專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水文地質(zhì)、地質(zhì)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是一種建立具有多尺度性質(zhì)的非均質(zhì)含水介質(zhì)或者巖性介質(zhì)模型的方法。
背景技術(shù)：
建立含水介質(zhì)模型對(duì)于分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件、建立水文地質(zhì)概念模型和獲取水文地質(zhì)參數(shù)等具有重要的意義。轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法(TPROGS, TransitionProbabilityGeostatistics),使用基于馬爾科夫鏈性質(zhì)的含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型轉(zhuǎn)移概率,替代指示變異函數(shù)或協(xié)方差實(shí)現(xiàn)指示地統(tǒng)計(jì)，從而根據(jù)鉆孔巖性數(shù)據(jù)建立含水介質(zhì)三維空間模型。含水介質(zhì)及其參數(shù)具有非均質(zhì)性和尺度特性，其往往表現(xiàn)為大尺度上的結(jié)構(gòu)性和小尺度上的隨機(jī)性特征。傳統(tǒng)上，使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法，是基于研究區(qū)全部鉆孔含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型分布數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)移概率從而進(jìn)行模擬的，其模擬結(jié)果往往只能體現(xiàn)單一尺度上的含水介質(zhì)分布信息，難以體現(xiàn)水文地質(zhì)的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性耦合特征；而且，在自然界中不同區(qū)域的含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型分布規(guī)律并不相同，即含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型的空間變異性是一種非平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，而傳統(tǒng)方法使用所有鉆孔數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)移概率，其無(wú)法描述不同水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體之間的含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型分布特征的差異性。而且這種問(wèn)題不僅在轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)建模時(shí)存在，對(duì)于序貫指示模擬(Sequentialindicatorsimulation)和指示克里金方法(IndicatorKriging)等，同樣存在類(lèi)似問(wèn)題。因此，迫切需要提出一種新的處理方法以解決含水介質(zhì)建模時(shí)存在的上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種利用鉆孔巖性數(shù)據(jù)的含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法，以便使模擬結(jié)果即可以體現(xiàn)含水介質(zhì)的結(jié)構(gòu)性，又可以體現(xiàn)含水介質(zhì)的隨機(jī)性耦合特征。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:本發(fā)明含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法，其特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:(I)建立父尺度模型:以被測(cè)區(qū)域?yàn)橹行膭澏〝U(kuò)展區(qū)域，所述擴(kuò)展區(qū)域包含所述被測(cè)區(qū)域；將所述擴(kuò)展區(qū)域中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按巖性的含水性質(zhì)分類(lèi)為m類(lèi)，分別標(biāo)記為父尺度材質(zhì)類(lèi)別i，i=l，2，…，m，利用所述父尺度材質(zhì)類(lèi)別i使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行模擬，建立初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型，以所述初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型作為父尺度模型；(2)建立父尺度模型中所有材質(zhì)類(lèi)別分別對(duì)應(yīng)的子尺度模型:(a)以被測(cè)區(qū)域?yàn)樽映叨饶Ｐ偷淖映叨饶M范圍，將所述子尺度模擬范圍內(nèi)的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按巖性的含水性質(zhì)分為n類(lèi)，標(biāo)記為子尺度材質(zhì)類(lèi)別j，j=l,2, -, n, n ^ m ；
(b)統(tǒng)計(jì)所述子尺度模擬范圍內(nèi)的父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所對(duì)應(yīng)的子尺度材質(zhì)類(lèi)別j，使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行模擬，建立子尺度模擬范圍內(nèi)的與父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所對(duì)應(yīng)的各子尺度模型i ;所述子尺度模型i在空間直角坐標(biāo)系中X、Y、Z三個(gè)方向的網(wǎng)格大小分別為父尺度模型相同方向的網(wǎng)格大小的整數(shù)分之一倍；所述子尺度模型i的位置和體積按如下方法設(shè)置:若所述子尺度模擬范圍的邊界位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，則所述子尺度模型i的位置與所述子尺度模擬范圍的位置相同，所述子尺度模型i的體積等于所述子尺度模擬范圍的體積；若所述子尺度模擬范圍的邊界不位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，則將子尺度模擬范圍向外擴(kuò)大到子尺度模擬范圍的邊界位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，得外擴(kuò)子尺度模擬范圍，所述子尺度模型i的位置與所述外擴(kuò)子尺度模擬范圍的位置相同，所述子尺度模型i的體積等于所述外擴(kuò)子尺度模擬范圍的體積；(3)父尺度模型與子尺度模型的融合:將子尺度模擬范圍內(nèi)的父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所在區(qū)域用子尺度模型i的相同區(qū)域替換，得到被測(cè)區(qū)域含水介質(zhì)模型。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:1、本發(fā)明使用具有結(jié)構(gòu)性特征的父尺度模型作為先驗(yàn)知識(shí)，約束提取各材質(zhì)類(lèi)別對(duì)應(yīng)的子尺度建模的數(shù)據(jù)，然后建立子尺度的隨機(jī)模型，最后再耦合兩個(gè)尺度的模型，使得建立的含水介質(zhì)模型兼具有父尺度的結(jié)構(gòu)性和子尺度的隨機(jī)性；2、本發(fā)明在建立各子尺度模型時(shí)，所使用的建模數(shù)據(jù)是父尺度模型對(duì)應(yīng)材質(zhì)類(lèi)型控制的子尺度的鉆孔材質(zhì)類(lèi)型數(shù) 據(jù)，因此，子尺度模型計(jì)算的轉(zhuǎn)移概率更符合含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)型的空間分布規(guī)律；3、本發(fā)明在父尺度和子尺度兩個(gè)尺度上分別對(duì)鉆孔巖性數(shù)據(jù)進(jìn)行概化，使得不同尺度使用不同詳細(xì)程度的含水介質(zhì)分類(lèi)數(shù)據(jù)，從而使建立的含水介質(zhì)模型具有相應(yīng)尺度的概化特性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中m=2時(shí)建立的父尺度模型示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中n=4、子尺度模擬范圍為整個(gè)父尺度模型的區(qū)域時(shí)，父尺度模型與子尺度模型的融合示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:本實(shí)例以美國(guó)密歇根州渥太華縣轄區(qū)內(nèi)主體部分的矩形區(qū)域?yàn)楸粶y(cè)區(qū)域。本實(shí)施例中含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法，按如下步驟進(jìn)行:(I)建立父尺度模型:以所述被測(cè)區(qū)域?yàn)橹行膭澏〝U(kuò)展區(qū)域，擴(kuò)展區(qū)域包含被測(cè)區(qū)域。本實(shí)施例中被測(cè)區(qū)域與擴(kuò)展區(qū)域相同。將擴(kuò)展區(qū)域中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按照表I的父尺度鉆孔巖性與含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)別對(duì)照關(guān)系分類(lèi)為I含水材質(zhì)、II隔水材質(zhì)兩類(lèi)，分別標(biāo)記為父尺度材質(zhì)類(lèi)別i，i=l，2，所述父尺度材質(zhì)類(lèi)別i數(shù)據(jù)格式為:ID、X、Y、Z、H、材質(zhì)類(lèi)別，同一鉆孔垂向上不同材質(zhì)段ID相同，X和Y表示材質(zhì)段的平面坐標(biāo)，Z表示材質(zhì)段頂部高程，H表示材質(zhì)段長(zhǎng)度，材質(zhì)類(lèi)別用I或II表示。利用所述父尺度材質(zhì)類(lèi)別i使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行模擬，建立初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型，以所述初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型作為父尺度模型；模擬結(jié)果如圖1所示，模型的參數(shù)如下:X方向:最小值:477599(m)，網(wǎng)格大小:682(m)，網(wǎng)格個(gè)數(shù):60(個(gè))；Y方向:最小值:245725(m)，網(wǎng)格大小:682(m)，網(wǎng)格個(gè)數(shù):59(個(gè))；Z方向:最小值:130.37(m)，網(wǎng)格大小:3.29(m)，網(wǎng)格個(gè)數(shù):40(個(gè))；轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)是基于馬爾科夫鏈性質(zhì)進(jìn)行材質(zhì)轉(zhuǎn)移概率統(tǒng)計(jì)，然后使用序貫指示模擬，并使用退火模擬優(yōu)化的一套方法，該方法具體原理參照(Carle，S.F.(1999).T-PROGS:TransitionProbabiIityGeostatisticalSoftware(Version2.1), HydrologicSciencesGraduateGroup, UniversityofCalifornia, Davis.)。表1父尺度鉆孔巖性與含水介質(zhì)材質(zhì)類(lèi)別對(duì)照關(guān)系

權(quán)利要求
1.一種含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: (1)建立父尺度模型: 以被測(cè)區(qū)域?yàn)橹行膭澏〝U(kuò)展區(qū)域，所述擴(kuò)展區(qū)域包含所述被測(cè)區(qū)域； 將所述擴(kuò)展區(qū)域中的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按巖性的含水性質(zhì)分類(lèi)為m類(lèi)，分別標(biāo)記為父尺度材質(zhì)類(lèi)別i，i=l，2，…，m，利用所述父尺度材質(zhì)類(lèi)別i使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行模擬，建立初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型，以所述初始尺度的含水介質(zhì)三維網(wǎng)格模型作為父尺度模型； (2)建立父尺度模型中所有材質(zhì)類(lèi)別分別對(duì)應(yīng)的子尺度模型: Ca)以被測(cè)區(qū)域?yàn)樽映叨饶Ｐ偷淖映叨饶M范圍，將所述子尺度模擬范圍內(nèi)的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按巖性的含水性質(zhì)分為n類(lèi)，標(biāo)記為子尺度材質(zhì)類(lèi)別j，j=l,2, -, n, n ^ m ； (b)統(tǒng)計(jì)所述子尺度模擬范圍內(nèi)的父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所對(duì)應(yīng)的子尺度材質(zhì)類(lèi)別j，使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行模擬，建立子尺度模擬范圍內(nèi)的與父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所對(duì)應(yīng)的各子尺度模型i ;所述子尺度模型i在空間直角坐標(biāo)系中X、Y、Z三個(gè)方向的網(wǎng)格大小分別為父尺度模型相同方向的網(wǎng)格大小的整數(shù)分之一倍；所述子尺度模型i的位置和體積按如下方法設(shè)置: 若所述子尺度模擬范圍的邊界位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，則所述子尺度模型i的位置與所述子尺度模擬范圍的位置相同，所述子尺度模型i的體積等于所述子尺度模擬范圍的體積； 若所述子尺度模擬范圍的邊界不位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，則將子尺度模擬范圍向外擴(kuò)大到子尺度模擬范圍的邊界位于父尺度模型的網(wǎng)格線上，得外擴(kuò)子尺度模擬范圍，所述子尺度模型i的位置與所述外擴(kuò)子尺度模擬范圍的位置相同，所述子尺度模型i的體積等于所述外擴(kuò)子尺度模擬范圍的體積； (3)父尺度模型與子尺度模型的融合: 將子尺度模擬范圍內(nèi)的父尺度材質(zhì)類(lèi)別i所在區(qū)域用子尺度模型i的相同區(qū)域替換，得到被測(cè)區(qū)域含水介質(zhì)模型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含水介質(zhì)模型的多尺度隨機(jī)耦合建模方法，其特征是以被測(cè)區(qū)域?yàn)橹行膭澏〝U(kuò)展區(qū)域，擴(kuò)展區(qū)域包含被測(cè)區(qū)域；將擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)的鉆孔巖性數(shù)據(jù)按巖性的含水性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，使用轉(zhuǎn)移概率地統(tǒng)計(jì)方法建立父尺度模型，然后建立父尺度模型中被測(cè)區(qū)域內(nèi)所有材質(zhì)類(lèi)別分別對(duì)應(yīng)的子尺度模型，最后將子尺度模型與父尺度模型融合。本發(fā)明使用父尺度模型的材質(zhì)空間分布作為先驗(yàn)知識(shí)，約束選取父尺度模型中各材質(zhì)類(lèi)別分別對(duì)應(yīng)的子尺度的建模數(shù)據(jù)，使得建立子尺度模型的數(shù)據(jù)是使用父尺度同一材質(zhì)控制的子尺度的數(shù)據(jù)，建模數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性更符合該材質(zhì)的空間分布規(guī)律，且使得建立的耦合含水介質(zhì)模型兼具有父尺度的結(jié)構(gòu)性和子尺度的隨機(jī)性優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103246783SQ20131019523
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者馬雷, 錢(qián)家忠, 趙衛(wèi)東 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)