三维水文地质建模技术研究综述

从空间数据模型、模型的构建方法、复杂地质体建模及应用三维水文地质模型进行地下水数值模拟等几个方面论述了三维水文地质建模技术的发展和研究现状,分析了目前三维水文地质建模技术的难点和不足;对未来三维水文地质建模技术的发展提出了建议;得出虽然目前一些难点和不足限制着三维水文地质建模技术的发展和应用,但由于水文地质行业对可视化及定量化的迫切需求及建模理论和建模技术的提高,其在水文地质行业中将发挥越来越重要的作用;最后,指出了针对不同应用的指导性质的概化原则、方法及标准体系的研究是未来专业水文地质工作人员重点研究的方向之一.     

GIS技术在水文地质领域的应用进展

地理信息系统(GIS)是水文地质研究的一个重要工具,地理信息系统在水文地质领域的应用是水文地质研究的热点之一。在总结近年来国内外大量相关研究成果的基础上,从基于GIS的地下水资源评价、地下水资源管理、地面沉降、地下水水质评价及污染物分析、水文地质调查、地下水保护,以及GIS与数值模拟技术的结合等方面介绍了地理信息系统在水文地质领域的最新应用,提出了GIS在水文地质领域应用存在的问题,并对今后GIS在水文地质领域的应用进行了展望。指出,今后应加强GIS与地下水模型及分布式水文模型的集成、基于GIS的地下水系统仿真三维或四维可视化、网络GIS技术的应用,以及流域水资源综合管理评价系统的建立等方面的研究。     

地下水数值模拟与可视化建模系统框架研究

针对现有孔隙地下水有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面存在的不足,以有限元数值计算方法和3D GIS平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,提出了孔隙地下水有限元分析过程的概念模型的构建、含水层介质的空间离散、水文地质参数提取与赋值等关键步骤,给出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。该技术框架旨在简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。结果表明:基于3D GIS构建的三维水文地质模型,可充分反映地下水系统在3D空间上的分布特征,形成合理的水文地质概念模型,所提出的自适应格网动态生成机制,能够有效改进有限元数值模拟精度和效率。     

刍议体视化技术在地下水勘查评价中的应用

针对地下水不合理开发利用所引发的环境地质问题,指出地下水勘查评价中需要体视化技术,对当前国内外地下水体视化软件进行了详细的分析和比较。分析了体视化技术在地下水勘查和评价中的作用及应用,运用现有体视化软件和针对具体的问题开发新的软件是实现地下水勘查评价的体视化的两个途径。展望了体视化技术在地下水勘查评价中的应用前景。     

基于Visual Modflow的腾龙台地地下水数值模拟研究

Visual Modflow是综合Modflow、Modpath、MT3D、RT3D和WIN PEST等地下水模型而开发的可视化地下水模拟软件。新疆若羌县腾龙台地在充分研究该区区域地质、水文地质的情况下,使用Visual Modflow在该地区进行了地下水资源的模拟与预报,建立全区的水文地质数值模型(三维流数值模拟模型),发现强隐式法(SIP)求解方法精确度最高。按照设计开采量对地下水资源水位进行预报,根据模型预报结果设计开采量是可行的。实际应用表明Visual Modflow在地下水资源的评价中具有很高的应用和推广价值。     

淄博市大武水源地三维可视化信息系统建设探析

结合大武水源地水质污染、水文地质及管理平台建设现状,对大武水源地三维可视化信息系统建设,从技术经济、管理队伍方面论证系统建设运行的可行性。通过水文地质调查、钻探、物探、流向流速测量、抽水试验、示踪试验、土样水样检测,建立三维可视化信息系统,并对系统运行等进行监测分析。认为该系统的建设可为水源地地下水污染防治、地面水环境生态修复、工业企业水污染突发事件防控、水井开采布局和水资源优化配置等工作提供技术支撑。     

哈尔滨市松北区地下水流系统数值模拟

在含水系统三维立体模型的基础上，进行合理的概化，建立起水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型，所建立的数学模型能较真实地刻画研究区的地下水系统特征，仿真性强。     

盐城市地下水资源规划评价三维数值模型

根据盐城市地下水系统的水文地质机制,在概化出盐城市地下水系统水文地质概念模型的基础上,建立了盐城市地下水资源规划评价的三维数值模型,并针对盐城市对各含水层地下水水位的控制要求,给出了各含水层的最优开采量,为合理开发利用盐城市地下水资源提供了科学依据。     

国内水文地质三维可视化现状研究

水文地质学本身是三维科学,以往受技术的限制,对水文地质现象和规律的刻画只能通过二维图件,对空间信息采取隐含的存储和表达方式,使得水文地质分析工作变得十分抽象.三维可视化可直观再现水文地质现象和规律的空间特征,同时可辅助水文地质专家进行可视化分析研究,工作效率将大大提高.笔者对水文地质三维可视化技术研究和应用现状进行分析,总结了目前国内主要的研究方向和应用领域,阐述了未来的发展前景.     

多层含水层系统的地下水流模拟模型

河北平原(北京、天津以南部分)东部地区浅层地下水中咸水广布,深层地下水是工农业用水的主要开采对象。很多地区因过量开采地下水引起了地下水位持续下降、降落漏斗不断扩大等不良水文地质现象的产生。本文通过对河北平原东部地区地质、水文地质条件的分析,把多层结构的地质体概化为三层结构的含水层系统,其中上下两层分别为潜水含水层和承压含水层,中间层为弱透水层。并用准三维流数学模型对含水层系统进行数值模拟,通过模型识别进一步查明研究区的水文地质条件,并对整个地区地下水资源从水量上进行评价,以利本区地下水特别是深层地下水的合理开采。     

陕西省吴堡县岔上水源地地下水允许开采量评价

根据陕西省吴堡县岔上水源地水文地质条件,确定了研究范围和边界条件,建立了研究区水文地质概念模型和地下水二维非稳定流数学模型,利用基于有限差分法的Visual MODFLOW进行地下水流数值模拟计算。经过模型的识别和验证,获取可靠的水文地质参数,然后对水源地地下水资源进行定量评价。通过对比设计了9种开采方案,选取了最为合理的开采方案,最终得到岔上水源地平枯期允许开采量均为6 880m3/d。根据模型预报结果,水源地目前的设计开采量是可行的。研究结果为研究区地下水资源的合理开发利用提供了依据。     

3-D VARIABLE PARAMETER NUMERICAL MODEL FOR EVALUATION OF THE PLANNED EXPLOITABLE GROUNDWATER RESOURCE IN RE-GIONAL UNCONSOLIDATED SEDIMENTS

In order to correctly evaluate the exploitable groundwater resource in regional complex,thick Quaternary unconsolidated sediments,the whole Quaternary unconsolidated sediments are considered as a unified hydrogeological unit and a 3-D unsteady groundwater flow numerical model is adopted.Meanwhile,with the consideration of the dynamic changes of the porosity,the hydraulic conductivity and the specific storage with the groundwater level dropping during the exploitation process,an improved composite element seepage matrix adjustment method is applied to solve the unsteady flow problem of free surface.In order to eva-luate the exploitable groundwater resource in Cangzhou,Hebei Province,the hydrogeological conceptual model of Cangzhou is generalized to establish,a 3-D variable parameter numerical model of Cangzhou.Based on the prediction of the present groundwater exploitation,and by adjusting the groundwater exploitation layout,the exploitable groundwater resource is predicted.The model enjoys features like good convergence,good stability and high precision.     

Three Dimensional Conceptualisation of Hydrogeological Environment to Underpin Groundwater Management in Irrigation Area

Australian irrigated agriculture utilises about 70?% of all water used in the country, 21?% of which is derived from groundwater. Sustainability for irrigated agriculture also depends on keeping the watertables at a safe level below the rootzone to avoid salinisation and reduction in crop yields. There is a vital need to understand groundwater and aquifer systems and their roles in the sustainability of irrigated agriculture in order to manage groundwater properly. This study builds on the previous hydrogeological and groundwater investigations of the Coleambally Irrigation Area (CIA) in New South Wales of Australia. It presents a new approach which systematically characterises regional hydrogeological environment using a three-dimensional (3-D) conceptual framework developed in ArcGIS. The 3-D hydrological conceptualisation of the CIA has integrated disparate sources of data into a coherent knowledge base for a better visualisation of hydrogeological characteristics and a comprehensive analysis of groundwater flow and aquifers. As an application example, the model was used to develop cross-sectional models of the area and to estimate regional-scale net recharge. The results have provided a basis for the numerical modelling and added values to procedures which underpin irrigation system management investment decisions through improving the understanding of hydrogeology underlying the area and creating an action-oriented dialogue among stakeholders.     

基于Cesium的流场可视化研究

由于三维虚拟仿真技术在各领域实际应用中缺少与专业的可视化软件有机结合的应用平台,尤其是流场可视化技术在虚拟仿真三维平台的运用。为了在 B /S 端三维虚拟仿真平台下实现流场可视化集成与展示,使用 GPGPU 技术完成流体方程在 GPU 中的并行计算,采用颜色、箭头、纹理变换、LIC 等多种流场可视化技术,实现在 Cesium 三维仿真平台流场展示。在 ThinkPad s5 笔记本上实现了 Web 端虚拟仿真三维平台流场可视化展示,结果显示,在浏览器分辨率 1 396×641 下,平台运行帧率保持 30 fps 以上,保证了画面流畅,同时实现了实时交互操作。综上所述,本平台弥补了 C /S端的不足,扩展了应用范围,丰富了原有系统的数据展示效果,为实时性、大容量科学计算及展示提供了核心技术,有望在虚拟现实和数值模拟方面得到更广泛应用。     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

地下水人工调蓄对二松流域水资源系统控制研究

本文在简要介绍了地下水人工调蓄对流域水资源系统的控制的基础上,对第二松花江流域水资源人工控制的现状进行了分析,根据流域水文地质特征,提出了几个重要的人工调蓄系统,并分别对各系统进行水量平衡、调蓄模式和效益分析.从而得出用地下水人工调蓄对二松流域水资源系统进行控制是可行的结论.     

碾压混凝土坝施工三维动态可视化仿真系统研究

从系统仿真和可视化的角度，对碾压混凝土坝的施工过程进行仿真研究，开发出碾压混凝土坝施工三维动态可视化仿真系统．该系统以VC^ 为开发平台，结合数据库技术，针对碾压混凝土坝特有的混凝土分区、动态合仓等问题，提出相应的模拟假设后，实现了碾压混凝土坝施工过程的仿真计算，并通过三维建模，借助地理信息系统平台来演示大坝浇筑的三维动态上升过程．系统在某工程实例中进行了具体应用。为该工程的施工和管理提供了决策依据．     

多尺度有限元法在地下水模拟中的应用

本文详细介绍了多尺度有限元法的基本原理，并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题，对水文地质参数按函数连续变化、渐变和突变3种非均质多孔介质中的二维地下水稳定流、非稳定流分别用多尺度有限元法和传统有限元法进行了计算。计算结果的对比表明，多尺度有限元法比传统有限元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

黎塘地区岩溶水文地质及水资源评价

通过现场调查，对研究区岩溶水文地质条件及水资源的基本情况进行了初步研究，对研究区地下水资源总量、可利用量和开采量进行了估算，并对地表水资源总量进行了计算。其研究意义在于通过对黎塘地区水文地质条件以及水资源分布的综合性调查，通过对地下水和地表水的评价，为研究区水资源的合理利用提供科学依据，同时对其它地区进行水资源评价也起到借鉴作用。