地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法技术

本发明专利技术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，包括以下步骤：（1）资料收集整理及水文地质条件分析；（2）观测孔布置及水文信息观测；（3）观测孔岩层结构分析与ID编号；（4）建模数据采集与录入；（5）三维水文地质结构模型构建；（6）根据《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线；（7）卫星地图覆盖及三维模型任意切割；（8）地下水资源量自动分析及预警预报。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。

Construction Method of 3D Visual Dynamic Monitoring Structure Model for Groundwater Resources

The invention discloses a method for constructing a three-dimensional visualized dynamic monitoring structure model of groundwater resources, which includes the following steps: (1) data collection and collation and analysis of hydrogeological conditions; (2) layout of observation holes and observation of hydrological information; (3) structure analysis and ID number of observation holes and strata; (4) collection and input of modeling data; (5) construction of a three-dimensional hydrogeological structure model; (6) Four reference lines are determined according to the Technical Outline of Groundwater Level Warning Line Delimitation; (7) satellite map coverage and arbitrary cutting of three-dimensional model; (8) automatic analysis and early warning forecast of groundwater resources. The three-dimensional hydrogeological structure model overcomes the shortcomings of previous groundwater monitoring, which is only water level monitoring, but lacks dynamic monitoring and early warning prediction of groundwater resources. This method is simple, practical and easy to operate. It can automatically analyze the development and utilization degree of groundwater resources and forecast the transition exploitation. It can accurately monitor groundwater resources dynamically.

【技术实现步骤摘要】
地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法
本专利技术属于地下水资源管理及可持续开发利用领域，尤其是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。
技术介绍
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。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上，连续丰水或连续枯水年较为常见。同时地下水资源过度开发利用，导致地下水位下降，水源枯竭，有些地区已经形成了严重的地下水漏斗。沿海地区过渡开采地下水，使得部分沿海地区地下水水位低于海平面，导致海水倒灌，地下水水质恶化，许多工业冷却设备被大量腐蚀，农田荒芜。由于过量开采地下水引发的地面沉降导致了地面裂缝，路基、建筑物、地下管道等下沉、开裂，堤防和河道行洪出现危机，对城市基础设施构成威胁。同时，我国地下水环境污染严重，地下水水质呈恶化趋势，由污染造成的缺水城市和地区日益增多，严重影响人们的生存环境，给人们的生产和生活造成巨大的损失。因此为了保护和合理开发利用地下水资源，动态分析地下水运动的时空变化规律及趋势，遏制地下水环境进一步恶化，防止新的地下水环境问题出现，为政府制定有关政策提供科学依据，为地下水的可持续开发利用，城市经济、社会可持续发展服务，必须对地下水资源进行动态监测。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的新方法和技术。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种通过对研究区地质、水文地质资料进行分析，布置地下水水位观测孔，并提供一种建立具有地下水资源开发利用程度自动分析、过渡开采预计预报功能的三维水文地质结构模型的方法，以实现地下水资源的动态监测、预警预报，为地下水资源的合理开采利用提供参考依据。该方法简单、实用、易操作，可以准确的对地下水资源进行动态监测。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：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，包括以下步骤：A．原始水文地质条件分析：收集研究区地质、水文地质资料，包括观测孔分布、地层、岩性、水位和水质，分析研究区岩层结构特征，分析各岩层顶底板标高和含水层水位动态特征，评价研究区地下水资源控制程度，确定控制程度较低的区域；B.观测孔布置及水文信息观测：对控制程度较低的区域布置并施工观测钻孔，并在观测孔中安装水位水质遥测终端，实现含水层地下水水位和水质的实时观测，并将观测数据实时传输至监测系统中心；C.观测孔岩层结构分析：对每一个观测孔岩层结构进行分析，通过岩层对比划分详细的岩层结构，并为每一层进行编号，计算每一层岩层的顶底板标；D.模型数据采集：根据空间坐标对研究区进行各岩层顶底板标高和实时水位的水文数据的采集，并录入水文地质基础数据库；E.三维水文地质结构模型构建：将采集的各岩层顶底板标高、实时水位等数据导入三维地下水模拟软件GMS中执行三维水文地质结构模型的构建，并在模型中呈现实时水位；F.根据各省《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线：基准水位、黄色、橙色和红色警戒水位，并将四条水位线置于三维水文地质结构模型中，通过与实时水位线的空间位置对比实现地下水资源的动态监测；G.卫星地图覆盖：覆盖研究区卫星地图，实现三维水文地质结构模型任意具体位置的切割可视化。所述步骤A中原始水文地质条件分析具体包括：a）收集整理研究区原有地质、水文地质资料，包括各类勘探报告及其附图、水文补勘报告及其附表附图，初步分析研究区地层结构特征及地下水主要含水层，确定需要动态监测的地下水目的含水层；b）统计已有观测孔空间坐标、各岩层顶底板标高、目的含水层顶底板标高和水位数据，研究各岩层及目的含水层顶底板起伏变化及水位变化特征，根据含水层顶底板起伏变化及水位变化异常区确定控制程度较低的区域。所述步骤B中观测孔布置及水文信息观测具体包括：a）在确定的控制程度较低的区域布置新的水文观测孔，新的观测孔孔结合原有观测孔在总体和宏观上应能控制整个水文地质单元，须能反映所在区域地下水系的环境质量状况和地下水质量空间变化；能反映地下水补给源和地下水与地表水的水力联系；观测孔布设密度的原则为主要供水区密，一般地区稀；城区密，农村稀；地下水污染严重地区密，非污染区稀；尽可能以最少的观测孔获取足够的有代表性的环境信息；考虑监测结果的代表性和实际采样的可行性、方便性，尽可能选择在靠近村镇、地下水较为丰富的的地段选择布设观测点；b）观测孔施工完毕后，安装水位遥测终端，测量水位和水温，并通过短信方式将测量数据发送至监测中心的手机模块，然后由监控计算机读取、显示、存储，确保水位数据的实时采集。所述步骤C中观测孔岩层结构分析具体包括：通过对横向和纵向方向上观测孔的连线做岩层对比剖面图，分析研究区岩性结构成层性，并对典型岩性岩层编号，通过岩层对比分析，对不同观测孔相同层位进行依次编号；a）对每一个原有观测孔及已施工的新观测孔进行岩性编录，绘制每一个钻孔柱状图和煤岩层对比图，通过煤岩层对比的方法确定各个岩层空间上的展布特征；b）对每一个钻孔相同的层位进行ID编号，编号ID顺序由下到上逐渐增大，不同钻孔相同的层位编号相同，这样可以保证建模时依据编号ID进行相同层位的连接。所述步骤D中模型数据采集具体包括：收集整理钻孔资料，对每一个钻孔揭露的各岩层顶底板标高和含水层水位进行采集，并录入水文地质基础数据库；a）结合步骤C中的岩层编号ID，对每个编号岩层的顶底板标高进行统计，并录入水文地质基础数据库，为三维水文地质结构模型的构建及三维可视化呈现提供数据；b）结合步骤B中安装的水位、水温遥测终端，进行水位数据的实时采集，并录入水文地质基础数据库，为三维水文地质模型中等水位面的呈现提供数据。所述步骤E中三维水文地质结构模型构建具体包括：将水文地质基础数据库中各岩层顶底板标高、实时水位等数据导入三维地下水模拟软件GMS中执行三维地质结构模型的构建，并根据实际情况调整修改以实现水位在模型中的实时呈现；a）按GMS软件的要求和格式对数据分析整理后导入，导入时设定观测井名称、坐标，并设置数据类型为BoreholeData，导入观测井岩性分层数据后生成观测井模型，并在GMS软件中调整观测井模型的显示比例，变换GMS软件观察角度并对观测井进行标注；b）导入用AutoCAD绘制的dwg本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征是，包括以下步骤：A．原始水文地质条件分析：收集研究区地质、水文地质资料，包括观测孔分布、地层、岩性、水位和水质，分析研究区岩层结构特征，分析各岩层顶底板标高和含水层水位动态特征，评价研究区地下水资源控制程度，确定控制程度较低的区域；B.观测孔布置及水文信息观测：对控制程度较低的区域布置并施工观测钻孔，并在观测孔中安装水位水质遥测终端，实现含水层地下水水位和水质的实时观测，并将观测数据实时传输至监测系统中心；C.观测孔岩层结构分析：对每一个观测孔岩层结构进行分析，通过岩层对比划分详细的岩层结构，并为每一层进行编号，计算每一层岩层的顶底板标；D.模型数据采集：根据空间坐标对研究区进行各岩层顶底板标高和实时水位的水文数据的采集，并录入水文地质基础数据库；E.三维水文地质结构模型构建：将采集的各岩层顶底板标高、实时水位等数据导入三维地下水模拟软件GMS中执行三维水文地质结构模型的构建，并在模型中呈现实时水位；F. 根据各省《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线：基准水位、黄色、橙色和红色警戒水位，并将四条水位线置于三维水文地质结构模型中，通过与实时水位线的空间位置对比实现地下水资源的动态监测；G. 卫星地图覆盖：覆盖研究区卫星地图，实现三维水文地质结构模型任意具体位置的切割可视化。...

【技术特征摘要】
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，其特征是，包括以下步骤：A．原始水文地质条件分析：收集研究区地质、水文地质资料，包括观测孔分布、地层、岩性、水位和水质，分析研究区岩层结构特征，分析各岩层顶底板标高和含水层水位动态特征，评价研究区地下水资源控制程度，确定控制程度较低的区域；B.观测孔布置及水文信息观测：对控制程度较低的区域布置并施工观测钻孔，并在观测孔中安装水位水质遥测终端，实现含水层地下水水位和水质的实时观测，并将观测数据实时传输至监测系统中心；C.观测孔岩层结构分析：对每一个观测孔岩层结构进行分析，通过岩层对比划分详细的岩层结构，并为每一层进行编号，计算每一层岩层的顶底板标；D.模型数据采集：根据空间坐标对研究区进行各岩层顶底板标高和实时水位的水文数据的采集，并录入水文地质基础数据库；E.三维水文地质结构模型构建：将采集的各岩层顶底板标高、实时水位等数据导入三维地下水模拟软件GMS中执行三维水文地质结构模型的构建，并在模型中呈现实时水位；F.根据各省《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线：基准水位、黄色、橙色和红色警戒水位，并将四条水位线置于三维水文地质结构模型中，通过与实时水位线的空间位置对比实现地下水资源的动态监测；G.卫星地图覆盖：覆盖研究区卫星地图，实现三维水文地质结构模型任意具体位置的切割可视化。2.如权利要求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，其特征是，所述步骤A中原始水文地质条件分析具体包括：a）收集整理研究区原有地质、水文地质资料，包括各类勘探报告及其附图、水文补勘报告及其附表附图，初步分析研究区地层结构特征及地下水主要含水层，确定需要动态监测的地下水目的含水层；b）统计已有观测孔空间坐标、各岩层顶底板标高、目的含水层顶底板标高和水位数据，研究各岩层及目的含水层顶底板起伏变化及水位变化特征，根据含水层顶底板起伏变化及水位变化异常区确定控制程度较低的区域。3.如权利要求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，其特征是，所述步骤B中观测孔布置及水文信息观测具体包括：a）在确定的控制程度较低的区域布置新的水文观测孔，新的观测孔孔结合原有观测孔在总体和宏观上应能控制整个水文地质单元，须能反映所在区域地下水系的环境质量状况和地下水质量空间变化；能反映地下水补给源和地下水与地表水的水力联系；观测孔布设密度的原则为主要供水区密，一般地区稀；城区密，农村稀；地下水污染严重地区密，非污染区稀；尽可能以最少的观测孔获取足够的有代表性的环境信息；考虑监测结果的代表性和实际采样的可行性、方便性，尽可能选择在靠近村镇、地下水较为丰富的的地段选择布设观测点；b）观测孔施工完毕后，安装水位遥测终端，测量水位和水温，并通过短信方式将测量数据发送至监测中心的手机模块，然后由监控计算机读取、显示、存储，确保水位数据的实时采集。4.如权利要求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，其特征是，所述步骤C中观测孔岩层结构分析具体包括：通过对横向和纵向方向上观测孔的连线做岩层对比剖面图，分析研究区岩性结构成层性，并对典型岩性岩层编号，通过岩层对比分析，对不同观测孔相同层位进行依次编号；a）对每一个原有观测孔及已施工的新观测孔进行岩性编录，绘制每一个钻孔柱状图和煤岩层对比图，通过煤岩层对比的方法确定各个岩层空间上的展布特征；b）对每一个钻孔相同的层位进行ID编号，编号ID顺序由下到上逐渐增大，不同钻孔相同的层位编号相同，这样可以保证建模时依据编号ID进行相同层位的连接。5.如权利要求4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，其特征是，所述步骤D中模型数据采集具体包括：收集整理钻孔资料，对每一个钻孔揭露的各岩层顶底板标高和含水层水位进行采集，并录入水文地质基础...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢道雷，尹会永，魏久传，张伟杰，韩承豪，牛会功，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37