基于多源数据融合的三维地下水含水层系统的可视化实现

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我国地下水资源分布不均。特别是近几年来,经济和工农业的迅速发展,人们对水资源的开发利用,由最初的主要依靠地表水,转变为现在的综合开发利用地表水和地下水。近几十年来,超采地下水资源已经诱发了地表塌陷、地裂缝、地面沉降、生态退化、土壤沙漠化和海水入侵等一系列的生态环境问题。因此合理开发利用地下水已经成为当前经济发展的重要议题。但是地下水赋存于地下空间中,人们很难对地下水的空间分布形成清晰地认识。三维水文地质模型不仅可以用图形图像的方式把地下水的赋存空间表达出来,还能通过软件中的空间分析功能探索地下水的运移规律。三维水文地质模型已经成为水文地质工作者对地下水进行深入研究的一种手段,为地下水的合理开发利用提供了重要的决策支持和技术支撑。但是钻孔数据作为三维水文地质建模的主要数据源,存在获取成本高,分布不均,部分地区稀疏甚至缺乏,相邻钻孔之间地质信息不连续等问题。在地质本身存在的复杂性、模糊性和不确定性等特点的情况下,利用这些不均匀、不连续的、零散的钻孔数据,在不经过任何加工及其它数据源引入的情况下来构建相对比较精确的、完整的、符合实际情况的三维模型的目标很难达成。因此,本文选取苏锡常部分地区作为研究区,针对建模过程中主要源数据不充分的情况,融合钻孔数据、剖面图、地质图等多源数据进行了研究:(1)本文利用引入虚拟钻孔及剖面图的方式来处理建模数据不充足的问题。虚拟钻孔能够与原始钻孔一样直接参与三维模型的构建,本文构建虚拟钻孔主要用于处理建模过程中出现的地层尖灭、夹层、钻孔稀疏等问题。此外,本文将剖面图作为一个边界约束条件,通过构建边界虚拟钻孔和对新建的地质剖面修正处理来提高模型的精度。结果表明,在加入虚拟钻孔以及剖面信息的修正处理之后,模型本身的精度了很大程度的提高。(2)虚拟钻孔中的地层数据的获取不可避免的要用到插值算法来进行内插外推处理。由于采样数据存在不均匀性,利用整体插值很难考虑到区域的局部特征。因此本文将研究区划分为五个部分,针对每个分区采样点数据的空间分布特征,对比八种空间插值算法的交叉验证结果选取最优的插值拟合算法来计算地层数据,通过分析得出:分区Ⅰ选取张力样条函数(Tspline),分区Ⅱ选取局部多项式插值(LPI),分区Ⅲ选用泛克里格插值(UK),分区Ⅳ、Ⅴ选取的插值算法为反距离加权插值(IDW)。文章中通过对分区最优插值算法与整体插值算法对比分析,表明分区插值算法能够综合考虑区域内的局部特征,在插值时具有一定的优势。另外,本文根据各个分区的采样点分布特点对八种插值算法的适应性进行了探讨,得出插值适应性由好到坏依次是样条函数插值算法、反距离插值算法、局部多项式插值算法、克里格插值算法、全局多项式插值算法。(3)将通过一致性处理后的原始钻孔数据集与虚拟钻孔数据集导入GMS软件当中,通过一系列的空间操作和修正处理,构建苏锡常部分地区的三维地下水系统可视化模型,并利用软件的空间分析功能对三维模型进行了可视化分析。通过将构建的三维模型的分析结果同前人对本研究区的调查资料进行对比分析记结果基本吻合,表明GMS软件构建三维可视化模型切实可行,并具有较高的模拟精度。
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