利用gms軟件建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

利用gms軟件建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

1確保水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建立6ms（growgare模型系統(tǒng)）是一個(gè)完整的圖形界面軟件，用于地下水模擬。它是一個(gè)集各種軟件于一體的系統(tǒng)，可以從孔到土層結(jié)構(gòu)、平面到空間、從單元到系統(tǒng)的完整性、完整性和完整性。不僅具有地下水流模擬、地下水溶質(zhì)運(yùn)移模擬的功能,其在實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化方面功能亦同樣突出。GMS中Borehole模塊為利用鉆孔數(shù)據(jù)建立三維地層的模塊,可以對(duì)鉆孔資料進(jìn)行管理,并利用這些資料數(shù)據(jù)自動(dòng)或手動(dòng)生成水文地質(zhì)體,以建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。由該模塊建立的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,依據(jù)鉆孔資料進(jìn)行插值計(jì)算,確定鉆孔之間的地層展布情況。真實(shí)準(zhǔn)確的反映了水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。插值方法包括:Inversedistanceweighted和naturalneighbor兩種,可根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行插值。2DScatterPoint是用來管理離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的模塊。可通過鉆孔資料結(jié)合地質(zhì)圖和構(gòu)造情況,分析、整理出某地層的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)輸入GMS中的2DScatterPoint模塊對(duì)其進(jìn)行管理。在該模塊中,可通過不同的插值方法生成該地層的高程數(shù)據(jù)。TINs模塊,即不規(guī)則三角剖分網(wǎng)格,主要功能是將需要插值計(jì)算的區(qū)域按要求進(jìn)行三角剖,地層分布的插值計(jì)算便按剖分的三角網(wǎng)格進(jìn)行。TIN的剖分是可控的,可根據(jù)工作區(qū)的大小及精度要求確定剖分網(wǎng)格的大小。TINs的另一個(gè)功能是可以通過多個(gè)TIN,直接生成水文地質(zhì)體,水文地質(zhì)體的相互疊加就形成了水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。Solid是水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體模塊,是GMS軟件獨(dú)有的模塊。它可對(duì)由Borehole或TIN生成的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行管理,通過體的相加、相減、相交運(yùn)算生成新的水文地質(zhì)體。在Solid中可根據(jù)需要分解和組合不同的層,在任意層位、任意位置切剖面,查看剖面上地層的展布情況,并可對(duì)模型進(jìn)行空間上的旋轉(zhuǎn),從不同的角度觀察模型的結(jié)構(gòu)。在GMS中,Borehole、2DScatterPoint、TINs和Solid模塊是建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的主要功能模塊,其在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化方面功能非常卓越。2基于vms的水文結(jié)構(gòu)可視化模型的構(gòu)建2.1地下水區(qū)地質(zhì)條件建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型,首先要熟悉工作區(qū)的水文地質(zhì)條件。了解該區(qū)的地貌、地質(zhì)條件,構(gòu)造發(fā)育情況,主要含水巖組,第四系厚度以及各流域的水文地質(zhì)特征。2.2資料整理、概化整理在熟悉工作區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,需要收集并整理相關(guān)資料,包括:區(qū)域及各流域水文地質(zhì)報(bào)告、構(gòu)造分布圖、水文地質(zhì)圖、地貌圖、水文地質(zhì)剖面圖、第四系埋深圖、潛水埋深圖、電子地理底圖、地表高程等值線圖、各含水層頂?shù)装甯叱痰戎稻€圖、以及最重要的鉆孔數(shù)據(jù)資料等。然后結(jié)合水文地質(zhì)條件對(duì)資料進(jìn)行整理、概化,整理的原則依據(jù)擬建水文地質(zhì)可視化模型的方法而定。若采用在Borehole模塊中建立模型的方法,則應(yīng)著重對(duì)鉆孔資料進(jìn)行整理。確定鉆孔坐標(biāo);根據(jù)鉆孔資料中的巖性描述和對(duì)含水層的概化,整理出每一層的高程值;對(duì)含水層及弱透水層進(jìn)行巖性編號(hào)及層編號(hào)。在進(jìn)行巖性編號(hào)時(shí),同一層的巖性編號(hào)應(yīng)相同,層編號(hào)也應(yīng)相同,不同層巖性編號(hào)可以相同。例如:淺層承壓含水層的層號(hào)應(yīng)該相同,但與中層承壓水或其它層的層號(hào)不相同;淺層承壓水的巖性編號(hào)可與中層或深層承壓水的巖性編號(hào)相同。這樣整理出的鉆孔數(shù)據(jù)資料需包括以下內(nèi)容:鉆孔編號(hào)、X(x坐標(biāo))、Y(y坐標(biāo))、Z(高程值)、MD(巖性編號(hào))、HD(層編號(hào))。如表1。若擬采用由相鄰地層界面建立模型的方法,則應(yīng)從剖面圖、各層含水層頂?shù)装甯叱痰戎稻€圖和鉆孔數(shù)據(jù)中,概化整理出各地層的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中應(yīng)包括:點(diǎn)編號(hào)、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、高程值。2.3地質(zhì)構(gòu)造模型的建立(1)利用鉆孔數(shù)據(jù)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。首先,將地理底圖導(dǎo)入到GMS中進(jìn)行定位。對(duì)地理底圖進(jìn)行定位的過程,就是建立坐標(biāo)系的過程。只有準(zhǔn)確的建立好坐標(biāo)系,導(dǎo)入的數(shù)據(jù)才能根據(jù)坐標(biāo)正確地展布在圖上。然后,在MAP模塊中根據(jù)定位好的地理底圖,繪制出工作區(qū)邊界,再由這些邊界生成TINs。將整理好的鉆孔資料導(dǎo)入到GMS中的Borehole模塊中,形成鉆孔數(shù)據(jù)。在Borehole模塊中選擇Horizons->Solid命令,采用相應(yīng)的插值方法,生成水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體(Solid),建立起水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。(2)利用地層數(shù)據(jù)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。首先,將地理底圖導(dǎo)入到GMS中進(jìn)行定位。然后,在MAP模塊中根據(jù)定位好的地理底圖,繪制出工作區(qū)邊界,再由這些邊界生成TINs。將整理好的各界面的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GMS的2DScatterPoint模塊中。對(duì)各層點(diǎn)的數(shù)據(jù)采用適當(dāng)?shù)牟逯捣椒ㄟM(jìn)行插值計(jì)算,將結(jié)果賦值到對(duì)應(yīng)的TIN上。選取相鄰兩個(gè)TIN執(zhí)行FillBetweenTINs->Solid命令,生成兩個(gè)TIN之間的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體。通過一系列TIN就可以建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。(3)三維地質(zhì)體中透鏡體的表現(xiàn)。地層中經(jīng)常有許多透鏡體,如果鉆孔資料足夠詳細(xì),透鏡體也可以表現(xiàn)出來。具體方法是:將透鏡體的邊緣生成一個(gè)單獨(dú)的邊界,用這個(gè)邊界生成對(duì)應(yīng)于用鏡體上、下表面的兩個(gè)TIN,將數(shù)據(jù)賦值到這兩個(gè)TIN上,利用這兩個(gè)TIN就可以生成透鏡體。再在Solid模塊下,從地質(zhì)體中減掉與透鏡體重合的部分,就可以在水文地質(zhì)就構(gòu)模型中表現(xiàn)透鏡體了。2.4建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的技術(shù)措施在GMS中建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型時(shí),對(duì)數(shù)據(jù)要求較高,但是實(shí)際工作成果往往達(dá)不到要求,故此可能會(huì)出現(xiàn)如下問題:(1)鉆孔分布不均。鉆孔分布的均勻程度是一個(gè)相對(duì)的概念,對(duì)于地形平緩、地層結(jié)構(gòu)簡單的地區(qū),少量的鉆孔就可以達(dá)到對(duì)該區(qū)域地層的控制作用;而對(duì)于地形起伏較大,地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū),鉆孔數(shù)量不夠很難達(dá)到對(duì)地層的控制作用。故以此為基礎(chǔ)建立的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,就不能真實(shí)、準(zhǔn)確地反映該區(qū)域的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。針對(duì)這種問題,可根據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)條件和鉆孔資料,適當(dāng)虛擬一些有控制性的鉆孔數(shù)據(jù)或各層面的高程點(diǎn)數(shù)據(jù),以達(dá)到對(duì)地層的控制作用。(2)鉆孔深度不夠。若鉆孔的深度不夠就不能完全揭露含水層,依據(jù)這樣的數(shù)據(jù)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,不能真實(shí)的反映水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。針對(duì)這種情況,可結(jié)合第四系等厚度圖、各層頂?shù)装甯叱痰戎稻€圖等對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。利用修正后的數(shù)據(jù)建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。(3)地質(zhì)構(gòu)造。構(gòu)造帶上缺乏資料時(shí),應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)條件、構(gòu)造分布圖、剖面圖等在構(gòu)造帶上補(bǔ)充必要的虛擬鉆孔,盡量準(zhǔn)確的表現(xiàn)該構(gòu)造帶上的地層結(jié)構(gòu)。(4)插值計(jì)算方法的選擇。在進(jìn)行插值計(jì)算時(shí),不同的計(jì)算方法產(chǎn)生的結(jié)果可能會(huì)有很大的差異。這就要求進(jìn)行插值計(jì)算時(shí),根據(jù)不同的條件選擇適當(dāng)?shù)姆椒āＡ硗?GMS本身有一個(gè)缺點(diǎn),即操作不可逆性。所以,需隨時(shí)保存不同階段的進(jìn)程,以便于誤操作后,將因不能及時(shí)恢復(fù)所造成的損失降低到最小,不致影響工作。3為滿語理想地質(zhì)可視化模型的建立3.1地下水的分布與分布研究區(qū)位于天山北麓山前傾斜平原,地形南高北低,東高西低,總體向西北緩傾。區(qū)內(nèi)從古生界到新生界地層均有出露,其中又以第四系松散沉積物分布最廣,構(gòu)成廣闊的山前傾斜平原。第四系與第三系之間為不整合接觸關(guān)系,第四系沉積厚度為400～1200m,最厚為1400m,由南向北逐漸變薄。研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、第四系地質(zhì)、地貌、巖性及氣象水文條件控制著地下水的形成、埋藏與分布規(guī)律。自南向北可分為基巖山區(qū),山間盆地,山前沖洪積傾斜平原,下游沖積平原和沙漠區(qū)5個(gè)水文地質(zhì)單元。山前沖洪積傾斜平原及下游沖積平原,由各個(gè)流域出山口形成的沖洪積扇體及河流交錯(cuò)沉積形成的細(xì)土平原連接而成。由山前沖洪積傾斜平原形成的,與扇區(qū)沉積構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的地下水儲(chǔ)水盆地,飽水帶厚度為400～1150m,自扇頂向扇緣具有明顯的水文地質(zhì)分帶規(guī)律。溢出帶以南為單一結(jié)構(gòu)大厚度的卵礫石、砂礫石含水層,結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育、透水性好;以北為雙層乃至多層的潛水、承壓水分布區(qū),由扇中部向扇緣、軸部向兩側(cè),含水層顆粒變細(xì),單層含水層的厚度變薄,局部隔水層厚度變大而形成較穩(wěn)定的隔水層。3.2資料整理和分析本次工作收集了大量的資料,包括奎屯河、瑪納斯河、烏魯木齊河、呼圖壁河在內(nèi)的各流域水文地質(zhì)報(bào)告40余份,各流域地下水位及動(dòng)態(tài)資料,機(jī)(民)井調(diào)查資料,地下水位統(tǒng)測(cè)資料以及大量的鉆孔數(shù)據(jù)資料。另外還收集了水文地質(zhì)圖、地貌圖、剖面圖等圖件。在對(duì)這些資料整理后,仍然存在著一些問題。首先,工作區(qū)地形復(fù)雜,現(xiàn)有資料不足以表現(xiàn)地表展布狀況;其次,一些地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū),鉆孔資料不夠,不足以起到控制作用;第三,山前洪積扇上鉆孔深度不夠,沒有完全揭露含水層,不能準(zhǔn)確地反映含水層厚度。另外,構(gòu)造帶上缺少鉆孔,不能反映構(gòu)造帶的地層結(jié)構(gòu)。3.3地表高程點(diǎn)值的提取根據(jù)現(xiàn)有資料,對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整。第一,為了能夠很好的表達(dá)地表面的起伏狀態(tài),在原有鉆孔資料的基礎(chǔ)上,加入從電子地理底圖上提取出的地面高程點(diǎn)數(shù)據(jù),使表達(dá)地表高程的數(shù)據(jù)極大地豐富,滿足了表達(dá)精度的要求。第二,在已有鉆孔資料的基礎(chǔ)上,依據(jù)剖面圖、地質(zhì)圖及區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告中的相關(guān)內(nèi)容,虛擬了一些鉆孔,解決了鉆孔資料不足的問題。第三,結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告及剖面圖等資料,對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正與補(bǔ)充。第四,根據(jù)水文地質(zhì)條件,及構(gòu)造發(fā)育狀況,在構(gòu)造帶上補(bǔ)充了一些鉆孔,達(dá)到對(duì)構(gòu)造的很好表現(xiàn)。3.4高水層承壓水結(jié)果分析在對(duì)資料進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)充后,按照擬定的由地層界面建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的方案,對(duì)資料進(jìn)行了再整理。首先,依據(jù)流域地質(zhì)條件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步概化,將埋深在300m以內(nèi)的含水層概化為潛水含水層、淺層承壓含水層、中層承壓含水層以及深層承壓含水層。忽略小透鏡體,只保留穩(wěn)定隔水層。整理出表達(dá)潛水底板、淺層承壓水頂?shù)装濉⒅袑映袎核數(shù)装搴蜕顚映袎核數(shù)装甯叱厅c(diǎn)的數(shù)據(jù)。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告和前人的研究成果,劃出潛水、承壓水分區(qū)界線,將模擬區(qū)劃分為單一潛水區(qū)和承壓水區(qū)。然后,將地理底圖導(dǎo)入GMS中,進(jìn)行坐標(biāo)定位,選取坐標(biāo)系為大地坐標(biāo)。在MAP模塊中繪制出工作區(qū)邊界、單一潛水區(qū)邊界、承壓水區(qū)邊界。將這些邊界分別生成TIN。將整理好的各層高程點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入GMS中,采用Kriging插值法進(jìn)行插值計(jì)算,并將結(jié)果賦值到相應(yīng)的TIN上。再用這些TIN生成各層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)體,生成時(shí)取上下相鄰的兩個(gè)TIN,利用這兩個(gè)TIN生成這兩個(gè)面之間的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體。如:利用對(duì)應(yīng)于潛水底板高程的TIN和對(duì)應(yīng)于淺層承壓水頂板高程的TIN,可以生成第一層弱透水層;利用對(duì)應(yīng)于淺層承壓水頂、底板高程的兩個(gè)TIN,可以生成淺層承壓水含水層。通過