CN112102488A - 地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，所述方法具体如下：第一步，获取监测区域地貌特征，第二步，地下水资源承载条件获取，第三步，地下水资源地脉建模，第四步，地下水资源水流监测，第五步，地下水资源存储结构建模，第六步，建立地下水资源水质监测模型，第七步，对上述动态的模型建模数据分别建立可视化预测模型，本发明的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法；能够对地下水监控和保护提供可视化依据，同时能够给开采提供真实的参考数据，大大缩短了开采前的勘探和理论分析工作，同时对开采过程和开采后实时监测，避免错误开采或过渡开采等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下水资源监测模型构建方法，具体涉及一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，属于地下水资源监测模型构建方法技术领域。
背景技术
中国水资源总量并不丰富，人均占有量更低，地区分布不均，水土资源不相匹配，年内年际分配不匀，旱涝灾害频繁；为了更好地对水资源进行应用，需要对其进行监测，现有的地下水动态监测主要集中于地下水水位、水质、水温的实时观测与数据采集，并没有实现水位等信息的三维可视化；另外，现有地下水动态监测没有对水资源利用情况的动态监测功能，不能实时了解地下水开发利用现状；根据地下水资源保护的需要，急需一种可以实现水位实时观测与传输、水资源开发利用预警预报等功能；如中国专利CN106248895B公开了一种地下水资源在线监测系统，包括传感器组，视频数据采集模块，监测中心，360度幻影成像模块，仿真模拟模块，虚拟传感器，地下水情况评估模块，专家评估模块，显示屏和人机操作模块；该专利通过北斗短报文通讯技术实时监测地下水环境情况并利用监测数据呈现地下水环境二维、三维图形，对于分析地下水污染及运移，开展地下水污染防治具有重要意义，但该专利主要是针对地下水水质等水环境方面的监测，且只是提供水环境三维图形，并不能实现通过建立三维水文地质结构模型对地下水水位、地下水资源量等信息的动态监测，也不能实现地下水资源开发利用预警预报等功能；为此，中国专利申请号：201910179191.5，公开了一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，构建的三维水文地质结构模型克服了前人在地下水监测方面只是水位监测缺乏地下水资源动态监测与预警预报的缺陷；该方法简单、实用、易操作，能对地下水资源开发利用程度自动分析、过渡开采预计预报；能够准确地对地下水资源进行动态监测；但其并不能在开采前提供参考和开采后的水资源进行预测。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，能够给开采和保护提供全面监控模型，能够给开采前提供参考和开采后提供报警和保护机制。
本发明的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，所述方法具体如下：
第一步，获取监测区域地貌特征，通过携带GPS的无人机对监测区域内的空间进行整体地貌采集和建模，从而获取监测区域内的地势走势模型图，地势走势模型图其获取过程如下：通过无人机采集图像，获取监测区域的三维数据，从而得到去纹理的三维模型图；
第二步，地下水资源承载条件获取，通过查找原始地质和水文地质资料，利用原始地质资料和原始观测孔其钻孔资料初步获取粗精度的地质结构资料，接着，对于存在原始钻孔区域进行实地验证钻孔和补充钻孔，及根据地貌走势，对于重点区域进行补充钻孔，从而获取监测区域内高精度的地质结构资料，其资料初步通过当地原始地质文献及水文地质资料获取，并通过实地验证钻孔或补充钻孔得到高精度地质资料，高精度地质资料包括水资源承载层地质结构，及水资源覆盖层的地质结构，其通过打孔料即可实地获取水资源承载层和覆盖层的其岩层结构，能够得到对应位的地质断面结构；从而获取该处由上至下各岩层类型数据和厚度数据；所述重点区域为相邻两钻孔资料其地质改变区域；
第三步，地下水资源地脉建模，根据地势走势模型图和收集的地下水资源承载条件数据，即整个区域的岩层类型数据，及岩层类型其厚度数据对监测区域的地下水资源承载地势结构三维可视化建模；其建模过程为：获取地势走势模型图其三维数据、岩层类型数据和岩层类型其厚度数据直接进行制图软件进行手工制图，各个岩层及其查阅和实测厚度通过曲面进行叠合，最后得到地下水资源地脉三维结构图，另外，还可将岩层类型数据和岩层类型其厚度数据作为层数据输入到三维GIS软件，最后直接输出高精度的地下水资源地脉三维结构图和地下水资源流向模型；
第四步，地下水资源水流监测，在原始观测孔和补充钻孔内布置水质水位监测终端，并记录各个终端的空间坐标；并根据空间坐标将其标示到地下水资源地脉三维结构图上；
第五步，地下水资源存储结构建模，采用不规则三角格网法，将各个水质水位监测终端进行建模，并根据水质水位监测终端获取的水位数据，从而建立地下水资源存储结构三维可视化模型；其建模时，采用delaunay三角网格剖分法生成三角格网，并在三角格网其共点采用克里金插值法进行插值，生成三维空间的三角格网曲面；
第六步，建立地下水资源水质监测模型，通过水质水位监测终端获取地下水资源污染源动态扩散数据，并对数据进行反演计算，得到地下水资源其水质运动规律，并建立动态的三维可视化模型；
第七步，对上述动态的模型建模数据分别建立可视化预测模型，如地下水资源水流监测模型，其输入定量为各个终端的空间坐标、变量为各个终端的液位数据和水温数据；输出数据为地下水资源存储量数据；再如地下水资源水质监测模型，其输入变量为该区域的水深数据、时间数据和反演计算得到水资源污染源动态扩散量，其输出数据为水资源污染源动态扩散数据，根据上述输入变量和输出要求，确定机器学习模型，并积累上述建模数据对各个学习模型进行训练，从而得到精确的训练模型，接着，以时间线为输入依据，则可输出预测数据，并对预测数据送入到上述各个模型，从而得到可视化的模型图，通过模型图为后续开发和保护提供参考依据。
进一步地，所述地下水资源存储结构三维可视化模型和地下水资源流向模型关联，其具体如下：选取地下水资源流向模型其各个流向上具备代表性的水质水位监测终端作为输入数据，通过监测其数据突变性，当发生数据突变后，获取地下水资源流向模型其总体水位线的影响；从而得到各个流向对地下水资源总体水位线影响等级。
进一步地，所述地下水资源存储结构三维可视化模型与地表变量输入模型关联，所述地表变量输入模型为地层构造变化区域坐标。
进一步地，所述污染源包括溶质或污染物。
进一步地，所述地下水资源水流监测包括报警点设置，所述报警点位置包括地下水资源总体水位最高水位点观测孔和各个流向上的典型代表位观测孔。
本发明与现有技术相比较，本发明的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法；构建了地势走势模型图、地下水资源地脉三维结构图、地下水资源流向模型、地下水资源存储结构三维可视化模型、地下水资源水质监测模型、可视化预测模型、流向突变对水位线总体影响模型、地表变量对地下水资源存储影响模型和典型位报警模型；能够对地下水监控和保护提供可视化依据，同时能够给开采提供真实的参考数据，大大缩短了开采前的勘探和理论分析工作，同时对开采过程和开采后实时监测，避免错误开采或过渡开采等问题。
附图说明
图1为本发明的实施例1整体结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本发明的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，所述方法具体如下：
第一步，获取监测区域地貌特征，通过携带GPS的无人机对监测区域内的空间进行整体地貌采集和建模，从而获取监测区域内的地势走势模型图，地势走势模型图其获取过程如下：通过无人机采集图像，获取监测区域的三维数据，从而得到去纹理的三维模型图；
第二步，地下水资源承载条件获取，通过查找原始地质和水文地质资料，利用原始地质资料和原始观测孔其钻孔资料初步获取粗精度的地质结构资料，接着，对于存在原始钻孔区域进行实地验证钻孔和补充钻孔，及根据地貌走势，对于重点区域进行补充钻孔，从而获取监测区域内高精度的地质结构资料，其资料初步通过当地原始地质文献及水文地质资料获取，并通过实地验证钻孔或补充钻孔得到高精度地质资料，高精度地质资料包括水资源承载层地质结构，及水资源覆盖层的地质结构，其通过打孔料即可实地获取水资源承载层和覆盖层的其岩层结构，能够得到对应位的地质断面结构；从而获取该处由上至下各岩层类型数据和厚度数据；所述重点区域为相邻两钻孔资料其地质改变区域；
第三步，地下水资源地脉建模，根据地势走势模型图和收集的地下水资源承载条件数据，即整个区域的岩层类型数据，及岩层类型其厚度数据对监测区域的地下水资源承载地势结构三维可视化建模；其建模过程为：获取地势走势模型图其三维数据、岩层类型数据和岩层类型其厚度数据直接进行制图软件进行手工制图，各个岩层及其查阅和实测厚度通过曲面进行叠合，最后得到地下水资源地脉三维结构图，另外，还可将岩层类型数据和岩层类型其厚度数据作为层数据输入到三维GIS软件，最后直接输出高精度的地下水资源地脉三维结构图和地下水资源流向模型；
第四步，地下水资源水流监测，在原始观测孔和补充钻孔内布置水质水位监测终端，并记录各个终端的空间坐标；并根据空间坐标将其标示到地下水资源地脉三维结构图上；
第五步，地下水资源存储结构建模，采用不规则三角格网法，将各个水质水位监测终端进行建模，并根据水质水位监测终端获取的水位数据，从而建立地下水资源存储结构三维可视化模型；其建模时，采用delaunay三角网格剖分法生成三角格网，并在三角格网其共点采用克里金插值法进行插值，生成三维空间的三角格网曲面；
第六步，建立地下水资源水质监测模型，通过水质水位监测终端获取地下水资源污染源动态扩散数据，并对数据进行反演计算，得到地下水资源其水质运动规律，并建立动态的三维可视化模型；
第七步，对上述动态的模型建模数据分别建立可视化预测模型，如地下水资源水流监测模型，其输入定量为各个终端的空间坐标、变量为各个终端的液位数据和水温数据；输出数据为地下水资源存储量数据；再如地下水资源水质监测模型，其输入变量为该区域的水深数据、时间数据和反演计算得到水资源污染源动态扩散量，其输出数据为水资源污染源动态扩散数据，根据上述输入变量和输出要求，确定机器学习模型，并积累上述建模数据对各个学习模型进行训练，从而得到精确的训练模型，接着，以时间线为输入依据，则可输出预测数据，并对预测数据送入到上述各个模型，从而得到可视化的模型图，通过模型图为后续开发和保护提供参考依据。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征在于：所述方法具体如下：
第一步，获取监测区域地貌特征，通过携带GPS的无人机对监测区域内的空间进行整体地貌采集和建模，从而获取监测区域内的地势走势模型图，
第二步，地下水资源承载条件获取，通过查找原始地质和水文地质资料，利用原始地质资料和原始观测孔其钻孔资料初步获取粗精度的地质结构资料，接着，对于存在原始钻孔区域进行实地验证钻孔和补充钻孔，及根据地貌走势，对于重点区域进行补充钻孔，从而获取监测区域内高精度的地质结构资料；所述重点区域为相邻两钻孔资料其地质改变区域；
第三步，地下水资源地脉建模，根据地势走势模型图和收集的地下水资源承载条件数据，对监测区域的地下水资源承载地势结构三维可视化建模；得到高精度的地下水资源地脉三维结构图和地下水资源流向模型；
第四步，地下水资源水流监测，在原始观测孔和补充钻孔内布置水质水位监测终端，并记录各个终端的空间坐标；并根据空间坐标将其标示到地下水资源地脉三维结构图上；
第五步，地下水资源存储结构建模，采用不规则三角格网法，将各个水质水位监测终端进行建模，并根据水质水位监测终端获取的水位数据，从而建立地下水资源存储结构三维可视化模型；
第六步，建立地下水资源水质监测模型，通过水质水位监测终端获取地下水资源污染源动态扩散数据，并对数据进行反演计算，得到地下水资源其水质运动规律，并建立动态的三维可视化模型；
第七步，对上述动态的模型建模数据分别建立可视化预测模型，分析上述模型建模数据，即输入定量和变量，输出数据结果；确定机器学习模型，并积累上述建模数据对各个学习模型进行训练，从而得到精确的训练模型，接着，以时间线为输入依据，则可输出预测数据，并对预测数据送入到上述各个模型，从而得到可视化的模型图，通过模型图为后续开发和保护提供参考依据。
2.根据权利要求1所述的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征在于：所述地下水资源存储结构三维可视化模型和地下水资源流向模型关联，其具体如下：选取地下水资源流向模型其各个流向上具备代表性的水质水位监测终端作为输入数据，通过监测其数据突变性，当发生数据突变后，获取地下水资源流向模型其总体水位线的影响；从而得到各个流向对地下水资源总体水位线影响等级。
3.根据权利要求1所述的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征在于：所述地下水资源存储结构三维可视化模型与地表变量输入模型关联，所述地表变量输入模型为地层构造变化区域坐标。
4.根据权利要求1所述的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征在于：所述污染源包括溶质或污染物。
5.根据权利要求1所述的地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征在于：所述地下水资源水流监测包括报警点设置，所述报警点位置包括地下水资源总体水位最高水位点观测孔和各个流向上的典型代表位观测孔。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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