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

關鍵詞：煤礦;水文地質;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，輸出科學可靠的數據資料，為地下工作提供了合理的依據。并且三維水文建模技術的應用可以最大程度的減少儲層預測的不確定性，為地下工作人員提供了安全保障，因此對三維水文地質的研究意義重大。

1地質建模技術的發展和研究現狀

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、空間位置、源頭流向和地質情況，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的二維平面，結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信息進行立體化，將隱蔽的地下情況可視化，建立空間地質模型，并且進行任意截面的地質情況的分析，全空間的分析將地質情況，地下水的分布情況以及運動規律和形態以實圖的形式展現在研究者面前，掃清勘察盲區。在三維模型建立的同時會自動生成三角網格數據，更利于后續工作的進行，減輕水文地質工作者的工作量，節省勘探時間，結果也更真實可靠。因為經濟發展和技術水平的限制，我國的三維水文地質建模技術起步較晚，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、數學、地質、水文，是一門復雜交叉性學科，而且在早期一些地質水文資料短缺，專業水平低下，因此我國的三維建模還處于初級階段。

1.1空間數據模型

三維水文地質最重要的一點就是要建立空間的數據模型，將二維地質圖進行更具體的表達。國外這方面的研究起步較早，發展也很迅速，由于數據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。目前比較常用的數據模型主要有體模型、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；體模型需要的數據更加龐大，處理數據時所消耗的時間較長，雖然對地質的反應上更加清晰明了，但對復雜地質適應性較差；混合模型的技術要求最高，雖然在建模時較為復雜，但其優點是精度更高。綜合各種模型的特點，在選擇模型時要結合資源和效率以及研究的深度合理選模型。

1.2組織、管理和水文地質數據

三維模型的建立也并不是一蹴而就的，要在掌握大量的、多樣性的水文地質數據資料的基礎上進行三維建模。大多數情況下，這些數據都是門類多樣包括圖形資料、數據資料、文字資料以及各種技術資料，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果的可靠性，因此對這些資料應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進行推廣。

1.3復雜地質體及地質現象表達

地球經過數億年的進化和發展，地下水文地質復雜程度可想而知，斷層、褶皺等復雜地質體和尖滅和倒樁等地質現象在三維建模中經常遇到。這些復雜的地質現象都有著重大的水文地質意義，增加了地質空間的各向異性，同時也加大了建模的難度，因此要著重控制這些水文地質條件。

1.4地下水數值模擬中三維水文地質模型技術研究

地下水數值模擬是指對已知的水文地質參數、補徑排條件及地質框架等要素進行數值計算。由于模擬的復雜性和數據的龐大，在數值計算中容易造成結果的不確定性。對于此種缺陷，水文地質專業借鑒有關專業建模的方法和技術進行數值模擬，在此過程中要將收集到的數據統一輸入，因此在實際操作中，模型的融合性和結果的可靠性還有待發展。

1.5水文地質系統中的不確定性因素研究

在建模時使用的數據是確定的，但對于地質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有數據，擯棄不可靠結果，取得更合理的建模思路和數據模擬。

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。

2.2地層巖性

底層是指在漫長演化期內形成的層狀堆積物，巖性是堆積物或者巖石的物理屬性。由于形成時間不同，因此在同一地區所存在的地質構造也會有所不同，甚至會有截然不同的地貌地層特征。在不同時期內形成的新老地層也會有一定的解除關系，這些接觸關系主要有：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構造與地下水

構造形式主要有褶皺（巖石受力彎曲變形形成的，表現為原來的平直面變為曲面）、斷裂（是指巖石的斷裂，分為節理和斷層，由于建模精度先一般只考慮斷層）、透鏡體（地層厚度不穩定出現兩側薄中間厚的情況）、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，使上浮巖層產生拱區隆起）。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對三維水文地質建模技術的建議

3.1確定有限的工作目標

雖然三維建模技術不斷發展，逐漸趨向成熟，但是在某些復雜區域的建模和數據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，三維水文地質建模技術要根據區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，滿足專業要求。

3.2開發針對三維水文地質的建模工具

現階段我國的三維水文建模主要是借鑒其他專業的建模方法，專業性的建模工具較少，還未完成形成完整的水文地質三維建模體系。面對復雜地況，建模明顯功能欠缺，因此水文地質領域急需開發出一款功能強大，處理速度快的專業建模軟件工具。這些軟件工具要具備專業處理能力，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

隨著對水文地質的深入研究，地層以下的奧秘將會逐漸展現于世。當獲得了新的數據，就要對已有的三維模型進行補充和修改。如果系統數據較慢，或者無法進行數據的修改和補充，而只能通過重新建模解決數據的更新，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水文地質條件概化方法、原則、體系標準

因我國三維水文地質建模技術起步較晚，因此對地質條件概化的方法、原則、標準的研究還不到位，在面對不同地質條件時只能依靠經驗，缺乏可靠方法和規范指導研究，水文地質三維建模的概化方法、原則、體系標準也是未來專業領域的發展方向。

4結束語

三維水文地質建模技術突破了地下二維表達的局限性，更加直觀的模擬地下空間，是今后水文地質研究的重要工具。隨著計算機的發展，數據的處理會更加簡便，這也能促進三維建模技術的發展。在進行本專業的研究時可以借鑒其他專業領域的先進理念，開發出水文地質專業性的三維建模工具軟件，實現水文地質條件概化，形成具有指導意義的專業體系標準，這是三維水文地質建模技術的重點發展方向，而對此我國的專業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應用[J].地理與地理信息科學,2002,18(1):87-89.

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

作者:張雪娟 劉巖磊 羅麗 單位:河北人地生態工程有限公司