基于地層三維建模及可視化的污染地塊調(diào)查研究

李靜

摘要：基于工程地質(zhì)的環(huán)境調(diào)查目前還處于萌芽階段，尤其是基于傳統(tǒng)地質(zhì)三維建模及可視化的環(huán)境調(diào)查研究。GMS軟件作為一個(gè)數(shù)值模擬軟件，其操作方便簡(jiǎn)潔，操作界面友好，具有強(qiáng)大的數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理功能及優(yōu)秀的三維可視化展示效果。如果通過GMS軟件將不可視的地質(zhì)體可視化，并分析污染物的在地質(zhì)體的賦存狀態(tài)，將對(duì)環(huán)境調(diào)查的準(zhǔn)確度會(huì)起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：GMS;環(huán)境調(diào)查;地質(zhì)體

0 引言

當(dāng)前，我國土壤環(huán)境總體狀況堪憂，部分地區(qū)污染較為嚴(yán)重，已成為全面建成小康社會(huì)的突出短板之一，但土壤污染具有天然的隱蔽性，找到、查明污染源的空間分布是一個(gè)難題，這對(duì)就要求提高環(huán)境調(diào)查的精確度[1] [2]。

目前三維可視化建模技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，包括在地球物理、石油礦產(chǎn)、城市建設(shè)等領(lǐng)域進(jìn)行地層信息處理[3]。而基于工程地質(zhì)的環(huán)境調(diào)查目前還處于萌芽階段，尤其是基于傳統(tǒng)地質(zhì)的三維建模及可視化的環(huán)境調(diào)查研究。GMS擁有友好的操作界面，強(qiáng)大的數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理功能及優(yōu)秀的三維可視化展示效果。通過GMS軟件，彌補(bǔ)二維地質(zhì)分析的劣勢(shì)，將地質(zhì)體三維化、可視化，并結(jié)合污染物的在地質(zhì)體的賦存形態(tài)，建立一個(gè)更加準(zhǔn)確、完整的場(chǎng)地概念模型。

1地層三維可視化建模流程

GMS是地下水模擬系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是目前國際上最先進(jìn)的綜合性的地下水模擬軟件包[3] [4]。可建立三維地層實(shí)體，進(jìn)行鉆孔數(shù)據(jù)管理再對(duì)地層實(shí)體進(jìn)行可視化和三維打印。

1.1資料收集

本次工作收集的材料包括研究地塊內(nèi)鉆孔柱狀圖、地質(zhì)圖、剖面圖等資料，為模型的建立做準(zhǔn)備，鉆孔密度有限，不足以準(zhǔn)確的顯示地塊內(nèi)空間分布。

1.2數(shù)據(jù)庫建立

根據(jù)現(xiàn)有資料，我們對(duì)已有的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。通過已有的鉆孔資料，依據(jù)剖面圖、地質(zhì)圖的相關(guān)內(nèi)容，虛擬鉆孔，來彌補(bǔ)鉆孔密度問題;最后建立電子表格，方便軟件錄入。

1.3可視化模型構(gòu)建

將ArcGIS處理好的地塊邊界導(dǎo)入GMS軟件，確定好模型建立的坐標(biāo)系，再根據(jù)指定地塊邊界生成TINs，將優(yōu)化好的鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入Borehole模塊中通過在模塊中選擇Horizons→Solid命令，采用克里金插值法，自動(dòng)生成地質(zhì)實(shí)體，從而建立地層地質(zhì)體實(shí)體模型（圖1）。我們可以根據(jù)地塊實(shí)際情況查看各地層展布狀態(tài)，還可以從不同角度觀察地層模型的結(jié)構(gòu)。

2分析污染物在地質(zhì)體中的賦存狀態(tài)

2.1污染物的種類

地塊土壤污染狀況調(diào)查主要是通過檢測(cè)手段，識(shí)別土壤、地下水中的關(guān)注污染物，并全面分析、確定地塊的污染物種類、污染程度和污染范圍。

我國建設(shè)用地類型多樣，人類活動(dòng)強(qiáng)度大，尤其工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用地，涉及各類化學(xué)品的生產(chǎn)加工，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，污染源類型復(fù)雜，污染物種類繁多，且因污染場(chǎng)地而異[2]。目前根據(jù)我國已制定實(shí)施的環(huán)境質(zhì)量和排放標(biāo)準(zhǔn)，分析我國污染地塊環(huán)境調(diào)查階段檢出率較高的污染物及地方標(biāo)準(zhǔn)普遍關(guān)注的污染物，并考慮到部分污染物的毒性高、移動(dòng)性強(qiáng)的特征，將污染物分為重金屬與無機(jī)物、有機(jī)物（揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)農(nóng)藥類、石油烴類、多氯聯(lián)苯多溴聯(lián)苯和二噁英類）兩大類。

2.2污染物的賦存介質(zhì)

地塊內(nèi)污染物的賦存介質(zhì)主要為土壤和地下水，有的污染物受重力作用，縱向向下遷移至土壤和地下水;有的污染物可以被自然作物吸收富集，從而污染生產(chǎn)的產(chǎn)品;一些水溶性的污染物可隨包氣帶滲濾到地下水，使地下水受到污染;一些污染物可吸附于懸浮物等隨地表徑流遷移造成地表水的污染，甚至深入地下水。所以土壤和地下水污染常常成為重要的二次污染源，即為污染物主要的賦存介質(zhì)。

2.3污染物的賦存狀態(tài)

對(duì)于重金屬與無機(jī)物來講，其在土壤和地下水中主要主要表現(xiàn)為沉淀于土壤顆粒表面、吸附于土壤顆粒及其土壤有機(jī)質(zhì)和金屬氧化物上又或者溶解于地下水中，即為固相沉淀、吸附相依附、溶解相消融三相相互轉(zhuǎn)換的狀態(tài);對(duì)于有機(jī)物來講，其主要表現(xiàn)為與土壤有機(jī)質(zhì)和金屬氧化物結(jié)合有機(jī)物、揮發(fā)的有機(jī)物、溶解于地下水的有機(jī)物和自由相狀態(tài)的有機(jī)物，即為吸附相依附、氣相揮發(fā)、液相溶解和自由相移動(dòng)四相相互轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。

3調(diào)查研究實(shí)例分析

圖1是根據(jù)某地塊的鉆孔數(shù)據(jù)，使用GMS模擬出的地層三維可視化模型透視圖[4]。通過對(duì)透視圖進(jìn)行分析，各地層界面存在一定程度的起伏狀態(tài)，尤其是在地塊中部區(qū)域，存在明顯的凹凸型狀態(tài)。建立初步場(chǎng)地概念模型后，再對(duì)各地層地質(zhì)體進(jìn)行展布分析（圖2），發(fā)現(xiàn)第一層地層下界面中部有明顯的下探，考慮到污染物的賦存狀態(tài)，該凹陷區(qū)域最有可能受到溶解相和自由相的影響，形成一個(gè)污染物富集區(qū);其次中部區(qū)域還存在明顯的凸起，可以重點(diǎn)關(guān)注該位置是否存在地下構(gòu)筑物等特殊情況。

4結(jié)語

目前傳統(tǒng)的土壤污染狀況調(diào)查研究已經(jīng)有成熟的體系，也有了很多的應(yīng)用，但使用三維地層建模來指導(dǎo)污染地塊調(diào)查研究還處在萌芽期;通過收集基礎(chǔ)的工程地質(zhì)資料來進(jìn)行復(fù)雜地塊調(diào)查前地質(zhì)實(shí)體模擬，技能滿足調(diào)查前的方案設(shè)計(jì)和管理需要，又通過其強(qiáng)大的可視化功能，提高對(duì)復(fù)雜地塊的理解和研讀，為后期調(diào)查結(jié)果提供驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國土壤污染防治法[J]. 國土資源通訊，2018（18）：10-18.

[2] 胡冠九，陳素蘭，王光. 中國土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)方法現(xiàn)狀、問題及建議[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2018，34（2）：10-19.

[3] 王淼，陳晨，張麗玲. 基于鉆孔數(shù)據(jù)和GMS的地層三維建模與可視化的研究[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2007（11）：72-74.

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