滨海区垃圾填埋场地的精细化三维地质建模及应用研究

In the coastal area of China, old landfills are required to be adequately treated for reuse of the site as rapid urbanization. The scheme of site selection for new advanced landfills should also be improved and optimized to avoid risks for environment and human life. Waste landfill sites in coastal area commonly meet bad engineering geological problems such as unstability, differential settlement, and pollution of groundwater. Seldom researches for stages of site selection, loading and management, and closure use the geological information sufficiently. Thus, high-resolution 3D geological modeling methods still need to be developed.The present research contains three main contents. Firstly, a high-resolution geological modeling methodology based on stochastic simulation and evolution of geological field are established. Then, the model is quantitatively evaluated by proposed techniques with regard of information entropy. Finally, coupling with a case study in coastal area, the time series analysis of the dynamic evolution of the boundary of contaminated area is carried out. The anticipated achievements can not only remediate the conflict of waste landfills and rapid urbanization, but also can provide sophisticated geological information and control risks for construction of undergound tunneling, pipelines, civil air-defense engineering, etc.

我国滨海地区经济发达，城镇化建设的速度很快，已处于城区内的老旧垃圾填埋场急需进行环境治理和土地再利用，而新填埋场地的优化选址水平还有待提高。滨海区垃圾填埋场地普遍存在场地稳定性较差、差异沉降过大、地下水污染等不良工程地质问题，而已有研究在规划选址、运营管理、封场修复阶段对地质信息的利用效率明显不够，亟待开展精细化三维地质建模的深入研究。为了实现滨海区城市浅层地质信息的高效利用，结合实际填埋场地的工程地质特征，本项目拟开展以下三个方面的研究：（1）基于随机理论和地质信息场演化的精细化三维地质模型构建；2）三维地质模型的不确定性因素识别和定量表征；3）垃圾填埋场地污染边界的时序特征及预测方法。相关研究成果不仅有助于缓解滨海区垃圾填埋场与城镇化建设之间的矛盾，而且还可以服务于城市地铁隧道、地下管线、人防工程等领域的规划和地质灾害防治，具有重要的实际意义和学术价值。

三维地质模型是国家现重点建设的城市地质大数据信息平台的重要组成部分，是智慧城市建设不可或缺的基础组成。随着我国城市化进程的深入，虽在大量的基础设施建设过程中存有海量地质勘察数据，但现有城市地质信息系统难以全面支撑服务城市规划、重大工程建设、地下空间管控、经济资源勘察、地质安全监测以及智慧化城市管理等，环境污染和工程建设引发的地质灾害等问题凸显，严重制约了城市的可持续发展。本项目主要针对城市地质数据库的特征，开展多尺度、精细化三维地质建模和模型评价方法研究，为丰富我国立体地质数据库提供必要手段；并以对场地条件精细化的表述为基础，结合工程地质评估、防灾减灾、数据分析等方法，解决城市建设中的环境地质、工程地质、岩土工程等问题，为城市的韧性发展服务。项目组成员通过调研手段，梳理了在城市地质数据库中广泛存在的数据类型为原始目标的钻孔记录、数字高程信息、场地纵横剖面图、地质描述资料；提出了基于数据库技术、地理信息系统技术、三维可视化技术等多种手段的数据清理与质量控制手段；在获得高质量建模数据之后，提出了包含基于变异函数的数据分析和共性提取、三维结构模型建立和地质属性交叉检测，以及三维立体模型构建方法的一整套城市尺度三维地质建模方法；在城市尺度模型的基础上，提出了基于三维地质统计学的高精度、工程尺度三维属性建模方法；分析了城市三维地质模型不确定性影响因素，并提出了地质模型定量评估方法；测试了不考虑时间序列的回归算法、树模型，以及考虑时间序列的神经网络算法在城市地质信息预测中的应用适应性。将上述方法在滨海区垃圾填埋场等多个场地进行了应用，解决了实际问题，取得了良好的效果。依托本项目研究，已出版专著1本（《城市环境下多尺度三维地质建模方法及应用实例分析》），已发表学术论文4篇（SCI收录3篇，EI收录1篇），授权国家发明专利3项。