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摘要：水文地質(zhì)多樣性，變化復(fù)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(fēng)險(xiǎn)性。近年來因水害引發(fā)的安全事故，造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失不可計(jì)量。因此進(jìn)行水文地質(zhì)的三維建模，實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)的可視化將增加地下工作者對(duì)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(shí)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(xué)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(chǔ)層預(yù)測(cè)的不確定性，為地下工作人員提供了安全保障，因此對(duì)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(duì)水資源的認(rèn)知還有很大的不足，尤其是對(duì)地下水資源。不同于地上水可以直接觀測(cè)，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(cè)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(jì)算機(jī)將二維地質(zhì)信息進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律和形態(tài)以實(shí)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(shí)會(huì)自動(dòng)生成三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，更利于后續(xù)工作的進(jìn)行，減輕水文地質(zhì)工作者的工作量，節(jié)省勘探時(shí)間，結(jié)果也更真實(shí)可靠。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)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(jì)90年代.三維建模涉及多門學(xué)科，其中包括計(jì)算機(jī)、物理、數(shù)學(xué)、地質(zhì)、水文，是一門復(fù)雜交叉性學(xué)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(jí)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(diǎn)就是要建立空間的數(shù)據(jù)模型，將二維地質(zhì)圖進(jìn)行更具體的表達(dá)。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(xué)者們對(duì)空間可是模型一致研究出來一系列的科學(xué)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(diǎn)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(shí)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(shí)所消耗的時(shí)間較長，雖然對(duì)地質(zhì)的反應(yīng)上更加清晰明了，但對(duì)復(fù)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(shí)較為復(fù)雜，但其優(yōu)點(diǎn)是精度更高。綜合各種模型的特點(diǎn)，在選擇模型時(shí)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(jìn)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(duì)大量的差異性較大的資料，對(duì)其進(jìn)行組織管理是必備的。這些資料的完備性和準(zhǔn)確性決定了建模結(jié)果的可靠性，因此對(duì)這些資料應(yīng)認(rèn)真細(xì)心的進(jìn)行科學(xué)的組織，管理和，以便更有效快捷的利用。近年來很多專家學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了專門的研究，提出了很多有效地理論方法，但是與實(shí)際需求仍有較大的差異性，難以順利的在全行業(yè)進(jìn)行推廣。

1.3復(fù)雜地質(zhì)體及地質(zhì)現(xiàn)象表達(dá)

地球經(jīng)過數(shù)億年的進(jìn)化和發(fā)展，地下水文地質(zhì)復(fù)雜程度可想而知，斷層、褶皺等復(fù)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(fù)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(shí)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?dāng)?shù)值模擬中三維水文地質(zhì)模型技術(shù)研究

地下水?dāng)?shù)值模擬是指對(duì)已知的水文地質(zhì)參數(shù)、補(bǔ)徑排條件及地質(zhì)框架等要素進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。由于模擬的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的龐大，在數(shù)值計(jì)算中容易造成結(jié)果的不確定性。對(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)使用的數(shù)據(jù)是確定的，但對(duì)于地質(zhì)條件是有很大的不確定性，因此在建模時(shí)也是存在著不確定性，對(duì)于不確定性的認(rèn)識(shí)也具有重要意義。只有認(rèn)識(shí)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(duì)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(huì)影響著地下水的分布，因此在建模時(shí)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(shí)間不同，因此在同一地區(qū)所存在的地質(zhì)構(gòu)造也會(huì)有所不同，甚至?xí)薪厝徊煌牡孛驳貙犹卣?。在不同時(shí)期內(nèi)形成的新老地層也會(huì)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(diǎn)。

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(dòng)地層）、鹽丘（鹽巖向上流動(dòng)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(duì)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(biāo)

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(fù)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(shí)間的浪費(fèi)，三維水文地質(zhì)建模技術(shù)要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)采用合理的建模方式和分析手段，明確研究目標(biāo)，讓研究更加清晰，滿足專業(yè)要求。

3.2開發(fā)針對(duì)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(duì)復(fù)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(qiáng)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(jìn)行高效率的數(shù)值模擬和模型維護(hù)。同時(shí)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(duì)水文地質(zhì)的深入研究，地層以下的奧秘將會(huì)逐漸展現(xiàn)于世。當(dāng)獲得了新的數(shù)據(jù)，就要對(duì)已有的三維模型進(jìn)行補(bǔ)充和修改。如果系統(tǒng)數(shù)據(jù)較慢，或者無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改和補(bǔ)充，而只能通過重新建模解決數(shù)據(jù)的更新，這將耗費(fèi)很大的人力物力。因此提高模型的可更新性是必要，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)

因我國三維水文地質(zhì)建模技術(shù)起步較晚，因此對(duì)地質(zhì)條件概化的方法、原則、標(biāo)準(zhǔn)的研究還不到位，在面對(duì)不同地質(zhì)條件時(shí)只能依靠經(jīng)驗(yàn)，缺乏可靠方法和規(guī)范指導(dǎo)研究，水文地質(zhì)三維建模的概化方法、原則、體系標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的處理會(huì)更加簡便，這也能促進(jìn)三維建模技術(shù)的發(fā)展。在進(jìn)行本專業(yè)的研究時(shí)可以借鑒其他專業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)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(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)條件概化，形成具有指導(dǎo)意義的專業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)，這是三維水文地質(zhì)建模技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向，而對(duì)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(xiàn)：

[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(xué),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(xué),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