CN115563746A - 一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地质工程建模技术领域，具体而言，尤其涉及一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法。包括收集研究区建模对象水文地质的数据，对不同非均质性含水层沉积剖面分层取样分析；融合钻探地球物理探测数据；基于TPROGS建立非均质含水层三维数值模拟分析，再融合高精度地形数据建立流域尺度三维模型及数值模拟模型，最后应用MODFLOW对非均质三维地质水文模型动态模拟。本发明通过构建非均质三维水文地质模型，模拟野外地质和水文环境，并开展研究活动，有针对性地对非均质沉积环境下的地下水形成条件、形成特征、动态规律进行模拟分析，对地下水位监测、保护环境、治理污染提供了理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及地质工程建模技术领域，具体而言，尤其涉及一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法。
背景技术
由于高原湖泊所具有独特的自然景物和水域环境，近年来，随着西部地区环湖旅游开发，使得高原湖泊水体富营养化风险进一步加大。随着湖泊周边农村污水集中处置工程措施的完善、周边入湖河流水污染治理及生态湿地等综合治理措施的完善，地表水污染对湖海富营养化的影响将逐步得到控制。但是，对于农业面源污染下渗对地下水已经造成的污染及其对地表水的潜在污染影响机制，目前未见的相关研究。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是要提供一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其具体包括以下步骤：
S1、收集研究区建模对象水文地质的数据，现场调研、勘察并验证分析研究区水文特征，对不同非均质性含水层取样分析；
S2、搭建室内砂箱渗流并开展渗流及同位素示踪迁移试验研究；
S3、通过钻探地球物理探测及区域高精度地形数据，将多源数据集成预处理并录入地质数据库，构建三维水文地质模型数据库；
S4、应用TPROGS建立流域尺度三维非均质含水层数值模拟模型；
S5、构建三维非均质数值模拟模型；
S6、将建立的非均质数值模拟模型与MODFLOW结合建立非均质三维水文地质模型。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述水文地质数据包括地质资料、水质检测报告、勘探工程报告及其附图、水文地质补充勘察报告及其附表附图。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S1具体包括：
S11、分析研究区域不同非均质性含水层入渗补给区及点、线、面源污染分布区；
S12、选取典型非均质性含水层开挖剖面，对不同分层取样，并进行室内分析及参数测试；
S13、在遵循水文地质规律的基础上，研究区域的地表水-地下水空间分布和补径排关系，
S14、选取典型非均质性含水层开展物理探测及钻探分析，重点调查包气带-含水层的结构形态、低渗透性层、渗透系数非均质性和河床渗透性，应用美国哈希DS5传感器DS5BASE多参数水质在线监测仪进行同位素现场测试，为搭建同位素示踪迁移模型提供依据。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S2具体包括：
S21、基于现场勘察分析的非均质性含水层的沉积结构和构造分布形态特征，搭建二维砂箱渗流和同位素示踪迁移试验装置，示踪剂采用H2 18O模拟降雨入渗；
S22、对于距离示踪剂投放点近的采用在线监测；对于远离示踪剂投放点的采样点采用定时采样分析的方法；
S23、模拟在不同补给强度条件下，在含水层补给和排泄区地表水与地下水的交换机制，包括潜流、基流补给、侧向补给的水动力机制；
S24、利用地电监测方法通过室内柱试验研究H2 18O在垂向一维非均质含水层中的迁移特征。；
S25、深入研究非饱和带、侧向补给、非均质性及坡度等参数对含水层补给和排泄区地表水-地下水交换作用的水动力影响机制。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S3具体包括：
S31、根据水文地质资料结合钻探地球物理探测，将研究区域不同非均质性含水层的水文地质数据划分为地表、地层、断层、剖面及隔水边界；
S32、按照建模软件要求的数据格式进行数据的矢量化处理，并完成数据的输入或导入；
S33、对输入或导入的数据进行校验检测，并将校验检测后的数据作为三维建模的依据。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S4具体包括：
S31、基于上述试验及机理研究，应用相应数值模拟程序模拟分析实验室尺度和场地尺度条件下非均质性含水层中的潜流交换及基流补给机制，在此基础上耦合溶质反应迁移模拟程序对同位素反应迁移进行数值模拟研究；
S32、基于对非均质性含水层大量野外调查数据，基于随机理论，应用TPROGS建立流域尺度三维非均质含水层数值模拟模型。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S5具体为：结合区域高精度地形数据及前期地球物理探测数据，建立流域尺度三维非均质数值模拟模型。
上述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其所述步骤S6具体为：将建立的非均质模型与MODFLOW相结合建立非均质三维水文地质模型，并对非均质性含水层中地表水-地下水交换作用水动力机制及同位素循环机制进行动态模拟。
有益效果：
本发明通过构建三维水文地质模型，模拟野外地质、水文环境开展研究活动，有针对性地对非均质沉积环境下的地下水形成条件、形成特征、动态规律进行模拟分析，对地下水位监测、保护环境、治理污染提供了理论依据。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
参照图1，本发明的构建方法包括以下步骤：
S1、收集研究区建模对象水文地质的数据，包括地质资料、水质检测报告、勘探工程报告及其附图、水文地质补充勘察报告及其附表附图。
对不同非均质性含水层取样分析，包括：1.分析研究区域不同非均质性含水层入渗补给区及点、线、面源污染分布区；2.选取典型非均质性含水层开挖剖面，对不同分层取样，并进行室内分析及参数测试；3.在遵循水文地质规律的基础上，研究区域的地表水-地下水空间分布和补径排关系；4.选取典型非均质性含水层开展物理探测及钻探分析，应用多参数水质在线监测仪进行同位素示踪现场测试，为搭建同位素示踪迁移模型提供依据。
S2、开展渗流及同位素示踪迁移试验研究；具体包括：1.基于现场勘察分析的不同非均质性含水层的沉积结构和构造分布形态特征，搭建二维砂箱渗流和同位素示踪迁移试验装置，示踪剂采用H2 18O模拟降雨入渗；2.对于距离示踪剂投放点近的采用在线监测；对于远离示踪剂投放点的采样点采用定时采样分析的方法；3.模拟在不同补给强度条件下，在含水层补给和排泄区地表水与地下水的交换机制，交换机制包括潜流、基流补给、侧向补给的水动力机制；4.利用地电监测方法通过室内柱试验研究同位素在垂向一维非均质含水层中的迁移特征；6.深入研究非饱和带、侧向补给、非均质性及坡度等参数对不同非均质性含水层地表水-地下水交换作用的水动力影响机制。
S3、通过钻探地球物理探测及区域高精度地形数据，将多源数据集成预处理并录入地质数据库，构建三维水文地质模型数据库，包括：1.根据水文地质资料结合钻探地球物理探测，将研究区域不同非均质性含水层的水文地质数据划分为地表、地层、断层、剖面及隔水边界；2.按照建模软件要求的数据格式进行数据的矢量化处理，并完成数据的输入或导入；3.对输入或导入的数据进行校验检测，并将校验检测后的数据作为三维建模的依据。
S4、建立非均质数值模拟模型并与MODFLOW结合建立非均质三维水文地质模型；基于上述试验研究及前期非均质含水层非均质模型构建研究成果，应用TPROGS建立流域尺度三维非均质含水层数值模拟模型，基于高精度地形数据建立流域尺度三维模型及数值模拟模型，其次将建立的非均质模型与MODFLOW相结合建立非均质三维水文地质模型，并对不同非均质性含水层中地表水-地下水交换作用水动力机制及同位素循环机制进行动态模拟。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集研究区建模对象地质和水文数据，现场调研、勘察并验证分析研究区水文特征；
S2、对典型非均质含水层剖面进行地电监测、地球物理调查及钻探分析；
S3、室内砂箱非均质含水层地表水-地下水渗流交换作用试验研究；
S4、基于TPROGS建立非均质含水层三维数值模拟分析；
S5、基于高精度地形数据建立流域尺度三维模型及数值模拟模型；
S6、应用MODFLOW建立非均质三维地质水文模型。
2.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于：所述水文地质数据包括地质资料、水质检测报告、勘探工程报告及其附图、水文地质补充勘察报告及其附表附图。
3.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于：S2中，重点调查包气带-含水层的结构形态、低渗透性层、渗透系数非均质性和河床渗透性。
4.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于，在所述步骤S3中要基于现场勘察分析的非均质含水层的沉积结构和构造分布形态特征，搭建二维砂箱渗流试验装置，示踪剂采用H2 18O模拟降雨入渗。
5.根据权利要求4所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于：
S11、对于距离示踪剂投放点近的采用在线监测；对于远离示踪剂投放点的采样点采用定时采样分析的方法；
S12、模拟在不同补给强度条件下，在含水层补给区和排泄区地表水与地下水的交换机制；
S14、利用地电监测方法通过室内柱试验研究H2 18O在垂向一维非均质含水层中的迁移特征。
6.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于，在步骤S4中，基于上述试验研究及前期非均质含水层非均质模型构建研究成果，基于随机理论，应用TPROGS建立流域尺度三维非均质含水层数值模拟模型。
7.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于，在步骤S5中，需要结合区域高精度地形数据及前期地球物理探测数据，建立流域尺度三维非均质数值模拟模型。
8.根据权利要求1所述的一种非均质三维水文地质模型的动态构建方法，其特征在于，在步骤S6中，需要结合上述两个模型，应用MODFLOW建立非均质三维地质水文模型。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115983154B (zh) * | 2023-01-05 | 2024-03-12 | 中国地质大学（北京） | 基于源汇系统的物理模拟和沉积数值模拟一体化的实验研究方法 |
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- 2022-08-29 CN CN202211040498.5A patent/CN115563746A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN115983154B (zh) * | 2023-01-05 | 2024-03-12 | 中国地质大学（北京） | 基于源汇系统的物理模拟和沉积数值模拟一体化的实验研究方法 |
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