前言：本站為你精心整理了三維水文地質(zhì)建模技術(shù)研究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：

水文地質(zhì)多樣性，變化復雜，規(guī)律難尋，給礦井的開采、隧道的挖掘工作增加了很大的風險性。近年來因水害引發(fā)的安全事故，造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失不可計量。因此進行水文地質(zhì)的三維建模，實現(xiàn)水文地質(zhì)的可視化將增加地下工作者對地質(zhì)和水位等地下環(huán)境的了解，更利于施工作業(yè)，減少安全隱患。文章主要介紹三維水文地質(zhì)建模的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、建模的方法，并提出其中存在的不足，給予切實可行的建議，以期三維水位地質(zhì)建模技術(shù)有更快的發(fā)展，更好的為公眾服務(wù)。

關(guān)鍵詞：

煤礦；水文地質(zhì)；礦井涌水量

如同建筑三維模型一般，三維水文模型可以形象的模擬地下情況，搜集更多的資料信息，并最大程度的將多種資料集成，輸出科學可靠的數(shù)據(jù)資料，為地下工作提供了合理的依據(jù)。并且三維水文建模技術(shù)的應(yīng)用可以最大程度的減少儲層預(yù)測的不確定性，為地下工作人員提供了安全保障，因此對三維水文地質(zhì)的研究意義重大。

1地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀

水是人類賴以生存的寶貴資源，人類對水資源的認知還有很大的不足，尤其是對地下水資源。不同于地上水可以直接觀測，地下水在地表以下，或者存在于地下巖體空間里，因此人們很難直接了解到地下水的形態(tài)、空間位置、源頭流向和地質(zhì)情況，這給地下開采和施工都帶來了很大的困難。一般勘測只能描繪出水文地質(zhì)的二維平面，結(jié)果存在著較大的誤差，研究過程中也有很大的不可靠性。利用計算機將二維地質(zhì)信息進行立體化，將隱蔽的地下情況可視化，建立空間地質(zhì)模型，并且進行任意截面的地質(zhì)情況的分析，全空間的分析將地質(zhì)情況，地下水的分布情況以及運動規(guī)律和形態(tài)以實圖的形式展現(xiàn)在研究者面前，掃清勘察盲區(qū)。在三維模型建立的同時會自動生成三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，更利于后續(xù)工作的進行，減輕水文地質(zhì)工作者的工作量，節(jié)省勘探時間，結(jié)果也更真實可靠。因為經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)水平的限制，我國的三維水文地質(zhì)建模技術(shù)起步較晚，最初的研究始于上世紀90年代.三維建模涉及多門學科，其中包括計算機、物理、數(shù)學、地質(zhì)、水文，是一門復雜交叉性學科，而且在早期一些地質(zhì)水文資料短缺，專業(yè)水平低下，因此我國的三維建模還處于初級階段。

1.1空間數(shù)據(jù)模型

三維水文地質(zhì)最重要的一點就是要建立空間的數(shù)據(jù)模型，將二維地質(zhì)圖進行更具體的表達。國外這方面的研究起步較早，發(fā)展也很迅速，由于數(shù)據(jù)邏輯性清晰更利于研究，因此專家學者們對空間可是模型一致研究出來一系列的科學理論和三維建模方法。目前比較常用的數(shù)據(jù)模型主要有體模型、面模型和混合模型。這三種模型相輔相成，根據(jù)具體情況可以選擇不同的建模方式。這三種模型各自特點比較顯著，在選擇上也很簡單清晰。面模型更適用于地層的可視化，在模型更新時利用面模型也更加簡單快捷；體模型需要的數(shù)據(jù)更加龐大，處理數(shù)據(jù)時所消耗的時間較長，雖然對地質(zhì)的反應(yīng)上更加清晰明了，但對復雜地質(zhì)適應(yīng)性較差；混合模型的技術(shù)要求最高，雖然在建模時較為復雜，但其優(yōu)點是精度更高。綜合各種模型的特點，在選擇模型時要結(jié)合資源和效率以及研究的深度合理選模型。

1.2組織、管理和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)

三維模型的建立也并不是一蹴而就的，要在掌握大量的、多樣性的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上進行三維建模。大多數(shù)情況下，這些數(shù)據(jù)都是門類多樣包括圖形資料、數(shù)據(jù)資料、文字資料以及各種技術(shù)資料，面對大量的差異性較大的資料，對其進行組織管理是必備的。這些資料的完備性和準確性決定了建模結(jié)果的可靠性，因此對這些資料應(yīng)認真細心的進行科學的組織，管理和，以便更有效快捷的利用。近年來很多專家學者也對此進行了專門的研究，提出了很多有效地理論方法，但是與實際需求仍有較大的差異性，難以順利的在全行業(yè)進行推廣。

1.3復雜地質(zhì)體及地質(zhì)現(xiàn)象表達

地球經(jīng)過數(shù)億年的進化和發(fā)展，地下水文地質(zhì)復雜程度可想而知，斷層、褶皺等復雜地質(zhì)體和尖滅和倒樁等地質(zhì)現(xiàn)象在三維建模中經(jīng)常遇到。這些復雜的地質(zhì)現(xiàn)象都有著重大的水文地質(zhì)意義，增加了地質(zhì)空間的各向異性，同時也加大了建模的難度，因此要著重控制這些水文地質(zhì)條件。

1.4地下水數(shù)值模擬中三維水文地質(zhì)模型技術(shù)研究

地下水數(shù)值模擬是指對已知的水文地質(zhì)參數(shù)、補徑排條件及地質(zhì)框架等要素進行數(shù)值計算。由于模擬的復雜性和數(shù)據(jù)的龐大，在數(shù)值計算中容易造成結(jié)果的不確定性。對于此種缺陷，水文地質(zhì)專業(yè)借鑒有關(guān)專業(yè)建模的方法和技術(shù)進行數(shù)值模擬，在此過程中要將收集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一輸入，因此在實際操作中，模型的融合性和結(jié)果的可靠性還有待發(fā)展。

1.5水文地質(zhì)系統(tǒng)中的不確定性因素研究

在建模時使用的數(shù)據(jù)是確定的，但對于地質(zhì)條件是有很大的不確定性，因此在建模時也是存在著不確定性，對于不確定性的認識也具有重要意義。只有認識到不足才能充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，擯棄不可靠結(jié)果，取得更合理的建模思路和數(shù)據(jù)模擬。

2建模的主要對象

2.1地貌

地球表面的外貌形狀，主要有平原、丘陵、盆地、高山、大陸、深海平原等。建模雖是主要地底下情況的探究，但地表情況仍不可忽略，地表地下是息息相關(guān)的，地上部分也會影響著地下水的分布，因此在建模時也要將地表考慮在內(nèi)。

2.2地層巖性

底層是指在漫長演化期內(nèi)形成的層狀堆積物，巖性是堆積物或者巖石的物理屬性。由于形成時間不同，因此在同一地區(qū)所存在的地質(zhì)構(gòu)造也會有所不同，甚至會有截然不同的地貌地層特征。在不同時期內(nèi)形成的新老地層也會有一定的解除關(guān)系，這些接觸關(guān)系主要有：整合接觸、平行不整合接觸、角度不整合，每種整合方式都具有顯著的特點。

2.3構(gòu)造與地下水

構(gòu)造形式主要有褶皺（巖石受力彎曲變形形成的，表現(xiàn)為原來的平直面變?yōu)榍妫?、斷裂（是指巖石的斷裂，分為節(jié)理和斷層，由于建模精度先一般只考慮斷層）、透鏡體（地層厚度不穩(wěn)定出現(xiàn)兩側(cè)薄中間厚的情況）、侵入體（是指地下高韌性巖體在力的作用下由下向上流動地層）、鹽丘（鹽巖向上流動擠入圍巖，使上浮巖層產(chǎn)生拱區(qū)隆起）。地下水是指地層以下巖石空隙中的水，分為上層滯水、潛水和承壓水。

3對三維水文地質(zhì)建模技術(shù)的建議

3.1確定有限的工作目標

雖然三維建模技術(shù)不斷發(fā)展，逐漸趨向成熟，但是在某些復雜區(qū)域的建模和數(shù)據(jù)處理方面仍存在很多不足。為提高工作效率，減少不必要的金錢和時間的浪費，三維水文地質(zhì)建模技術(shù)要根據(jù)區(qū)域特點采用合理的建模方式和分析手段，明確研究目標，讓研究更加清晰，滿足專業(yè)要求。

3.2開發(fā)針對三維水文地質(zhì)的建模工具

現(xiàn)階段我國的三維水文建模主要是借鑒其他專業(yè)的建模方法，專業(yè)性的建模工具較少，還未完成形成完整的水文地質(zhì)三維建模體系。面對復雜地況，建模明顯功能欠缺，因此水文地質(zhì)領(lǐng)域急需開發(fā)出一款功能強大，處理速度快的專業(yè)建模軟件工具。這些軟件工具要具備專業(yè)處理能力，清晰地可視化和友好的界面，可以進行高效率的數(shù)值模擬和模型維護。同時兼顧使用者的理解和使用簡便以及資金的合理投入。

3.3提高模型的可更新性

隨著對水文地質(zhì)的深入研究，地層以下的奧秘將會逐漸展現(xiàn)于世。當獲得了新的數(shù)據(jù)，就要對已有的三維模型進行補充和修改。如果系統(tǒng)數(shù)據(jù)較慢，或者無法進行數(shù)據(jù)的修改和補充，而只能通過重新建模解決數(shù)據(jù)的更新，這將耗費很大的人力物力。因此提高模型的可更新性是必要，對隨后的研究工作提供很大的便利。

3.4水文地質(zhì)條件概化方法、原則、體系標準

因我國三維水文地質(zhì)建模技術(shù)起步較晚，因此對地質(zhì)條件概化的方法、原則、標準的研究還不到位，在面對不同地質(zhì)條件時只能依靠經(jīng)驗，缺乏可靠方法和規(guī)范指導研究，水文地質(zhì)三維建模的概化方法、原則、體系標準也是未來專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。

4結(jié)束語

三維水文地質(zhì)建模技術(shù)突破了地下二維表達的局限性，更加直觀的模擬地下空間，是今后水文地質(zhì)研究的重要工具。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)據(jù)的處理會更加簡便，這也能促進三維建模技術(shù)的發(fā)展。在進行本專業(yè)的研究時可以借鑒其他專業(yè)領(lǐng)域的先進理念，開發(fā)出水文地質(zhì)專業(yè)性的三維建模工具軟件，實現(xiàn)水文地質(zhì)條件概化，形成具有指導意義的專業(yè)體系標準，這是三維水文地質(zhì)建模技術(shù)的重點發(fā)展方向，而對此我國的專業(yè)研究人員還有很多工作要做，還有很長的路要走。

參考文獻：

[1]張永波,張雪松,張禮中.地下水資源信息化管理的可視化技術(shù)應(yīng)用[J].地理與地理信息科學,2002,18(1):87-89.

[2]朱良峰,潘信.地質(zhì)斷層三維構(gòu)模技術(shù)研究[J].巖土力學,2008,(1):274-278.

作者:張雪娟 劉巖磊 羅麗 單位:河北人地生態(tài)工程有限公司