水利水电工程地质三维模型的研究分析

水利水电工程地质三维模型的研究分析

吐尔逊江

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘测研究所，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：近年来，随着社会经济的快速发展，我国水利水电工程建设也取得了相应的进展。传统的工程地质资料和地质问题的分析方法已经不能满足当今社会时代背景下我国水利水电工程的发展需要。地质工程师和设计人员要改变传统的二维静态模式，将三维模型应用于水利水电工程地质分析和研究中，以确保我国水利水电工程地质分析的可靠性。笔者通过对水利水电工程地质三维模型的研究进行分析，提出意见和建议，以期促进我国水利水电工程的快速发展。

关键词：水利水电工程；三维模型；研究分析

前言

随着社会的发展，三维模型在我国社会发展过程中的某些领域已经有所应用。地质勘测人员要重视我国水利水电工程施工前的地质勘测，获得相应的建模数据，结合我国水利水电工程的实际地质情况，对相关数据进行更新，以提高水利水电工程地质三维模型的质量和效率。将新的理念和方法应用于我国水利水电工程地质三维模型的建设过程中，实现三维模型的自动更新。

1工程地质三维模型现状

由于水利水电工程的特殊性和施工过程中的复杂性，目前，工程地质三维模型在我国水利水电工程中并没有得到普遍应用。近年来，地质三维模型一般被应用于石油和地质矿产的勘测和分析，从而实现资源开采质量和效率的提升。利用地质三维模型无论是进行石油和地质矿产的绘图还是设计，都能满足相应的精度要求，因此其实现了在石油和地矿领域的开发和应用。但是将三维模型应用于水利水电工程中，却相对比较复杂。水利水电工程的施工要求相对比较高，特别重视施工过程中的专业性和精确度。地质构造的复杂性限制了其在水利水电工程中的应用。由于基础设施的制约，工程地质三维模型并没有在水利水电工程施工中得到普遍的应用。

2工程地质三维模型建立方法及选择

结合国内外研究现状进行分析，工程地质三维模型的建立方法主要包括剖面成面法、直接点面法和拓扑分析法。剖面成面法是指在大量地质剖面的基础上，应用曲面构造法来达到相应的效果。国外的一些三维地质的相关软件都是通过这种方法来设计的。直接点面法的难度相对较大。它是通过将原始的线状数据进行相应的分层，结合各层面的相关标高，利用曲面构造法来达到三维设计效果。拓扑分析法是通过对各个层面离散点的空间拓扑关系进行分析，来对地质体进行构造。由于水利水电工程地质条件的限制，该种方法并没有被实践。

设计人员和施工人员要结合水利水电工程的实际情况，选择合适的方法进行三维模型的构建。与其他方法相比，用剖面成面法进行三维模型的建立相对比较简单，但是工作量比较大。将此种方法应用于水利水电工程设计过程中，不利于施工成本的控制和施工效率的提高。直接点面法无论是在理论上还是实践上都具有可行性。目前，该种方法已经在我国部分水利水电工程建设过程中进行了实践，并取得了成功。将拓扑分析法应用于工程地质三维模型的建立中相对比较复杂，由于理论的不完善性，尚没有投入实践。

3基本三维面的建立

基本三维面的建立包括地形三维面的建立和地层三维面的建立。

地形三维面建设过程中涉及到的相关因素比较多。它通过相关数据的测量获得三维离散点数据，然后通过三角剖分法将离散点转换成三角形网面。勘测人员和技术人员在进行计算的过程中，对三角网格的生成进行假定。三角网格对若干个顶点进行连接，再加入新的节点，然后将这些有新节点的三角形进行删除，形成空腔，将空腔节点与新节点进行连接，形成新的三角网格，直至所有的节点都加入。

地层三维面的建立由于技术水平的限制，需要进行相关的插值。设计人员和技术人员要认识到将三维点插值技术应用于地层三维面建立中的重要作用，并结合相关的方法进行插值。比如，相关操作人员可以采取距离反比法，以达到地层三维面的建立效果。在对三维网格结点的高程值进行计算的过程中，所有数据点的权重的和为1，权重越大，某数据点到该节点的距离越近。将距离反比法应用于地质三维面的建立中，是建立在相关理论基础上的。工程师在实际的操作过程中要结合具体的地质情况进行应用，以确保基本三维面建立的效率和准确性。

4三维面的处理

在地质三维面的处理过程中，（1）工程师要认识到边界范围的重要性，并在相关作图区域内对相关边界范围进行判断。然后结合边界范围的相关数值进行三维面的边界修剪。（2）在模型建立初期，相关负责人要对地形面和下控制面进行相应的控制。地质三维面要依据合理的施工顺序进行构建，避免建设不合理对三维模型造成影响。相关勘测人员和技术人员要结合水利水电工程施工的具体情况对地形进行勘测，确保上、下控制面处理的准确性。（3）在三维模型的建立过程中，地质工程师要认识到错动断层面的重要性。错动断层面是地层面的重要组成边界，它能够对地形分布进行直接切断。相关工程师和技术人员在三维面的构建过程中要认识到断层面的重要性，并将其应用于三维模型的构建过程中。（4）是对三维面趋势的模拟。它有利于对地质三维模型进行准确的构建。相关技术人员要通过相应的软件对模拟模型的算法进行构建。（5）三维面的折叠处理。技术人员在水利水电工程施工过程中要结合相关地质条件对其进行相应的处理，确保三维面的构建是通过折叠面实现的。技术人员在对三维面进行处理的过程中对三维方向进行选择，确保其与构建三维面的整体进行垂直。再根据三维方向角进行控制点坐标的旋转，然后对三维面进行构建，构建之后，再将其恢复到原来的位置。

5三维地质实体的建立

5.1地质单元体三维轮廓面的形成。由于地层面及构造面的不同，三维地质体能够被划分为不同的地质单元体。各个地质单元体的三维轮廓面是通过相关地层面和构造面在数据计算的基础上进行建构的。比如，建模者对该地质单元体的地形面或者基岩面进行选择，然后对小三角面和该顶面进行竖直方向的比较。然后通过相应处理后，再次进行比较。工程师和技术人员对该地质体的所有相关因素进行处理和构建，形成有许多三角面构成的三维轮廓面。

5.2对三维轮廓面进行处理，使其形成三维实体。这种计算方法适用于相对比较小的模型。如果模型比较大，对设备的要求会比较高。它是通过将三维轮廓面分割成很多小的三棱柱，再将其合并成实体来实现相关计算。

6地质三维模型的应用

地质三维模型一般被应用于水利水电工程中的工程地质分析和工程地质剖面图的设计中。通过地质三维模型的应用，能够对地质因素进行更加直观的分析，也可以实现对模型的旋转分析和局部分析等。将地质模型应用于水利水电工程的地质剖面图中，可以对水利水电工程的相关剖面图进行任意的切割和处理，来提高水利水电工程地质剖面图的绘图质量和绘图效率。

7结语

随着科学技术的快速发展，计算机技术和网络技术越来越多被应用于水利水电工程施工中，实现了水利水电工程地质三维模型的构建。水利水电工程地质三维模型在我国水利水电工程的应用和发展过程中仍然存在各种各样的问题。相关施工部门要认识到其在我国水利水电工程中应用的重要性，以提升我国水利水电工程施工水平。

参考文献：

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