岩岩层相比，植被的种类、稀疏程度以及长势都有不同程度的差异（见图5）。
由遥感地形地貌、岩性解译结果可知，在大丫口左、右岸高程在600～660m之间，影像的纹理、色调等特征较一致，均为可溶岩岩组，河流阶地。沿界线发育的洼地、落水洞是地下岩溶通道的表征之一，大丫口左岸近坝库区存在可溶岩段。需要结合地质构造分析，来进一步判断是否具有向水库下游发生渗漏的条件。
3.4 地质构造的判译
地质构造分析在地层岩性分析的基础上进行，其主要目的在于查明库区是否存在通向下游的断层，并形成向大坝下游及低矮邻谷渗漏的通道。基于ArcGIS的空间数据分析功能以及遥感地质构造解译，可方便的判断出可能存在的渗漏断层。
结合地质资料和遥感解译结果可知，仙人山断层具右旋水平运动性质，与北东向断裂具有共轭剪切活动。北东向老龙寨断裂位于大丫口坝址的南侧、与仙人山断裂近垂直交错。紧邻仙人山断裂的隔水岩层（T3n）较薄，隔水性能一般，且断层两侧的有透水性能较好的可溶岩条带，并发现岩溶地貌多沿该条带串珠状分布（见图6）。
图5 均匀状灰岩组与非可溶岩组影像特征对比图
图6 断裂构造在植被指数影像中的分布特征
4 解译结果复核及修正
本次水库渗漏问题专题调查工作中，充分利用3S技术，将3S数据集成（图7显示了3S数据集成结构树），即将野外工作获取的地质信息加载至三维可视化解译平台上，对照室内遥感初步解译成果，及时调整解译方法并与野外工作者沟通，协商下一步的野外地质调查路线、内容等，依此完成了室内、野外互动，完善了库区渗漏问题调查工作。
图7 3S数据集成结构树
5 库区渗漏分析
从坡度、坡向、地表高程及地表水文分析结果来看，在坝址区附近及水库末段轩莱一带多为链状山体和大小不等的溶蚀谷地交织在一起，呈带状展布；南伞～色树坝一带多为缓丘漏斗组合地貌；南汀河、南棒河等河流两岸碳酸盐岩分布地段形成岩溶中山峡谷型地貌。以大丫口坝址右岸可溶岩岩组中沿南捧河方向洼地、漏水洞呈串珠状分布，有可能地下溶隙～管道型岩溶发育，将水库与下游排泄区连通，并顺下游方向向南棒河排泄，即水库蓄水至650m高程时，右岸近坝库区可溶岩段向水库下游发生渗漏的水动力条件和渗漏通道存在。
建议下阶段开展专门岩溶水文地质勘察，采用物探、钻孔、地质测绘等综合勘察手段，查明库区岩溶水文地质条件及渗漏通道、渗漏量，视情况采取相应的处理措施。
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收稿日期：2018-08-13
作者简介：王超（1983-），男（彝族），贵州黔西人，云南省能源投资集团有限公司建设管理中心工程验收与项目考核部经理，博士，研究方向：水利水电工程岩土工程设计、建设工程项目管理。
