前言

随着我国经济的持续发展和西部大开发战略的实施,水利水电事业呈现出勃勃生机,一大批巨大型水利水电工程相继得到开发,如三峡、龙滩、小湾、溪洛渡、糯扎渡、锦屏一级、白鹤滩等,这些工程大多处于高山峡谷,所处地区地质构造复杂、地质信息众多,给工程勘测、设计与施工等各方面带来了很大的困难。传统二维、静态的地质处理与分析方式已难以满足地质工程师和设计人员的实际需求,作为构筑水利水电工程数字化、可视化设计与施工的基础,水利水电工程地质三维建模与分析这一项具有挑战性、亟待研究解决的关键技术问题,受到了广泛而密切的关注。

国外的三维地质建模与分析研究虽然开展较早,并已发展了一系列较为成熟的建模理论方法和商业建模软件包,但其研究成果主要是面向油藏工程、采矿工程等领域,难以在我国水利水电工程地质领域推广使用。国内也有类似的软件产品,但能用于水利水电工程实践的很少。因此,近些年来以作者为代表的课题组,紧密依托实际工程,融合水利水电工程科学、工程地质学、数学地质学和计算机科学等多个交叉学科的先进理论与技术,提出了实现水利水电工程地质建模与分析的理论方法,研究成果在锦屏一级、小湾、溪洛渡、惠蓄、白鹤滩、糯扎渡、三峡、龙滩、阿鸠田、新疆恰甫其海、向家坝、勐旨、南水北调中线穿黄工程等10项大中型水利水电工程中得到应用与推广,对改变传统的工程地质制图和地质分析方式、提高工程设计水平与效率、指导地下工程施工及其管理有着积极的促进作用,有助于相关的不同专业学科间的沟通与交流,推动水利水电工程学科向数字化、可视化和智能化的方向发展。

本书深入系统地介绍了水利水电工程地质三维建模与分析的理论方法及其应用实践。全书共分8章:第1章是在当前背景下,分析水利水电工程地质三维建模的研究发展与现状,并提出了新的思路;第2章着重分析水利水电工程地质建模难点、建模空间对象、建模方法和建模体系,总结出建模实现的三项关键问题;第3章是在综合研究当前常用三维数据结构的基础上,提出了面向水利水电工程地质的混合数据结构;第4章通过对水利水电工程地质原始数据的特点分析,结合锦屏一级工程研究了多源地质数据的空间解译分析和耦合理论方法;第5章主要研究了水利水电工程地质三维建模方法体系、建模技术和分类建模,结合锦屏一级工程完成了三维统一模型的建立;第6章研究了基于三维统一模型的水利水电工程地质分析,主要包括岩体质量分级三维建模、模型剖切分析、主体工程三维地质分析和其他常用分析,并探讨了基于三维地质模型的水利水电工程勘测、设计与施工一体化问题;第7章介绍了水利水电工程地质建模与分析系统(VisualGeo)的研制开发;第8章主要介绍了上述理论方法在具体水利水电工程中的实际应用。

本书主要由钟登华和李明超撰写,刘东海、刘杰、王刚、黄伟、杨晓刚、毛寨汉、周锐、安娜、刘奎建等也为本书付出了辛勤的劳动。本书的撰写和出版得到了曹楚生院士、崔广涛教授的鼓励和指导,得到了中国水电顾问集团成都勘测设计研究院、中国长江三峡工程开发总公司、中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院、中国水利水电第十四工程局、云南苏帕河水电开发有限公司、中国水电顾问集团华东勘测设计研究院、中国水电顾问集团中南勘测设计研究院、中水北方勘测设计研究有限责任公司、二滩水电开发有限责任公司等单位的帮助和支持,得到了中国水利水电出版社徐青博士的帮助,特此致谢!此外,在本书的撰写过程中,引用了部分文献资料,并已将主要参考文献附在书末,在此谨向有关作者致谢。

本书不仅系统阐述了水利水电工程地质三维建模与分析的理论方法,而且紧密结合我国在建或拟建的10项大中型水利水电工程,详细介绍了实际工程应用的途径和方法,相信本书能给广大地质工程师、工程设计人员、施工管理者以及科研人员提供一些有益的借鉴与参考。同时,由于理论技术发展的阶段性和局限性,以及作者的学识与水平有限,书中疏漏和不足之处在所难免,恳请读者批评指正。

作者

2006年1月

于天津大学