基于EVSpro的某工业园区三维地质模拟及地下水污染物空间分布模拟

来源:用户上传      作者:张弛 王旭乾 付高平 张蔚

　　摘 要：目前，国内外缺乏对位于较复杂地质条件区域的三维地质模拟，且模拟结果也缺少验证。该文将以某工业园区为例，利用收集到的大量地质勘察资料，建立山前洪积平原与河流冲积平原交汇地带三维地质模型，验证其准确性，并开展地下水中总氮污染物的空间分布模拟。
　　关键词：EVSpro;三维地质建模;模型验证;污染物分布模拟;地质勘察
　　中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2022）24-0086-04
　　Abstract： At present， there is a lack of three-dimensional （3D） geological simulation located in areas with complex geological conditions at home and abroad， and the simulation results are also lack of verification. Taking an industrial park as an example， this paper uses a large number of geological survey data collected to establish a three-dimensional geological model of the confluence zone of piedmont alluvial plain and river alluvial plain to verify its accuracy， and carries out the spatial distribution simulation of total nitrogen pollutants in groundwater.
　　Keywords： EVSpro; 3D geological modeling; model verification; pollutant distribution simulation; geological survey
　　随着社会经济的发展，我国在山前洪积、河流冲洪积形成的平原上建立了诸多工业园区，这些园区的设立有利于实现资源共享和产业共生、提高资源能源利用效率[1]，但是随着生产时间增长，园区范围内的土壤及地下水环境受到污染的风险也不断增大[2]，因此对园区地质、水文地质条件、污染状况的调查评估迫在眉睫。
　　现有的调查评估手段主要基于有限的现场钻孔、采样及实验检测，这种以点概面的调查方法在沉积环境复杂区域无法精确反映地质环境和污染状况，也无法判断采样单点附近的污染状况[3]。随着三维空间插值软件的出现和发展，能够用于三维地质建模及污染物空间分布模拟的软件已有很多，比如美国C Tech公司旗下地球科学软件EVSpro（Earth Volumetric Studio pro），该软件适用于地球科学领域的高级可视化分析工具，能够满足地质、地球化学、水资源与环境等多个专业的需求[4]。
　　目前，文献缺乏对位于较复杂地质条件区域的三维地质模拟，比如山前洪积平原与河流冲积平原交汇地带。并且由于钻孔稀疏，所获取的地层信息不足以建立精确的三维地质模型，模拟结果也缺少验证。本文将以某工业园区为例，利用收集到的大量地质勘察资料，基于EVSpro分析建立精确的区域三维地质模型，验证其准确性，并开展污染物分布趋势的模拟。
　　1 研究区地质及水文地质概况
　　研究区位于浙江省台州市，占地面积约136万m2，内部工业企业主要为化工（医药）行业。地处河流一级阶地，同时背靠山体，园区地质条件不但受到河流冲洪积作用的影响，亦会有山前洪积作用的特征。因此园区地貌单元属山前洪积平原与河流冲洪积平原交汇地带。
　　园区地下水主要为浅部第四系土层中的圆砾孔隙潜水。该层孔隙潜水受大气降水，地表水或山区基岩地下水补给。在不同季节补给源亦有所不同，在丰水期和平水期，主要由大气降水和地表水补给孔隙潜水;但在枯水季节，地表水位下降，主要由上游山区基岩地下水补给孔隙潜水。
　　孔隙潜水与下游地表水之间的水力联系密切，地下水水位随季节动态变化明显，据区域资料，动态变幅一般在0.50～1.0 m，孔隙潜水埋深2.05～6.63 m。相对标高38.63～43.41 m。据历史资料，丰水期时，地下水位接近地表。
　　2020年7月，对园区各地下水监测点位统一测量其标高和地下水水位。经测量，园区地下水埋深在1～8 m之间，由北向南埋深逐渐增大;园区地下水水位在36～45 m之间，水位呈现明显的北高南低趋势，地下水由北向南流向地表水体。
　　2 EVSpro三维地质模型建立及优化
　　2.1 三维地质模型建立
　　本次主要收集园区内各企业的地质勘察资料，整理实测钻孔共1 013个，将钻孔的地面高程、坐标和分层厚度等信息输入Microsoft Excel软件中制成表格。将监测井的地面高程、坐标和水位等进行统计并制成表格。
　　利用EVSpro中Tools功能将钻孔信息表通过Generate PGF File制成地友倚晕募[5]（文件格式为PDF），使用Generate ADPV File将检测数据表制成点处测量的分析数据文件（文件格式为ADPV）。将生成的PDF文件和ADPV文件保存用于构建模型[6]。
　　使用kring-3d-geology模块进行插值计算，将离散的点转化为地质层边界的表面，为三维地质建模和参数估计提供框架[7]。该模块可以使用的估算方法有克里金法、样条曲线、IDW和最近邻算法[8]等。其中克里金法的基本方法是通过计算点附近函数的已知值的加权平均值来预测给定点处函数的值。插值计算结束后，经过必要的优化设置，化工园区的三维地质模型基本完成，如图1所示。

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