建立三维水文地质结构模型和地下水流数值模拟模型所需资料
水文地质结构三维建模与可视化研究
此外，随着多学科交叉的不断深入，可以实现多学科集成的三维地质建模和 可视化，更好地服务于矿产资源勘查、石油天然气勘探、水文地质等领域。
总之，三维地质建模与可视化是地质学研究的重要技术手段，具有广泛的应 用前景和发展空间。未来，需要不断加强技术研发和应用推广，提高三维地质建 模与可视化的智能化、精细化和集成化水平，为地质学研究和社会经济发展提供 更加有力的技术支持。
三、发展前景
随着科技的不断发展，三维地质建模与可视化技术将会得到更广泛的应用和 发展。未来，三维地质建模与可视化将会更加智能化、精细化和集成化。通过对 地质数据的深度学习和机器学习技术的不断发展，可以实现更加智能化的三维地 质建模和可视化。随着计算能力的不断提升和算法的不断优化，可以实现更加精 细化的三维地质建模和可视化。
一、三维地质建模
三维地质建模是利用计算机技术，对地质数据进行处理、分析和模拟的过程。 通过对地质数据的采集、处理和分析，可以建立三维地质模型，从而更好地理解 和预测地质现象。三维地质建模的核心在于数值模拟技术，它可以通过对地质数 据的模拟和分析，预测地下资源的分布和储量。
在应用领域方面，三维地质建模被广泛应用于矿产资源勘查、石油天然气勘 探、水文地质等领域。通过对地质数据的分析和模拟，可以更好地了解地下资源 的分布情况，为矿产资源的开发利用提供重要的参考依据。同时，在石油天然气 勘探和水文地质领域，三维地质建模也被广泛应用于地下储层的研究和预测，为 油气田的开发和水的利用提供了重要的技术支持。
3、模型建立：利用计算机软件，建立三维的水文地质模型，包括地下水流 动模型、溶质运移模型等。
4、模型验证和修改：对建立的模型进行验证和修改，以提高模型的准确性 和可靠性。
5、模型应用：利用建立的模型进行模拟和预测，为水资源管理、环境保护、 地质灾害防治等领域提供决策支持。
差异性水文地质条件下的三维地质建模及渗流数值模拟
差异性水文地质条件下的三维地质建模及渗流数值模拟摘要：在地铁施工过程中的降水方法受到水文地质条件等多种因素的制约，因此，根据已有的地质水文地质资料建立并完善沿线的三维地质结构模型是非常必要的。
本文结合研究区的水文地质条件和边界条件，对基坑降水主要含水层进行概化，生成最终的概念模型，并采用MODFLOW地下水流模拟程序模拟地下水位变化，并结合抽水试验和地下水位观测资料，利用PEST自动拟合程序进行模型校正和参数反演，以验证模型的可靠度。
最后，利用验证后的模型进行预测，为工程施工的设计优化提供依据。
关键字：上海地铁10号线，基坑降水，数值模拟Abstract: in the construction process of the precipitation method by hydrogeological conditions and so on many kinds of factors, therefore, on the basis of the existing geology hydrological geological data to establish and perfect the along of 3 d geological structure model is very necessary. Based on the hydrogeological conditions and boundary conditions for foundation pit dewatering main aquifers are generalized, generating the concept of the final model, and the underground water MODFLOW simulation program simulation change of ground water, and combined with underground water pumping test and observation data, using PEST automatic fitting procedures model correction and parameter inversion to verify the reliability of the model. Finally, using the model prediction after verification, the design optimization for engineering construction provides the basis.Key word: Shanghai subway line 10, foundation pit dewatering, numerical simulation1引言地铁建设是城市建设的一个重要组成部分，而在地铁的施工修建过程中，一般会遇到两个技术难题。
地下水流数值模拟技术要求
5.1 确定模拟范围，收集有关资料 5.2 建立地下水系统的概念模型
在仔细分析水文地质条件的基础上，通过合理概化来描述地下水系统。 5.3 建立地下水系统的数学模型
在地下水系统概化基础上，用一组数学关系式来刻画系统的数量关系和空间形式，把概 念模型转变为数学模型。 5.4 建立数值模拟模型 5.5 模型的识别和调参
3
7 概念模型
计算区的水文地质条件必须经过系统概括和合理简化。概化应贴近实际，可靠程度应符 合计算要求。具体要求参照《水文地质概念模型概化导则》GWI-D8 执行。
8 数学模型
8.1 变量和参数的定义
8.1.1 模型变量
h1 潜水或浅层地下水水位(m)； h2 承压水或深层地下水水头(m)； h′ 弱透水层水水头(m)。
)
(
x,
y
∈Ω1
;t
>
t
0
)
...
8-1
h1 (x, y,t) = h10 (x, y)
(x, y∈Ω1;t = 0) ... 8-2
k
n
(h1
−
d1
)
∂h ∂n
( x, y,t )
= −q1n (x, y,t)
(x, y∈Γ1;t > t0 ) ... 8-3
4
k z′
∂ 2 h′ ∂z 2
(x, y)
由式 8-4、式 8-5、式 8-6 和式 8-7 可组成描述弱透水层地下水运动的一维非稳定越流模 型。
该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚、边界水位单调下降的边值问题时， 其解可与太沙基(Terzaghi)一维地面沉降模型的解等同。
8.2.3 潜水模型
地下水资源开发与管理中的地下水数值模拟研究
地下水资源开发与管理中的地下水数值模拟研究地下水资源是人类生存和发展的重要水源之一。
地下水数值模拟作为地下水资源开发与管理的重要工具，可以对地下水流动和水质分布进行预测和评估，为决策提供科学依据。
本文将探讨地下水数值模拟在地下水资源开发与管理中的研究内容和应用案例。
一、地下水数值模拟的研究内容1. 模型建立：地下水数值模拟的第一步是建立数学模型。
模型需要包括地下水流动方程、质量守恒方程和物质扩散方程等。
模型的建立需要考虑地下水水文地质特征、边界条件和初值条件等。
2. 参数估计：地下水数值模拟中，准确的参数是模拟结果准确性的关键。
参数包括地下水渗透系数、孔隙度、渗透率等。
参数估计可以通过实地调查和监测数据的分析，采用统计学方法或反问题求解等。
3. 数值计算：地下水数值模拟是基于数值计算方法的。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
数值计算过程中还需要考虑模拟时间步长、网格划分和计算精度等因素。
4. 模拟验证：地下水数值模拟的结果应与实际观测数据相比较，验证模拟的准确性。
模拟验证可以通过对比实际水位、水质变化等数据，评价模拟结果的合理性。
二、地下水数值模拟在地下水资源开发与管理中的应用案例1. 地下水资源评价：地下水数值模拟可以评估地下水资源的可持续利用性。
通过建立数值模型，可以模拟地下水的水位、水质分布，并预测未来地下水资源变化趋势。
基于模拟结果，可以制定科学的地下水资源利用规划。
2. 地下水补给评估：地下水补给是地下水资源的重要组成部分。
地下水数值模拟可以模拟不同地表水和地下水相互作用的过程，评估地下水补给量和质量。
这对于保护地下水资源的可持续发展具有重要意义。
3. 地下水开采影响评价：地下水开采对地下水系统产生一定的影响。
地下水数值模拟可以模拟地下水开采对地下水水位、水质的影响。
通过模拟分析，可以预测不同采水量对地下水系统的潜在影响，为合理规划地下水开采方案提供依据。
4. 地下水污染治理：地下水污染是地下水资源管理中的重要问题。
地下水流数值模拟软件基本情况介绍
接圈定模型区域和剖分计算单元, 并可方便地为各剖分单Байду номын сангаас和边界条件
直接在机上赋值, 做到真正的人机对话。
•
MODFLOW 可以模拟潜水、承压水和隔水层中的稳定流与瞬变流的情况。
许多影响因素和水文过程, 如河流、溪流、排水沟、水库、作物蒸散量、降 雨和灌溉入渗补给等, 都可以用MODFLOW 来模拟。 • MODFLOW 提供了求解地下水流有限差分公式的很多种方法, 如强隐式 迭代法SIP、逐次超松弛迭代法SOR、预调共轭梯度迭代法PCG 2、SSOR 等。 用户可以根据自己研究的实际情况, 选择适合的有效求解方法。由于实际地 质及水文地质条件的差异,选择不同的求解程序包所得的结果是不一样的。 • MODFLOW 在求解过程中, 引入了应力期(Stress Period ) 概念, 它将整个 模拟时间分为若干个应力期, 每个应力期又可再分为若干个时段( Time Step )。 在同一个应力期, 各时间段既可以按等步长,也可以按一个规定的几何序列逐 渐增长。 • 而在每个应力期内 ,MODFLOW 规定所有的外部源汇项的强度应保持不 变。这样做不但简化规范了数据文件的输入, 而且使得物理概念更为明确。
• • •
边界条件：边界类型、水头或流量 初始条件：统测水位 水位动态观测资料：观测孔位置、结构、水位时间变化
注意问题
1）模型中没有为第二类边界条件赋值的菜单，可在第二类
边界单元上通过 Wells 菜单加上注水井或开采井来实现地下水 的侧向补给或排泄； 2）在输入数据文件时，如计算目的层的顶底板标高数据文 件，模型自动插值得到各单元的相应数据，在一个单元的各点 上数据是相等的。因此，为提高模拟的精度，剖分单元不能过 大； 3）模型的计算步长依输入源汇项中最小的时间间隔来确定。
实例1——MODFLOW操作说明new资料
Visual MODFLOW 4.2实例操作手册引言MODFLOW是英文名称Modular Three-dimensional FiniteDifference Groundwater flow model （三维有限差分地下水流模型）的简称。
由美国地质调查局（Unite State Geological Survey）于80 年代开发出的一套专门用于孔隙介质中地下水流动相关问题数值模拟的软件。
自问世以来，MODFLOW 已经在全世界范围内，在科研、生产、环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用，是供水文地质工作者使用的一套功能强大的实用计算机软件。
同时，MODFLOW软件的源代码可以在美国内政部网站上免费下载，供水文地质工作者参考和修改，以提高数值模拟的仿真性。
Visual MODLFOW软件中不仅包括MODLFOW模块，还有SEAWAT、MT3D、MODPATH等模块。
为了让广大水文地质工作者能快速入门并精通该数值模拟软件，作者参考相关文献分别针对上述的模块自拟几个实例，并给出相应的操作步骤，供大家练习参考。
目录实例1 地下水流-污染物迁移规律数值模拟实例 (4)1、实例模型背景介绍及概念模型 (4)2、VM软件模拟该问题所需要的资料以及资料整理格式 (5)2.1数值模拟资料 (5)2.2资料整理格式 (5)3、VM软件模拟地下水流场:F LOW F IELD (6)3.1新建工程项目 (6)3.2模块I：模型输入 (8)3.3模块II：计算（Run） (23)3.4模块III：输出的可视化 (24)3.5模型校正 (26)4、VM软件模拟地下水流迹线：MODPATH (27)4.1迹线模拟 (27)4.2迹线选项 (29)5、VM软件模拟均衡区水量变化：Z ONE B UDGET (29)5.1均衡区水量模拟 (29)5.2均衡区水量选项 (29)6、VM软件模拟污染物迁移规律：MT3DS (30)7、VM软件反求参数：PEST (32)实例2 某滨海地区海水入侵数值模拟实例 (34)1、实例模型背景介绍及概念模型 (34)实例1 地下水流-污染物迁移规律数值模拟实例本实例是MODFLOW自带的实例之一，主要让水文地质工作者练习地下水与污染物迁移规律的数值模拟的全过程，主要包括流场模拟（MODFLOW）、迹线数值模拟（MODPA TH）、水均衡计算（Zone Bughet）与污染迁移规律模拟（MT3D）。
地下水数值模型设计步骤及对资料的要求
目前有一些软件可以直接用于求解地下水流动问题，如果不是自 己编写程序，可以选择合适的软件，建立数值模型。
如果用软件，则需对软Βιβλιοθήκη 功能作简要介绍，论述软件的适用性。
3
第七章 数值模型一般步骤及对 勘查资料的要求
5
地下水数值模型建模过程
地质水文气象及水文地质条件 概念模型
介质类型、结构特征、含水层分布 地下水补、径、排特征
基本模型的建立
数学模型 数值模型
识别结果不 符合要求修 正概念模型
检验结果不符合要求 修正概念模型
拟合调参
模型识别
模型检验
模型应用
网 边初
介
源
态观 流 水
格 界始
质
汇
拟测 场 均
化 条条
究水
境工 沉 缝
污
的程 降
二、数值模型设计及对资料和水文地质勘探的要求
（一）计算区的范围、边界条件和地下水流动类型的确定 （二）潜水含水层底面等高线图、承压含水层顶、底面等高线图
以及含水层内部岩性分层界面等高线图资料的收集或编制 （三）初始水位的确定 （四）边界条件的确定 （五） 源汇项的确定 （六）参数的确定：含水层系统岩性非均质性的分层与分区
灌溉回渗等。
4
第七章 数值模型一般步骤及对 勘查资料的要求
一、数值模型研究一般步骤（续）
模型检验：利用实际观测资料验证模型正确性。将模型计算结 果与实际进行对比。主要有以下几个方面：
流场对比 观测孔水头对比 水均衡对比
模型应用
建立好的模型由于地下水资源评价 地质环境评价 工程应用等方面。
地下水数值模拟 第三讲 地下水数值模拟原理及建模方法和步骤_xiugai
数值方法很多，但是最简单实用的是有限差分法：
✓ 有限差分法
✓ 有限单元法
✓ 积分有限差分法
✓ 半解析半数值法
✓ 边界元法
✓ 有限体积法
只讲有限差分法
一、有限差分法的基本原理
有两种方法建立差分方程
➢ 方法一．以地下水流基本微分方程及 其定解条件为基础， 在渗流区剖分 基础上，用差商代替微商，将地下水 流微分方程的求解转化为差分方程 （代数方程）求解。适用于二维矩形 网格剖分、三维长方体网格剖分。
及其误差。
已知泰勒公式
f (x0 x)
f (x0 )
f '( x0 )x
f ' (x0 )
f ' (x0 )x
f '' () (x)2
2!
方法一
A
B
① 由A得：
f (x0)
f (x0 x) x
f (x0) O(x)
称
f (x0 x) x
Hi1, j Hi, j xi xi1
y j1
2
y j1
(KM
)i1/ 2, j
Hi1, j Hi, j xi1 xi
y j1 y j1 2
+
(KM )i, j1/ 2
Hi, j1 Hi, j y j y j1
xi1
2
xi1
(KM
)i, j1/ 2
Hi, j1 Hi, j y j1 y j
(i,j+1)
法：以二维承压水流为例（续5）
(i-1,j)
(i,j) (i+1,j)
当网格是等距时，即
x xi xi1 , y y j y j1
地下水数值模拟任务步骤及常用软件
地下水数值模拟任务步骤及常用软件地下水数值模拟是指通过建立数学模型和运用计算机方法，利用计算机模拟地下水的水文过程，预测地下水的动态变化，并定量分析地下水资源的开发利用。
地下水数值模拟在地下水资源管理、环境保护、地下水污染防治等领域具有广泛的应用。
1.建立地下水数学模型：根据地下水的特征和要研究的问题，建立合适的数学方程和边界条件，描述地下水系统的基本运动规律。
2.选择合适的计算方法：根据模型的特征和要求，选择合适的数值计算方法，如有限差分法、有限元法、边界元法等。
3.模型参数的确定：对于地下水数学模型中的一些参数，如渗透率、初始压力等，需要通过现场实测或实验室测试获得，并进行合理的插值和外推处理。
4.数值模拟的实施和验证：利用计算机软件进行数值计算，模拟地下水系统的动态变化，并通过对模拟结果的与实测数据的比较，验证模型的可靠性和准确性。
5.模型的应用和优化：在模型建立和验证的基础上，利用模型进行不同方案的对比研究，优化地下水资源的管理和利用方式。
1.MODFLOW：是美国地质调查局开发的地下水流动模型，是目前最常用的三维地下水数值模拟软件之一、具有强大的建模和计算功能，可以模拟各种地下水问题。
2. FEFLOW：是德国DHIGmbH公司开发的强大的地下水和污染物运移模拟软件，可模拟多孔介质中的多个相（水、气和污染物）的运动和相互作用，广泛应用于地下水资源管理和环境保护领域。
3.MODPATH：是美国地质调查局开发的地下水路径分析软件，可以模拟地下水流动路径，并用于评估污染物传输路径和确定水源保护区等。
4.SEAWAT：是美国地质调查局开发的海岸带地下水模拟软件，结合了MODFLOW和MT3DMS，可以模拟地下水和盐水的运动、混合和溶解反应等。
5. GMS（Groundwater Modeling System）：是美国Aquaveo公司开发的集成地下水模型软件平台，集成了多个地下水模型的功能和算法，提供了友好的图形界面和强大的后处理功能。
基于水文地质与三维水文格局的地下水系统的构建与解析
基于水文地质与三维水文格局的地下水系统的构建与解析地下水是地球上重要的水资源之一，对于人类的生活和经济发展都具有重要意义。
地下水的形成、流动和储存是一个复杂而丰富的过程，需要深入研究和解析。
本文将从水文地质和三维水文格局两个方面探讨地下水系统的构建与解析。
水文地质是研究地下水形成和分布规律的学科，它通过对地球内部地质结构和水文特征的分析，揭示地下水的产生和变化机理。
地下水的形成与地质条件息息相关，不同地质背景下地下水的储存和流动特点各异。
例如，砂砾层和灰岩层具有很好的 porosity 和 permeability，是优质的地下水储集层；而黏土层和页岩层则通透性较差，地下水难以流通。
水文地质的研究可以帮助我们找到富含地下水资源的地层，并探测地下水的类型、储量和分布。
在深入了解地质条件的基础上，我们需要构建地下水系统的三维水文格局。
三维水文格局是描述地下水潜水面、水源补给区和排泄区的空间分布特征的方法。
通过建立水井、观测井和地下水位监测点，收集实测资料，利用数学和地理信息系统等技术手段，可以对地下水的流动方向、速度和水质状况进行模拟和预测。
三维水文格局的构建有助于我们深入了解地下水系统的运行机制和水文动态变化。
在地下水系统的解析中，需要借助于数值模拟和地下水动力学模型。
数值模拟通过建立数学方程和计算模型，模拟地下水的运动和转化过程。
地下水动力学模型则通过对地下水流动的物理规律和化学反应的描述，研究地下水在空间和时间上的动态变化。
这些模型可以帮助我们预测地下水资源的可持续性和地下水环境的变化趋势，为水资源管理和环境保护提供科学依据。
地下水系统的构建与解析需要多学科的协作与合作。
地质学、水文学、地球物理学、地理信息系统和计算机科学等学科的知识和方法都发挥着重要作用。
同时，实地调查和数据采集也是地下水系统研究的基础，准确的数据是构建模型和解析地下水系统的前提。
地下水系统的研究和管理对于地球环境的可持续发展至关重要。
数值模拟所需资料
4 、主要含水层的水文地质参数，如 承压含水层的导水系数、弹性储水系数； 潜水含水层的渗透系数、给水度； 5 、含水层的水质参数，如横向弥散 度、纵向弥散度、有效给水度； 6 、主要污染源分布、主要污染物排 放量、主要污染物种类及其含量、排放 途径。
（三）地下水动态观测资料
1 、地下水水位观测井的结构特征、空间分布 位置（标在1：5万地形图上）； 2、模拟期内逐月地下水水位观测资料； 3 、地下水水质观测井的结构特征、空间分布 位置（标在1：5万地形图上）； 4 、模拟期地下水水质（主要模拟因子）观测 资料。
所需的基础资料
（一）气象、水文
1、多年（自有观测资料以来）逐年降雨量、 蒸发量； 2、模拟期的逐月降雨量、蒸发量； 3、多年逐月不同监测断面的河水位、径流 量、水质监测资料； 4、模拟期逐月不同监测断面的河水位、径 流量、水质监测资料。
（二）地质、水文地质资料
1、足够的地质钻孔资料（要有钻孔的平面分 布位置）； 2、主要地层的岩性特征、空间分布规律； 3 、含水层系统的埋藏、分布规律（以便作 含水层的顶、底板标高等值线图）；
（四）地下水开采量资料
1 、自来水公司生产井、企业自备井的分布位 置（分别标在1：5万地形图上）及其模拟期内逐 月开采量； 2、模拟期内农业开采量统
建立三维水文地质结构模型和地下水流数值模拟模型所需资料
建立三维水文地质结构模型和地下水流数值模拟模型所需资料一、基础图件和资料用于划分水文地质单元，确定模型的边界和范围，并作为模型的工作底图（注意底图的比例尺和坐标的转换和统一）。
1. 地形地貌图；2. 第四纪地质图；3. 水文地质图；4. 地下水等水位线及埋深图；5. 研究区遥感影像数据；6. 地表数字高程模型数据（DEM）；7. 前人有关区域地下水、地表水方面的调查、勘察、研究报告及成果。
二、模型结构为建立研究区水文地质模型和地下水流模拟模型，首先要对研究区的地质和水文地质条件加以概化，建立水文地质概念模型（含水层和隔水层（弱透水层）的空间分布），进而建立数值模型。
1. 尽可能多的水文地质剖面图（要有剖面线的位置）；2. 尽可能多的地质、水文地质钻孔资料，深孔资料尤为重要，要有钻孔的名称、地理位置（坐标）、孔口标高、终孔深度、分层信息和岩性描述；3. 模型范围：最好以完整的水文地质单元（地下水系统）作为模拟区。
如边界太远，可考虑模拟区范围尽量大些，或采用模型嵌套技术。
三、模型参数1. 潜水、承压水含水层和弱透水层水平、垂向渗透系数（K）分区图和值（根据岩性和抽水试验分区）；2. 潜水含水层给水度（µ）分区图和值；3. 承压水含水层储水率（S s）分区图和值；4. 弱透水层（隔水层）储水率（S s）分区图和值；5. 各层有效孔隙度（此项在MODPA TH 中应用，MODFLOW 模拟不使用）、总孔隙度（在MODFLOW 模拟中不使用）；6. 各类抽（渗）水试验资料和成果；四、源汇项（地下水开发利用情况）和边界条件区内潜水的主要补给方式为大气降水入渗补给、灌溉入渗补给、渠系渗漏补给、河流侧渗补给和地下水径流补给，主要排泄方式为人工开采、蒸散发、侧向径流、向河流排泄和越流补给承压水。
承压水的补给来源有自北部区外的侧向径流流入和上部潜水的越流补给，排泄方式为径流、人工开采和顶托补给潜水。
各项均换算成相应分区的开采强度，然后分配到相应的单元格。
地下水流模拟所需资料
11 长观孔分布图。 12 抽水试验布置图。 13 工业开采井分布图。 14 区内各孔的K、μ（或μ*）参数。 15 潜水含水层和承压含水层各长观孔的长观资料 （拟合期内的）。 16 抽水试验资料，包括抽水量、水位观测资料等。 17 计算期内工业开采井各井各月开采量。 18 农业开采的开采强度和开采集中月份。 19 计算期内各月降水量。 20 地表岩性分区及各区入渗系数。
21 划分井灌区、渠灌区和二者同灌区 22 灌溉回归系数。 23 各时段（各月）河渠入境流量。 24 河流断面测流资料和河床入渗强度（单位时间单 位面积入渗量）。 25 河床渗水试验资料。 26 潜水蒸发极限深度。 27 弱透水层厚度分区图、及天窗位置和范围。 28 越流系数值。
地下水数值模拟模型简介
Problems about GW Development
Functions of GW
An Important Water Supply for Human An Important Environmer Shortage Ecologic problems Saline soil Sea Water Intrusion Land Subsidence Groundwater Contamination ……
基 本 思 路
运用地下水模型计算各组参数情况下地下水位（hsij)
根据目标函数评价各组参数值的优劣
输出结
Y
两次迭代的差足够小？
N
考虑到变量上下限等约束，根据一定的准则， 生成新的N组参数
确定决策变量、目 标函数和约束条件
研究工作区 水文地质条件
产生初始种群N 建立水文地质 概念模型
编
码
求解水均衡约束： W(X,)=0 得到地下水系统状 态
Calibration of the Model
目标：使模拟期内所有观测点的水位误差的平方和最小。 变量： Sk、Kk (k=1,…,L) 约束：
各参数分区参数的上下限约束 连续性方程约束
m n
2 obj . z ( hs hr ) ij ij j 1 i 1
s .t.
Groundwater Model_Math Model
Mass Balance
Q Q Q input output
Darcy’s Law
dh q K dl
Boundary Conditions
First Type Second Type Mixed Type
三维水文地质建模技术研究
三维水文地质建模技术研究摘要：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。
地下水水流模型建立过程
地下水水流现状模型建立1. 模拟时间可长可短，不影响水流模型过程，一般用非稳定流，溶质运移考虑稳定流。
单位里只需变更渗透系数单位m/s变为m/d,模型已运行完需要修改运移时间时，点主菜单F10, 点设置到编辑引擎，可修改运移时间。
2. 在给定模型底图时，先确定画好好模型的边界，埋深线，渗透系数等参数分区线等，以便后期人为好分区。
3. 模型的边界零流量边界有：天然断裂带、天然基底隆起阻水带及人为流畅零流量变为。
定水头边界有：泉沟河及水位变化很微弱的等水位线。
给定水头边界（变水头边界）：按上下游等水位线给定一条弧线，或者根据补给边界断面给定一条直线。
4. 底图校正时，原点坐标输入左下角坐标。
角点坐标输入左下角和右上角坐标，角度为0。
5. 导入地表高程和基地高程时，采用模型坐标，单位为米。
6. 生成网格后，将模型区外围采用无效水流区多边形概化，无效区不参与计算，流入流出量外也概化为无效区，给定水头后水头边界模型会给定水流量参与计算，其他边界为零流量边界。
模型无效概化前全是有效网格，因此不能采用有效网格多边形，只能采用无效网格多边形进行无效区，无效区可用有效多边形修改，可按F9 进行无效区可见进行视图可视化。
7. 网格菜单下的绘制等值线可绘制出模型地表高程、厚度及基底等高线。
8. 导入抽水井时要注意滤水管的顶底高程，开采时段及开采量，概化井的开采量和总量要一致。
添加水位观测井时滤水管的高程为滤水管的中点高程，没有顶底高程。
9. 给定渗透系数时电脑可按井渗透系数自动分区，比较分散，最好是人为划定多边形区域赋值，最后好调整参数。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
10. 存贮参数一般不分区，给水度0.1 —0.26 之间，有效孔隙度0.25 左右，总孔隙度0.3 左右，后两参数对模型影响不大。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
11. 依据统测水位导入水位标高，生成初始水头，最好有年初（模型开始期）水位作为初始水头，年末（模型结束期）水头作为与模型运行至365 天时长流畅做对比验证。
运城盆地地下水三维数值模型及水资源评价的开题报告
运城盆地地下水三维数值模型及水资源评价的开题报告一、研究背景和目的地下水是我国重要的水资源之一，近年来，随着城市化进程的加快，地下水水质和数量问题受到了越来越多的关注。
运城盆地是山西省重要的农业区和工业区，地下水资源丰富，但由于过度开采和污染等因素，地下水的现状已经受到了严重的影响，急需对其进行全面评价和管理。
本文旨在通过建立运城盆地地下水三维数值模型，对地下水资源进行科学评价和管理，以保护和优化地下水资源的利用，促进地区可持续发展。
二、研究内容和方法1.建立地下水数值模型：本文将利用GIS技术对运城盆地的地质、水文、地貌等数据进行整合，并利用MODFLOW等软件构建地下水三维数值模型。
2.水资源评价：本文将运用地下水污染指数、水资源评价模型等技术对运城盆地的地下水进行水质评价和可持续利用能力评价，并结合实际情况提出优化地下水资源利用的建议。
3.模型验证：本文将利用野外调查和实验数据对模型进行验证，以保证模型的可靠性和实用性。
三、预期成果和意义1.建立了运城盆地地下水三维数值模型，为地下水资源的科学利用和管理提供了重要的数据支撑。
2.对运城盆地地下水资源进行全面评价和管理，保障和优化了地下水资源的利用，从而促进了地区的可持续发展。
3.建立的模型及其应用，可为其他地区的地下水资源管理和评价提供一定的参考和借鉴。
四、进度安排本文的研究时间预计为两年，具体的进度安排如下：第一年：1.调研与文献综述：对运城盆地及相关领域的文献进行梳理和分析，为本研究奠定理论基础。
2.数据采集和整合：收集和整合运城盆地的地质、水文、地貌等数据，为建立三维数值模型做准备。
3.建立数值模型：利用现有软件建立运城盆地地下水三维数值模型，并对其进行数据分析和结果预测。
第二年：1.水资源评价：结合地下水污染指数、水资源评价模型等技术对运城盆地地下水资源的水质和可持续利用能力进行评价。
2.模型验证：利用野外调查和实验数据对建立的地下水三维数值模型进行验证，以保证模型的可靠性和实用性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
建立三维水文地质结构模型
和地下水流数值模拟模型所需资料
一、基础图件和资料
用于划分水文地质单元，确定模型的边界和范围，并作为模型的工作底图（注意底图的比例尺和坐标的转换和统一）。
1.地形地貌图；
2.第四纪地质图；
3.水文地质图；
4.地下水等水位线及埋深图；
5.研究区遥感影像数据；
6.地表数字高程模型数据（DEM）；
7.前人有关区域地下水、地表水方面的调查、勘察、研究报告及成果。
二、模型结构
为建立研究区水文地质模型和地下水流模拟模型，首先要对研究区的地质和水文地质条件加以概化，建立水文地质概念模型（含水层和隔水层（弱透水层）的空间分布），进而建立数值模型。
1.尽可能多的水文地质剖面图（要有剖面线的位置）；
2.尽可能多的地质、水文地质钻孔资料，深孔资料尤为重要，要有钻孔的名称、地理位置（坐标）、孔口标高、终孔深度、分层信息和岩性描述；
3.模型范围：最好以完整的水文地质单元（地下水系统）作为模拟区。
如边界太远，可考虑模拟区范围尽量大些，或采用模型嵌套技术。
三、模型参数
1.潜水、承压水含水层和弱透水层水平、垂向渗透系数（K）分区图和值（根据岩性和抽水试验分区）；
2.潜水含水层给水度（µ）分区图和值；
3.承压水含水层储水率（S s）分区图和值；
4.弱透水层（隔水层）储水率（S s）分区图和值；
5.各层有效孔隙度（此项在MODPA TH中应用，MODFLOW模拟不使用）、总孔隙度（在MODFLOW模拟中不使用）；
6.各类抽（渗）水试验资料和成果；
四、源汇项（地下水开发利用情况）和边界条件
区内潜水的主要补给方式为大气降水入渗补给、灌溉入渗补给、渠系渗漏补给、河流侧渗补给和地下水径流补给，主要排泄方式为人工开采、蒸散发、侧向径流、向河流排泄和越流补给承压水。
承压水的补给来源有自北部区外的侧向径流流入和上部潜水的越流补给，排泄方式为径流、人工开采和顶托补给潜水。
各项均换算成相应分区的开采强度，然后分配到相应的单元格。
1.大气降水入渗补给量（模拟期逐月降水量、降水入渗系数及其分区）；
2.灌溉水入渗补给（回归）量（农业灌溉分布图，灌溉总用水量（包括地表水）、灌溉入渗系数及其分区）；
3.渠系渗漏补给量（渠系引水量和渗漏补给系数）；
4.河水侧渗补给量（河流的基本参数，如河流起点和终点的河水位、河床底板标高、河床厚度、河床渗透系数、河流宽度等）；
5.人工回灌井分布位置、回灌层位和回灌量；
6.潜水蒸发排泄量（逐月蒸发量，蒸发系数，潜水蒸发极限埋深分区图）；
7.人工开采量（水源地生产井、农业开采井、其它集中开采井和大型自备井的分布位置、开采深度（层位）和开采量；
8.不使用水源地和其他集中开采井水资源的城镇居民的数量和用水量；
9.工业及乡镇企业用水量；
10.农村人牲饮用水量；
11.模型边界类型划分及流入流出量。
在前处理中必须对各个补排项进行累计，求出其代数和。
边界条件
边界条件：通常以具有水文地质意义的界面作为模型的边界，主要有：地貌单元的分界线、地层界限、阻水断层、与地下水有水力联系的河流，边界很远的情况下可考虑通过边界的灵敏度分析确定边界位置。
边界条件类型有三类：一类边界条件；二类边界条件；三类（混合）边界条件。
（1）潜水含水层的侧向边界概化
以常年有水的河流为界，概化为已知水头的一类边界；其它边界上水位动态观测井较多，故概化为已知水位的一类边界。
（2）承压含水层的侧向边界概化
计算区边界上的水位动态观测孔较多，故将孔隙承压含水层边界概化为已知水头的一类边界。
（3）含水层垂向边界概化
潜水含水层的上部边界为水量交换边界，有降水入渗、河道渗漏、灌溉渗漏（井灌、渠灌）和潜水的蒸发及人工开采；下部边界在单一含水层分布区，下面直接与基岩接触，为隔水边界，如果为双层含水层，下面有孔隙承压水，则为越流边界；
承压含水层的上部边界一般为弱透水层，承压水可通过该层与上部潜水进行水量交换，为越流边界，下部直接与相对隔水的基岩（泥岩、页岩等）接触，故为相对隔水边界。
五、地下水流场和动态：
1．初始流场和模拟期末流场；
地下水位统测数据，最好模拟期始、末各有一次统测数据，作为模型的初始流场和验证流场，要求：初始流场最好为枯水期末，统测数据要基本能绘制出主要含水层的流场等值线。
2．长期观测孔连续的水位观测值，观测点越多越好。
地下水长期观测数据：模拟期至少要每月一个观测数据，要有代表性和典型性，反映区域和水源地地下水动态变化特征。
反复调整数值模型的渗透系数、贮水系数，以及边界条件数值大小，使计算流场图与实测流场图最为逼近，形态、趋势基本一致。
六、规划资料
1．区域水资源供需方面的调研报告和成果；
2．区域中长期供水规划。