基于三维水文地质模型的孔隙地下水三维流场动态生成技术研究

摘要

孔隙地下水赋存于松散沉积地层中，资源量丰富，水质优良，具有良好的开发利用价值。长期地过量开采孔隙地下水则会引发了诸如地面沉降、土地资源退化等一系列的环境地质灾害问题，严重影响经济、社会以及环境的可持续发展。孔隙地下水埋藏于地面以下，需要采用勘查、动态监测以及模拟计算手段才能了解其赋存、运移规律与资源量。其中孔隙地下水数据模拟是揭示地下水流运动规律与资源量评价的主要方法之一。三维水文地质建模技术的飞速发展，为孔隙地下水流的模拟提供了可靠的支撑平台，可直观形象地表达孔隙地下水储存与运移介质空间结构。
　　论文综合研究基于三维水文地质模型的孔隙地下水三维流场动态生成技术，试图基于孔隙地下水流-固耦合流场数学模型，获取三维水文地质动态建模以及流场绘制的有关数据，以期能够在三维水文地质动态模型中实现孔隙地下水流场动态生成。同时，基于三维水文地质动态模型，合理的结合矢量场可视化技术，实现孔隙地下水流场在三维水文地质动态模型有效可视化，达到孔隙地下水流场与三维水文地质模型一体化动态模拟与可视化显示目标，从而增加地下水系统的水文地质数据的表现力，为进一步预测孔隙地下水系统的发展演化趋势提供依据，对合理地分析评价科学管理地下水资源有重要的实用价值。
　　论文的研究紧紧围绕着基于三维水文地质模型的地下水流场动态生成技术研究而展开，主要研究内容:
　　(1)将经典一维土体固结模型与三维地下水动力方程耦合，形成顾及三维水文地质结构层变形特性的三维孔隙地下水流数值模拟与含水层（土层）压缩耦合模型，与孔隙地下水流数值模拟的各个应力期或时步同步获取支撑孔隙地下水流场与三维水文地质模型动态构建的数据。
　　(2)采用水文地质钻孔数据，基于三棱柱体元空间离散方法，研究三维水文地质建模方法，通过动态数据转化机制将孔隙地下水流-固耦合数学模型数值模拟数据，即将“三维数值计算”的结果在“三维地质模型”中同步表达，实现水文地质模型的动态建模。
　　(3)根据孔隙地下水流场的生成与三维水文地质动态建模原理及其要求，研究孔隙地下水流场的生成算法以及与三维水文地质模型一体化显示的实现技术。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景及其研究意义

1．1．1 选题的背景

1．1．2 选题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水数值模型研究现状

1．2．2 三维水文地质模型研究现状

1．2．3 地下水流场数值模拟与三维水文地质模型集成技术研究现状

1．2．4 存在的不足

1．3 论文研究目标与主要内容

1．4 论文研究的技术路线

1．5 本章小结

第2章 基于三维水文地质模型地下水流场构建数据获取

2．1 三维水文地质模型构建支撑数据

2．1．1 孔隙地下水及其含水层结构空间分布特征

2．1．2 孔隙地下水系统水文地质结构勘察数据

2．1．3 水文地质结构勘察数据特点

2．1．4 基于钻孔数据构建的三维水文地质模型特点

2．2 孔隙地下水流场构建支撑数据

2．2．1 孔隙地下水渗流概述

2．2．2 孔隙地下水流场类型与特点

2．2．3 孔隙地下水流场构建所需数据

2．2．4 基于地下水位动态监测数据构建地下水流场特点

2．3 基于三维水文地质模型地下水流场动态构建数据获取方法

2．3．1 三维孔隙地下水流渗流模型选择

2．3．2 土层压缩模型选择

2．3．3 流-固耦合模型构建

2．4 本章小结

第3章 孔隙地下水三维水文地质模型的构建

3．1 三维水文地质模型构建方法

3．2 三维水文地质建模空间插值方法

3．3 基于三棱柱的孔隙地下水三维水文地质模型构建

3．3．1 三棱柱模型构造

3．3．2 三棱柱体元的数据结构

3．4 基于三棱柱的三维水文地质模型结果

3．5 本章小结

第4章 基于三维水文地质模型的地下水流场构建技术

4．1 地下水流场构建算法

4．1．1 孔隙地下水流场的流速求解算法

4．1．2 孔隙地下水流场的可视化算法

4．1．3 孔隙地下水流场绘实现

4．2 基于流-固耦合模型的三维地质建模与流场构建数据获取方法

4．2．1 地下水流数值模型空间离散格网

4．2．2 支撑三维水文地质建模空间插值体元

4．2．3 结点水位与土层压缩量数据转换机制

4．2．4 离散格网与空间插值体元空间拓扑关系构建

4．3 基于三维水文地质模型地下水流场生成

．4 本章小结

第5章 基于三维水文地质模型的地下水流场生成算法验证

5．1 验证样区及其水文地质条件概况

5．1．1 样区选择

5．1．2 水文地质条件概况

5．3 原型系统实现

5．3．1 原型系统的功能架构

5．3．2 研究样区孔隙地下水流-固耦合流场数学模型

5．3 关键技术实现效果

5．3．1 地下水流场生成

5．3．2 校验初期三维水文地质模型生成

5．3．3 地下水流场与三维水文地质模型集成

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢