一种精细化三维水文地质模型的动态构建方法

本发明涉及岩土工程建模技术领域，具体而言，尤其涉及一种精细化三维水文地质模型的动态构建方法。

背景技术：

传统三维水文地质模型的构建方法往往采用gis技术，最终形成的三维gis地质模型只包含地层分界面信息、对断层、破碎带、地下设施等岩土工程地质信息和工程信息，涵盖不全，对模型进行剖切后，无法查看地层剖面信息，建模的精细化程度不够高，无法充分发挥三维水文地质模型的作用。因此，精细化三维水文地质模型动态建模，可以较为精确的实时反映研究区域的工程地质和水文地质信息。

通过调研发现，现阶段基于数据源的三维地质建模技术按照数据来源可以分为四类，即基于剖面、散点、钻孔和多源数据的建模方法。按照技术层次分为五个阶段，分别是可视化阶段、度量阶段、分析阶段、更新阶段和时态构模阶段，其中前三种为静态阶段，后两个阶段为动态阶段。以多源数据为基础的三维地质动态模型可以通过转化为前三种方法进行分析。

但是目前对于地层中包含断层、地下设施以及一些不良地质体的精细化三维地质模型的创建还缺乏相应的建模技术。断层、不良地质体往往是作为研究区域的水力联系通道以及施工风险点所在，也是工程渗流控制的关键点所在，需要在三维水文地质模型中予以反应，结合数据源的水文地质建模，提前预示施工风险和突涌水的位置，达到有效的渗流控制，保障施工安全。因此，亟需研发精细化三维水文地质建模技术，利用其可视性进而直观且实时的指导研究区域岩土工程地下设施建设的工作。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种精细化三维水文地质模型的动态构建方法。本发明可以较为精确的反映研究区域的水文地质信息，并实现对该区域的地下水位的动态监测、预警预报，为隧道突涌水、地下油气储库渗流场演化分析研究等提供一种新的手段和方法，对岩土工程地下工程施工具有有效的指导意义。

本发明采用的技术手段如下：

一种精细化三维水文地质模型的动态构建方法，包括如下步骤：

s1、收集研究区建模对象的地质数据，分析研究区域岩层结构特征，确定各岩层分界面标高和库区水位动态特征；

s2、对地质数据进行预处理与录入；

s3、通过多源数据集成将预处理与录入的地质数据融合到三维空间实现一体化显示，构建精细化三维水文地质模型；

s4、对构建的精细化三维水文地质模型进行动态勘探与模型校核，得到建模对象的精细化三维水文地质模型。

s5、根据地质勘察数据，通过回归分析得到渗透系数与深度的关系；根据地质勘察的裂隙产状数据，得到模型的渗透张量；进一步地，所述方法还包括如下步骤：

s6、地下水位动态监测与地下水流场绘制。

进一步地，所述步骤s1具体包括：

s11、分析研究区域岩层结构特征，确定各岩层分界面标高和库区水位动态特征；

s12、在遵循基本地质规律的前提下，推断研究区域地质体及相关构造的空间分布；

s13、在遵循基本水文地质规律的前提下，预估研究区域的地下水空间分布和补排给关系。

进一步地，所述地质数据包括地质资料、勘探工程报告及其附图、水文地质补充勘察报告及其附表附图。

进一步地，所述步骤s2具体包括：

s21、根据资料解释与识别，将研究区域库区的水文地质数据划分为地表dem、地层、断层、剖面及地质边界；

s22、按照建模软件要求的数据格式进行数据的矢量化处理，并完成数据的输入或导入；

s23、对导入的数据进行效验检测，并将效验检测后的数据作为三维建模的依据。

进一步地，所述步骤s3具体包括：

s31、通过离散光滑插值法和克里金插值法建立地表地形模型、地层分界面模型、断层模型以及地下设施模型；

s32、使用插值方法建立层面模型，继而生成实体模型；

s33、在工程进度的驱动下，将模型的全部数据或者部分数据进行更新绘制，对连续变化地质事件和工程进度进行表达。

进一步地，所述步骤s4具体包括：

s41、基于构建的精细化三维水文地质模型，根据施工过程中揭露的地质及工程地质信息，分析地层与地质构造之间的相对关系以及分析地层、地质构造与地下设施的交切关系，局部调整地层或地质构造的几何数据，三维水文地质模型进行校核；

s42、在工程进度的驱动下，将模型的全部数据或者部分数据进行更新绘制。

进一步地，所述步骤s5具体包括：

s51、根据地质勘察数据，通过回归分析得到渗透系数与深度的关系；

s52、根据地质勘察的裂隙产状数据得到模型的渗透张量；

进一步地，所述步骤s6具体包括：

s61、根据勘察监测实时数据绘制地下水位等高线的精度与地下水的水位面，分析实时水位线的空间位置，反映实时地下水位变化状况；

s62、绘制地下水流场示意图与地下水剖面流向示意图，建立地下水模拟所需的地下水流场模型，通过地下水流场模型分析地下水的形成条件、特征以及动态规律。

进一步地，所述地下水流场模型是由单元节点、虚拟井、流线、渗透系数、渗透张量、水位异种数据模型集成的。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的精细化三维水文地质模型的动态构建方法，能够较为精确的反映研究区域的水文地质信息，并实现对该区域的地下水位的动态监测、预警预报，为隧道突涌水、地下油气储库渗流场演化分析研究等提供一种新的手段和方法，对岩土工程地下工程施工具有有效的指导意义。

2、本发明提供的精细化三维水文地质模型的动态构建方法，能满足岩土工程对水文地质结构建模精度的要求，有针对性的展示了各个地层和地质构造的相对关系以及与地下设施的交切关系，体现了模型的渗透系数与深度变化的关系，能够确定模型的渗透张量，通过构建好的三维水文地质模型，能够对研究区域地下水位进行动态监测，生成地下水流场模型，通过模型分析地下水的形成条件、特征、动态规律等。

基于上述理由本发明可在岩土工程建模等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明实施例提供的地层数据预处理图。

图3为本发明实施例提供的三维水文地质模型图。

图4为本发明实施例提供的地下设施与地质结构图。

图5为本发明实施例提供的地下水流场图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明提供了一种精细化三维水文地质模型的动态构建方法，包括如下步骤：

s1、收集研究区建模对象的地质数据，分析研究区域岩层结构特征，确定各岩层分界面标高和库区水位动态特征；所述地质数据包括地质资料、勘探工程报告及其附图、水文地质补充勘察报告及其附表附图。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s1具体包括：

s11、分析研究区域岩层结构特征，确定各岩层分界面标高和库区水位动态特征；

s12、在遵循基本地质规律的前提下，推断研究区域地质体及相关构造的空间分布；

s13、在遵循基本水文地质规律的前提下，预估研究区域的地下水空间分布和补排给关系。

s2、对地质数据进行预处理与录入；

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s2具体包括：

s21、根据资料解释与识别，将研究区域库区的水文地质数据划分为地表dem、地层、断层、剖面及地质边界；如图2所示，将勘察报告、工程地质图及物探资料等原始资料中的相关数据，从岩土工程勘察报告的工程地质柱状附图中提取出研究区域20个钻孔的地层分界面高程数据并进行概化，划分为地表地形、地层、断层、地下设施以及监测地下水位等；

s22、将地表地形、地层、断层、地下设施以及监测地下水位等数据按照如mvs、geoview3d、geosis和gocad等要求的数据格式进行数据的矢量化处理，并完成数据的输入或导入；本实施例中以建模软件gocad为例进行阐述；

s23、对导入的数据进行效验检测，并将效验检测后的数据作为三维建模的依据。将预处理后的数据分别通过文本格式将文件导入到gocad中(file-importobject-rawfiles-pointset-pointsetsfromcolumns-basedfile)/直接读入gocad，成为点集对象和线对象，以便下一步的实施。

s3、通过多源数据集成将预处理与录入的地质数据融合到三维空间实现一体化显示，构建精细化三维水文地质模型；

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s3具体包括：

s31、通过离散光滑插值法和克里金插值法建立地表地形模型、地层分界面模型、断层模型以及地下设施模型；

s32、使用插值方法建立层面模型，继而生成实体模型；

s33、在工程进度的驱动下，将模型的全部数据或者部分数据进行更新绘制，对连续变化地质事件和工程进度进行表达。最后优化模型几何特征得到的三维水文地质模型如图3和图4所示。

s4、对构建的精细化三维水文地质模型进行动态勘探与模型校核，得到建模对象的精细化三维水文地质模型。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s4具体包括：

s41、基于构建的精细化三维水文地质模型，根据施工过程中揭露的地质及工程地质信息，分析地层与地质构造之间的相对关系以及分析地层、地质构造与地下设施的交切关系，局部调整地层或地质构造的几何数据，三维水文地质模型进行校核；

s42、在工程进度的驱动下，将模型的全部数据或者部分数据进行更新绘制，得到最终的精细化三维水文地质模型。

s5、根据地质勘察数据，通过回归分析得到渗透系数与深度的关系；根据地质勘察的裂隙产状数据，得到模型的渗透张量；

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s5具体包括：

s51、根据地质勘探的数据中的压水试验数据，通过回归分析得到渗透系数与深度的关系；

s52、根据地质勘察的裂隙产状数据，得到模型的渗透张量；

s6、地下水位动态监测与地下水流场绘制。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s6具体包括：

s61、根据勘察监测实时数据，采用克里金插值法绘制地下水位等高线的精度与地下水的水位面，分析实时水位线的空间位置，如图4所示，反映实时地下水位变化状况；

s62、绘制地下水流场示意图与地下水剖面流向示意图，如图5所示，将单元节点(点集对象)、虚拟井(线对象)、流线(线对象)、水位(面对象)等异种数据模型集成，建立地下水模拟所需的地下水流场模型，通过地下水流场模型分析地下水的形成条件、特征以及动态规律。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。