畢業(yè)論文-基于似三棱柱的三維水文地質(zhì)體建模技術(shù)研究-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 四面體或者四棱錐。 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)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(diǎn) 孔隙地下水含水層在空間上分布相對(duì)均勻，連續(xù)性較好。 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(zhì)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。 另外， 由水文地質(zhì)鉆探獲 到的 反映水文地 質(zhì)結(jié)構(gòu) 的數(shù)據(jù) 是一成不變 的 ，僅反映勘探時(shí)刻的含水層與隔水層的空間分布情況，不能動(dòng)態(tài)描述含水層與隔水層隨著地下水位下降其空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化的特點(diǎn)。 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(zhì)鉆孔 。 水文地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Class CBore { Int id。 // 包含含水層層數(shù) vectorinthydroCategory。這樣一來，含水層從上往下正常 的順序應(yīng)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。上一層的圓柱底面，對(duì)應(yīng)于下一層的圓柱底面。此處應(yīng)令 rMin = 0 deltaRad = (rMax rMin)/(2 1)。 i++) { radius = rMin + j * deltaRad。 i++) //計(jì)算層底圓周面上每個(gè)擬合點(diǎn)坐標(biāo) { theta = mathRadiansFromDegrees(i *angel )。 pointsInsertPoint(Index ,x)。 圖中為了較為清楚地展示模型 的屬性與特征 ，在 z 方向上做了拉伸處理。 //點(diǎn)的位置坐標(biāo) int layerCategory。 //邊 起始點(diǎn)索引 long p1。 //第一邊索引 long L1。 TIN 方法利用所有的采樣點(diǎn)離散數(shù)據(jù) ，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)連接成相互臨街但不相交的三角形單元。本文采用三角網(wǎng)生長(zhǎng)法生成水文地質(zhì)體含水層分層界面三角網(wǎng)。 本文三角形生長(zhǎng)算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程如下： （ 1） 在同一層的離散點(diǎn)中任取一點(diǎn) p0，選擇離它最近的一點(diǎn) p1 連接成有向邊 L0,作為基準(zhǔn)邊。 三角形三邊的可拓展屬性均初始化為 1。對(duì)于每一個(gè)有向邊，首先判斷是否屬于可擴(kuò)展邊，即其擴(kuò)展屬性是否為 1。 （ 5） 每一個(gè)三角形三邊 依照 （ 3）（ 4）兩步擴(kuò)展完畢后，三將網(wǎng)數(shù)組當(dāng)前三角網(wǎng)索引 k 自增 1。三角網(wǎng)生成完畢。無法滿足孔隙地下水流模型數(shù)值模擬計(jì)算的要求，而且生成出來的地質(zhì)體較為突兀，模擬效果較差。 由于已經(jīng)建立起了初始三角網(wǎng)，且根據(jù)初始離散點(diǎn)的分布特征， 所以 采用基于三角形區(qū)域的線性插值方 法。 （ 2） 離散點(diǎn)應(yīng)呈規(guī)則分布，取平面坐標(biāo)位于三角形內(nèi)部的離散點(diǎn)做內(nèi)插。創(chuàng)建新的點(diǎn)對(duì)象（ X， Y， 0）； （ 6） 同樣 方式 ，遍歷 初始 三角形 數(shù)組 ，尋找包含該點(diǎn)對(duì)象的三角形單元； （ 7） 搜尋結(jié)果不為空。并經(jīng)過線性 插值 操作 ，最終計(jì)算出加密后的含水層分層界面 DEM。 圖 三角形單元示意圖 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 11 則線性插值函數(shù)可寫為： U(x,y) = ∑ ujφj(x,y)3i=1 其中 φ1(x,y) = x ? x2x3 ?x2 ?y ? y2y3 ?y2x1 ? x2x3 ?x2 ?y1 ? y2y3 ?y2 φ2(x,y) = x ? x3x1 ?x3 ?y ? y3y1 ?y3x2 ? x2x1 ?x3 ?y2 ? y2y1 ?y3 φ3(x,y) = x ? x1x2 ?x1 ?y ? y1y2 ?y1x3 ? x1x2 ?x1 ?y3 ? y1y2 ?y1 U(x,y)在空間表示一個(gè)平面方程。因此該方法可以保證相鄰單元在連接處連續(xù)。由于格網(wǎng) DEM 差值單元為規(guī)則矩形區(qū)域，所以可以使用基于矩形區(qū)域的代數(shù)插值或者分片插值來獲得全局函數(shù)。 基于 DEM 的樣條函數(shù)插值問題，可等價(jià)為如下問題：即對(duì)于給定的 N + 1個(gè) 規(guī)則分布的 離散 格網(wǎng) 點(diǎn)， （ xi,yj） ,i=n， j=m 對(duì)應(yīng)的函數(shù)值分別為 Z1 , Z2 ….Zn。 =u(xi ,yi)。 解該方程組即可得到 Cij，從而建立起樣條函數(shù)曲面，得到每一個(gè)二次加密點(diǎn)的值。根據(jù)該插值函數(shù)。 （ 2） 應(yīng)對(duì)格網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)加密， 在每個(gè)格 網(wǎng)內(nèi)部，延 X 和 Y 方向均勻地劃分二級(jí)加密點(diǎn)。 6 基于似三棱柱體的三維地質(zhì)體模型構(gòu)建 方法 似三棱柱體建模是以已經(jīng)生成好的各層 TIN 三角網(wǎng)為基礎(chǔ)，在相鄰的分層面之間構(gòu)建一系列的似三棱柱單元。三角形頂點(diǎn)排列方向應(yīng)一致。 //上三角形頂點(diǎn)索引 int p3,p4,p5。 似三棱柱的生成過程，是把每個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)所屬分層界面種類進(jìn)行比較，并按照一定的規(guī)則向下擴(kuò)展而形成的。 （ 2） 生成第 li(i==0)層 含水層： 獲取第一層地層分界面三角網(wǎng)，對(duì)于每一個(gè)小三角形單元 ，向下尋找地層層底深度。即比較 li 與 [p]。z = 層頂深度 [p ]；p++。如圖 、 所示。即：根據(jù)原始水文地質(zhì)鉆孔采樣數(shù)據(jù)，首先根據(jù)三角網(wǎng)生成算法計(jì)算出初始三角網(wǎng)經(jīng)過線性插值運(yùn)算、 B 樣條函數(shù)插值運(yùn)算兩次插值，對(duì)原始不均勻分布較為稀疏的鉆孔點(diǎn)，進(jìn)行“二次加密”，最終形成較為密集且分布均勻的加密鉆孔；之后在該加密后的鉆孔采樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于不同含水層的三棱柱擴(kuò)展算法，并根據(jù)該算法開發(fā)了三維水文地質(zhì)體建模原型系統(tǒng)。因此接下來要面對(duì)的問題就是：如何將以構(gòu)建好的三維水文地質(zhì)體模型與三維孔隙地下水流模型（又稱“地下水有限元模型”）結(jié)合，并結(jié)合土層壓縮模型最終構(gòu)建出三維水文地質(zhì)體與地下水三維流場(chǎng)有機(jī)耦合的動(dòng)態(tài)模型 。
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