畢業(yè)論文-基于似三棱柱的三維水文地質體建模技術研究-文庫吧
2024-12-28 12:08 本頁面
【正文】 的三維水文地質體建模研究 3 1 孔隙地下水含水層系統(tǒng)概念模型 含水層的空間分布特點 孔隙地下水含水層在空間上分布相對均勻，連續(xù)性較好。從上至下依 次 可劃分為潛水含水層、第一承壓含水層、第二承壓含水層、第三承壓含水層、第四承壓含水層。不同的含水層之間一般由透水性很弱的隔水層加以間隔。地下水賦存于巖層的孔 隙中，其分布范圍與含水層的分布范圍是基本一致的。 承壓含水層系統(tǒng)建模數(shù)據(jù)源 由于孔隙地下水系統(tǒng)埋 于 地下，只有通過水文地質鉆探與地球物理勘探 的手段 揭示含水層與隔水層的空間分布特 征。其中水文地質鉆探獲取 到的 水文地質鉆孔數(shù)據(jù)是描述孔隙地下水系統(tǒng)水文地質結構的基礎的數(shù)據(jù)，也是孔隙地下水系統(tǒng)三維水文地質 體 模型構建的主要數(shù)據(jù)源。 水文地質鉆孔數(shù)據(jù)中，描述水文地質結構的數(shù)據(jù)有： 鉆孔 地面高程、含水層的頂?shù)装甯叱?、隔水層的頂?shù)装甯叱?、含水層與隔水層的厚度、含水層與隔水劃分數(shù)據(jù) 、含水層巖性數(shù)據(jù)等。 三維水文地質體模型特點 水文地質鉆孔數(shù)據(jù)的精度是由一定區(qū)域范圍的水文地質勘查精度決定，在空間上呈離散分布，對于那些勘察盲區(qū)的水文地質結構只有通過水文地質專家根據(jù)第四系地層的沉積規(guī)律與自身的經(jīng)驗推斷 獲取。 另外， 由水文地質鉆探獲 到的 反映水文地 質結構 的數(shù)據(jù) 是一成不變 的 ，僅反映勘探時刻的含水層與隔水層的空間分布情況，不能動態(tài)描述含水層與隔水層隨著地下水位下降其空間結構也發(fā)生變化的特點。 因此 水文地質鉆孔數(shù)據(jù)具有時間性的特點，構建的三維水文地質模型是一個靜態(tài)模型，反映了 某一 水文地質鉆探 時間 的隔水層與含水層的空間分布情況。 基于似三棱柱體的三維水文地質體建模研究 4 2 水文地質鉆孔模型構建方法 水文地質鉆孔 模型 可 近似視作為具有一定直徑和高度的分段圓柱體。不同的分段代表不同的含水層，不同的含水層種類，應以不同的顏色加以區(qū)別。 由于鉆孔模型是規(guī)則的幾何體，因此 可以采用規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù) 模型 來表示水文地質鉆孔 。 規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，即結構化網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型，內部是由具有規(guī)則 拓撲結構的單元組成， 而其外部的幾何形狀則是不規(guī)則的。 它本質上可以看作是一系列等間距規(guī)則分布的點集，按照指定的結構（規(guī)則）分布形成的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)。 鉆孔數(shù)據(jù) 結構設計 設計的水文地質鉆孔數(shù)據(jù)結構中應包含鉆孔的位置信息、含水層信息 ，以及鉆孔編號信息。 水文地質鉆孔數(shù)據(jù)結構 Class CBore { Int id。 //鉆孔編號 double[3] positionCoord。 //鉆井坐標 float height。 //鉆孔深度 int layerNumber。 // 包含含水層層數(shù) vectorinthydroCategory。 //包含含水層的種類 vectorfloathydroDepth。 //包含的各含水層的層底深度 }。 水文地質鉆孔建模方法 為了區(qū)分出不同含 水層之間的隔水層，將潛水含水層和第一承壓含水層之間的隔水層記為第一隔水層，依此往下分別記作第二隔水層、第三隔水層、第四隔水層和第五隔水層。這樣一來，含水層從上往下正常 的順序應為：潛水含水層、第一隔水層、第一承壓含水層、第二隔水層、第二承壓含水層、第三隔水層、第三承壓含水層、第四 隔水層、 第四承壓含水層、第五 隔水層。為了便于管理，自上往下依次編號為 0、 9。含水層與編號的對應關系如表 所示。 表 含水層編號 含水層編號 含水層名稱 0 潛水含水層 1 第一隔水層 2 第一承壓含水層 3 第二隔水層 4 第二承壓含水層 5 第三隔水層 基于似三棱柱體的三維水文地質體建模研究 5 6 第三承壓含水層 7 第四隔水層 8 第四承壓含水層 9 第五隔水層 每一個水文地質鉆孔是由一系列的分段圓柱擬合而成的，每一個分段圓柱對應于一種含水層介質。上一層的圓柱底面，對應于下一層的圓柱底面。 生成時首先需要確定鉆孔的分段數(shù)，也即包含的含水層層數(shù) k，之后指定 圓柱體的圓周擬合數(shù) i，該擬合數(shù)決定了圓柱體圓周的圓滑程度。確定了這兩個參數(shù)之后，依據(jù)如下算法，即可繪制出三維水文地質鉆孔： （ 1）從數(shù)據(jù)庫中讀取鉆孔位置信息和含水層信息，創(chuàng)建一個鉆孔對象 CBore aBore。 （ 2）對于每一個 鉆孔對象，分段數(shù) k = ； 圓周擬合數(shù) i 需要手動指定，可以設置為 10；另外還需要指定圓周半徑 rMax 和 rMin。此處應令 rMin = 0 deltaRad = (rMax rMin)/(2 1)。 （ 3）對于每一個圓柱分段 ki，獲取層底圓周面中心點位置坐標， (x0,y0,z0 – aBore. hydroDepth [ki])。 （ 4）根據(jù)層底圓周 面中心位置坐標，計算圓周擬合點坐標： for(int j=0 。 j 2 。 i++) { radius = rMin + j * deltaRad。 //計算圓周 半徑 jIndex = j * dim[0]。 //計算點的索引 for(int i = 0 。 i 10 。 i++) //計算層底圓周面上每個擬合點坐標 { theta = mathRadiansFromDegrees(i *angel )。 x[0] = radius * cos(theta) + x0。 x[1] = radius *sin(theta) + y0。 Index = i + kIndex + jIndex。 pointsInsertPoint(Index ,x)。 } （ 5）將每一層對應的的含水層編號賦給分段圓柱，最終形成 VTK 可識別的規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)文件。導入到 VTK 可視化管線中顯示。如圖 所示。 圖中為了較為清楚地展示模型 的屬性與特征 ，在 z
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