三维水文地质建模技术研究

前言：本站为你精心整理了三维水文地质建模技术研究范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要：水文地质多样性，变化复杂，规律难寻，给矿井的开采、隧道的挖掘工作增加了很大的风险性。近年来因水害引发的安全事故，造成的人员伤亡和财产损失不可计量。因此进行水文地质的三维建模，实现水文地质的可视化将增加地下工作者对地质和水位等地下环境的了解，更利于施工作业，减少安全隐患。文章主要介绍三维水文地质建模的发展历程、研究现状、建模的方法，并提出其中存在的不足，给予切实可行的建议，以期三维水位地质建模技术有更快的发展，更好的为公众服务。

关键词：煤矿;水文地质;矿井涌水量

如同建筑三维模型一般，三维水文模型可以形象的模拟地下情况，搜集更多的资料信息，并最大程度的将多种资料集成，输出科学可靠的数据资料，为地下工作提供了合理的依据。并且三维水文建模技术的应用可以最大程度的减少储层预测的不确定性，为地下工作人员提供了安全保障，因此对三维水文地质的研究意义重大。

1地质建模技术的发展和研究现状

水是人类赖以生存的宝贵资源，人类对水资源的认知还有很大的不足，尤其是对地下水资源。不同于地上水可以直接观测，地下水在地表以下，或者存在于地下岩体空间里，因此人们很难直接了解到地下水的形态、空间位置、源头流向和地质情况，这给地下开采和施工都带来了很大的困难。一般勘测只能描绘出水文地质的二维平面，结果存在着较大的误差，研究过程中也有很大的不可靠性。利用计算机将二维地质信息进行立体化，将隐蔽的地下情况可视化，建立空间地质模型，并且进行任意截面的地质情况的分析，全空间的分析将地质情况，地下水的分布情况以及运动规律和形态以实图的形式展现在研究者面前，扫清勘察盲区。在三维模型建立的同时会自动生成三角网格数据，更利于后续工作的进行，减轻水文地质工作者的工作量，节省勘探时间，结果也更真实可靠。因为经济发展和技术水平的限制，我国的三维水文地质建模技术起步较晚，最初的研究始于上世纪90年代.三维建模涉及多门学科，其中包括计算机、物理、数学、地质、水文，是一门复杂交叉性学科，而且在早期一些地质水文资料短缺，专业水平低下，因此我国的三维建模还处于初级阶段。

1.1空间数据模型

三维水文地质最重要的一点就是要建立空间的数据模型，将二维地质图进行更具体的表达。国外这方面的研究起步较早，发展也很迅速，由于数据逻辑性清晰更利于研究，因此专家学者们对空间可是模型一致研究出来一系列的科学理论和三维建模方法。目前比较常用的数据模型主要有体模型、面模型和混合模型。这三种模型相辅相成，根据具体情况可以选择不同的建模方式。这三种模型各自特点比较显著，在选择上也很简单清晰。面模型更适用于地层的可视化，在模型更新时利用面模型也更加简单快捷；体模型需要的数据更加庞大，处理数据时所消耗的时间较长，虽然对地质的反应上更加清晰明了，但对复杂地质适应性较差；混合模型的技术要求最高，虽然在建模时较为复杂，但其优点是精度更高。综合各种模型的特点，在选择模型时要结合资源和效率以及研究的深度合理选模型。

1.2组织、管理和水文地质数据

三维模型的建立也并不是一蹴而就的，要在掌握大量的、多样性的水文地质数据资料的基础上进行三维建模。大多数情况下，这些数据都是门类多样包括图形资料、数据资料、文字资料以及各种技术资料，面对大量的差异性较大的资料，对其进行组织管理是必备的。这些资料的完备性和准确性决定了建模结果的可靠性，因此对这些资料应认真细心的进行科学的组织，管理和，以便更有效快捷的利用。近年来很多专家学者也对此进行了专门的研究，提出了很多有效地理论方法，但是与实际需求仍有较大的差异性，难以顺利的在全行业进行推广。

1.3复杂地质体及地质现象表达

地球经过数亿年的进化和发展，地下水文地质复杂程度可想而知，断层、褶皱等复杂地质体和尖灭和倒桩等地质现象在三维建模中经常遇到。这些复杂的地质现象都有着重大的水文地质意义，增加了地质空间的各向异性，同时也加大了建模的难度，因此要着重控制这些水文地质条件。

1.4地下水数值模拟中三维水文地质模型技术研究

地下水数值模拟是指对已知的水文地质参数、补径排条件及地质框架等要素进行数值计算。由于模拟的复杂性和数据的庞大，在数值计算中容易造成结果的不确定性。对于此种缺陷，水文地质专业借鉴有关专业建模的方法和技术进行数值模拟，在此过程中要将收集到的数据统一输入，因此在实际操作中，模型的融合性和结果的可靠性还有待发展。

1.5水文地质系统中的不确定性因素研究

在建模时使用的数据是确定的，但对于地质条件是有很大的不确定性，因此在建模时也是存在着不确定性，对于不确定性的认识也具有重要意义。只有认识到不足才能充分利用现有数据，摈弃不可靠结果，取得更合理的建模思路和数据模拟。

2建模的主要对象

2.1地貌

地球表面的外貌形状，主要有平原、丘陵、盆地、高山、大陆、深海平原等。建模虽是主要地底下情况的探究，但地表情况仍不可忽略，地表地下是息息相关的，地上部分也会影响着地下水的分布，因此在建模时也要将地表考虑在内。

2.2地层岩性

底层是指在漫长演化期内形成的层状堆积物，岩性是堆积物或者岩石的物理属性。由于形成时间不同，因此在同一地区所存在的地质构造也会有所不同，甚至会有截然不同的地貌地层特征。在不同时期内形成的新老地层也会有一定的解除关系，这些接触关系主要有：整合接触、平行不整合接触、角度不整合，每种整合方式都具有显著的特点。

2.3构造与地下水

构造形式主要有褶皱（岩石受力弯曲变形形成的，表现为原来的平直面变为曲面）、断裂（是指岩石的断裂，分为节理和断层，由于建模精度先一般只考虑断层）、透镜体（地层厚度不稳定出现两侧薄中间厚的情况）、侵入体（是指地下高韧性岩体在力的作用下由下向上流动地层）、盐丘（盐岩向上流动挤入围岩，使上浮岩层产生拱区隆起）。地下水是指地层以下岩石空隙中的水，分为上层滞水、潜水和承压水。

3对三维水文地质建模技术的建议

3.1确定有限的工作目标

虽然三维建模技术不断发展，逐渐趋向成熟，但是在某些复杂区域的建模和数据处理方面仍存在很多不足。为提高工作效率，减少不必要的金钱和时间的浪费，三维水文地质建模技术要根据区域特点采用合理的建模方式和分析手段，明确研究目标，让研究更加清晰，满足专业要求。

3.2开发针对三维水文地质的建模工具

现阶段我国的三维水文建模主要是借鉴其他专业的建模方法，专业性的建模工具较少，还未完成形成完整的水文地质三维建模体系。面对复杂地况，建模明显功能欠缺，因此水文地质领域急需开发出一款功能强大，处理速度快的专业建模软件工具。这些软件工具要具备专业处理能力，清晰地可视化和友好的界面，可以进行高效率的数值模拟和模型维护。同时兼顾使用者的理解和使用简便以及资金的合理投入。

3.3提高模型的可更新性

随着对水文地质的深入研究，地层以下的奥秘将会逐渐展现于世。当获得了新的数据，就要对已有的三维模型进行补充和修改。如果系统数据较慢，或者无法进行数据的修改和补充，而只能通过重新建模解决数据的更新，这将耗费很大的人力物力。因此提高模型的可更新性是必要，对随后的研究工作提供很大的便利。

3.4水文地质条件概化方法、原则、体系标准

因我国三维水文地质建模技术起步较晚，因此对地质条件概化的方法、原则、标准的研究还不到位，在面对不同地质条件时只能依靠经验，缺乏可靠方法和规范指导研究，水文地质三维建模的概化方法、原则、体系标准也是未来专业领域的发展方向。

4结束语

三维水文地质建模技术突破了地下二维表达的局限性，更加直观的模拟地下空间，是今后水文地质研究的重要工具。随着计算机的发展，数据的处理会更加简便，这也能促进三维建模技术的发展。在进行本专业的研究时可以借鉴其他专业领域的先进理念，开发出水文地质专业性的三维建模工具软件，实现水文地质条件概化，形成具有指导意义的专业体系标准，这是三维水文地质建模技术的重点发展方向，而对此我国的专业研究人员还有很多工作要做，还有很长的路要走。

参考文献：

[1]张永波,张雪松,张礼中.地下水资源信息化管理的可视化技术应用[J].地理与地理信息科学,2002,18(1):87-89.

[2]朱良峰,潘信.地质断层三维构模技术研究[J].岩土力学,2008,(1):274-278.

作者:张雪娟 刘岩磊 罗丽 单位:河北人地生态工程有限公司