本發(fā)明涉及地質(zhì)勘測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種集水面積計算方法及隧道涌水量計算方法。

背景技術(shù)：

在大力建設(shè)國家交通網(wǎng)絡(luò)過程中，受地形條件約束，常通過修建隧道等方式來滿足線路工程。我國隧道穿越山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道涌水事件屢見不鮮。目前，大氣降雨入滲法(水均衡法)作為一種基礎(chǔ)計算方法，在隧道涌水量預(yù)測中應(yīng)用廣泛，主要原因是大氣降雨入滲法運用簡單，預(yù)測的涌水量值較宏觀，多用在可行性研究或初測階段，加之山區(qū)地下水排泄量大致等于其補給量。因此，運用大氣降雨入滲法預(yù)測隧道涌水量是較為科學(xué)的，并且依據(jù)大氣降雨入滲法計算涌水量的關(guān)鍵在于集水面積的有效確定。

現(xiàn)有技術(shù)中的集水面積的圈定主要依據(jù)隧址區(qū)含水層裸露于地表的平面分布面積和地表分水嶺圈閉區(qū)域來確定，而沒有綜合考慮隧道與地質(zhì)條件空間展布和地下匯水構(gòu)造形態(tài)，同時，由于隧址區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，集水面積的選取一直存在模糊性，從而導(dǎo)致遺漏計算部分集水面積，造成集水面積的測量結(jié)果不準確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種集水面積計算方法及隧 道涌水量計算方法。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了集水面積計算方法，所述集水面積計算方法包括：

確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置；

依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置圈定集水面積；

按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種隧道涌水量計算方法，所述隧道涌水量計算方法包括：

確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置；

依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置圈定集水面積；

按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積；

依據(jù)降雨入滲系數(shù)、年降雨量以及集水面積計算出隧道涌水量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的集水面積計算方法及隧道涌水量計算方法，通過確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置；再依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位 置圈定集水面積；按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，最后依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積。該集水面積計算方法綜合考慮了隧道與地質(zhì)條件空間展布和地下匯水構(gòu)造形態(tài)，從而較為精確的圈定集水面積，從而集水面積的測量結(jié)果更為接近于實際值，最終得出的隧道涌水量值更為精確。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種集水面積計算方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的地質(zhì)條件為埋藏向斜式，且地形地貌為單峰雙谷型的地質(zhì)模型圖；

圖3為圖2的平面示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的地質(zhì)條件為埋藏背斜式，且地形地貌為雙峰單谷型的地質(zhì)模型圖；

圖5為圖4的平面示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的地質(zhì)條件為埋藏單斜式，且地形地貌為臨河單谷型的地質(zhì)模型圖；

圖7為圖6的平面示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的地質(zhì)條件為裸露單斜式，且地形地貌為雙峰單谷型的地質(zhì)模型圖；

圖9為圖8的平面示意圖。

圖10為本發(fā)明實施例提供的一種涌水量計算方法的流程圖。

其中，附圖標記與部件名稱之間的對應(yīng)關(guān)系如下：含水層201，隔水層202，地表分水嶺203，地下分水嶺204，斷層面205。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步 定義和解釋。同時，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

請參圖1，本發(fā)明實施例提供的一種集水面積計算方法，所述集水面積計算方法包括：

步驟S101：確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置。

具體地，本實施例中以4種地質(zhì)條件作為舉例說明。其中，上述4種地質(zhì)條件分別為埋藏單斜式、埋藏背斜式、埋藏單斜式以及裸露單斜式。其中，該埋藏單斜式的地形地貌為單峰雙谷型，隔水層202上覆于含水層201且含水層201裸露于地表負地形，槽谷切割含水層201；埋藏背斜式的地形地貌為雙峰單谷型，隔水層202上覆于含水層201且含水層201裸露于地表負地形，橫谷切穿隔水層202；埋藏單斜式的地形地貌為臨河單谷型，且斷層切穿隔水層202，隔水層202上覆于含水層201且含水層201裸露于地表負地形；裸露單斜式的地形地貌為只包括含水層201且含水層201裸露于地表。

步驟S102：依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置圈定集水面積。

具體的集水面積的圈定方式可以為：

如圖2所示，若所述地質(zhì)條件為埋藏向斜式地質(zhì)構(gòu)造且含水層201出露地表形成地表負地形，并且山峰覆蓋有隔水層202，該埋藏單斜式的地形地貌為單峰雙谷型，且該隧址區(qū)包括有隧道f1、隧道f2以及隧道e。隧道f1平行穿過埋藏向斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層并且隧道f1位于兩個負地形之間，同時隧道f1的海拔位于兩地表負地形最低點之間時，如圖3所示， 將所述集水面積圈定為地表分水嶺203與出露含水層201邊界間圈閉面積A1和隧道f1排水后形成的地下分水嶺204與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2之和。本實施例中，該埋藏向斜式地質(zhì)構(gòu)造的整體地下水位線形態(tài)與地形一致，匯水區(qū)(即負地形)與隧道f1形成局部分水嶺，集水面積應(yīng)以地下匯水區(qū)域面積為準，即為地表分水嶺203與出露含水層201邊界間圈閉面積A1與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2之和。本實施例中，地表分水嶺203是指山嶺的最高點所連成的線段；地下分水嶺204是指位于隧道的含水層201泄水后形成的含水層201的最高點連成的線段。

隧道f2平行穿過埋藏向斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層并且隧道f2位于兩負地形之間，隧道f2的海拔低于地表負地形的最低點時，如圖3所示，將所述集水面積圈定為兩個地表分水嶺203分別與出露含水層201邊界間圈閉面積A1、A4和隧道f2排水后形成的兩個地下分水嶺204分別與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2、A3的和。本實施例中，隧道f2穿越高程且低于兩側(cè)地表負地形，同時隧道f2位于地下匯水區(qū)，隧道f2涌水量來源于兩匯水地形降雨入滲補給，因此集水面積為高、低匯水區(qū)域面積之和，即為兩個地表分水嶺203分別與出露含水層201邊界間圈閉面積A1、A4和隧道f2排水后形成的兩個地下分水嶺204分別與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2、A3的和。

隧道e1垂直穿過埋藏向斜式地質(zhì)構(gòu)造的地表分水嶺203、地表負地形的含水層201且隧道e1的海拔低于地表負地形的最低點時，如圖3所示，將所述集水面積圈定為兩個地表分水嶺203分別與出露含水層201邊界間圈閉面積A1、A4和隧道e2排水后形成的兩個地下分水嶺204分別與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2、A3的和。由于隧道e1穿越高程且低于相應(yīng)兩側(cè)地表負地形，同時接受兩匯水負地形降雨入滲補給，故集水面積 為f2相同，即為兩個地表分水嶺203分別與出露含水層201邊界間圈閉面積A1、A4和隧道f2排水后形成的兩個地下分水嶺204分別與出露隔水層202邊界間的圈閉面積A2、A3的和。

本實施例中，大氣降雨通過兩側(cè)負地形入滲補給地下水，分別沿向斜面兩翼向核部徑流和局部分水嶺向兩側(cè)徑流，最終位于左側(cè)的集水區(qū)的降水排泄至隧道f1中，位于右側(cè)的集水區(qū)的降水排泄至隧道e1、隧道f2。

如圖4所示，若所述地質(zhì)條件為埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造且含水層201出露地表形成地表負地形，并且山峰覆蓋有隔水層202，地形地貌為雙峰單谷型，且該隧址區(qū)包括有隧道f3、e2。隧道f3平行穿過埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層201且隧道f3的海拔高于地表負地形的最低點時，如圖5所示，將所述集水面積圈定為隧道f3排水后形成的兩個地下分水嶺204間圈閉面積。隧道f3泄水時，使得原始地下分水嶺204向遠離隧道f3的方向偏移，同時隧道f3另一側(cè)形成臨時分水嶺并遠離隧道f3，最終兩側(cè)地下分水嶺204穩(wěn)定，其間地下匯水區(qū)域面積則為f3類隧道集水面積。因此，當兩地下分水嶺204均位于兩地表分水嶺203之間時，則集水面積為B1；當兩地下分水嶺204位于兩地表分水嶺203以外時，則集水面積為B1、B2以及B3的和；當其中一個地下分水嶺204位于兩個地表分水嶺203之間、另一個位于兩個地表分水嶺203之外時，集水面積為B1與B2的和；當?shù)叵路炙畮X204與地表分水嶺203近似重合時，集水面積為B4、B5以及B6的和。

隧道e2垂直穿過埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造的地表分水嶺203、地表負地形的含水層201且隧道e2的海拔低于地表負地形的最低點時，如圖5所示，將所述集水面積圈定為兩個地表分水嶺203分別與出露隔水層202邊界間圈閉面積和地表分水嶺203間出露含水層201圈閉面積的和。由于隧 道e2低于地表匯水地形，集水面積為B4、B5以及B6的和。

如圖6所示，若所述地質(zhì)條件為埋藏單斜式地質(zhì)構(gòu)造且含水層201出露地表形成地表負地形，地形地貌為臨河單谷型，地表負地形的下方形成有斷層面205。隧址區(qū)包括有隧道f4與f5。隧道f4平行穿過埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層201且隧道f4的海拔低于地表負地形的最低點時，如圖7所示，將所述集水面積圈定為兩個地表分水嶺203與出露隔水層202邊界間圈閉面積和地表分水嶺203間出露含水層201圈閉面積的和。由于隧道f3低于負地形和斷層面205，地表匯水入滲后更易通過隧道f3排泄，形成涌水，因此匯水區(qū)域面積應(yīng)為集水面積，即為兩個地表分水嶺203與出露隔水層202邊界間圈閉面積C1、C3和地表分水嶺203間出露含水層201圈閉面積C2的和。

隧道f5平行穿過埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層201且隧道f5的海拔高于地表負地形的最低點時，如圖7所示，將所述集水面積圈定為0。由于隧道f5高于地表匯水地形，隧道f5涌水主要來源于地下水徑流上游區(qū)的補給而地表匯水區(qū)匯聚降雨、入滲形成地下水后直接順巖層徑流并排泄至河流，對f5隧道涌水貢獻甚微，因此該地表匯水區(qū)域不應(yīng)算作隧道f5的集水面積，即將所述集水面積圈定為0。

如圖8所示，若所述地質(zhì)條件為裸露單斜式地質(zhì)構(gòu)造且含水層201全部露出地表，地形地貌為雙峰單谷型，隧址區(qū)包括有隧道f6與隧道e3。隧道f6與隧道e3穿過裸露單斜式地質(zhì)構(gòu)造的含水層201且隧道f6與隧道e3的海拔低于地表負地形的最低點時，如圖9所示，將所述集水面積圈定為地表匯水區(qū)域面積D1。由隧道f6與隧道e3穿越含水層201，且均低于地表匯水區(qū)，隧道f6與隧道e3直接通過地表負地形接受大氣降雨入滲補給，形成涌水，因此隧道f6與隧道e3集水面積為地表匯水區(qū)域面積 D1。

步驟S103：按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積。

在將集體面積圈定后可按照一定的比較繪制集水面積圖，通過繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例即可計算出集水面積。

請參閱圖10，本發(fā)明實施例還提供了一種隧道涌水量計算方法，需要說明的是，本實施例所提供的隧道涌水量計算方法，其部分基本原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和上述實施例相同，為簡要描述，本實施例部分未提及之處，可參考上述的實施例中相應(yīng)內(nèi)容。所述隧道涌水量計算方法包括：

步驟S1001：確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置

步驟S1002：依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置圈定集水面積。

步驟S1003：按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積。

步驟S1004：依據(jù)降雨入滲系數(shù)、年降雨量以及集水面積計算出隧道涌水量。

本實施例中，步驟S804包括依據(jù)Q＝2.74α·w·A計算出隧道涌水量。其中，Q為隧道通過含水體地段的涌水量；α為降雨入滲系數(shù)；w為年降雨量；A為隧道通過含水體的集水面積。

綜上，本發(fā)明提供的集水面積計算方法及隧道涌水量計算方法，通過確定隧址區(qū)的地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置；再 依據(jù)所述地質(zhì)條件、地形地貌以及隧道在地質(zhì)構(gòu)造中所處的位置圈定集水面積；按照預(yù)設(shè)定的比例繪制集水面積圖，最后依據(jù)繪制的集水面積圖及所述預(yù)設(shè)定的比例計算出集水面積。該集水面積計算方法綜合考慮了隧道與地質(zhì)條件空間展布和地下匯水構(gòu)造形態(tài)，從而較為精確的圈定集水面積，從而集水面積的測量結(jié)果更為接近于實際值，最終得出的隧道涌水量值更為精確。

本實施例中，以一實際集水面積圈定為例以驗證上述的集水面積計算方法計算出的集水面積的準確度。例如：隧址區(qū)地形上總體呈“兩山一槽”的地貌形態(tài)，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造以背斜為主，走向北東-南西，核部為三疊系嘉陵江組灰?guī)r，兩翼由老到新依次為三疊系雷口坡組白云巖、灰?guī)r、三疊系須家河組砂巖、侏羅系砂泥巖，其中雷口坡組與嘉陵江組地層為含水層，須家河組與侏羅系地層為隔水層，隧道斜穿背斜及槽谷，槽谷巖溶洼地發(fā)育，背斜南側(cè)被河流切穿，地下水接受大氣降雨入滲補給，由北東向南西徑流，最終排泄至深切河流。隧道穿越含水層長度為2.5km，降雨入滲系數(shù)為0.2，年降雨量為1141.8mm，實際隧道涌水量為325000m3/d。

隧道集水面積的確定：該實例與上述的地質(zhì)條件為埋藏背斜式地質(zhì)構(gòu)造且含水層出露地表形成地表負地形，地形地貌為雙峰單谷型的地質(zhì)條件與地形地貌類似。隧道穿越背斜后，成為隧址區(qū)的臨時排泄邊界，隧道涌水主要來源于地表匯水區(qū)域匯聚的大氣降雨，入滲后由北東、南西側(cè)向隧道排泄。雖然從地表看隧道穿越的匯水區(qū)域里分布隔水層，但是從空間上看平面隔水層區(qū)域中隧道穿越的是含水層，穿越含水層區(qū)域面積大于地表出露含水層區(qū)域的面積。因此，如果以傳統(tǒng)方式將地表出露的含水層區(qū)域面積圈定為集水面積，為36km2；以本發(fā)明實施例提供的集水面積計算方法將整個隧道穿越含水層所對應(yīng)的地表匯水區(qū)域(包括含水層與隔水層)圈定為集水面積，為50km2。將現(xiàn)有技術(shù)計算出的集體面積與本本發(fā)明實 施例提供的集水面積計算方法算出的集水面積帶入算式Q＝2.74α·w·A計算相應(yīng)涌水量，與實際涌水量對比。本發(fā)明實施例提供的隧道涌水量計算方法得出的集水面積相應(yīng)涌水量結(jié)果為31285.32m3/d，現(xiàn)有技術(shù)的方法得出的集水面積相應(yīng)涌水量結(jié)果為22525.4304m3/d?？梢钥闯霰舅淼烙克坑嬎惴椒ㄋ愠龅挠克恐蹬c實際涌水量值更加吻合。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者 暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。