复杂基岩覆盖层分界面建模算法研究和实现

构建基岩覆盖层分界面是水电工程三维地质建模的重要内容和难点。应用地学领域广泛采用的克里金插值法,以覆盖层的深度作为插值变量,构建基岩覆盖层分界面。插值过程中设计并实现了一种剖面划分有效点的方法,提高了插值精度;为了反映属性参数在空间上的变化及各向异性,在平面上计算了4个方向的试验变异函数,并对不同变异函数模型的拟合效果进行了比较。以羊角滑坡为例,通过在三维设计平台CATIA下二次开发程序,实现了多源数据条件下滑坡基岩覆盖层分界面的建模,并对基于克里金插值所构建的滑坡体与其他方法构建滑坡体,进行了滑坡方量比较和评估,表明克里金插值法的模模效果较为理想。     

Civil 3D平台对复杂地层三维地质建模方法的研究与改进

Civil 3D是一款常用的土木工程软件,也是常用的BIM软件,但其三维地质建模能力较弱,其采用曲面建模的方法,对于地形平缓、地层平缓的工程基本能够建立准确的地质模型,但对于山区枢纽由于地形复杂、地层复杂,直接进行建模,容易导致地质曲面失真、错误。文章采用逐层剥离建模方法,对不同地质成因的地质体采用不同的插值算法对层厚进行插值计算,逐层计算地质体的顶、底面,解决了复杂地形、地层建模的问题,对复杂地层的地质三维建模具有较好的适用性,可以更准确直观地表达地质体的空间分布特征,对勘察单位的全过程BIM建模有借鉴意义。     

粒子群算法优化BP在降雨空间插值中的应用

为更好地表达降雨量的空间分布,将粒子群算法(PSO)优化后的反向传输(BP)神经网络分别运用于三峡区间流域日、月和年降雨量的空间插值中,并与单纯BP神经网络和克里金的插值效果作对比。研究结果表明:在日和年的时间尺度上,PSO-BP插值性能较BP有明显改善,且优于克里金的插值效果;在月时间尺度上,PSO-BP插值效果与BP接近且优于克里金。因此,PSO-BP能较好地揭示降雨量在空间的分布规律,也具备在不同时间尺度上对降雨量进行空间插值的能力,是一种较优的降雨空间插值方法。     

三维地质建模及其在隧洞工程中的应用

地层面的建立是三维地质建模的核心,合理的插值方法对地层面的构建具有重要的影响。本文应用离散光滑插值方法来构建地层面,并建立了三维地质模型。通过一个工程建模实例,详细地阐述了基于DSI插值的三维地质模型构建的关键问题。利用专家知识系统并基于CAD开发前处理程序对原始地质数据进行处理和分析。     

插值方法对河道数字水深模型精度的影响

由于多波束系统的局限性,越来越多的浅水作业开始利用单波束离散水深点数据构建数字水深模型.为确定更适合测区数字水深模型构建的插值方法,选取了选用样条函数法、反距离加权插值法、克里金插值法、自然邻域法四种空间插值方法,利用松花江河道的3个试验区的进行试验,结果表明,样条函数法能够更多地保留地形信息,同时具有更高的插值精度和...     

基于ItasCAD闸泵站三维地质建模方法研究

某闸泵站位于四明山脉余脉山麓,基底岩面起伏较大,且地层中含厚薄不均的全新世海侵软土层,地质条件对工程建设影响较大。基于ItasCAD平台,阐述软基建模原理及建模流程,整理该闸泵站场区初步设计阶段的地质勘察资料并建立数据库,基于数据库驱动和离散光滑插值(DSI)方法,探索并构建场址区的地表曲面、第四系沉积物层面、透镜体外壳形态及基岩强、弱风化界面等,实现地质体的三维可视化。利用所建立的三维模型,输出Ⅲ层软土层底面等深线、基覆界面等深线、弱风化基岩面等深线等作为勘察报告附件,为闸泵站工程桩、围护桩合理桩长的选择及软土层处理深度等提供有益的参考。同时,为精确岩土体分级开挖量估算提供有效支撑。     

基于区域化变量理论的坝基渗流数值方法研究

坝基岩体渗透系数分布具有强烈的空间变异性,其试验数值差别可达几个数量级,可用区域化变量加以描述。本文基于向家坝水电站坝基渗透性的丰富试验成果,研究了基于区域化变化理论的渗透系数空间分布描述的克里金插值法,并应用在渗流数值计算中。以向家坝典型坝段渗流数值计算为例,分别采用按高程统计方法和克里金插值法对数值模型渗透性进行描述,并得到了渗流场空间分布及测点渗压变化过程。测点渗压实测值与计算值变化规律相同,数值相近。计算单元渗透系数赋值方法不同,坝基渗流场的空间分布也不相同。由于克里金插值方法真实地反映了坝基渗透性空间分布,故渗流数值计算成果更真实;数值计算时渗透系数描述采用克里金插值方法是一种有效、方便且可靠的方法。     

新安江流域降雨量空间插值方法和参数筛选

选取新安江流域48个雨量站点2000-2010年的降雨量数据以及地理地形资料,利用反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)、普通克里金(OK)和残差克里金(RK)方法进行插值,根据交叉验证结果筛选最佳的方法和参数.结果表明:年尺度上,考虑高程、纬度等地形因子影响的RK方法插值精度最高,然后是IDW,OK和RBF;邻近站点的搜索策略对IDW插值精度影响较大;考虑各向异性的OK法插值精度较高,模型之间的差别不大.月尺度上,IDW法对降雨量丰富的月份插值精度较高;RBF对降雨较少且分布均匀的月份插值效果好;数据越符合正态分布,OK法的插值精度越高;RK方法则适用于降雨与地理因素相关性好的月份.     

空间插值方法在锦州湾海水富营养化评价中的应用

采用空间插值和营养指数方程相结合的方法,对锦州湾海域海水富营养化状态进行评价.选择反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)和普通克里金(OK)三种插值方法及相应的关键参数,对2009年8月份锦州湾附近表层海水的高锰酸盐指数(COD)、无机氮(DIN)和无机磷(DIP)指标进行空间插值,通过交叉验证筛选出精度最高的插值方法.结果表明:(1)从插值精度上看,除了RBF法的薄盘样条(TPS)函数精度较低外,其余方法精度差别不显著;(2)从等值线图对空间变化趋势的表现效果上来看,OK法效果较好.最后利用OK法所得的插值结果评价锦州湾海水的富营养化状态,得出营养指数E≥1的海域面积占调查海域的2.4％,与传统的评价方法相比,所绘出的富营养化空间分布图可直观、准确地反映该海域的富营养化状况,为海水水质评价工作提供了新思路.     

四川省降水空间分布的插值分析

降水的空间分布特征是区域生态研究的重要内容,基于GIS的空间插值是获取降水分布特征的主要方法,以四川省49个气象站(其中15个为校验站点)2000~2007年的年平均降水量和四川省DEM为数据源,选取了反距离加权法(IDW)、普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)和考虑高程、坡度、坡向的协克里金法(Co-Kriging,CK)3种空间内插方法,对四川省降水的最优空间插值方法的选取进行了探讨。结果表明:考虑高程、坡度、坡向的协克里金插值取得了较好的效果;四川省降水存在较大的空间变异性,有明显由东往西递减的趋势,最大降水量主要分布于东北部的达州、巴中地区以及东南部的乐山、雅安地区。     

中国流域降水数据的空间插值方法评估

降水量的空间分布信息在水资源管理、旱涝灾害预测和可持续发展等研究领域具有重要价值。以中国1 915个气象站在1981～2010年间的平均降水量观测数据为基础,选取了反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、全局多项式法(GPI)、局部多项式法(LPI)、普通克里金法(Ordinary Kriging)、简单克里金法(Simple Kriging)、泛克里金法(Universal Kriging)以及经验贝叶斯克里金法(EBK)8种空间内插方法进行评估。研究依据DEM数据的流域分析结果,对我国三大流域的降水量进行区域插值,同时采用交叉验证方法,对中国范围整体插值精度以及分区后三大流域的插值精度分别进行了验证。结果表明:对全国范围内采用经验贝叶斯克里金插值法取得了较好的效果;三大流域中,对黄河流域采用泛克里金法最优,对长江流域采用普通克里金法最优,珠江流域采用径向基函数法最优。最后以流域内的城市为例进行验证,结果表明各流域的最优空间插值方法具备有效性和指导价值。     

Spatial Distribution of Rainfall in Indian Himalayas – A Case Study of Uttarakhand Region

Continuous rainfall data in grid format are required to run models for hydrological and agricultural research as well as water resources planning and management. The present work attempts to prepare a normal annual rainfall map in Himalayan region of India lying in Uttarakhand state at 1 km spatial resolution which currently is not available. In the region, India Meteorological Department maintains observatories/raingauge stations and data from 44 stations were used in this study. A comparative analysis of interpolation techniques like Inverse Distance Weighted, Polynomial, Splines, Ordinary Kriging and Universal Kriging shows that Universal Kriging with hole-effect model and natural logarithmic transformation with constant trend having Root Mean Square Error (RMSE) of 328.7 is the best choice. This is followed by Ordinary Kriging (RMSE 329.1), Splines (RMSE 392.4), Inverse Distance Weighted (RMSE 409.8) and Polynomial Interpolation (RMSE 418.5). Cross validation of the results shows the largest over prediction at Tehri rainfall station (62.5%) and largest under prediction at Nainital station (−36.5%). Physiographic zone wise, the least errors occur in the plains and the largest in the Great Himalayas. The spatial average rainfalls are 1,472 mm for Terai/Bhabar, 1,782 mm for the Shivalik ranges, 1,591 mm for the Lesser Himalayas and 1,635 mm for the Great Himalayan region. The mean areal rainfall in the region is 1,608 mm.     

非均匀地质体内渗流场数值模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对复杂层状地质体内不同渗透特性介质的空间分布情况,以克立格插值建立模型,并对水流在其内部的动态变化进行数值模拟,分析了地质体内压力水头的分布变化规律,进而得到水流在非均匀地质体内的渗透变化规律。数值模拟结果表明:均匀地质体内压力水头连续分布,非均匀介质体内的压力水头在不同渗透性介质的交界面处出现转折,渗流速度的方向也随着介质的不同分布发生改变。     

GOCAD地质三维建模技术及其在水电工程中的应用

针对水电地质工程的复杂性，提出了基于GOCAD的三维可视化建模技术。根据实测的离散工程控制点数据、钻孔数据和产状数据，构建了三维地质可视化模型，并能进行与工程密切相关的三维可视化分析。最后将该技术成功应用到万家口子水电站工程的三维地质建模和可视化分析中，对工程设计和勘察有指导意义。     

污染场地渗透系数非均质性表征研究

介绍了分区赋值、克里格和序贯高斯随机模拟3种表征渗透系数非均质性方法的原理,对比了不同方法对结果的影响。以某污染场地为例,综合考虑地层、数据采集方法和非均质性表征方法设计了5种方案,研究不同方案对地下水溶质运移模型的影响,探讨了不同表征方法的优缺点及差异性。研究结果表明:序贯高斯模拟法所得的空间分布结果,能反映出存在于局部区域边缘的渗透系数的突变,克服了另外两种方法的局限性。分层序贯高斯随机模拟法能够体现出较为连续的渗透带的分布范围及场地内部渗透性发生变化的位置,较其他几个方案的结果准确性较高。应用分层赋值法能够最大程度地表征污染羽的范围;应用分层随机模拟法能够较为全面地描述出污染羽分布的浓度变化差异。在进行污染场地溶质迁移模拟时,应综合考虑地层岩性、数据采集方法和非均质性的表征方法来描述渗透系数的空间分布。     

含水层渗透结构的三维地质建模概述

区域含水层渗透结构为地质学者们争相研究的热点。由于地质构造、形态的复杂性,仅仅用传统的确定性研究方法已经无法满足实际研究。三维地质建模可以提供真三维及空间拓扑关系,三维建模的关键为地质统计学。地质统计学是一门在传统统计学的基础上考虑变量之间的空间相关性,以区域化变量为基础,借助变异函数研究区域化变量的空间分布随机性和结构性,或具有空间相关性和依赖性的自然现象（包括地质现象）的科学。最后指出了现阶段三维地质建模的不足和发展应用方向。     

基于地统计学的柬埔寨年降水量数据空间插值

为了更好地分析区域水资源量、水文平衡及灌溉需水量,需要对降水的时空分布进行定量分析。由于气象站点布设的局限性,针对资料短缺地区的空间插值就显得尤为重要。以柬埔寨的20个气象站降水数据为插值实验样本,研究基于Arc GIS的空间插值和分析功能,探讨普通克里金、简单克里金、析取克里金及经验贝叶斯克里金法等4种地统计学插值法的优劣及其适用性。通过插值误差分析来检验插值精度,并模拟年降水量的空间分布图来进行比较分析,结果表明经验贝叶斯克里金插值法最优。研究结果可为资料短缺地区降水量空间插值提供参考。     

华北平原三维水文地质建模及其可视化研究

通过对华北平原地质及水文地质条件、可供三维建模的信息进行分析后，提出一种基于剖面数据的多源信息建模方法，以此来建立华北平原三维水文地质模型。该方法不但为水文地质行业的三维建模提供了参考，也为区域性、地质状况复杂、钻孔资料欠缺地区的三维地质建模提供了借鉴。实践证明该方法是可行的。