一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法及系统与流程

本发明涉及抽水蓄能电站设备领域，尤其涉及一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法及系统。

背景技术：

1、抽水蓄能电站主要用于削峰填谷，工作原理是在电网负荷较低时将下水库中的水抽取到上水库中，待电网高峰负荷时，将上水库的水泄放进行发电。上水库水头较大、容量较高，且受到地形和地质调节的限制时，如峡谷、山岩不稳定地区，严寒、酷热或者天气变化频繁的地区，经常采用地下厂房结构，以规避气候的不利影响。地下厂房是用来放置水泵、水轮机、发电机/电动机的区域，根据地下厂房在引水发电系统中的布设位置，将地下厂房分为首部式、尾部式和中部式，地下厂房内的设备大多全部位于地下，地下厂房通常包括主厂房、副厂房、主变室、安装间、交通运输洞、阀门室、尾水洞或者通风洞等结构区域。

2、由于隧洞掘进施工、岩土介质的复杂性，在施工过程以及地下厂房的设备的运行过程中，可能引发地层形变、移动或者沉降，对地下厂房中的人员和设备造成威胁。因此，对抽水蓄能电站地下厂房施工与运行时的地质情况进行监控是非常必要的。目前许多常规的手段是完全依赖竖直地质钻探或者竖井的方式进行地层的离散采样，或者结合遥感数据建立等高层的地面形状，但是对于地下开挖的地下厂房及其深层的临近地质结构没有充分全面的获取，导致施工和后续维护时存在很大的不确定性，对施工周期和施工安全造成了不利的影响。

3、申请号为cn202011596360.4，申请日为2020年12月29日的中国专利申请揭示了一种三维地质模型建模方法，解决了石油勘探中对地质进行三维精细建模的问题。该发明包括以下步骤：s1.收集地质资料，在地质三维建模软件中对地质资料作出参数解释，建立地质模型数据库；s2.建立地质构造模型、相模型和属性模型，构建基质储层模型；s3.根据步骤s1中收集的地质资料，作出裂缝特征参数解释并在基质储层模型的基础上进行裂缝第一次约束；s4.在有限元分析软件中建立经裂缝第一次约束后的基质储层模型，根据步骤s1中的地质资料进行应力分析实验，模拟衍生裂缝的产生，记录衍生裂缝结构参数；s5.在地质三维建模软件中作出衍生裂缝结构参数的参数解释并对基质储层模型进行裂缝第二次约束，得到三维地质模型，该发明具有裂缝模型精细、模型可信度高等优点。但是上述现有方案中并没有解决无法对地下厂房及其深层的临近地质结构进行充分全面的获取的问题。

4、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在无法对地下厂房及其深层的临近地质结构进行充分全面的获取的问题，提供了可以对地下厂房及其深层的临近地质结构进行充分全面的获取的一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法及系统。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法，包括：

3、采集预建设抽水蓄能地下厂房区域对应的地面海拔高度的遥感数据，利用地面海拔高度的遥感数据划分出对应的地表等高线；

4、根据对应的地表等高线得到水流的方向以及区域，顺次在掘进后且未通水的地下厂房靠近上水库的引水隧洞、主厂房隧洞和尾水隧洞内分别标记若干采样截面；

5、在所有的采样截面内布置采样装置，地下厂房未通水时，采样装置获取所有的采样截面的第一地质状况数据；地下厂房通水后，采样装置获取所有的采样截面的第二地质状况数据；

6、将第一地质状况数据与第二地质状况数据分别输入到三维建模工具中，构建地下厂房三维地质模型。

7、所述根据对应的地表等高线得到水流的方向以及区域，顺次在掘进后且未通水的地下厂房靠近上水库的引水隧洞、主厂房隧洞和尾水隧洞内分别标记若干采样截面是指：

8、当引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞其距地表最近端与地表的高程差不超过临界深度阈值时，沿着引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞的中心轴的延伸方向每间隔第一预设阈值布设一个采样截面；

9、当引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞其距地表最近端与地表的高程差大于临界深度阈值时，沿着引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞的中心轴的延伸方向每间隔第二预设阈值布设一个采样截面，第一预设阈值<第二预设阈值，且所有的采样截面是沿铅垂方向设置的，所有的采样截面相互平行设置；

10、所述高程差为采样截面与地表等高线之间的差值。

11、所述第一预设阈值、第二预设阈值均不小于20米。

12、所述采样装置嵌设在每个采样截面预先开挖的嵌槽内，采样装置包括内筒体、框体、不少于一对的摇臂、驱动机构、发送单元与接收单元，框体设置在嵌槽与内筒体之间，框体的外侧围上设置有不少于一对的摇臂与驱动机构，每个驱动机构与摇臂连接，摇臂与框体连接，每个摇臂带动对应的框体旋转；

13、内筒体与引水隧洞、主厂房隧洞连通，内筒体与引水隧洞、尾水隧洞连通；

14、每个摇臂上均设置有发送单元与接收单元；

15、发送单元，用于向框体外侧的地层发射电磁波信号；

16、接收单元，用于接收框体外侧的地层反射的电磁波信号。

17、所述框体包括若干连接部，相邻两个连接部的一端上均设置有限位部，限位部嵌设在嵌槽内，连接部的两端与限位部铰接，摇臂与连接部铰接。

18、所述地下厂房未通水时，采样装置获取所有的采样截面的第一地质状况数据具体是指：调节摇臂之间的夹角和/或间距，对框体的至少一条法线方向的不同深度的地层分别进行扫描，获取电磁波信号在地层中传输的往返的双程时间，确定采样装置所在的采样截面相邻区域的具有相对介电常数的地层区域及其厚度，并在采样截面上描出各地层区域的边界点，按照与引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞距离隧洞的距离顺序记录各地层区域的边界点的世界坐标系坐标，作为第一地质状况数据暂存；

19、所述地下厂房通水后，采样装置获取所有的采样截面的第二地质状况数据具体是指：在下水库向上水库蓄水及蓄水完毕后相邻的一段时间内，或者上水库向下水库排水及排水完毕后相邻的一段时间内，调节摇臂之间的夹角和/或间距，对框体的至少一条法线方向的不同深度的地层分别进行扫描，获取电磁波信号在地层中传输的往返的双程时间，确定采样装置所在的采样截面相邻区域的具有相对介电常数的地层区域及其厚度，并在采样截面上描出各地层区域的边界点，按照与引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞距离隧洞的距离顺序记录各地层区域的边界点的世界坐标系坐标，作为第二地质状况数据暂存。

20、所述将获取的第一地质状况数据与第二地质状况数据分别输入到三维建模工具中，构建地下厂房三维地质模型是指：将相邻的一个或者多个采样截面上高度范围相近、具有相对介电常数的地层区域的边界区域进行插值形成若干空间闭合地层区域，并在若干空间闭合地层区域内划分网格，在若干空间闭合地层区域的边界和内部构建网格并连线，进一步获取各网格顶点的三维坐标并输入三维建模工具中。

21、一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模系统，包括：划分模块、截面模块、地质状况模块、分析模块；

22、所述划分模块与截面模块信号连接，截面模块与地质状况模块信号连接，地质状况模块与分析模块信号连接；

23、所述划分模块用于采集预建设抽水蓄能地下厂房区域对应的地面海拔高度的遥感数据，利用地面海拔高度的遥感数据划分出对应的地表等高线；

24、所述截面模块用于根据对应的地表等高线得到水流的方向以及区域，顺次在掘进后且未通水的地下厂房靠近上水库的引水隧洞、主厂房隧洞和尾水隧洞内分别标记若干采样截面；

25、所述地质状况模块用于在所有的采样截面内布置采样装置，地下厂房未通水时，采样装置获取所有的采样截面的第一地质状况数据；地下厂房通水后，采样装置获取所有的采样截面的第二地质状况数据；

26、所述分析模块用于将第一地质状况数据与第二地质状况数据分别输入到三维建模工具中，构建地下厂房三维地质模型。

27、所述根据对应的地表等高线得到水流的方向以及区域，顺次在掘进后且未通水的地下厂房靠近上水库的引水隧洞、主厂房隧洞和尾水隧洞内分别标记若干采样截面是指：

28、当引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞其距地表最近端与地表的高程差不超过临界深度阈值时，沿着引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞的中心轴的延伸方向每间隔第一预设阈值布设一个采样截面；

29、当引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞其距地表最近端与地表的高程差大于临界深度阈值时，沿着引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞的中心轴的延伸方向每间隔第二预设阈值布设一个采样截面，第一预设阈值<第二预设阈值，且所有的采样截面是沿铅垂方向设置的，所有的采样截面相互平行设置；

30、所述高程差为采样截面与地表等高线之间的差值。

31、所述第一预设阈值、第二预设阈值均不小于20米。

32、所述采样装置嵌设在每个采样截面预先开挖的嵌槽内，采样装置包括内筒体、框体、不少于一对的摇臂、驱动机构、发送单元与接收单元，框体设置在嵌槽与内筒体之间，框体的外侧围上设置有不少于一对的摇臂与驱动机构，每个驱动机构与摇臂连接，摇臂与框体连接，每个摇臂带动对应的框体旋转；

33、内筒体与引水隧洞、主厂房隧洞连通，内筒体与引水隧洞、尾水隧洞连通；

34、每个摇臂上均设置有发送单元与接收单元；

35、发送单元，用于向框体外侧的地层发射电磁波信号；

36、接收单元，用于接收框体外侧的地层反射的电磁波信号。

37、所述框体包括若干连接部，相邻两个连接部的一端上均设置有限位部，限位部嵌设在嵌槽内，连接部的两端与限位部铰接，摇臂与连接部铰接。

38、所述地下厂房未通水时，采样装置获取所有的采样截面的第一地质状况数据具体是指：调节摇臂之间的夹角和/或间距，对框体的至少一条法线方向的不同深度的地层分别进行扫描，获取电磁波信号在地层中传输的往返的双程时间，确定采样装置所在的采样截面相邻区域的具有相对介电常数的地层区域及其厚度，并在采样截面上描出各地层区域的边界点，按照与引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞距离隧洞的距离顺序记录各地层区域的边界点的世界坐标系坐标，作为第一地质状况数据暂存；

39、所述地下厂房通水后，采样装置获取所有的采样截面的第二地质状况数据具体是指：在下水库向上水库蓄水及蓄水完毕后相邻的一段时间内，或者上水库向下水库排水及排水完毕后相邻的一段时间内，调节摇臂之间的夹角和/或间距，对框体的至少一条法线方向的不同深度的地层分别进行扫描，获取电磁波信号在地层中传输的往返的双程时间，确定采样装置所在的采样截面相邻区域的具有相对介电常数的地层区域及其厚度，并在采样截面上描出各地层区域的边界点，按照与引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞距离隧洞的距离顺序记录各地层区域的边界点的世界坐标系坐标，作为第二地质状况数据暂存。

40、所述将获取的第一地质状况数据与第二地质状况数据分别输入到三维建模工具中，构建地下厂房三维地质模型是指：将相邻的一个或者多个采样截面上高度范围相近、具有相对介电常数的地层区域的边界区域进行插值形成若干空间闭合地层区域，并在若干空间闭合地层区域内划分网格，在若干空间闭合地层区域的边界和内部构建网格并连线，进一步获取各网格顶点的三维坐标并输入三维建模工具中。

41、一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模设备，

42、包括存储器和处理器；

43、所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；

44、所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法。

45、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

47、1、本发明一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法中，根据对应的地表等高线得到水流的方向以及区域，避开水流区域，顺次在掘进后且未通水的地下厂房靠近上水库的引水隧洞、主厂房隧洞和尾水隧洞内分别标记若干采样截面，应用时，发送单元用于向框体外侧的地层发射电磁波信号，接收单元用于接收框体外侧的地层反射的电磁波信号，通过设定电磁波在地层中理想传播时间与实际传播时间的时间差，可以获知电磁波实际传输波速和实际传输波长，来推算电磁波在经过不同厚度的地层结构时，相对介电常数可以被求出，需要说明的是，成对设置的发送单元和接收单元，通过改变至少一个发送单元与接收单元之间的间距和发送单元与接收单元之间的夹角，可以对嵌槽外围不同距离的地层进行分别测量，从而更加详细对地下层各个部分进行测量，实现对截面处近邻区域的地质环境进行采样和数据获取，后续建立完整连续的地下三维模型，提升了建模的速度和精度。因此，本发明测量更为详细，数据获取更为全面。

48、2、本发明一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法中，在所有的采样截面内布置采样装置，地下厂房未通水时，采样装置获取所有的采样截面的第一地质状况数据，地下厂房通水后，采样装置获取所有的采样截面的第二地质状况数据，应用时，对框体的法线方向的不同深度的地层分别进行扫描，获取电磁波信号在地层中传输的往返的双程时间，确定采样装置所在的采样截面相邻区域的具有相对介电常数的地层区域及其厚度，并在采样截面上描出各地层区域的边界点，按照与引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞距离隧洞的距离顺序记录各地层区域的边界点的世界坐标系坐标，获取第一地质状况数据与第二地质状况数据之后，分别通过三维建模工具自动生成可视化的网格状模型便于后期观察和对比。因此，本发明对比方便，便于观察。

49、3、本发明一种抽水蓄能电站地下厂房三维地质模型建模方法中，通过构建好地下厂房三维地质模型后，确认各采样截面处的引水隧洞、主厂房隧洞或者尾水隧洞内部是否发生沉降，或者观察采样截面与地表等高线的高程差的变化，如沉降或者高程差的变化超过设定沉降阈值，则发出告警信号。因此，本发明可以察觉地下状况，及时发出警示。