Muligheder for 3D geologisk modellering i det urbane miljø. Fokus og metoder Geolog, projektleder Tom Martlev Pallesen, I GIS.

Transkript

1 Muligheder for. Fokus og metoder Geolog, projektleder Tom Martlev Pallesen, I GIS.

2 Disposition modeller? Metoder og værktøjer Modeltyper Udvikling af nye modelværktøjer

3 - dette oplæg Præsentation af muligheder i forbindelse med geologisk modellering i byområder. Udgangspunktet er modelleringsværktøjet GeoScene3D. Eksempler fra 2 urbane geologiske modelleringsprojekter fra Odense, Fyn. Opstilling af geologiske voxelmodeller. Udvikling af modelleringsværktøjer og arbejdsmetode i pilotområde ( Thomas B. Thriges gade ). Afprøvning af metodekoncept i case-område ( Skibshuskvarteret ).

4 Hvorfor (detaljerede) geologiske modeller i det urbane miljø? I de senere år har ønsket om detailkendskab og detailmodellering af de overfladenære jordlag i byområder fået stigende opmærksomhed i såvel indland som udland. Det skyldes bl.a. klimarelaterede problemer mere intensive nedbørsbegivenheder med oversvømmelser til følge. ændringer i grundvandsspejl nogle steder stiger det, andre steder falder det. (stigninger kan føre til oversvømmelser, fald kan føre til oxidation og forrådnelse af arkæologiske interesser, organiske aflejringer og medføre sætningsskader). større udnyttelse af by-rummet såvel på som under jordoverfladen. ønsker om lokal nedsivning af overfladevand frem for bortledning.

5 - modeller i det urbane miljø? Den geologiske model: Fundamentet for strømningsberegninger i jordlagene, hvortil overfladevand nedsiver og strømmer, styret af jordlagenes hydrauliske ledningsevner. Jo mere rigtig den geologiske model er, des mere sikre hydrologiske beregninger kan der foretages, og des bedre vil man kunne styre den overordnede vandbalance, forudsige og imødegå problemstillinger i relation til såvel grundvand som jordbundsforhold. En detaljeret geologisk model og et godt billede af grundvandsspejlet er væsentligt i mange aspekter af arbejdet i byrummet. Detailkendskab til de geologiske forhold kan samlet set være en stor økonomisk gevinst. Et rigtig godt planlægnings- og beslutningsredskab Figur fra:

6 Modellering af overfladenær geologi og fyldlag i byområder er kompleks. Det skyldes bl.a.: Naturlig geologisk variabilitet. Mange menneske-påførte ændringer i den oprindelige geologi ofte lang historik. Ønske om stor detaljegrad (små og tynde jordlags kan have stor indflydelse på lokale strømningsmæssige forhold). Derfor fokus på metode- og værktøjsudvikling!

7 Udvikling af metoder og værktøjer eksempler baseret på to cases To cases fra Odense by, hvor nye modelleringsteknikker og værktøjer er blevet udviklet i GeoScene3D og anvendt til at opbygning af detaljerede geologiske modeller med fokus på de overfladenære jordlag og særligt det antropogene lag. Case 1 (udvikling af metoder og værktøjer) :Thomas B. Thriges Gade 2015 (Odense midtby, lang historik) Pilot projekt delvist finansieret af VTU-fonden. Modellering af Sand-ler forhold (GEUS og I GIS). Case 2 (test af metodik) :Skibshuskvarteret 2016 (NØ-lige del af Odense, villakvarter) Pilot projekt hvor LAR-løsninger skal implementeres i nær fremtid. Opstilling af 2 geologiske modeller med forskellig detaljegrad danner inputmodel til strømningsmodel. Modellering af LogK-værdier (I GIS).

8 Projekt deltagere: Thomas B. Thriges Gade: Alectia GEUS I GIS Odense Kommune VandCenter Syd VTU Skibshuskvarteret: Alectia I GIS Odense Kommune VandCenter Syd Størrelse af modelområder: Skibshuskvarteret, regional = 8,96 km 2 Skibshuskvarteret, lokal = 0,39 km 2 Thomas B. Thriges Gade = 1,56 km 2 Fremhævet: = Primær projektansvarlig

9 Udvalgte udviklingsopgaver i projekt Thomas B. Thriges Gade : Import af ledningsnet og strukturelle elementer, herunder anvendelse af attributter. Værktøj til fremstilling af buffer (f.eks. ledningsgrave og vejkasser) omkring 3D elementer. 3D objekter skal kunne voxeleres i voxel-datasæt. 3D objekter skal kunne ses i profilsnit. Registrering af billedmateriale til et punkt, med udstrækning i z eksempelvis borejournaler i pdf-format. (Dertil et stort arbejde omkring tilvejebringelse og klargøring af data).

10 Hvilke data tager vi udgangspunkt i Geologisk relaterede data: Boringer og geologiske prøvebeskrivelser. Geofysik Overordnet vurdering og klassifikation af fyldtype. Jordartskort, historiske kort m.m. Anslået sand/ler forhold eller hydraulisk ledningsevne (LogK).

11 Hvilke data tager vi udgangspunkt i Strukturelle elementer, konstruktioner samt relaterede fyldmaterialer Så meget som muligt under jorden Overordnet vurdering af dimensioner og eventuelle fyldtyper Tidslig/historisk udvikling i forhold til etablering og anvendt fyldmateriale

12 Strukturelle elementer: Anvendelse af attributter Attributter: En eller flere egenskaber (diamenter, alder, dybde, materialetype m.m.), der kan kobles til et element. Muliggør farvekodning, dimensionering, positionering m.m. i forhold til f.eks. alder, rørdimension eller materialetype.

13 Eksempler på datatyper. Boringer (Jupiter, GeoGIS, lokale databaser, pdf) Geofysik (GERDA, GeoSoft m.m.). Logs, georadar, seismik. Geoteknik punktinformation og logs Infiltrationstests Rørledninger og ledningsgrave Befæstede arealer Bygninger særligt kældre og fundamenter Eksisterende lagmodeller Andre lagflader Punktinformationer (forurening)

14 Hvilke geologiske modeltyper kan håndtere de mange forskellige typer data?

15 Problemstillinger Klassiske lagmodeller tager udgangspunkt i at jordlagene overordnet er opbygget som en lagkage; de er mere eller mindre planparallelle. I realiteten er de på grund af geologiske- og menneskeskabte processer ofte meget forstyrrede og heterogene. Det kan håndteres med voxelmodeller

16 Voxelmodeller Voxler ( kasser ) med veldefineret udstrækning (X, Y, Z). 3D grids. Op til 600 mio. voxler i ét grid (i GeoScene3D). Hver enkelt voxel kan udvælges og kan tilskrives unikke egenskaber (lithologi, hydraulisk ledningsevne, alder, porøsitet osv.). I princippet kan al geologi håndteres og i stor detalje. Voxelmodel Voxelmodel (profil)

17 Udvikling af nye værktøjer i GeoScene3D til håndtering af urbane data

18 Udvikling af nye værktøjer i GeoScene3D Strukturelle data håndteres i forhold til dybder, dimension, alder osv. Strukturelle data omsættes til voxler i et foruddefineret voxelgrid. Alle voxler, der i voxelgriddet berøres af et givent objekt, kan få tilskrevet en værdi. Tilskrivningen kan være relativ og dermed tage højde for at det kun er en del af en voxel der er berørt af en rørledning. Der kan defineres traceer omkring f.eks. rør og vejkasser under veje 100/0 0/ Rørledninger farvekodet og dimensioneret på baggrund af attributterne dimension og alder.

19 Udvikling af nye værktøjer i GeoScene3D Vector Theme og Box / Pipe udvælgelse. Udvælgelse med Pipe funktion: Udvælgelse med Box funktion: (voxler med eksisterende information; Blend )

20 Eksempler på automatiseret udvælgelse af voxler på baggrund af region grow (3D grid; her DualEM) lagflader (Grids; her eksisterende lagmodel)

21 Eksempler på manuel udvælgelse og redigering af voxler i kortvinduer profilsnit

22 Eksempler på manuel udvælgelse og redigering af voxler i kortvinduer Profilsnit Grus og sand Fed ler

23 Tilbage til de to modeller håndtering af geologisk viden Fælles for de to modeller: Skibshuskvarteret jordtyper/logk Alle basis data (boringer, strukturelle elementer) Geologiske lag fra eksisterende geologisk model udgør modelgrundlaget for de præantropogene lag og konverteres til voxler. Thomas B. Thriges Gade - fyldtyper Thomas B. Thriges Gade Skibshuskvarteret Lithologisk model (sand-ler fraktion) Skala fra 0% to 100% sand Hydrauliske ledningsevner - LogK værdier (m/s) LogK skala fra 0 to -12 (K= 1 to 1E-12 m/s) Fyld: Dybde og sammensætning. 3 klasser med anslået sand-ler forhold (subjektivt!). Fyld interpoleret i 3D og importeret til voxelmodellen. Lag fra eksisterende hydrostratigrafisk model voxeleres og tildeles sand-ler forhold. Fyld inddelt i 5 sub-kategorier og tildelt logk værdier (subjektivt!). Fyld interpoleret i 3D og importeret til voxelmodellen. Hydrauliske ledningsevner er baseret på erfaringsværdier fra litteraturen. Jordartskort anvendes til 1 mut. Fyld erstatter jordartskort til bunden af fyldlaget. Lag fra eksisterende hydrostratigrafisk model anvendes under fyldlag/jordartskort. Voxelering. Lokale justeringer udført. Moræneler er underinddelt i en øvre opsprækket og nedre kompakt enhed.

24 Eksempler på håndtering af data og geologisk viden (fra Skibshuskvarteret) Geofysiske data (EM38 og CMD-Explorer): (Tolkninger udført af Alectia). Elektrisk ledningsevne oversat til forventet geologi, sammenholdt med voxelmodel. Ved afvigelser er der foretaget modelopdatering. Hydrauliske infiltrationstests Beregnede hydrauliske ledningsevner (logk) er sammenholdt med voxelgrid og om nødvendigt er der foretaget lokale ændringer i voxelmodel.

25 Urban voxel model (Thomas B. Thriges gade) simplificeret eksempel på Voxler: 5x5x0,5 m 100% sand 100% ler 5. Bygninger og øvrige strukturelle elementer indarbejdes. Lagflader fra regional model indlæses og voxeleres Bund Resten Boringer Fyldet af af interpoleres fyldlaget fyldlaget samt drikkevand- og udfyldes i fyld-kategorier 3D. og med spildevandsledninger anslået indlæses gennemsnits indlæst fyld og (genindbygget vist i forhold moræneler). til diameter

26 Urban voxel model Skibshuskvarteret. (LogK-værdier) Cross section LogK

27 Nogle facts Thomas B. Thriges gade Celle størrelse: 5 x 5 x 0,5 m. Grid størrelse: 1200 x 1300 x 30 m # voxler: 3,74 mio. Sand/ler forhold Antropogen lagtykkelse lag varierer fra 0,5 til 12 m Voxelmodellen er kombineret med en opdateret regional hydrostratigrafisk model (GEUS 2015), som er konverteret til en voxelmodel Skibshuskvarteret Celle størrelse, Regional: 10 x 10 x 1 m. Grid størrelse: 3200 x 2800 x 60 m # voxler = 5,50 mio. Celle størrelse, lokal: 1 x 1 x 1 m. Grid størrelse: 600 x 650 x 23 m # voxler = 9,39 mio. Hydraulisk ledningsevne (logk) Antropogen lagtykkelse lag varierer mellem 0,5 to 8 m Voxelmodellen er kombineret med en opdateret regional hydrostratigrafisk model (GEUS 2015), som er konverteret til en voxelmodel Lokal (1x1x1 m) Regional (10x10x1)

28 Udlandet Urbane geologiske modeller har stor opmærksomhed i udlandet, her i blandt Norge, Sverige, Polen, Holland og flere andre europæiske lande. Diverse arbejdsgrupper og fora for fælles projekter og erfaringsudveksling (COST Sub Urban). Internationalt samarbejde og erfaringsudveksling.

29 Urbane voxelmodeller - muligheder og perspektiver Mulighed for opstilling af meget detaljerede geologiske modeller. Modellering af potentielle transportveje (eller barrierer) traceer m.m. Aktiv styring af (dele af) vandbalancen. Inddragelse og anvendelse af mange forskellige datatyper, herunder strukturelle elementer og dermed håndtering af menneskeskabte påvirkninger. Udarbejdelse af modeller til mange formål - byudvikling - geoteknik - LAR-løsninger, - nedsivningsegnede områder - jordforurening - grundvandsstrømninger - sårbarheder - risikovurderinger Én model optimeret til flere forskellige formål. Samlet gevinst: Generelt bedre beslutningsgrundlag, netto besparelser på projekter, fremtidssikring i forhold til klimaændringer

30 Urbane voxelmodeller - muligheder og perspektiver Profilsnit og visning af data i 2D og 3D. Isolering af lithologityper, jordlag med bestemte logk-værdi m.m. Horisontale og vertikale snit. Volumenberegninger på enkelt eller total parametre, med og uden grænser (lagflader, områdeafgræsninger), vertikalt og horisontalt. Nem når alt er på plads % sand. Samlet volumen = m % sand. Samlet volumen = m 3. Ler-sand fordeling. Kote 4 (DNN).

31 Urbane voxelmodeller - muligheder og perspektiver Mere viden, bedre planlægning, reduktion af omkostninger som med BIM modeller (Bygnings Informations Modellering) Modellering Dataindsamling Og forståelsesmodel Modelopstilling Design og planlægning (infrastruktur, byggerier m.m.) Udførelses fase

32 Urbane voxelmodeller - tidsrøverne Fremskafning af data Klargøring af data Voxelleringsprocessen er datatung

33 Tak for opmærksomheden Reference VTU rapporter: