Geoinformatické modelování rozpukaných oblastí

1. Geoinformatické modelování rozpukaných oblastí RNDr. Blanka Malá, Ph.D. Ing. David Tomčík Technická univerzita v Liberci Fakulta mechatroniky Ústav nových technologií a aplikované informatiky

2. Problematika • Modely pro studium procesů v horninovém prostředí Proč tyto modely? • využití geologického prostředí pro ukládání nebezpečného odpadu, např. vyhořelého jaderného paliva. • řešení scénářů vývoje kontaminace podzemních vod při úniku nebezpečných látek z průmyslu, skládek atd. • úložiště aktivních odpadů v granitických horninách Granitické horniny: • složitá struktura, pukliny a puklinové zóny různého rozsahu • Pukliny = potenciální cesta pro migraci kontaminace • hydrogeologické a transportní modely (Flow123d, Modflow, Feflow) • Pukliny podstatné pro analýzu

3. Proč vytváříme naše účelové modely • Geoinformatické modely • geometrický model • modelová síť • Využití • Vstupy do hydrogeologických a transportních modelů.

4. Náš úkol v celém procesu1)reálná data geometrický model Reálná data • Geologická data (typy hornin, rozhraní hornin, pukliny) • Hydrogeologická data (hladina podzemní vody, propustnosti hornin) • Hydrologická data (rozvodnice, vodní toky, povrchový odtok) • Fyzickogeografická data (konfigurace terénu, klimatické a srážkové podmínky) + Další požadavky (velikost oblasti, rozlišení, klasifikace dat, stupeň generalizace, počet elementů výsledného modelu) Geometrický model

5. Náš úkol v celém procesu2) naplnění daty • Geometrický model • Modelová síť Soubory pro: • Okrajové podmínky • Popis vlastností jednotlivých částí modelu

6. Naše část celého procesu modelování= příprava vstupních souborů pro hydrogeologické modely Vývoj metodiky pro: • Předzpracování dat • Výstavbu geometrických modelů a modelových sítí • Přiřazení vlastností prvkům modelu (naplnění daty v úrovni geometrického modelu a v úrovni modelové sítě) • Automatizované řešení (výstavba a modifikace geometrického modelu, generování modelové sítě, naplnění daty) Využíváme: GIS, přístupů geoinformatického modelování, aplikací propojení GIS a generátoru sítí zájmová území odlišná – metody obecné

7. Co nás zajímá v modelovaném území Objekty a jevy na povrchu i pod zemským povrchem, které mají: • vliv na proudění vody v podzemí i na povrchu, • vliv na rychlost a směr proudění, • vliv na celkovou bilanci vody v území, • vliv na možnost šíření kontaminace. Speciální geoinformatický model území • je tvořený geometrickým modelem a modelovou sítí, • je nezbytnou součástí hydrogeologických a transportních modelů, • respektuje geologické a geografické charakteristiky daného území.

8. Podkladová data Hranice modelovaného území • hranice horizontální (např. na mapě), vymezení do hloubky. Popis území • mapy v analogové a digitální formě, data v tabulkách či databázích hydrologie - vodní toky a vodní plochy, povodí, průběh rozvodí, povrch reliéfu. geologie • horninové složení, tektonické oblasti, puklinové zóny a jejich průběh, průběh rozhraní hornin, horizontální rozvrstvení hornin • fyzikální vlastnosti hornin, vlastnosti puklin v horninovém prostředí, hydrogeologie • studny, prameny, geologické vrty, výšky hladiny podzemní vody a potřebné výsledky měření, důlní mapy, geologické profily socioekonomická data • aktivity způsobující kontaminace povrchu • objekty a jevy, které mohou být kontaminací ovlivněny. výstavba geometrického modelu a modelové sítě naplnění geometrického modelu a modelové sítě daty.

9. Geometrický model • popis oblasti z pohledu geometrie území. • objemový model • elementy geometrického modelu: 0D – bod, 1D - linie, 2D – rovina, 3D - objem. • každý element má svoji definici ve zdrojovém kódu (chápání geometrického modelu - CAD drátový model)

10. Geometrický model Geometrie části bloku rozpukané horniny Dekompozice na dílčí objemy a povrchy v prostoru

11. Naplnění geometrického modelu daty • definování množin elementů geometrického modelu v souladu s jejich fyzikálními vlastnostmi fyzikální skupiny fyzikální objem (množina všech objemů, které mají danou vlastnost (např. druh horniny, propustnost dané horniny, porozita)). fyzikální plocha (podle vlastností rozhraní hornin, charakteristik puklin, aj.) fyzikální linie (vodní toky, rozvodí, aj.)

12. Fyzikální skupiny Vizualizace fyzikálních ploch podle přiřazených vlastností

13. Fyzikální skupiny Fyzikální linie – vodní toky Fyzikální plochy – pukliny vertikálního průběhu

14. Modelová síť • model tvořený 1D, 2D a 3D elementy v prostoru. • úsečky, trojúhelníky, čtyřstěny • vyplní linie, plochy a objemy geometrického modelu konečným počtem elementů sítě • Délka strany elementu sítě – dle rozlišení geometrického modelu a požadavku na počet elementů sítě

15. Modelová síť

16. Naplnění modelové sítě daty • Elementy sítě převezmou informaci o fyzikální skupině geometrického modelu • Další objekty a jevy (studna, pramen, vrt, zdroj kontaminace) – přiřazení elementu sítě podle polohy (x,y,z) • Seznam elementů sítě na hranici modelu – dle typu hranice (pro zadání okrajových podmínek) • Dál už pokračují modeláři proudění a transportu

17. Naplnění modelové sítě daty Elementy modelové sítě podle příslušnosti k typu horniny Vlastnost elementy sítě převezmou z geometrického modelu

18. Naplnění modelové sítě daty Přiřazení vlastnosti elementu sítě na základě polohy

19. Postupy modelování • Zpracování zdrojových dat • Geoinformační systém území • Předzpracování dat pro model • Výstavba geometrického modelu a modelové sítě (GMSH) • Automatizace procesu (Convert2Geo) Podrobně v článku

20. Děkuji za pozornost